基于GNSS的青藏高原东北缘地壳运动场及强震趋势研究

利用“中国大陆构造环境监测网络”GNSS数据研究1998—2018年青藏高原东北缘排除同震影响等干扰后的速度场、主应变率场、最大剪切应变率场、面应变场等的变化,活动断裂滑动速率变化、跨活动断裂基线变化等。将研究区域内的二级块体再分区,获得各次级块体内部的应变率变化;获取研究区域地壳运动场的趋势性、动态特征。研究结果显示,阿尔金断裂带中东段、祁连块体和柴达木块体交界、巴颜喀拉块体与羌塘块体交界、祁连块体南边界中段、海原—六盘山断裂带和西秦岭北缘断裂带西段的逆冲运动,祁连块体北边界西段、庄浪河断裂的左旋走滑运动,祁连块体北边界东段、西秦岭北缘断裂带东段的左旋逆走滑运动,都属于造成一定程度地壳变形的持续性局部应变增强活动。阿尔金断裂带东段、东昆仑断裂带中西段、祁连块体北边界、庄浪河断裂北段、海原断裂南段、六盘山断裂北段、西秦岭北缘断裂带东段可能存在闭锁,未来十年可能发生M_S6.0以上地震。     

青藏高原东北缘主要断裂闭锁特征和滑动亏损研究

利用1999—2015年GPS水平速度场, 基于块体-位错模型, 反演了青藏高原东北缘4条主要断裂(海原断裂, 六盘山断裂, 陇县—宝鸡断裂, 西秦岭北缘断裂)的闭锁程度和滑动亏损速率的空间分布, 并分析了各断裂的地震危险性。 结果显示, 六盘山断裂南段、 陇县-宝鸡断裂北段、 西秦岭北缘断裂东段闭锁程度最强, 闭锁深度达到24 km左右; 西秦岭北缘断裂东段滑动亏损速率最大, 平均值达到3 mm/a; 六盘山断裂南段、 陇县—宝鸡断裂北段滑动亏损速率平均值达到1.9 mm/a, 稍弱于西秦岭北缘断裂东段; 海原断裂闭锁程度和滑动亏损速率相对较小, 闭锁程度和滑动亏损都仅分布在浅部。 我们认为现阶段海原断裂的地震危险性相对较小, 六盘山断裂南段、 陇县—宝鸡北段、 西秦岭北缘断裂东段地震危险性高于这些断裂的其他段落。 这些结果对于青藏高原东北缘地震危险性判定和地震灾害评估具有参考意义。     

青藏高原东北缘主要断裂带的库仑应力演化及其强震危险性

自1920年海原发生M8.5地震以来,青藏高原东北缘接连发生了1927年古浪M8.0地震、1932年昌马M7.6地震等一系列大地震,使其进入了强震活动的丛集期。为了探究青藏高原东北缘这一系列地震间的相互作用及区域地震危险性,建立青藏高原东北缘的三维Maxwell黏弹性有限元模型,模拟了区域自1920年以来17次M6.7以上地震的同震及震后库仑应力演化。结果显示：研究区自1920年海原M8.5大地震之后,后续的16次地震中,有13次地震发生在库仑应力变化为正的区域,说明了地震间的相互作用可能是导致区域地震丛集的主要原因之一。系列地震发生后,阿尔金断裂、柴达木盆地断裂西段、东昆仑断裂中段、鄂拉山断裂北段、共和盆地断裂南段、日月山断裂南段、庄浪河断裂、礼县—罗家堡断裂、成县盆地断裂西段、文县断裂西段、龙首山断裂南段、六盘山断裂东段、西秦岭北缘断裂东段、海原断裂西段和祁连断裂东段位于库仑应力变化为正的区域,且大部分断裂或断裂段的累积库仑应力变化超过了0.01 MPa,它们未来的地震危险性较高。     

青藏高原东北缘地壳应变与应力特征研究

青藏高原东北缘是青藏高原隆升和变形的前缘,地壳变形剧烈,研究其地壳运动和变形对理解该区的构造活动特征和动力学机制具有重要的意义。本研究收集1991—2016年的GNSS速度场数据,采用多尺度球面小波方法计算应变率张量,分析主应变率、面应变率和最大剪应变率的空间分布特征。面应变率结果显示青藏高原东北缘大部分区域具有轻微的压缩,平均压缩率小于15 nstrain/a,压缩率较高的区域集中在青藏高原东北缘的边缘地区,其中祁连山断裂带和海原断裂带区域的面压缩率大于20 nstrain/a。东昆仑断裂带、祁连山断裂带、海原断裂带和六盘山断裂带具有较高的剪应变率,最大约为40 nstrain/a。研究还收集青藏高原东北缘1904—2021年2.0级以上地震的震源机制解,通过区域阻尼应力反演方法得到该区域的应力场,最大主应力方向显示青藏高原东北缘35°N以南的区域表现为近EW向的挤压,而35°N以北的区域表现为NE向的挤压。根据最大、最小主应力的倾角把研究区划分为正断、逆冲和走滑3类区域,发现青藏高原东北缘内部的大部分区域和六盘山断裂的北部区域表现出走滑的运动特征,而祁连山断裂带、海原断裂带和西秦岭...     

联合GPS和InSAR研究海原-六盘山断裂现今的地壳变形特征

海原—六盘山构造区为青藏高原东北部构造变形最为显著的区域之一,历史强震活动频繁,是研究青藏高原NE向扩展的重要窗口和地震孕育过程的理想场所。文中处理了跨海原-六盘山断裂2014—2020年期间2个轨道的时序Sentinel-1A/B SAR数据,获得了该区域InSAR视线向现今的地壳形变场。融合公开发表的近十多年时间尺度的水平GPS地壳运动速度场,获得了研究区高密度地壳水平形变场。对比GPS、水准和InSAR观测结果,以及GPS-InSAR融合的高密度水平形变场,分析讨论了该区域的地壳形变、应变场特征及其与构造之间的对应关系。主要结论如下：1)GPS和InSAR观测表明,1920年海原8.5级大地震的震后黏弹性松弛效应在海原断裂南侧至今仍较为明显;2)GPS-InSAR高分辨率水平形变场表明,狭义海原断裂左旋滑动速率的递减主要发生在中东段,而中西段递减并不显著,可能与海原断裂向六盘山断裂之间由左旋走滑向逆冲推覆构造转换有关;3)六盘山断裂中—南段的地壳垂直形变和水平形变场特征均显示,该段断裂可能处于强震孕育的中晚期,根据反演得到的断层运动参数和地震地质资料,估算六盘山断裂中—南段发生强...     

基于GPS数据的海原-六盘山断裂带滑动速率亏损时空分布

利用青藏高原东北缘及周缘地区1999—2007年和2009—2014年2个时段的GPS水平运动速度场做约束,反演获取了海原-六盘山断裂带的闭锁程度和滑动速率亏损的时空分布演化。结果表明,海原断裂带以左旋走滑亏损为主,六盘山断裂北段以逆冲倾滑速率亏损为主,南段则以正向倾滑为主。其中,毛毛山断裂和老虎断裂西段在2个时段的闭锁深度都达到25km,最大左旋滑动亏损为6mm/a。老虎山东段和海原断裂(狭义)闭锁程度低,主要处于蠕滑状态。六盘山断裂2个时段的闭锁深度可达35km,最大逆冲滑动速率亏损为2mm/a。汶川地震后,六盘山断裂上逆冲滑动速率亏损高值区由中段迁移至北段且范围减小,南段则变成正倾滑速率亏损。毛毛山、老虎山西段和六盘山断裂的地震危险性要明显高于海原-六盘山断裂带其他断层段。     

青藏高原东北缘与主要断裂带相关的构造应力率和应变率场的数值模拟

新生代以来,青藏高原东北缘发育了一系列大型走滑和逆冲断裂,构造活动强烈,大震发生频繁.这些主要断裂如何影响区域构造应力、应变场的分配及地震危险性一直没得到充分探讨.本文建立了三维黏弹性有限元数值模型,计算了该地区在现今构造加载作用下的地壳应力率场和应变率场.结果显示,受阿拉善块体和鄂尔多斯块体的阻挡,青藏高原东北缘水平主压应力率及水平主压应变率的方向整体呈顺时针旋转,这种旋转在东南方向更为显著.区域整体以北东-南西向的水平主压应力率为主,并伴随有北西-南东向水平引张应力率.模型0km深度处水平主压应变率的最大值在东昆仑断裂附近,约为4×10-8a-1;在稳定的阿拉善块体和鄂尔多斯块体内部较小,约为1×10-8a-1.计算得到的区域应力状态和实际震源机制解具有较好的一致性,表明青藏高原东北缘以走滑和逆冲型应力场为主.阿尔金断裂带、东昆仑断裂以及海原断裂均表现为最大剪应变率向东逐渐减小,并且最大剪应变率值的减小被其端部的造山隆起和地壳缩短所吸收.在阿尔金断裂的西段、东昆仑断裂的西段到中段,以及海原断裂的西段到中段,未来有较高的地震危险性.     

陇西块体周边断层闭锁程度与滑动亏损特征研究

基于1999~2007年、2009~2013年两期中国大陆GPS水平速度场数据,使用DEFNODE负位错程序反演计算了汶川地震前后陇西块体周边断层——海原—祁连山断裂、六盘山断裂、庄浪河断裂和西秦岭北缘断裂的断层闭锁程度与滑动亏损动态空间分布,并讨论了汶川地震对块体周边断裂的影响和可能存在的强震危险段。结果表明,汶川地震后西秦岭北缘断裂中西段闭锁程度有所减弱、中东段闭锁程度有所增强,地震可能对其有一定影响;在汶川地震前后,其它断裂的断层闭锁程度没有发生明显改变,地震可能对其影响较弱。目前冷龙岭断裂、金强河断裂、庄浪河断裂、六盘山断裂、西秦岭北缘断裂中西段部分区域的闭锁程度较强,闭锁深度约为20~25 km,结合地质尺度的断层地震空区等结果,分析认为上述断裂可能为地震危险段。汶川地震前后陇西块体周边平行断层滑动亏损速率中,除庄浪河断裂为右旋滑动亏损以外,其它断裂均为左旋滑动亏损;陇西块体周边垂直断层滑动亏损速率则均为挤压。     

南北地震带北段近年地壳水平运动

采用中国地震局陆态网络数据,解算并对比南北地震带北段速度场、速度投影、基线时间序列。对比发现：①各点速度矢量呈顺时针旋转;②相对于鄂尔多斯块体,2011-2015年银川地堑各站（银川、盐池、中卫、海原等）沿NNW方向扩张;③祁连断裂表现为左旋剪切和逆冲挤压,2013年起闭锁加强;海原断裂表现为稳定的左旋和逆冲,2013年起剪切加速;六盘山断裂表现为持续并放缓的逆冲和较弱的右旋;西秦岭北缘断裂带西段呈高速且放缓的逆冲以及高速但低应变累积的左旋,东段保持高速稳定的左旋和持续逆冲。     

近年来南北地震带北段地壳运动特征

南北地震带北段构造活动强烈,强震频发。近年来地震活动有增强的趋势,震防形势严峻。利用GPS速度场、跨断层速度剖面以及基准站基线时间序列数据,分析了近年来南北地震带北段地壳运动的动态特征。结果表明,祁连山断裂具有较高的应变积累;六盘山断裂存在闭锁,静宁、平凉、陇西以及定西地区闭锁程度较深;2004—2009年六盘山断裂闭锁程度加深。2009—2013年与1999—2004年、2004—2009年相比,南北地震带北段地壳运动减弱,且呈现出一些特征:1)祁连山断裂—海原断裂—六盘山断裂附近减弱较显著;2)祁连山-海原断裂以北区域较以南区域减弱显著,造成了2009—2013年祁连山断裂挤压逆冲变形增强以及祁连山断裂和海原断裂带左旋剪切变形减弱;3)六盘山断裂西侧50km以西区域较以东区域减弱显著,导致六盘山断裂2009—2013年闭锁范围扩大到断裂带附近100km以内,而此前六盘山断裂的闭锁范围在断裂带附近50km内。GPS基线时间序列分析还显示银川地堑正在持续拉张,且西部拉张强度强于东部。     

川滇菱形块体东边界断层闭锁程度与滑动亏损动态特征研究

利用1999—2007期和2009—2013期中国大陆GPS速度场数据,采用DEFNODE负位错反演程序估算了川滇菱形块体东边界——鲜水河—安宁河—则木河—小江断裂带在汶川地震前后的断层闭锁程度和滑动亏损空间分布动态变化特征,讨论了汶川地震对该断裂系统的影响范围和程度,并结合b值空间分布和地震破裂时-空结果分析了断裂系统的强震危险段.结果表明,汶川地震前鲜水河断裂最南端为完全闭锁(闭锁深度25km),中南段地表以下10~15km深度为强闭锁状态,中北段基本处于蠕滑状态;安宁河断裂最南端闭锁很弱,其余位置闭锁深度为10~15km;则木河断裂除最南端闭锁较弱以外,其余位置基本为完全闭锁;小江断裂在巧家以南、东川以南、宜良附近、华宁以北等四处位置闭锁较弱,其余位置为强闭锁.10年尺度的GPS速度场反演所得断层闭锁程度所指示的强震危险段,主要为鲜水河断裂道孚—八美段、安宁河断裂中段、则木河断裂中北段、小江断裂北段东川附近、小江断裂南段华宁—建水段,该结果与地质尺度的断层地震空区和30年尺度的b值空间分布所指示的危险段落具有一致性.汶川地震后断裂带远、近场速度分布和块体运动状态发生变化,这种区域地壳运动调整使得负位错模型反演得到的断裂带闭锁情况发生一定变化.汶川地震前后川滇菱形块体东边界平行断层滑动亏损速率均为左旋走滑亏损,且在安宁河断裂北端、则木河断裂中北段滑动亏损速率最大;除鲜水河断裂中南段与最南端和小江断裂东川附近以外,其余断裂震后滑动亏损速率均有所增加.垂直断层滑动亏损速率既有拉张亏损也有挤压亏损,且鲜水河断裂最南端由震前挤压转变为震后拉张,其余断裂除了安宁河断裂和小江断裂中段与最北端存在挤压滑动亏损速率外均为拉张速率.     

2008年于田7.3级地震前西昆仑地形变的GPS初步研究

利用GPS观测资料计算并获取了2008年新疆西昆仑地区于田7.3级地震发生前的现今地壳运动速度场,通过速度场分布研究了区域内主要断层的活动速率.结果表明:震中以南的龙木错断裂呈左旋走滑性质的运动特征,走滑速率为1.2～2.5 mm/a;震中以北的阿尔金左旋走滑断裂滑动速率为5 mm/a;震中北西面的康西瓦断裂的左旋走滑平均速率约为3～7 mm/a.区域应变场分布一定程度上受断裂带分布的影响.7.3级地震就位于断裂活动交汇的部位和最大剪应变率高值区的边缘.     

喜马拉雅东构造结上地壳各向异性特征

本文利用雅鲁藏布江下游台阵的16个台站2016年度的近震数据,通过横波窗内的横波分裂测量,在各台站总计得到369个有效的横波分裂参数对,分析得出喜马拉雅东构造结上地壳各向异性特征。空间上,各台站的快波偏振优势方向整体上自西向东由近EW向,转为NE向,然后转向近NS或NNE向,最后转向NW向。大部分靠近或位于活动断裂带上的台站的快波偏振优势方向与断裂的走向一致,主要体现在墨竹工卡断裂上的ZOS台,雅鲁藏布江断裂上的WOL,NYG,ZIB和DOJ台站,墨脱断裂上的BEB和DEX台站,以及迫龙—旁辛断裂上的BAX和DAM台站;而距离雅鲁藏布江断裂西段和东段各有一定距离的LAD和YIG台站,以及位于雅鲁藏布江断裂东段与嘉利断裂交会处的TOM台的快波偏振优势方向与断裂走向存在一定角度,但其与喜马拉雅东构造结主压应力场方向NNE向基本一致。上地壳各向异性整体体现了结构控制和应力控制的特征,但各台站的横波分裂参数并未表现出随时间的规律变化特征,这可能与2016年研究区地震活动强度较弱有关。研究区各台站间存在较大的横波分裂参数差异和自身离散度,反映出东构造结复杂的构造特征和剧烈的变形作用。      

首都圈地区横波分裂与地壳应力场特征

利用宽频带流动地震台阵和首都圈固定台网记录到的近震波形数据,研究了首都圈地区（386°N～410°N,〖JP〗1150°E～1197°E）的横波分裂,给出了快波偏振优势方向的场分布,讨论了首都圈地区的应力场特征. 在此基础上,采用二维线弹性有限元数值模拟方法,探讨了断层不均匀滑动对区域构造应力场的影响. 结果表明：（1）首都圈地区的应力场整体特征表现为NE向的背景应力场和受张家口-蓬莱断裂带控制的NW向的局部应力场;（2）在研究区域的西半部分和中部,最大主压应力方向为NE60°～70°,在唐山大震区及其东部区域,最大主压应力方向近WE向;（3）首都圈地区的局部应力场最大主压应力方向比较一致,基本上都与张家口-蓬莱断裂带走向平行,为120°～130°;〖JP2〗（4）首都圈区域内断层的存在及其郴均匀滑动是研究区内出现大量局部应力场的一个重要原因,张家口-〖JP〗蓬莱断裂带对首都圈局部应力场起着重要的控制作用.      

基于区域水准和跨断层资料分析云南地区地壳形变

为了获取云南地区现今地壳形变和断层活动特征,收集了云南地区1992—2016年的2期精密水准观测资料,采用基于GNSS连续站垂直形变资料约束的平差方法,对区域整体地壳垂直形变特征进行了分析,结果显示滇西北区域地壳整体表现为隆升,垂向速率为2—3mm/a,滇南区域显示地壳沉降速率为-1—-2mm/a,并在下关—永胜和思茅—景谷一带存在地壳形变高梯度带。收集了该地区30多年的跨断层场地观测资料,计算了所跨断层的三维活动量,得出了断层现今活动状态和异常特征,认为滇西北和滇中南地区的场地多数表现出异常活动的现象,其中楚雄、剑川和永胜的监测断层现今表现出与地质背景相反的走滑和拉张特征,峨山、建水和通海场地所处断层在张压性质上与地质背景相反。结合区域水准和跨断层观测分析结果,从“面”和“线”上得出滇西北和滇中南地区存在地壳形变和断层活动异常,构造应力积累较高的结果,加之缺震背景显著,认为应关注该区域中强地震的危险性。     

Shear wave splitting analysis of local earthquakes from dense arrays in Shimian,Sichuan

The Shimian area of Sichuan sits at the junction of the Bayan Har block, Sichuan-Yunnan rhombic block, and Yangtze block, where several faults intersect. This region features intense tectonic activity and frequent earthquakes. In this study, we used local seismic waveform data recorded using dense arrays deployed in the Shimian area to obtain the shear wave splitting parameters at 55 seismic stations and thereby determine the crustal anisotropic characteristics of the region. We then analyzed the crustal stress pattern and tectonic setting and explored their relationship in the study area. Although some stations returned a polarization direction of NNW-SSE, a dominant polarization direction of NW-SE was obtained for the fast shear wave at most seismic stations in the study area. The polarization directions of the fast shear wave were highly consistent throughout the study area. This orientation was in accordance with the direction of the regional principal compressive stress and parallel to the trend of the Xianshuihe and Daliangshan faults. The distribution of crustal anisotropy in this area was affected by the regional tectonic stress field and the fault structures. The mean delay time between fast and slow shear waves was 3.83 ms/km, slightly greater than the values obtained in other regions of Sichuan. This indicates that the crustal media in our study area had a high anisotropic strength and also reveals the influence of tectonic complexity resulting from the intersection of multiple faults on the strength of seismic anisotropy.     

Evolution of crustal deformation in the northeast–central Japanese island arc: Insights from fault activity

We evaluated fault activity in northeast–central Japan based on fault orientation, regional stress field, and slip tendency analysis for active and non‐active faults (i.e. faults for which Quaternary activity has not been identified). Slip tendency is generally higher along active faults than non‐active faults, although a high slip tendency was observed along some non‐active faults, indicating their potential to become active. The potential for fault activity along non‐active faults can be modeled using the temporal evolution from non‐active to active during long‐term crustal deformation. The density of potentially active faults varies spatially across the study areas and reflects the temporal evolution of crustal deformation in northeast–central Japan.     

1976年唐山7.8级地震成因探讨

根据唐山地区莫霍面隆升、大地构造、新构造运动特征,探讨1976年唐山7.8级地震发生的地质构造背景。唐山地震区位于辽翼台向斜北部,北邻燕山台褶带,地表发育规模不大的基岩断裂,为燕山期活动形成,新生代断裂活动性不强;地下发育深切地幔的深大断裂,与地表断裂位置相当。由震前地震前兆及震后异常现象,提出了地震发生的成因机制。唐山地震是由震前地幔拱起、岩浆上涌垂直力作用下,受NEE-SWW向区域应力场水平挤压,NNE-NE向唐山右旋剪切逆断裂活动,受阻于NW向蓟运河左旋剪切正断裂,地壳岩石间摩擦、破裂,两断裂在深部共轭交汇区应力闭锁、释放,最终导致该次地震的孕育、发生。     

PRELIMINARY APPLICATION OF FOCAL MECHANISM SOLUTIONS OF SMALL AND MEDIUM-SIZE EARTHQUAKES TO FAULT STABILITY ANALYSIS IN THE SOUTHEASTERN TIBETAN PLATEAU

Analysis of stress state of faults is helpful to understand crustal mechanical properties and seismicity. In the paper, we invert the horizontal crustal stress field in the southeastern Tibetan plateau using focal mechanism solutions of small and medium-size earthquakes, and apply them to estimate the stability of regional major faults. Firstly, we collect focal mechanism solutions of small and medium-sized earthquakes in the southeastern Tibetan plateau. The dataset includes more than 1 000 focal mechanism solutions in the past twenty years. Magnitudes of these earthquakes vary from M3.0 to M6.0. Most of the focal mechanism solutions were determined using waveform inversion technique. Although most of focal mechanism solutions in the southeastern Tibetan plateau are strike-slip faulting, their spatial pattern is different in sub-regions. Normal faulting earthquakes mainly occurred in the western Sichuan region, reverse faulting earthquakes mainly occurred in the boundary zone between the Tibetan plateau and the South China craton, and strike-slip faulting earthquakes mainly occurred in the central and southern Yunnan region. Next, we settle on a mesh with grid spacing of 0.5° in longitude and latitude in the region and invert the horizontal crustal stress field at each grid point. Spatial variation of the maximum principal stress axis in the southeastern Tibetan plateau shows a clockwise rotation around the eastern Himalaya syntax. The azimuth of maximum compressional stress axis is about 88.1° in the western Sichuan region, about 124.6° in the South China craton, and about 21.6° in the western and southern Yunnan region. The azimuth of regional maximum compressional stress is nearly parallel to the direction of terrain elevation gradient, and that of the minimum compressional stress is nearly parallel to the tangential direction of the topographic elevation contours. The spatial pattern reflects the control role of gravity spreading of the Tibetan plateau on the regional horizontal stress field. Finally, we analyzed regional fault stability based on these collected focal mechanism solutions. The fault instability parameter (I) is defined based on the Mohr-Coulomb criterion and indicates the degree of fault approximating to rupture. The instability parameters on fourteen major faults in the southeastern Tibetan plateau were calculated. Our results show that the stability of the Lianfeng-Zhaotong Fault is the lowest before 2014 in the region, which indicates the fault zone is close to rupture at that time. Our results provide a new useful tool to assess regional seismic potential using dense focal mechanism solutions.