青藏高原东南缘活动断裂的地震应变能释放系统研究

本文以青藏高原东南缘为研究区域,利用G-R震级能量经验公式和Benioff地震应变能释放曲线,对该区域内1500年以来的历史地震应变能释放进行了系统性的研究。文中给出了各断裂带和断块区的地震应变能释放周期表,及相应的地震危险性。分析发现研究区域地震应变能的释放具有东强西弱,南强北弱的特征,整体上各断层断块区的历史地震应变能释放符合准周期模式,某些断层和断块区上的地震周期具有某种程度上的同步现象。青藏高原东南缘现今处于大释放期中,地震的危险性不能忽视。局部结果显示,安宁河-则木河断裂带、小江断裂带的危险性很高,对于这些危险区要重点跟踪研究。今后仍需结合不同研究方法来提高地震危险性评估的可靠性。     

青藏高原东缘地应变演化特征

利用青藏高原东缘1999—2013年间多期GPS水平速率观测数据,基于多面函数拟合,计算球面坐标系下区域不同时期的面应变和最大剪应变,分析地应变的时空演化特征,结合不同时期发生的中强以上地震(MS6.0),研究期间大震分布与地应变时空演化特征的关系,主要结论如下:(1)青藏高原东缘面应变分布与地块有一定的对应关系,面应变的差异会在块体边界和内部形成不同的断层闭锁形式,与地震发生位置和震源机制有一定的关联;(2)区域最大剪应变的高值区对应于构造活动性较强的断裂带,这些断裂带鲜有地震发生;低值区对应于活动性较弱的断裂带,在区域地壳运动剧烈的背景下,在这些活动性相对较弱的断层上易形成应变能积累,因而会发生地震。区域绝大多数地震都发生在最大剪应变的低值区。     

基于龙门山断裂带中段平行逆断层格局 和动力学背景的特征地震数值模拟实验

本文构建一种应用有限元开展特征地震数值模拟的新方法, 并以龙门山断裂带中段的浅层构造和动力学机制为背景, 研究了平行逆冲断层分布格局对区域地震活动性的影响. 结果表明, 从断层活动相互影响的角度看, 包含3条平行逆断层的断裂带的整体地震活动性并不适用严格周期的特征地震模型, 当断层间距在20 km以下时, 随着断层间距的缩短, 对单条断层应用特征地震模型的适用性会逐渐降低. 龙门山断裂带中段的模拟计算结果显示, 后山断裂的地震活动相对独立, 区域活动性和中央断裂的断层活动很可能不适用严格周期的特征地震模型.      

东昆仑断裂带历史地震、 古地震及地震空区讨论

东昆仑断裂带是青藏高原东北部一条重要的断裂, 具有明显的分段活动性。 现代在不同段发生过多次由东向西迁移的强震, 连接形成千余公里长的地表破裂带。 各段历史地震调查、 古地震、 复发周期和滑动速率等研究表明东昆仑断裂带存在两个地震空区, 其中玛曲段地震空区的危险性大, 最大潜在地震矩震级不小于7.5。     

汶川地震和芦山地震的孕震机理及震前中长期地震危险性研究

运用非连续变形分析法与三维有限元法相结合的方法,以GPS资料作为位移速率和震源机制的约束条件,通过数值模拟研究了青藏高原及其东侧邻区构造地块的运动、变形、相互作用及其与近30年来发生于该区的大地震之间的关系。研究中引入了以应力与摩擦强度的比值定义的断层“失稳危险度”,通过数值模拟计算得到了研究区地壳块体边界断层的失稳危险度分布。结果表明,失稳危险度高的地段与近期该区发生的M_S≥7.0地震所在的位置基本一致,其中龙门山断裂带上包括汶川和芦山大地震的发震断层均为失稳危险度最高值地区。计算得到的应变率强度分布图显示,青藏高原东部边缘整条地带均为应变率强度的陡变带,特别是以龙门山断裂带上的陡变最为明显,其西侧应变率强度为东侧的近4倍,而且,这个带位于宽度相同、走向与龙门山断裂带走向相一致的高应变能密度带中,表明这两次大地震前,作为其发震断层的龙门山断裂带已积累了相当高的应变能,失稳危险度高,处于力学上的不稳定状态。模拟计算得到在上地壳层中,2001年昆仑山口西M_S8.1地震引起汶川、芦山地震发震断层的库仑破裂应力增加约0.016 MPa,相当于龙门山断裂带约两年的应力积累,也就是说,使汶川、芦山地震发震断层的失稳破裂提前了约两年。 此外,关于2008年汶川M_S8.0地震的模拟计算表明,汶川地震的发生也使包括芦山地震发震断层的龙门山断裂带西南段和东昆仑断裂带东南端的库仑破裂应力增大,应变能积累增强,这说明汶川M_S8.0地震的发生对已处于失稳危险度较高状态的2013年芦山地震和2017年九寨沟地震发震断层的提前失稳破裂起到了促进作用。      

2011年日本MW9.0地震对沂沭断裂带及其两侧地区地壳运动的同震影响研究

2011年日本M_W9.0地震（简称日本地震）后沂沭断裂带及其两侧地区地震活动显著增强,研究日本地震对该地区地壳运动及地震潜势的影响十分必要.为此,本文通过112个连续GPS观测站获取了研究区高空间分辨率的日本地震同震形变场并得到如下认识：（1）8个定点地球物理观测的同震响应验证了本文同震形变场的可靠性;日本地震的东向拉张使研究区整体上处于张性同震应变状态,但存在局部挤压区域,其中莱州湾至海州湾的挤压条带穿过沂沭断裂带并对断裂带南北两段产生了不同的同震作用,对南段具有拉张作用,对北段产生挤压作用;（2）同震形变场在鲁东隆起和鲁西断块产生了显著的剪应变,地震b值显示上述区域的构造应力在日本地震后增强,因此同震形变场可能改变了这些区域的应力特征;（3）地震矩张量叠加分析显示,同震形变场短期内对鲁西断块、鲁东隆起区和沂沭断裂带南段累积了地震矩,可能有助于上述区域在日本地震以后的地震活动增强;日本地震对沂沭断裂带北段的地震矩具有释放作用,或许是该区域地震活动减弱的原因.     

九寨沟7.0级地震前后地壳形变时空演化特征及相关问题的讨论

基于九寨沟7.0级地震前后,震中区周缘和巴颜喀拉地块周缘的跨断层观测、大面积水准测量、地震活动性等资料,利用断层三维活动量参数和水准平差计算方法,综合分析了地震前后区域地壳形变以及巴颜喀拉地块整体性运动与地震间的关系。结论如下:(1)九寨沟地震前后,远场的西秦岭构造区、六盘山断裂带、龙门山断裂带和鲜水河断裂带上的跨断层流动场地出现不同程度的异常变化,震中区域的形变并不显著;(2)由巴颜喀拉地块周缘的断层异常活动和地震活动性分析可知,巴颜喀拉地块整体性的SE向顺时针加速运动,造成了九寨沟地震震中区域的应力积累,同时,包括芦山地震在内的几次强震对九寨沟地震有一定促震作用;(3)九寨沟地震后,区域应力积累得到一定程度的释放,应力可能会在"三岔口"区域加速积累。     

2008年汶川M_S8.0地震后GPS资料反映的龙门山断裂带南段地壳水平变形动态特征分析

本文对龙门山断裂带南段GPS位移时间序列进行了欧拉基准转换、最小二乘配置插值和滤波分析等数据后处理,并利用块体刚性-弹塑性运动-应变模型计算了龙门山南段各区域应变参数时间序列。结合各站点位移时间序列、速度场及各区域应变参数序列,分析发现2008年汶川MS8.0地震对龙门山南段的影响由西北至东南由大变小,引起最大变形速度达背景速度6倍,增强了隐伏断层对两侧地表影响的差异,使南段的地震危险性由北至南增加。根据龙门山南段的历史地震及构造背景,对各区域地震危险性进行了比较,发现东南侧危险性最大,历史应变的积累及汶川地震的加速影响导致了芦山地震的提前发生和破裂断层的左旋错动。汶川地震对较远的鲜水河断裂南段也有持续两年的应力微释放影响,但其远不及川滇块体的应力压缩作用。     

利用水准测量数据分析芦山M_S7.0地震前龙门山断裂带南段应变积累

利用2010年和2013年两期一等水准测量数据分析了龙门山断裂带南段芦山MS7.0地震前的应变积累。结果表明:(1)汶川地震的发生明显加速了该区域应变积累的过程,龙门山断裂带南段主要断层区域垂直形变速率为6~9 mm/a,表明汶川地震的发生加速了此次芦山地震的孕育过程;靠近鲜水河断裂带区域垂直形变速率为1~5 mm/a,低于汶川地震前的隆升速度。(2)芦山地震并未释放该区域长期积累的应变能,龙门山断裂带南段仍然具有发生破坏性地震的可能。     

安宁河-则木河-小江断裂带应力状态分段特征的数值模拟研究

以川滇地区地壳运动GPS观测、地壳上地幔结构模型、地震精确定位、构造应力场、断层滑动速率和岩石圈流变特性等观测和研究结果为约束,采用多组不同尺寸的摩擦接触单元表示断裂带,建立包含安宁河-则木河-小江断裂带的三维有限元模型,并考虑了1327年以来断裂带上强烈地震活动对研究区域构造应力状态的影响,对断裂带上强震活动的主要控制因素,未来可能的强震危险区分布和构造应力状态的关系进行模拟实验研究.研究结果表明,青藏高原重力位能的影响、相邻块体相互作用是该断裂带系统构造应力分布特征的主要动力学控制因.模拟给出的断裂带应力分布与断裂带上现今b值图像等地震活动参数有一定的对应关系;但同时也发现断裂带上部分异常低b值区落在模拟实验中历史强震活动产生的应力低值区,这种矛盾的对应关系可能受历史强震释放应变能等多方面因素所影响.     

埕宁隆起断层地震剖面解释及构造特征研究

埕宁隆起是渤海湾盆地内部与黄骅坳陷、渤中坳陷并列的一级构造单元,该地区沉积地层较发育,并具有断块构造,其内部断裂虽然相对不发育,大断裂及次级断层数目不多,但其皆属于张家口-蓬莱断裂带,该断裂带地震活动频繁,在1998年1月在其西北端发生了张北6.2级地震,因此分析研究埕宁隆起的构造分布特征及其内部各断层的空间位置、几何结构、延伸范围和活动时代及强度等问题,对探查渤海湾盆地区域地震构造背景及地震活动性分析具有重要意义.     

浑江断裂带及水系的分形特征和构造活动性研究

应用分开有几何学方法对浑江断裂带及水系进行了分形特征研究。计算结果表明，浑江断裂带具有较强的活动性，而且次级NNE向断层比NE和NW向断层活动性更强，结合地震活动属于 质地貌，构造应力场等方面的分析。探讨了该断裂带的活动性及区域新构造运动特征。     

利用Virtual Quake地震模拟器研究鲜水河断裂带地震活动性与地震复发周期

2022年9月5日四川泸定6.8级地震发生在鲜水河断裂带磨西断裂上。本文依据鲜水河断裂带的断层几何形态、断层面物理力学参数、断层滑移速率等基础资料,构建断裂带三维模型,基于Virtual Quake地震模拟器开展鲜水河断裂带准静态数值模拟。对七条分支断裂独立模拟的结果显示模拟结果与历史地震的最大震级和复发周期具有较好的一致性。结果表明模型长度影响震级大小,滑移速率影响地震复发周期。断层面几何弯曲展布使得断层面应力分布不均匀,在弯曲处出现应力积累的现象,易触发地震,并出现了地震分段破裂现象,降低了几何弯曲断层的地震频次,为强震的孕育创造了条件。联合模拟的10000年时间内,鲜水河断裂带共发生了33次M≥7.0地震,最大震级为M7.6,地震活动性呈现一定的活跃期与平静期。断层系统地震间的相互应力作用和复杂的断层几何结构影响着地震迁移的复杂性。道孚断裂上相距40年发生两次M≥7.0地震,乾宁断裂北端相距5.8年发生M≥7.0双震,此类现象与历史地震有一定的相似性。     

青藏高原东北隅强震构造模型

海原断裂带和中卫-同心断裂带是青藏高原东北隅二条主要断裂带。通过区域地质、地貌分析和二条断裂带的结构、活动历史的对比研究,建立了该区走滑和挤压活动的应变分配模型。通过对主要断裂带破裂分段的研究,确定了该区的强震破裂单元。应变分配和破裂分段是建立地震构造模型的二个方面。     

龙门山断层地震周期及其动力学过程模拟研究

在断层面上引入速率-状态相依摩擦本构关系、考虑铲形逆冲断层几何结构特征、断层下盘和上盘中下地壳及上地幔为黏弹性介质、上盘上地壳为弹塑性介质,本文用二维有限元动力学模型模拟了龙门山断层上大震准周期复发行为、分析了断层上地震孕育位置、地震周期不同阶段的应力/应变场演化特征.不同于近垂直走滑断层上的地震周期行为,大陆铲形逆冲断层上的构造应力的积累和释放过程更复杂、有其独特性.我们得到如下认识：（1）铲形逆冲断层上的地震复发是准周期行为.（2）龙门山断层最大库仑应力位于断层17~20 km深处,应力长期积累和同震释放都在此深度最大,说明地震会在此处孕育、发动.（3）在断层破裂的深部和浅部,同震滑动大小和构造应力释放大小并非同步,而是差异悬殊.（4）地震仅部分释放区域积累的应变能,断层上盘上地壳顶部和底部的褶皱、破裂等永久变形形式也是释放应变能的重要形式.（5）应变能密度增量的演化图像分为：震间、同震、震后期,清晰反应了龙门山断层附近的地震动力学过程.（6）地震发生除释放能量外,同时也对近断层的中地壳和断层底部有很大的应变能加载;这些加载,在震后期可能通过震后滑移、余震或中下地壳乃至上地幔的驰豫形变用几十年时间释放.以上对大陆内铲形逆冲断层上变形特征的了解,有助于我们在其地震周期行为中评估地震危险性.     

2008年汶川MS 8．0地震后GPS资料反映的龙门山断裂带南段地壳水平变形动态特征分析

本文对龙门山断裂带南段GPS位移时间序列进行了欧拉基准转换、最小二乘配置插值和滤波分析等数据后处理,并利用块体刚性一弹塑性运动一应变模型计算了龙门山南段各区域应变参数时间序列。结合各站点位移时间序列、速度场及各区域应变参数序列,分析发现2008年汶川M 8．0地震对龙门山南段的影响由西北至东南由大变小,引起最大变形速度达背景速度6倍,增强了隐伏断层对两侧地表影响的差异,使南段的地震危险性由北至南增加。根据龙门山南段的历史地震及构造背景,对各区域地震危险性进行了比较,发现东南侧危险性最大,历史应变的积累及汶川地震的加速影响导致了芦山地震的提前发生和破裂断层的左旋错动。汶川地震对较远的鲜水河断裂南段也有持续两年的应力微释放影响,但其远不及川滇块体的应力压缩作用。     

秦岭北麓断裂带太平口古地震剖面

秦岭北麓断裂带是秦岭断块山地和渭河盆地的边界断裂,也是鄂尔多斯周缘断裂系南缘断裂的重要组成部分。该断裂带晚第四纪以来活动强烈,沿带断层三角面、瀑布、悬谷、断层陡坎等十分发育,且在多处见有晚第四纪断层剖面。但沿断裂带无大地震的历史记载,近代弱震也很少,这与它所表现出的强烈活动性很不协调。1988年以来我们在秦岭北缘进行1:5万活断层填图时,于断裂中段太平口发现一古地震剖面。兹叙述如下     

基于加密地震观测讨论红河断裂带北段维西-乔后断层的地震活动性特征

文中基于滇西北地区临时加密台站和区域固定台站地震观测资料,利用波形相关方法对2018年2月25日—2019年7月31日记录的连续波形进行高分辨率地震检测和高精度地震定位,据此分析红河断裂带北段维西-乔后断层的地震活动性特征.研究表明,目前维西-乔后断层除了一些特殊的断层部位(交会区、阶区等)外,地震活动微弱,但在其西侧可能存在一条隐伏的陡倾角右旋走滑断层,沿该断层小地震活动活跃.地震频度、能量释放率、b值等统计参数及其随时间的变化表明,维西-乔后断层及其附近地区的地震活动相对稳定,区域应力增强不明显;空间上大部分区域的b值较高,低b值区主要分布在一些特殊的断层部位(如断层交会区、阶区等),但尺度一般较小.ETAS模型统计结果表明,40％以上的地震活动受外部因素触发,包括深层流体扰动和远程强地震触发等.由此我们认为,维西-乔后断层主断层目前的地震活动性较弱,但其西侧的隐伏分支断层小地震活动丛集且有增强趋势,需要综合分析主断层及其西侧隐伏分支断层的活动性,以评估其地震危险性.     

2016年以来门源2次6级地震的应力触发及其对祁连—海原断裂带地震危险性的指示

祁连—海原断裂带是青藏高原东北缘的边界断裂带,调节着青藏高原北东向的推挤和阿拉善地块的东向运动.前人动力学模拟指出,该断层有效摩擦系数可低至0.05,远小于通常在库仑应力计算及相关地震危险性分析中采用的0.4.本文基于库仑应力理论讨论了2016年门源6.4级对2022年门源6.9级地震的应力触发,并讨论了其对青藏高原东北缘地震危险性的指示意义.结果显示：随着有效摩擦系数降低,断层面最大库仑应力加载可达0.013 MPa,表明2016年门源6.4级地震可以增加2022年门源6.9级地震震源区的地震危险性.库仑应力随着有效摩擦系数的降低而增加,暗示祁连—海原断裂带的低有效摩擦系数可以促进2016年门源6.4级地震对2022年门源6.9级地震的应力触发.本文同时给出了祁连—海原断裂带两个库仑应力增强的区域,即西段的托莱山断裂和中段的天祝空段,这两个区域同时也是历史大震破裂空段和断层高闭锁段,预示着这两个断层段未来地震危险性高,值得进一步关注.     

中国构造应力场与大震复发周期关系的数值模拟

由古地震资料推算得到的中国境内各活动断裂带上大震复发周期值存在很大差异,对于这种差异可从构造应力产生的弹性应变能分布去探讨其原因。经过对中国及邻区边界条件和受力方式进行较详细的分析后,先以最大主压应力方向为判据,用有限元数值模拟方法反演中国及邻区的板块边界力和区内的构造应力场,然后分析计算应变能随离板块边界的距离增大所呈现的衰减规律,由此换算出要达到相同应变能（一次地震）各地所需的积累时间,并将其与用古地震方法得到的一些已知断层带大震复发周期进行对比。结果表明用应力衰减图象能解释不同地区大震复发周期的显著差异