汶川地震前后区域地壳形变场及孕震特征研究

利用中国地壳运动观测网络GPS区域网1999、2001、2004、2007年观测资料及中国大陆构造环境监测网络区域网2009、2011年观测资料,解算了南北地震带相对华南地块的GPS速度场,并用最小二乘配置方法解算了南北地震带南、北部地区应变率场的多期次结果,通过分析汶川地震前、后地壳运动速度场和应变率场的动态变化,进一步研究了汶川地震前区域地壳形变和应变积累背景与孕震异常的形变场主要特征及其形成机制.     

唐山、汶川地震地壳形变特征综合研究

通过对比分析1976年唐山7.8级和2008年汶川8.0级地震前后的区域水平和垂直形变场及跨断层形变的时空特征,归纳总结了与大地震孕育物理过程相关联的地壳形变共性特征.主要认识如下:(1)在中国大陆复杂的构造孕震环境下区域地壳形变场充分表现出非稳定态的起伏消长和复杂变化,在强震前孕震区地壳形变经历先增强后弱化的动态特征,剧烈形变局部化可能出现在震源区边缘附近;(2)震源区在震前数年主要表现为弱变形状态,可能是孕震晚期发震断层强闭锁、断层近场应力应变积累趋于极限的表现;(3)两次大地震前发震断层区域形变均显著偏离长期构造应变积累的变形方式,反映在大陆内部小尺度多块体的复杂构造孕震环境下局部应力应变场更容易出现扰动,且小块体边界临近发震的断层响应更为显著;(4)震源区边缘或外围可能出现显著的断层形变异常,而震源区内部由于发震断层处于强闭锁状态而不易观测到断层形变异常.     

中国大陆地区强震活动特征统计

从时空展布和应变积累释放角度,对中国大陆及大陆西部和东部地区地震活动进行分析,认为青藏高原地震区是中国大陆强震活动主体区域,在目前空间格局不发生改变的情况下,巴颜喀拉地块区及边界、川滇地区是强震活动主要场所的可能性较大;其次为新疆地震区,其强震主体区域依次为南天山与西昆仑交汇区、阿尔泰地区、南北天山地区;中国大陆东部目前可能处于第2轮回后剩余释放阶段或可能已进入第3个轮回的应变积累阶段,总体应变积累水平较低,发生强地震的可能性较小,若进入活跃期,华北地震区应是M≥6.0地震活动的主体区域。     

中国大陆地壳形变GNSS站网简述及数据产品应用现状

自20世纪80年代中期以来,GNSS技术在高精度地壳运动观测与构造形变研究中取得了丰硕的成果,为大地测量、地球动力学研究和防震减灾等诸多领域的业务深化和应用拓展提供了强大的技术支撑。本文在回顾中国大陆地壳形变GNSS站网发展历程的基础上,阐述该网络产出的中国大陆长期构造运动速度场、中国大陆应变率场、位移时间序列、基线时间序列和多边形应变时间序列等几类基础产品,分析这些产品在中国大陆构造运动动态趋势和地震预测分析中的应用情况以及所面临的瓶颈问题,最后展望未来GNSS在高精度地壳运动监测应用中的发展方向。以中国大陆构造环境监测网络为基础,大力推进国内海量GNSS观测数据的共享,提升GNSS多系统融合定位精度,将产出更为精细的科学产品,更好地服务于中国大陆地壳运动和地震预测分析等研究。     

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。     

利用多种地震学参数研究中国大陆地壳应变场

地壳应变场研究是地球动力学研究的一个基础性领域, 以往文献的探索大多集中在地壳形变的测量和研究上, 包括大面积水准测量和GPS观测等。 文中利用多种地震学参数研究中国大陆地壳应变场, 利用哈佛CMT目录和现代中国地震目录得到了中国大陆不同区域面波震级与标量地震矩的统计关系, 进而采用中国大陆历史地震资料研究中国大陆地壳应变场, 给出地震最大剪切应变率场的分布。 研究结果显示, 青藏高原及其周边地区是最大剪切应变率的高值区, 帕米尔和阿萨姆地区的应变率值最大。 与GPS得到的应变场结果进行比较, 两者的结果存在一致趋势。 利用NEIC宽频带地震辐射能量目录研究了中国大陆的地震视应变分布, 显示地震的视应变分布与地壳应变水平存在一定相关关系, 且发生在青藏高原周边地区地震的视应变水平较高。 这些研究结果为地球动力学研究的进一步深入探讨提供了新的科学资料。     

强震中期阶段区域性形变异常的共性特征及其预测意义

大地形变是地壳构造运动变形在地表的反映.基于区域水准、GPS等大地形变监测得到的、与构造有关的区域性形变异常,是伴随着强震孕育到一定阶段的外在表现,它具有定量直观、物理意义明确的特点.然而,由于区域水准垂直形变复测间隔较长(几年或更长),GPS资料积累的时间又短、震例较欠缺,使得将区域性形变异常用于地震的中短期预测受到限制.近年启动的中国地震局"十五"重点科研项目"强地震中期预测新技术、物理基础及其应用研究"的主要内容之一,就是将区域水准、GPS等监测得到的大范围区域性形变异常背景场、应变场分布与地质构造活动背景相结合,应用国家重点基础研究"大陆强震机理与预测"(973)项目"活动地块"方面的研究成果,从大的空间分布上研究与强震孕育有关的区域性形变、应变场异常分布特征,进行强震中期(1～3年)预测研究.     

区域垂直应变率动态图像与丽江(Ms7.0)、门源(Ms6.4)等强震关系的研究

利用从区域精密水准重复测量资料中分离提取区域性垂直应变率与跨断层形变观测相配合生成的动态图像方法,分析了发生于滇西和祁连山－河西地形变监测区及附近的丽江（Ｍｓ７．０）、门源（Ｍｓ６．４）等中强以上过程中的区域垂直应变率动态演化特征;在此基础上,对孕震过程区域垂直应变率动态信息的时空非均匀性与应变能积累状况的研究探讨,提出了一些根据区域垂直应变率动态信息判定中短期强震危险区的判据。     

基于地壳运动与变形对汶川大地震的初步研究

利用中国地壳运动观测网络GPS资料,并结合断层形变及区域水准等观测资料,从不同时空尺度的地壳运动与变形角度对汶川大地震进行了初步研究。主要内容包括发生汶川大地震的龙门山断裂带的应变积累与构造动力背景分析,震前地壳运动、应变场和构造变形的动态过程分析,以及问题讨论与认识。主要研究结果如下：     

用Rayleigh面波方位各向异性研究中国大陆岩石圈形变特征

中国大陆地质构造历史非常复杂,岩石圈长期积累的形变较大,而利用地震面波传播的各向异性是研究岩石圈形变特征的强有力手段. 本文利用双台窄带通滤波-互相关方法与基于图像分析的相速度频散曲线提取技术,提取Rayleigh面波相速度频散资料,进而反演中国大陆及邻区20～120 s周期Rayleigh面波相速度方位各向异性空间分布图像. 检测板测试结果显示：中国大陆大部分区域的方位各向异性横向分辨率在5°左右. 各向异性研究结果表明：中国大陆地壳上地幔方位各向异性特征存在显著的空间差异,反映出形变特征的空间差异;104°E以东地区地壳上地幔各向异性弱于西部地区,表明其构造变形总体弱于西部地区. 青藏地块及其东缘地区地壳与上地幔顶部变形最为强烈. 但东部的局部地区如华南地块与珠江口地区、鄂尔多斯盆地西南缘以及秦岭-大别造山带,较强的各向异性显示这些区域在不同时期也经历了强变形. 青藏地块内中短周期快波方向自西向东顺时针旋转变化可能指示板块碰撞与挤压过程中软弱物质的流变方向. 青藏地块西部中下地壳和上地幔形变模式相似,可能处于壳幔耦合状态;而中东部及东缘地区地壳上地幔形变模式存在明显差异,壳幔似乎不具备垂直连贯的形变特征. 位于青藏地块北部的塔里木盆地、柴达木盆地以及祁连褶皱带同样经历了强变形. 包括四川盆地在内的上扬子地块快波方向的变化显示中地壳与下地壳上地幔形变模式不同,而形变特征一致的下地壳与上地幔应为强耦合. 大约以103°E为界,龙门山断裂带可分为南西段和北东段,南西段处于低速区,而北东段位于高速区,且方位各向异性强度明显大于南西段;2008年5月12日汶川M_S8.0级地震沿断裂带的单侧破裂模式除与北东段的高应力积累有关外,还可能与北东段地下介质物性存在密切关系,高速坚硬岩体的发育有利于应变能的积累与集中释放.     

Intermediate to Long-term Estimation of Strong Earthquake Risk Areas in the Chinese Mainland Based on Geodesic Measurements

Based on previous research results, present-day crustal deformation and gravity fields in the Chinese mainland are analyzed using the GPS data, leveling, gravity and cross-fault deformations. We analyzed strain accumulation of the major faults, and identified locked or high strain accumulation segments. Combining the effects of large earthquakes in the study area, the long-term (decade) probability of large earthquakes in the Chinese mainland is estimated.     

中国大陆重力场动态变化研究

利用国家重大科学工程"中国地壳运动观测网络"1998-2008年间绝对重力和相对重力的观测资料,初步获得了中国大陆起算基准统一的重力场及其动态变化.重力场变化既具有时空分布的不均匀性和重力变化分区现象,同时又具有与活动断裂构造密切相关和与地震孕育发展有着内在联系.中国大陆6.8级以上大震主要发生在重力场变化分布差异较为剧烈的地区(重力变化≥90×10^-8m·s^-2)和重力变化发生转折的时段.     

中国大陆与周边板块边界强震活动的互动关系探讨

分析中国大陆与周边板块边界、尤其是西部地震“大三角”地区强震活动的关系认为,中国大陆与周边板块边界带的强震活动之间存在互动关系,而不完全是后者对前者的触发作用。进而根据中国大陆地震构造环境、大尺度地壳运动变形动态与强震活动状况,研究和探讨了这种“互动关系”可能的构造动力机理和我国大陆未来地震活动的发展趋势。     

华北强震地形变及重力前兆特征与孕震机理

通过分析华北地区强震地形变及重务前兆特征,发现震前在较大范围内存在与构造密切相关的动力不过程;在震中区介质状态发生变化。在此基础上提出了改进的组合－硬化模式：调整单元的运动,牵动较大范围构造运动的加及断层两侧深层介质密度变化;应力集中单元由于能量的不断积累,介质出现硬化过程。上述机理形成了前兆的各个阶段。     

GPS观测得到的1998～2003年中国大陆地壳应变

利用1998年9月至2003年9月底中国地壳运动观测网络基准站与基本站GPS观测所获得的多期水平位移结果, 计算了由观测站组成的各三角形的应变。 鉴于量级不大的应变时空变化的复杂性, 试图用统计的方法分析基本网观测得到的2001年11月14日昆仑山口西M_S8.1大地震前后的应变。 此次地震前中国大陆, 特别是中国大陆西部变形有加剧过程, 且中国大陆西部最大剪应变方向总体上保持稳定。 这表明, 此次大地震前有明显的应变能积累; 而在震中附近2000～2001年地震前应变速率很低, 出现闭锁或成核现象。 由最接近震中三角形计算得到的最大剪应变方向确定地震断层走向为N89.3°E。 震后2002年的变形仍然较大, 但2002～2003年中国大陆, 特别是东部, 变形最小。     

震前重力场变化质源体边界和危险区划定方法研究

在我国大陆开展的流动重力重复观测是监测地震前兆异常的主要技术手段之一。 对大地震前流动重力场观测资料研究结果表明, 区域性持续的重力场增加和减少与大地震发生有显著关系。 目前, 区域重力场变化监测已经成为一种常规前兆观测技术手段。 本文首先从三维倾斜台阶模型入手, 计算了理论重力异常, 并对异常进行变换, 找到了一种可以更好刻画其场源边界的方法, 并进一步应用空间相关系数法进行异常特征分析, 得到了从概率意义上估计危险区的方法。 最后, 本文尝试运用此方法对青藏高原东缘地区1998—2005年的四期流动重力测网资料进行处理和分析。 应用本文提出的异常处理技术, 可有效地圈定异常梯级带位置, 确定质源体边界形态, 并可以联合背景重力异常场等其他资料, 给出危险区发震概率的空间估计, 分析结果在年度震情会商中可以有效地对地震危险区的划定提供技术支持。     

地壳介质非均匀性对华北地区强震活动的影响

华北地区是我国地震灾害最频繁的地区之一,该区域的强震空间分布可能与地壳介质的不均匀性有关.本文建立了华北地区岩石圈三维Maxwell模型,并尝试采用剪切波分裂参数为新的约束条件,对区域地壳运动场和应力应变场进行了模拟,探讨地壳介质不均匀性与区域地震活动的关系.研究结果表明:外部动力源控制了华北地区整体的地壳运动方式,地...     

中国大陆活动地块边界带与强震活动

本文在前人对中国大陆及周边活动地块研究和划分的基础上，系统研究了6个Ⅰ级活动地块区和22个Ⅱ级活动地块之间共26个活动边界带的构造变形与强震活动，包括强震分布与活动边界带的关系，边界带构造活动速率与地震活动水平及强震复发期等的关系. 给出了边界带强震活动水平与构造活动速率之间的线性关系和强震复发期长短与构造活动速率的反向变化关系. 从而进一步揭示了中国大陆活动地块构造及其块体运动特征，以及块体边界带的构造变形对强震的控制作用.     

Active tectonic blocks and strong earthquakes in the continent of China

The primary pattern of the late Cenozoic to the present tectonic deformation of China is characterized by relative movements and interactions of tectonic blocks. Active tectonic blocks are geological units that have been separated from each other by active tectonic zones. Boundaries between blocks are the highest gradient of differential movement. Most of tectonic activity occurs on boundaries of the blocks. Earthquakes are results of abrupt releases of accumulated strain energy that reaches the threshold of strength of the earth's crust. Boundaries of tectonic blocks are the locations of most discontinuous deformation and highest gradient of stress accumulation, thus are the most likely places for strain energy accumulation and releases, and in turn, devastating earthquakes. Almost all earthquakes of magnitude greater than 8 and 80%-90% of earthquakes of magnitude over 7 occur along boundaries of active tectonic blocks. This fact indicates that differential movements and interactions of active tectonic blocks are the primary mechanism for the occurrences of devastating earthquakes.     

Active tectonic blocks and strong earthquakes in the continent of China

The primary pattern of the late Cenozoic to the present tectonic deformation of China is characterized by relative movements and interactions of tectonic blocks. Active tectonic blocks are geological units that have been separated from each other by active tectonic zones. Boundaries between blocks are the highest gradient of differential movement. Most of tectonic activity occurs on boundaries of the blocks. Earthquakes are results of abrupt releases of accumulated strain energy that reaches the threshold of strength of the earth’s crust. Boundaries of tectonic blocks are the locations of most discontinuous deformation and highest gradient of stress accumulation, thus are the most likely places for strain energy accumulation and releases, and in turn, devastating earthquakes. Almost all earthquakes of magnitude greater than 8 and 80%–90% of earthquakes of magnitude over 7 occur along boundaries of active tectonic blocks. This fact indicates that differential movements and interactions of active tectonic blocks are the primary mechanism for the occurrences of devastating earthquakes.