关于川滇强震地震地质类型的探讨

本文从强震的地质背景——发震构造特征和破裂性质——出发,以我国西南地区为例,分析了强震的时空分布图象与地质构造的关系及强震序列的多种现象,将强震分为A、B两种地震地质类型。A型:是继承性破裂,发震构造是强烈活动的深大断裂,地震能量集中释放;多为主-余震型序列。B型:是新生性破裂,多发生在断块内部的多组构造交织地区,地震能量分散释放,多为强震群序列     

剪切破裂与粘滑——浅源强震发震机制的研究

周口店花岗闪长岩的高温高压三轴实验和理论分析表明,剪切破裂和摩擦滑移具有类似的孕育过程和发生机制。剪切破裂贯通强度就是一种摩擦强度。剪切破裂和摩擦滑移各自都有渐进式和突发式之分。突发式摩擦滑移是已有断层的粘滑滑移。突发式剪切破裂则是完整岩石的初始粘滑滑移。考虑到地壳温度随深度增加,完整岩石剪裂强震要求较高的围压,因此,多数浅源强震的发震方式很可能是已有断层的粘滑     

中等地震活动增强作为强震标志的研究

通过对(1990~1996年)发生在我国大陆及边境地区24次6级以上地震的分析研究表明,80%的强震主震前在震源区及附近有中等地震活动增强的过程。异常表现出共同的基本特征,即长期平静→增强活动→震前平静→发震。震前平静至发震大约经历几个月到2年时间(平均10个月左右),可以作为中短期地震预报判据。用岩石蠕变声发射实验来解释这一现象,可把中等地震活动增强看作是稳态蠕变阶段后期发生的广义前震。     

基于地壳双层结构假设的大陆强震孕震机制探讨

通过对地壳低速高导层和地震震源深度等有关资料的分析研究,在对地震发生前兆、特征及物理机制研究的基础上,初步提出了一个简单的地壳双层孕震模式:地壳存在有两层孕震结构,上层为主孕震层,是地震应力集中积聚和发震后释放应变能的地方,主要是岩石发生脆性变形层,深度在中上地壳范围内;下层为低速高导层,是诱发和加强上层脆性层岩石变形、应变能积累和破裂的主要因素之一,处于岩石脆—韧性变形的过渡带,强震的发生与本层有着密切的关系,深度在中下地壳范围内。同时基于该双层孕震假设讨论了强震的孕育环境及作用。     

华北八次强震前区域地震单位平均能量迁移速率变化特征

在强震发生前，发现平均能量迁移速率Ｖ△Ｔ值是减少的，华北地区八次强震中有六次震前出现低值异常，有五次地震发生在Ｖ△Ｔ最低值出现并恢复合的一年左右。整个Ｖ△Ｔ低值异常持续时间和幅度与未来震级无明显的对应关系，笔认为Ｖ△Ｔ是与介质的时间平均强度相应的，与地震活动的时，空分布图像有相应关系的特征量。     

强震前大范围地震活动性参数的时空扫描

在大地震发生之前, 伴随着应力的集中加强及其在震源附近区域引起的非弹性变形, 区域地震活动性可能呈现某些异常特征.本文选择一些有明显物理意义并得到岩石破裂实验支持的地震活动性参数, 例如有震面积数 A、平均释放能量E、地震累加频度 N 和大小地震比例系数 b 值等, 采用扫描方法在大范围内搜索, 识别孕育强震的危险地区, 并对假想孕震区进一步做时间扫描计算, 寻找并判断大震前由中期异常过渡到中短期异常的阶段, 在对华北、西南及东北若干强震资料扫描计算的基础上, 着重剖析唐山地震前华北地区区域地震活动异常变化的一些特征.讨论了上述地震活动性参数在强震中期预报中的不同效能, 认为这种时空扫描方法, 特别是 b 值扫描应用于强震的中期预报是有一定意义的.      

中国大陆破裂区平面图象和主要特点

地震研究工作的首要目的是找出减轻地震灾害的最佳方法。并力争在实践中取得较大的社会效益。为此目的,本文试图从破裂场角度对我国大陆地区强震破裂图象、动态及其与强震发震点的关系作一些探讨。 破裂场、破裂和地震 地壳内的每一点都在不同程度上承受着应力。它之所以能够承受应力,是因为每一点都具备大于该点应力的强度。当应力远小于强度时(即其比值远小于1时)。表示该点距破裂状态还     

基于b值分析宁夏吴忠—灵武地区强震危险性

利用1970年1月至2018年10月吴忠—灵武地区的地震精定位目录,基于b值平面分布以及沿活动断裂的震源深度剖面和b值剖面图等,分析了研究区发生强震的潜在危险性。结果表明:(1)新华桥附近存在发生地震的潜在危险性,强度为M_S5.1～5.4,但b值时序曲线表明该区域短期内发生中强地震的紧迫性不强;(2)吴忠/郭家桥—高闸地区很可能是1921年2月22日吴忠南M_S6.0地震的发震位置,该地震震源深度应在15 km左右,上地壳浅部很可能未破裂;(3)吴忠/郭家桥—高闸地区地壳浅部依旧存在发生强震的危险,孕震强度为M_S6.2～6.3,孕震深度在10 km以内。     

断层同震滑动的实验模拟——岩石高速摩擦实验的意义、方法与研究进展

岩石摩擦实验是断层力学和震源物理实验研究中主要的手段之一.传统低速率的岩石摩擦实验与以之为基础建立的速率状态变量摩擦本构关系理论体系,对于认识断层摩擦滑动稳定性和地震成核等地震成因机制问题具有重要意义.近20年来,断层力学领域兴起了用于模拟断层同震动态滑动的岩石高速摩擦实验.这种新的实验模拟方法揭示出断层同震滑动存在明显的摩擦生热效应,断层的力学性状主要表现为显著的滑移弱化和速度弱化,断层带物质在断层高速滑移过程中经历了各种复杂的物理化学变化.这些研究成果对于认识和评估断层同震弱化机制、断层带强度、地震能量分配、断层破裂模式、断层愈合等问题均具有重要启示.本文对岩石高速摩擦实验的意义、方法与研究进展进行了总结,提出了目前的前沿性问题和值得开展的工作.     

川滇菱形地块的应变能积累释放周期和强震预测

将川滇菱形地块分为两个地块, 分别以形变确定应变速率、 深部速度构造确定弹性模量、 联合地块体积确定地块应变能积累与时间的关系, 结合历史强震研究应变能积累释放周期以及该周期内的强震活动, 进而研究应变能积累释放与强震活动的关系. 结果表明, 地块应变能积累释放存在周期性并可预测强震震级. 在应变能积累前期, 没有强震(M≥7.0)发生; 随着时间增加, 应变能继续增加, 地块上先后发生几次强震, 但每次强震震级均小于预测震级, 即一次强震只释放了一部分能量; 而后应变能积累继续增加, 直到一、 二次特大强震(M≥7.5)发生, 将绝大部分应变能释放. 至此, 老的周期结束, 新的周期开始. 应变能积累从小到大直到最后完全释放的周期性导致了地震的平静活跃周期, 地震活跃期比平静期长得多. 本文认为, 大区域地理范围因其含有多个地块, 不宜讨论其地震平静活跃周期, 而对于小范围单次强震也不宜讨论其复发周期. 虽然活跃期中的强震从时间上看并无任何规律, 但利用活动地块应变能的积累释放曲线所预测的震级与实际震级很接近. 本文结果对于地震安全性评价工作可能有重要意义.      

鲜水河断裂带强震的破裂过程与地震活动

鲜水河断裂带是我国西南地区地震活动最强烈的断裂带。本文通过研究发生在断裂带上强震的震源机制、震源过程、余震分布、地震迁移并结合宏观等震线、地震裂缝分布等资料,研究强震破裂过程与地震活动的关系。研究结果表明:1.鲜水河断裂带的基本破裂方式是左旋走向滑动,强震的压应力主轴存在一致性较好的优势方向,即北东东-南西西方向,且均接近水平。2.用P波频谱及面波方向性函数等研究结果表明,除北西段及南东段几个地震外,七级以上地震及多数六——七级地震的破裂面均为北西向,与鲜水河断裂带的总体走向基本一致。3.1890年以来,鲜水河断裂带强震破裂面展布及1955年以来3.0级以上地震震中分布图表明,在道孚——乾宁间存在的破裂面空段(长约10多km)比1955年以来3.0级以上地震活动缺震段(长约40km)明显的短,这表明1890年乾宁地震破裂面在近期有所愈合。这个缺震段的长度约相当七级左右地震的破裂长度。4.自1890年以来,带上发生的四个七级以上地震有两头迁移的特点。考虑到最后一次七级地震是1973年的炉霍地震,估计下次七级地震的位置在南东段,且在道孚——乾宁间的可能性最大。      

云南昭通“9·7地震”的前瞻性预测验证

基于作者提出的孕震断层多锁固段脆性破裂理论与相关预测方法,作者曾在2010年11月就发表文章对昭通孕震区震情进行了分析,并给出了该区域未来强震的震级、震中经纬度、震源深度以及Benioff应变临界触发值.通过与此次2012年9月7号云南昭通发生的MS5.7、5.6级双震进行比较,认为这次双震发生的实际Benioff应变临界触发值与预测值非常接近,表明该理论方法能够可靠地应用于中等强度预震和主震的预测.     

岩石高速摩擦实验的进展

文中简述了地震动力学国家重点实验室近年来在岩石高速摩擦实验方面的进展。为了深化断层与地震力学研究,实验室建设了一套旋转剪切低速-高速摩擦实验装置,可开展滑动速率介于板块运动速率(cm/a量级)至地震滑动速率(m/s量级)的岩石摩擦实验,其中高速摩擦性能填补了实验室的技术空白。以此为依托,围绕汶川地震断层带力学性质研究,开展了一系列高速摩擦实验。结果表明,龙门山断裂带断层泥的高速摩擦性质具有一致性,其高速滑动下显著的滑动弱化必定在汶川地震中极大地促进了破裂的扩展;断层弱化的主导机制是与摩擦生热相关的过程,包括凹凸体急速加热弱化和热压作用;断层泥在经历高速滑动弱化之后摩擦系数可在5~10s内恢复0.4,断层强度的快速恢复是同震主破裂带余震减少的原因之一。基于对实验装置现状和现有成果的分析,展望了近期实验室岩石高速摩擦的发展方向。     

蠕变及超声波频率下砂岩的衰减

为了在较宽频域内研究砂岩衰减变化,实验在13.2MPa的初应力水平下,测得了蠕变(1小时~3天)和超声波(470 KHz、700KHz)频率下干燥的大庆、紫蓬山砂岩衰减.发现蠕变衰减随蠕变时间增大而增大,且均大于超声波频率下的衰减,最小相差亦有40%.将衰减与应力作用频率关系转化为衰减与蠕变量关系后,二者线性相关,相关系数大于95%.且据此将蠕变量向超声波频率对应的应变量外推所得的衰减值与实验测得的衰减值符合较好.实验得到的应变量与衰减的线性关系,解释了已有的0.1~1 MHz下衰减近似常量的事实,亦可预测岩石从蠕变破裂所对应的最低频率到MHz频率范围内衰减变化.     

巴颜喀拉块体东南缘应力演化及鲁甸地震自发破裂模拟研究

巴颜喀拉块体活动导致的昆仑—汶川地震系列,是目前中国大陆唯一一组7级以上地震序列,未来几年该块体仍是发生7级地震的主体地区。巴颜喀拉块体东缘从走滑运动向逆冲运动转换的构造动力学性质使得活动块体两个相邻边界带存在大地震序列的关联性。研究表明近期逐渐加速的块体东边界强震序列是北边界强震活动的响应,巴颜喀拉块体南边界的鲜水河断裂带同样以左旋走滑的方式向东边界挤压,但巴颜喀拉块体东南缘地震呈现以下两个特点,一是强震大都发生在巴颜喀拉块体东边界断裂带,东边界强震序列呈现加速状态;二是南边界鲜水河断裂带在1973年炉霍7.6级地震后,已有40多年没有发生7级以上地震,鲜有6.5级以上强震,在此次地震序列中表现出一种大震缺失的状态。因此,巴颜喀拉块体东南缘主要断裂带的地震危险性值得关注和研究。同震库仑破裂应力及震后粘弹性松弛在解释余震序列分布,分析强震序列相互作用关系及未来地震危险性分析等方面发挥了重要的作用。比如汶川地震之后,一些研究者利用弹性位错模型计算了汶川地震的同震库仑破裂应力变化,并对龙门山区域未来的地震危险性进行了估计。一些研究者分别计算了汶川地震和芦山地震后周边断层的同震库仑应力变化,以及汶川地震和芦山地震引起的同震和震后粘弹性松弛应力场变化,得到了汶川地震可能有效地促进了芦山地震的发生的结论。在应力演化过程中,震间构造应力加载对强震危险性的作用也非常重要,目前比较流行的计算这部分应力积累的做法是采用"负位错"的理论进行计算,这一方法虽然简洁,但假设了断层是完全闭锁的,可能会造成一定误差。本文拟以巴颜喀拉块体区域构造活动作为三维有限元模型的边界约束,综合研究区域介质速度、密度结构最新反演结果计算介质的弹性材料参数,从初始应力场出发模拟在构造应力和重力作用下的现今背景应力场,计算强震序列引起的区域内断裂带震前、震间、震后的应力演化,获得更为准确可靠的应力场结果。利用速率-状态关系计算库仑应力变化对研究区域背景地震发生率的影响,利用泊松概率过程计算研究区域在汶川地震和芦山地震震后未来10年6级以上强震的发震概率及研究区域主要断裂带的6级以上强震发震概率。除以上述准动力学的方法研究巴颜喀拉块体东南缘应力演化及地震危险性,本文还以鲁甸地震为例,研究鲁甸地震从成核区开始破裂,然后扩展直至终止的自发破裂动力学过程,探索影响地震自发破裂位错的主要因素。研究内容:(1)建立巴颜喀拉块体东南缘三维粘弹性有限元模型。(2)模拟巴颜喀拉块体东南缘主要断裂带上1900年以来7级以上强震序列的应力演化过程,并对强震序列对芦山地震的触发作用进行了研究,对比库仑应力场及等效应力场演化结果与背景地震活动的关系。(3)应用速率-状态关系研究库仑破裂应力对汶川地震、芦山地震震后研究区域的地震发生率的影响,应用泊松过程给出研究区域主要断层未来的强震发生概率。(4)应用可以描述断层摩擦机制的FAULTS有限元软件对芦山地震断层错动方式,初始破裂点进行了模拟,研究了汶川地震后,断层强度的变化对芦山地震的影响。(5)应用曲线有限差分方法建立鲁甸地震非平面断层自发破裂模型,模拟鲁甸地震在包谷垴—小河断裂上的自发破裂过程,分析影响鲁甸地震自发破裂过程的主要因素。本文的创新点:(1)以三维速度、密度反演结果建立能反映更真实地下介质的三维粘弹性有限元模型;(2)从初始应力场出发,进行数十万年的应力场演化模拟直至获得与现今构造应力场更为吻合的背景应力场用于地震序列模拟;(3)采用泊松概率模型计算地震发生概率时直接基于三维粘弹性有限元模型得到的库仑应力结果,充分考虑了同震、震间和震后效应的影响。同时,在考虑背景地震发生率时采用了更全面完整的地震目录,这可能使得对未来地震危险性的估计更准;(4)对鲁甸地震自发破裂过程进行了动力学模拟,将震间应力积累过程与同震地震破裂过程的模拟结合起来。     

脆性岩石破裂的前兆变形和前兆应力降

地震的孕育过程与地壳中的应力变化和岩石变形密切相关。为了探讨地形变异常和地应力变化异常作为地震前兆的物理本质,开展相应的岩石破裂实验研究是必要的。 早在Kármán和Griggs开展岩石力学实验的时候,就已观测到一个现象,即在岩石发生脆性破裂的场合,主破裂并不发生在岩石的应力状态达到其峰值强度(最大承载     

铲形逆断层和平行逆断层体系的破裂特征——以龙门山断裂带中段为例的数值模拟

汶川地震是有地震历史记载以来首次发生在大陆内部的高角度8级逆冲强震,给板内逆冲强震研究提供了许多新的课题。论文主要开展了以下两方面的研究:(1)近地表陡倾角铲形逆断层的破裂特征研究。基于龙门山断裂带中段动力学背景建立有限元模型,系统地研究近地表陡倾角铲形逆断层(本文所称近地表陡倾角铲形断层,要求近地表倾角至少≥65°)的破裂特征,并探讨了汶川地震逆冲滑动量随深度分布形态所可能蕴含的地壳信息。对于近地表陡倾角铲形断层,在断层倾向的高强度挤压下,断层近地表部分对逆冲破裂和滑动有一定的阻碍作用;铲形断层的近地表倾角越陡,陡倾角部分的深度范围越大,断层近地表部分对逆冲破裂和滑动的阻碍作用会越明显;近地表陡倾角的铲形断层形态和巴颜喀拉块体的高强度挤压很可能是形成汶川地震逆冲滑动量随深度分布形态的重要原因,无地表破裂的前期地震并不是造成汶川地震滑动量随深度分布特征的必要条件。(2)平行逆断层体系中断层活动之间的相互影响研究。讨论了分布距离对平行逆断层地震活动规律的影响,并定量地评估了汶川地震中前山断裂同震逆冲破裂对中央断裂逆冲破裂释放的影响。同震破裂实验结果显示:在同震逆冲破裂中,前山断裂和中央断裂的破裂释放之间有一定的替代关系;汶川地震中,由于前山断裂发生同震逆冲破裂,中央断裂相应段落逆冲破裂释放很可能降低了约10%,减少的标量地震矩约为9.54×1018 N·m。平行逆断层长期挤压破裂实验结果显示:在龙门山断裂带的动力学环境和浅层构造背景下,当平行逆断层之间的距离在20km以下时,两条平行逆断层会在破裂释放上形成主次关系,距离越短,主次关系越显著;两条平行逆断层之间发生同步逆冲破裂的比例很低,受平行逆断层之间距离的影响也很小;两条平行逆断层之间发生同步地表逆冲破裂的比例更低,在龙门山动力学机制和浅层构造背景下,距离在10~20km左右时,平行逆断层之间最容易发生同步地表逆冲破裂。结合龙门山断裂带中段的实验结果显示:后山断裂的地震活动很可能相对独立;12km的距离使得中央断裂和前山断裂之间发生同步地表逆冲破裂的风险相对较高,这很可能是导致汶川地震中出现同震地表破裂的一个重要原因。     

形变场多重分形谱异常与强震关系研究

以平均形变速率梯度概率为变量, 研究了唐山地区、甘肃河西地区和北京地区多期垂直形变场图像的动态多重分形特征及其与强震的关系。结果表明, 震前一至数年形变场图像的多重分形谱Dq 值域变宽, 即- q 区上翘, + q区下降现象, 在强震孕育发生的过程中, 形变场时空表现出从准均匀到不均匀的演化趋势。结合地震活动和岩石力学实验结果认为, 形变场不均匀化可能是中长期地震复杂性前兆的一个重要标志。     

蒙古发震块体地震活动性

中国大陆特别是华北及邻近区域内,曾多次发生7级以上强震,地震活动频繁.自 1966年以来,又连续发生了系列成串性强震.对于大面积的华北块体,对弱震能量、频度、小震群,以及b值等地震活动性,在统一应力场中成串性强震成因上的联系,巳有论述,运用板块构造学说,对我国境内地震发生的地质背景,亦有专门讨论.本文基于地震活动性,综合考虑地质构造条件,划出“蒙古发震块体”,用以解释华北北部地震发生的条件和活动方式,分析了蒙古发震块体内地震活动的特征及其地震趋势.二、蒙古发震块体的边界划分由地壳和上地幔组成的刚性岩石圈,因内力作用而断裂,形成若干块体,也有人提出地球的自转运动和重力、热力作用的原因,岩石因遭到破坏,形成许多断块.     

地震活动加速模型及其在中国的应用

运用岩石破裂的亚临界扩展理论,推导出区域地震活动性加速模型的基本公式．我们把中国板内的3个地震块体:华北亚板块、川滇块体和新疆亚板块按地震活动性及构造条件的差异分为7个研究区域,使用Sornette和Sammis的改进公式,分别对每个区域进行地震活动性加速模型分析．对于已经发生过的区域强震,模型能给出与实际强震较接近的震级与发震时间,表明地震活动性加速模型同样能适用于板内的地震活动．文中给出了地震活动加速模型预测的山西地震带、鄂尔多斯地震带、博乐——托克逊地震带和阿因柯——乌恰地震带未来强震可能的发生时间和震级．在同一亚板块内或块体中,各地震带的地震活动期在时间上较为相似．加速模型中参数可以用来表征区域地震活动强度,对于中国大陆,一般为0.4．对于台湾地震带和一些构造活动复杂的地震带,地震活动加速模型目前尚不能预测未来强震的震级和发震时间．