丽江-清镇剖面上地壳速度结构及其与鲁甸MS6.5级地震孕震环境的关系

2014年8月3日,云南省昭通-鲁甸地区发生M_S6.5级地震,造成了重大的人员伤亡和财产损失.鲁甸震区位于扬子块体的西缘,小江断裂带的东侧北东向的昭通-莲峰断裂带内.由于至今没有穿越该断裂带的人工源深地震测深剖面,而丽江-攀枝花-清镇650 km长深地震测深剖面距离鲁甸主震区不超过50 km,利用宽角地震资料的初至波震相,通过有限差分反演揭示该地区上地壳速度结构,可以为鲁甸震区的地震定位、地震孕育机制等提供深部速度模型.速度剖面显示：剖面结晶基底厚度平均为2 km左右;小江断裂带速度较低,东西两侧的速度较高;因此小江断裂带区域地壳强度比较低,加上断裂两侧的应变速率很高,所以小江断裂带和旁边的鲁甸-昭通断裂带,未来具有发生较大地震的可能,值得关注.     

川滇交界东段昭通、莲峰断裂带的地震危险背景

川滇交界东段NE向昭通、莲峰断裂带的研究程度较低.为了了解该断裂带是否存在发生强震/大地震的危险背景,我们基于区域活动构造与动力学、重新定位的小震分布和震源机制解、历史地震破裂区、GPS形变场、现代地震活动及其参数图像等多学科的信息进行综合研究.结果表明:昭通、莲峰断裂带是川滇-华南活动块体/地块边界带的一部分,也是活动及变形的大凉山次级块体与相对稳定的华南地块之间的边界带;结构上表现为2个平行展布、朝南东推覆的断裂带,现今运动为带有显著逆冲分量的右旋走滑性质.沿昭通断裂带无大地震的时间至少为1700 余年,目前存在地震空区.GPS变形图像反映昭通、莲峰断裂带已不同程度闭锁.另外,昭通断裂带的鲁甸附近以及莲峰断裂带的南段分别存在异常低b值区或高应力区.已由低b值区和小震空白区识别出昭通断裂带上的鲁甸-彝良之间存在高应力闭锁段,并估计出其潜在地震的最大矩震级为M_W7.4.本研究因此认为昭通断裂带存在发生强震/大地震的中-长期危险背景, 而莲峰断裂带的危险性还需进一步研究.     

鲁甸地区地震活动及地震构造环境

分析2017年鲁甸M_S4.9地震等震线特征、震源机制解及余震序列特征,从地震序列和震源机制解两方面,分析昭通—鲁甸断裂带及邻区地震类型分布特征;结合野外活动断裂考察成果及前人的研究成果,探讨了昭通—鲁甸断裂带及邻区地震构造环境。初步认为,鲁甸M_S4.9地震可能不是鲁甸M_S6.5地震的强余震。昭通—鲁甸断裂带及邻区地震类型分布受区域断裂控制明显,具有有利的孕震构造环境。     

滇东北地区三维电性构造研究

滇东北地区位处不同构造分区的交界地带,发育有多样的断裂构造,其中昭通—鲁甸断裂和小江断裂带的部分区段均具备积累高应力的条件,具有较强的孕震潜力.本文基于覆盖巧家、东川、鲁甸等地区采集的区域大地电磁阵列观测数据,通过大地电磁三维反演,获得了该地区的三维电性结构的水平和垂直切片,完整地揭示了滇东北地区的深部电性结构特征.反演结果表明,昭通—鲁甸断裂在10 km深度以内发育有多个局部高阻区,小江断裂带的巧家—东川段的东侧、东西两支交汇处在上地壳均表现为高阻,这些区域均展示出更强的孕震能力.根据低阻异常的分布,推测昭通—鲁甸断裂和小江断裂下方的低阻构造在中下地壳的多个位置发生连通.本文将研究区的地表热流、岩石圈有效弹性厚度、地震与电性结构结合分析,推测在滇东北深部低阻层可能存在下地壳流,并且下地壳流的塑性流动为鲁甸的地震活动提供了深部动力来源.     

2014年鲁甸6.5级地震GPS同震位移及反演分析

本文综合GPS流动和连续观测结果,并利用最速下降法（SDM）反演方法,给出并分析了2014年鲁甸6.5级地震同震位移、断层面滑动位移分布特征.GPS同震位移结果表明：此次地震沿北西方向表现出左旋应变释放特征、沿北东向表现出拉张应变释放的同震特征,并且随着离开断裂带距离的增加,拉张变形衰减;受包谷垴—小河断裂控制的左旋剪切应变释放的位移在莲峰、昭通—鲁甸断裂附近较弱,说明该断裂可能没有完全切割昭通—鲁甸断裂,不属于该区域主干断裂;昭通—鲁甸断裂带有一定的右旋应变释放,而逆冲应变释放不明显,表明该断裂带处于受南东向挤压的强闭锁状态.SDM反演结果表明,鲁甸地震以左旋走滑为主并兼有拉张性质,地震矩震级为M_W6.3左右.综上所述,并结合其他研究成果,我们认为莲峰、昭通—鲁甸断裂带仍存在强震危险性.     

大同 阳高震区及其邻区壳幔速度结构与深部构造

利用通过本区６条宽角反射／折射剖面资料对大同 阳高震区及邻区地壳上地幔速度结构与构造进行了详细的研究。结果表明,地壳上地幔速度结构与构造在纵向和横向上具有明显的不均一性。浅部基底断裂发育,而在其深部,根据波组特征、壳内界面及速度等值线起伏变化和低速异常体的边界等推测有３处地壳深断裂带。本区最明显的上地壳低速体位于大同—阳原附近,其南界存在地壳深断裂,大同 阳高地震群与该低速异常体和深断裂有关     

大同—阳高震区深部构造背景

利用通过本区的宽角反射／折射剖面资料对大同－阳高震区及邻区地壳上地幔速度结构与构造进行了详细的研究,结果表明,地壳上地幔速度结构与构造在纵向和横向上具有明显的不均一性,浅部基底断裂发育,对应其深部,根据波组特征,壳内界面及速度等值线起伏变化和低速异常体的边界等推测了地壳深断裂带,区内最明显的上地壳低速体位于大同－阳原附近,其南界存在地壳断裂,大同－阳高地震群与该低速异常体和深断裂有关。     

鲁甸M_S6.5地震前地震活动性分析及川滇东边界中部未来地震危险性研究

本文努力探索地震活动性定量化前兆的检测方法,针对Region-Time-Length(RTL)算法在空间异常分析中的不足,根据新提出的综合衡量区域地震活动水平的物理参数——RTL面积分(I_(RTL)),定量分析了2014年鲁甸M_S6.5地震前地震活动时空变化,并与2012年彝良M_S5.7、5.6地震作了对比,研究结果显示这些地震前都检测到地震活动增强.彝良地震前地震活动增强异常主要分布在则木河断裂和昭通—莲峰断裂带西段的交汇区,鲁甸地震前异常主要分布在昭通—莲峰断裂带、马边断裂带及周边地区.以上地震活动增强异常区的I_(RTL)随时间呈现由小变大,至峰值后回落的特征.彝良地震和鲁甸地震均发生于I_(RTL)峰值后数月,这表明I_(RTL)峰值对地震发生可能有一定的指示意义.鲁甸地震后,对周边地区地震活动跟踪研究检测到地震活动增强现象,且自2015年I_(RTL)呈上升趋势,目前I_(RTL)值已超过鲁甸地震前的峰值水平,也许更强的地震正在孕育,所以川滇交界东边界中部仍存在发生强震的可能.以上研究为我们认识鲁甸地震的孕震过程和地震前兆研究提供了新的认识.     

哀牢山-红河断裂带及其邻区的地壳上地幔结构

利用地震台站的到时资料, 通过体波地震成像技术重建了青藏高原东南缘和南海西北部大陆边缘地壳上地幔的速度结构, 揭示出哀牢山-红河断裂带及其邻近地区的构造差异. 在上地壳和中地壳深度内, 哀牢山-红河断裂带为高速异常, 反映出韧性剪切后变质岩带抬升和快速冷却的特征, 下地壳和Moho面附近为低速异常, 意味着壳-幔边界仍然处于相对活动的状态; 在上地幔顶部, 断裂西侧滇西地区大范围的低速异常证实了地幔深部热流对该地区火山、热泉、岩浆活动的影响, 而断裂东侧则具有扬子地块的稳定性质, 断裂东南部分上地幔深部的低速异常可能与南海扩张引起的地幔对流有关.     

大同阳高震区及其邻区壳幔速度结构与深部构造

利用通过本区６条宽角反射／折射剖面资料对大同阳高震区及邻区地壳上地幔速度结构与构造进行了详细的研究。结果表明,地壳上地幔速度结构与构造在纵向和横向上具有明显的不均一性。浅部基底断裂发育,而在其深部,根据波组特征、壳内界面及速度等值线起伏变化和低速异常体的边界等推测有３处地壳深断裂带。本区最明显的上地壳低速体位于大同—阳原附近,其南界存在地壳深断裂,大同阳高地震群与该低速异常体和深断裂有关。     

2014年鲁甸MS6.5地震前后介质波速变化特征分析

本文利用研究区内13个地震台站2014年1月至12月的连续波形数据, 采用背景噪声互相关方法, 提取了2014年8月3日鲁甸M_S6.5地震的同震波速变化。 结果表明, 鲁甸地震对介质波速的影响具有明显的空间差异性, 较大幅度的同震波速变化主要集中于则木河断裂—小江断裂及莲峰断裂区域。 其中, 莲峰断裂SW段和则木河断裂NW段区域的波速出现了较为明显的同震降低, 则木河断裂和小江断裂交界处则出现了明显的波速升高。 通过对比研究区内介质波速的同震变化与鲁甸地震对周边主要活动断裂应力积累的影响后发现, 波速变化与应力变化在空间分布上具有较高的一致性, 且两者的变化幅度也成正相关关系。 由此可以看出, 鲁甸地震造成的应力变化可能是地下介质波速变化的主要原因。 采用相同的方法对2014年4月5日永善M_S5.1地震研究后发现, 永善地震后鲁甸地震震源区及其附近区域波速明显升高。     

东北日本地震波速度、VP/VS和各向异性结构:对俯冲带水迁移过程的探讨

本文利用区域地震初至波到时数据,通过地震层析成像研究获得了东北日本俯冲带上地幔（深至约150 km）的P波速度（V_P）、S波速度（V_S）、V_P/V_S和P波各向异性结构.结果表明,低速及高V_P/V_S比异常体主要分布在火山下方的下地壳和地幔楔中,其与低频地震的分布吻合,该区域与俯冲板块脱水所释放的流体及其导致的部分熔融密切相关;俯冲的太平洋板块内可能由于脱水脆化导致的双层地震带区域则没有表现出整体的高V_P/V_S值,其可能与俯冲板块内部含水矿物含量有关;俯冲板块内双重地震带区域及上覆地幔楔薄层主要表现为与海沟平行的方位各向异性和正的径向各向异性,其可能是由于含水矿物的脱水使橄榄石晶格结构发生了从A型到B型的变化所引起的.我们研究表明,结合地震波速度和各向异性结构能够加深对俯冲带内水运移过程的认识.     

青藏高原东缘地震活动与居里点深度之间的相关性

本文选取不同的地壳速度分区模型,应用双差定位法对2008—2017年发生在青藏高原东缘的地震进行了重新定位,共得到4921个精确定位结果.重定位后的地震更加集中分布于龙门山断裂带、鲜水河断裂以及四川盆地南缘,震源深度多为5~20 km.根据NGDC-720地磁场模型计算了青藏高原东缘的三分量磁异常及其梯度张量,重定位后的大多数地震位于负磁异常区域以及四川盆地西南缘的强-弱磁异常边界.基于三维分形磁化模型获得了青藏高原东缘的居里点深度,并计算了磁性层的平均地温梯度,进而利用一维稳态热传导方程获得了其地壳温度结构.结果显示青藏高原东缘大多数地震均发生在居里点深度较大、地温梯度较低的区域.大多数M≥2.0地震震源区温度为100~500℃,M≥4.0地震震源区温度多为200~400℃.2008年汶川M_S8.0、2013岷县M_S6.6、2014年鲁甸M_S6.5以及2017九寨沟M_S7.0地震震源区温度均为300℃左右,而2013年芦山M_S7.0地震震源区温度接近约400℃,更多地受控于龙门山断裂带与鲜水河断裂交汇处的局部构造应力场异常.     

2014年鲁甸6.5级地震成因、破裂特征和余震分布特征的库仑应力作用

根据2014年鲁甸M_S6.5地震的区域构造和余震共轭分布特征,本文首先计算了1733年小江断裂带北段M7.75地震,1850年则木河断裂带M7.5地震和1974年马边M_S7.1地震对鲁甸M_S6.5地震震源机制解两个节面的黏弹性库仑应力作用,结果显示NNW向发生主破裂的包谷垴-小河断裂受到这3次地震,尤其是1850年M7.5地震明显的库仑应力作用,我们认为则木河断裂的高速左旋走滑运动以及7级以上强震的重复发生对于包谷垴-小河断裂的强震孕育和断裂演化方面具有促进作用;然后分析了鲁甸6.5级地震的共轭破裂与余震分布特征,并分别计算了两个共轭破裂面单独破裂对另一破裂面的库仑应力作用,结果显示NEE向破裂促进NNW向破裂的发生,而NNW向破裂后则阻碍了NEE向破裂的进一步发展,最终发展成以NNW向破裂为主的共轭破裂事件;最后计算了共轭破裂产生的库仑应力变化对余震的影响,认为位于NEE向破裂面西侧的余震集中分布主要是由于应力触发作用而形成.     

川滇地区重力场动态变化及其强震危险含义

基于川滇地区2011—2014年的重力复测资料,系统分析了区域重力场时-空动态变化及其与2012年云南彝良MS5.7、2013年四川芦山MS7.0、2014年云南鲁甸MS6.5和四川康定MS6.3地震发生的关系.结合GPS、水准观测成果和区域地质构造动力环境,进一步研究了区域重力场变化的时空分布特征及其机理,讨论了近期区域重力场动态变化的强震危险含义.结果表明:1重力变化与川滇地区断裂构造活动存在密切空间联系,重力变化较好地反映了伴随活动断层的物质迁移和构造变形引起的地表重力变化效应.2重力资料对测区内2012年以来发生的4次MS5.7以上强震均有较好反映,地震前震中区及其附近观测到明显的区域性重力异常及重力变化高梯度带,可能是地震孕育过程中观测到的重力前兆信息.3区域重力场动态演化大体反映了青藏高原物质东流的动态效应,龙门山断裂带地壳受挤压隆起、面压缩率和重力上升变化的特征最为显著.4重力场的空间分布及其随时间变化与地壳垂直与水平运动及地质构造活动等观测结果有一定的对应关系,强震易发生在重力变化四象限分布中心地带或正、负异常区过渡的高梯度带上,研究区的一些重力异常部位仍存在中-长期大震危险背景.     

前郭MS5.8和松原MS5.7地震震源区地壳速度结构与孕震环境

为了解2013年11月23日吉林前郭M_S5.8和2018年5月28日吉林松原M_S5.7地震震源区的地壳速度结构及其孕震环境,本研究收集了东北地区CEA固定台站、NECESSArray流动台站和五大连池WAVESArrary流动台站的连续波形数据,使用背景噪声成像方法,获得了前郭地震和松原地震震源区地壳S波速度结构.结果显示,这两个地震主要发生在相对高波速异常区,而震源区下方存在明显低波速异常,且该低速层呈北北东走向,并有向北延展的趋势.结果表明,震源区相对高波速异常区易于积累能量孕育地震,而震源区下方的低波速异常可能代表了流体作用.这种流体作用会降低断层面有效正应力从而触发地震.这种流体作用可能和太平洋板块深俯冲至我国东北地区（包括前郭地震和松原地震震源区）下方的地幔转换内形成"大地幔楔"结构与动力学密切相关.在"大地幔楔"结构中,由于地幔转换带中滞留板块脱水作用和地幔角流作用,容易形成热湿物质上涌,进而导致松辽盆地中北部岩石圈物质拆沉、地幔流体入侵至中下地壳、然后作用于断裂带,从而导致了两个震源区中强度地震的发生.     

2020年5月6日新疆乌恰5.0级和5月9日柯坪5.2级地震总结

2020年5月6日、5月9日,新疆地区南天山西段先后发生乌恰5.0级和柯坪5.2级地震,系统总结2次地震发生前出现的地震活动和地球物理观测异常,其中：①地震活动：震前存在调制地震集中、地震窗、5级以上地震成组等中短期异常;②地球物理观测：2次地震震中附近震前出现形变、电磁和流体观测异常,其中形变异常3项、电磁异常4项、流体异常1项,主要分布在柯坪5.2级地震震中附近。通过对2次地震序列进行跟踪,发现：乌恰5.0级地震余震较少,震后60天内共记录M_L 3.0以上余震4次,最大震级为M_L 4.5;柯坪5.2级地震后余震较丰富,震后60天内共记录M_L 3.0以上余震10次,最大震级为M_L 4.7,计算得到序列h值为1.6,b值为0.73。综合分析认为,2020年5月新疆地区2次5级以上地震前存在的地震活动异常较少,但区域地震活动水平较强,主要存在具有中短期指示意义的地球物理观测异常。