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1500a以来的历史地震应变能释放进行了系统研究。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活动性分析。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的同步现象。青藏高原东南缘现今处于大释放期,地震的活动性不能忽视。对局部地区的研究结果显示,安宁河-则木河断裂带、小江断裂带的地震活动性较强,对于这些地区应重点跟踪研究。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。      

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。     

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.     

2022年1月8日青海门源MS6.9地震震前变形特征分析

2022年1月8日1时45分27秒青海海北藏族自治州门源县发生 M_S6.9地震,基于大地测量资料详细分析震源区的构造运动、应变演化以及深部变形特征,对于发震机理及震后危险性分析具有重要的意义。本文利用1991—2016、2017—2020期中国大陆地区GNSS速度场,分析了青藏高原东北缘各断裂带的运动学特征、门源地震震中和周边区域的地壳应变及其动态演化特征;结合剖面投影和非线性拟合算法,定量计算了托莱山、冷龙岭断裂的滑动速率和闭锁深度,得到以下认识:①青藏高原东北缘不同断裂带的运动学特征差异较大,整体以地壳缩短运动为主,局部区域伴随旋转运动; ②震中位于面膨胀率和最大剪应变率高值区的边缘,与前人关于强震地点的认识基本一致; ③区域应变参数的时空演化过程显示,震中附近应变特征整体变化不大,表明断层可能处在孕震晚期阶段; ④托莱山断裂带具有较高的滑动速率和闭锁深度,结合库仑应力的研究结果认为,该断裂未来一段时间的地震危险性仍值得关注。     

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.     

青藏高原东南缘及邻区地壳介质散射强度变化特征

基于远震扰动场方法,利用47个数字地震观测台记录的10次远震记录对青藏高原东南缘及邻区地壳介质散射强度进行了研究.结果表明研究区内地壳介质横向非均匀性强烈,扬子块体地壳介质散射强度与青藏块体存在较为明显的差异;地壳介质散射强度梯度带与主要断裂带分布趋势一致,龙门山断裂带、安宁河断裂带与地壳介质散射强度梯度带具有较强的相关性,散射强度高值区偏向青藏块体一侧;强震震中沿散射强度梯度带分布,其震中偏向散射强度高值区一侧;散射强度呈现纵向非均匀性特征,下地壳介质散射强度高于上地壳.研究区强、弱散射强度的空间分布可能与区内强烈的地质构造运动、频繁的地震及火山活动所引起深部物质破碎、熔融及其沿断裂带的上涌与运移有关.     

六盘山断裂带的地震构造特征与强震危险背景

集成活动构造与震源机制解、重新定位小震分布、历史与现今地震、GPS速度场等资料,综合分析了六盘山断裂带的构造动力学条件与变形方式、横剖面构造、历史强震破裂背景、GPS形变以及现代地震活动性,进而探讨了该断裂带的强震危险背景.结果表明：NNW向六盘山断裂带的运动与变形主要缘于青藏地块东北缘的向东水平挤出受到相对稳定的华北地块西缘（鄂尔多斯地块）阻挡而聚集的水平挤压作用;此外,海原和陇县-宝鸡两条NW向走滑断裂带的左旋运动在右阶区的局部会聚作用,也由六盘山断裂带的变形与运动来承受与转换.横剖面上,六盘山断裂带表现为向东推覆的大型逆冲构造带,主滑脱带位于~25 km深处,之下很可能存在分隔青藏与华北地块的超壳-岩石圈型深断裂带.沿六盘山断裂带中-南段以及更靠南东的陇县-宝鸡断裂带存在总长为120~140 km、至少最近~1400年未发生M ≥ 6½强震破裂的地震空区.地震空区内的断裂,GPS形变显示已有显著应变积累,地震活动上出现为小震稀疏或空缺的部位,以及低b值区,反映那里的断面业已闭锁,并已有高应力积累.因此,六盘山断裂带中-南段和陇县-宝鸡断裂带应是未来可能发生强震/大地震的两个危险地段,潜在地震的最大矩震级估值分别为M_W=7.3±和7.2±.     

珠江三角洲及其邻近海域第四纪地质与地震危险性

从第四纪地质研究的角度分析了珠江三角洲地区的地震危险性,认为北东,近东西和北西向三组断裂带把整个珠江三角洲断陷分割成７个次一级断块,并根据控制各次级断块的断裂第四纪活动性的强弱。     

川滇交界东段昭通、莲峰断裂带的深部结构特征与2014年鲁甸M_S6.5地震

2014年鲁甸M_S6.5地震位于川滇菱形块体向东突出的过渡变形区大凉山次级块体南东缘的昭通、莲峰断裂带内部,属于青藏高原东南缘南北地震带的中南段,近十多年来,该断裂带及其周边中强地震的发生频次明显增多,昭通、莲峰断裂带是否具备孕育和发生强震的深部构造背景成为一个亟待研究的问题.为了研究昭通、莲峰断裂带的深部结构特征及孕震背景,探求2014年鲁甸M_S6.5地震的成因的深部动力机制,本文充分收集了四川、云南等区域数字地震台网和"中国地震科学台阵探测-南北地震带南段"("喜马拉雅"项目Ⅰ期)流动地震台阵的观测数据,应用区域震和远震联合反演的方法得到川滇地区三维速度结构图像,在此基础上重点剖析和研究了昭通、莲峰断裂带P波速度结构;再对昭通、莲峰断裂带及周边区域的重力、航磁数据进行三维视密度和视磁化强度反演,得到了壳内不同深度层视密度的横向变化特征和反映壳内磁性物质的分布范围以及结晶基底的视磁化强度异常分布情况,综合分析研究昭通、莲峰断裂带的深部结构特征及孕震动力环境.研究结果表明:川滇交界东部昭通、莲峰断裂带及其周边地区上地壳物质存在显著的横向介质差异,中下地壳深度范围大凉山次级块体西南缘存在低速异常分布,并呈现出近SN向的展布特征,2014年鲁甸M_S6.5地震位于该高低速异常的分界线附近略偏向高速体一侧.P波速度结构还揭示了鲁甸M_S6.5主震震源体下方中下地壳存在大范围低速异常分布,P波速度异常扰动与重磁异常的展布特征、梯度变化在深度和分区特征上均具有较好的联系和可比性,结合昭通、莲峰断裂带中下地壳范围内存在大范围的低密度弱磁性异常分布,综合表明了该区中下地壳物质相对较为软弱,这种特有的深部物性结构特征有利于应力在脆性的上地壳内积累和集中.研究结果还揭示了共轭断裂的深部构造形态,高低航磁异常边界与NW向的苞谷脑—小河断裂的深部展布形态相一致,苞谷脑—小河断裂处于航磁异常突变带附近,昭通断裂北段(昭通—鲁甸段)位于上地壳强磁性、高波速异常区内且具有深大断裂的深部地球物理场响应特征,因此该断裂段(昭通—鲁甸段)具备发生7级及以上强震的深部构造背景.当大凉山次级块体内部的中下地壳低速管流层自NW向SE方向运动到昭通、莲峰断裂带附近时,受到华南块体的强烈阻挡,应力在昭通、莲峰断裂附近基底性质存在差异处集中,脆性上地壳中低强度区域在横向挤压的构造应力场作用下易于破裂从而引发强震,这也正是昭通、莲峰断裂带内部鲁甸M_S6.5地震孕育和发生的深部构造环境.     

巴颜喀拉块体东边界千年破裂历史与2008年汶川、2013年芦山和2017年九寨沟地震

以巴颜喀拉块体东边界活动构造带为研究区,本文首先分析了该区最近一千多年的地震历史及强震活动随时间的变化,确定了2008年汶川M_S8.0地震、2013年芦山M_S7.0地震和2017年九寨沟M_S7.0地震这3次事件在这一强震活动历史中的位置,进而在圈绘长期强震破裂区图像的基础上鉴别主要活动断裂带上的地震空区。结果主要表明:研究区在最近约一千年中经历了一个强震轮回的3个阶段,包括一个平静期的后半部（1630年之前）、1630—1878年之间的过渡期以及1879年以来的强震期。后两个阶段可能代表了该构造带在经过更早、可能二三千年长的平静期或应变积累期之后出现的长达数百年、从“预释放”期（1630—1878年）到“主释放”期（1879年以来）的强震发生过程;在主释放期应变能释放呈明显加速,四川2008年汶川、2013年芦山以及2017年九寨沟地震是发生在主释放期中的3次最新事件,但是由这3次事件的发生还难以判断主释放期是否已经结束;已圈绘出研究区及其邻近地区若干活动断裂段上存在长期缺少大地震破裂的地震空区,未来仍应注意在这些地震空区再次发生大地震的危险性。      

青藏高原东缘中南部主要活动断裂滑动速率及其地震矩亏损

作为青藏高原南东向“挤出逃逸”的重要通道,青藏高原东缘中南部具有大型走滑断裂广泛发育和地震活动强烈而频繁的特征.本文使用线性球面块体模型理论,在前人活动地块研究的基础上吸收新近研究成果,建立研究区三维块体几何模型,使用1999—2007年的GPS数据反演得到青藏高原东缘中南部主要活动断裂滑动速率.使用反演得到的滑动速率和最优断层闭锁深度估算了川滇菱形块体主要边界和其内部断裂的地震矩积累,并利用历史强震目录估算了地震矩释放,在比较两者差异的基础上得到了研究区地震矩亏损（未释放的地震矩）较大的断层和断层段,该结果可以作为研究区强震中长期危险性研究的参考.     

华北中西部和青藏高原东北缘上地幔各向异性变形特征

基于华北中西部和青藏高原东北缘3个流动台阵共480个台站新得到的远震XKS(SKS、SKKS和PKS)波分裂结果,并结合研究区已得到的987个台站的分裂结果,获得了高分辨率的上地幔各向异性图像.分析表明,鄂尔多斯块体的时间延迟较小,反映了其稳定性和弱的各向异性变形特征,可能保留了古老克拉通根的"化石"各向异性,但其靠近边缘的局部区域表现出与相邻边缘相一致的各向异性特征,反映了其局部区域受到了与其相邻边缘的构造活动影响.青藏高原东北缘、阿拉善块体和鄂尔多斯块体西缘快波方向主要为NW-SE方向,鄂尔多斯块体北缘主要为NNW-SSE方向,反映了青藏高原沿NE方向推挤过程中岩石圈沿NW-SE方向和NNW-SSE方向发生了伸展变形;位于四川盆地和鄂尔多斯块体两个刚性块体间的秦岭造山带的快波方向为近E-W方向或NWW-SEE方向,时间延迟较大,推测岩石圈东向挤出和软流圈东流共同促进了观测的各向异性;在鄂尔多斯块体南部边缘,快波方向自西向东逆时针沿西南缘六盘山的NW-SE方向转到南缘渭河地堑的近E-W方向再到东南缘太行山的NEE-SWW方向,推断该区域可能存在一个绕刚性块体的逆时针软流圈绕流,与上覆岩石圈左旋简单剪切变形产生了观测的各向异性,并一起驱动了鄂尔多斯块体的逆时针旋转.作为华北克拉通东西部的过渡带,华北中部的各向异性相对复杂,其东部快波方向为近E-W方向或NWW-SEE方向,时间延迟较大,其各向异性主要反映了太平洋板块西向俯冲作用引起的地幔流;其西北部吕梁山的各向异性主要由岩石圈沿NNW-SSE到NW-SE的拉张变形导致,而西南部太行山的各向异性还反映了软流圈绕流作用.鄂尔多斯块体东北缘大同火山区存在一个快波方向顺时针快速旋转且时间延迟较小的区域,可能与火山群下地幔岩浆上涌形成的局部地幔对流相关.紧邻华北北部的中亚造山带中南部快波方向为近E-W方向,其各向异性不仅受到与构造走向一致的岩石圈变形作用,而且也受到太平洋板块西向俯冲引起的地幔流影响.     

青藏高原东南缘地震各向异性及其深部构造意义

青藏东南缘是青藏高原物质东流的通道,为了更全面了解复杂的岩石圈结构和强烈的变形特征,本文介绍了青藏东南缘岩石圈各向异性的形态,综合其他研究者得到的该区域壳幔各向异性结果,增加了部分新的资料,更新了青藏东南缘岩石圈方位各向异性图像,探讨了区域深部构造意义.
基于近场小震、远震和背景噪声资料计算结果,青藏东南缘地震各向异性展现出独特的区域空间分布和垂向层次性分布形态,展现了3个主要特征.（1）青藏东南缘上地壳各向异性与地表变形测量结果相符,快剪切波偏振方向（即快波方向）呈现与地表运动特征一致的发散性,与主压应力方向一致,但受到地质构造的影响.（2）青藏东南缘下地壳方位各向异性展现了更好的方向一致性,但方位各向异性程度相对较弱,在红河断裂带西北端部和小江断裂带下方有两个下地壳低速区,其方位各向异性程度与上地壳相当.（3）青藏东南缘岩石圈方位各向异性,呈现南、北分区特征,南北分界线大致在26°20'N,快波方向在北部近似为NS方向,在南部近似为EW方向.
本文推测：（1）在26°20'N北侧的上地幔有较厚的高速体,高速体南侧边缘呈现出近EW走向的直立墙形构造,其南侧软弱的上地幔物质在EW方向上流动,导致了岩石圈方位各向异性特征在空间发生突然的变化,快波方向由北部的NS变为南部的EW方向;（2）小江断裂带是现今的华南地块的地壳西边界,但岩石圈尺度的方位各向异性展现出的趋势性表明,华南地块的上地幔物质越过了小江断裂带到达其西侧,揭示了华南地块与青藏地块接触碰撞造成的岩石圈物质变形和上地幔软流圈物质运移的深部图像.地震各向异性能揭示区域深部构造与介质变形的信息,不同观测资料的综合分析有助于获得更清晰的各向异性三维图像.