唐山地震前地壳的异常隆起及无震蠕动

根据唐山地区震前11期水准复测资料,对本区的地壳形变的时空变化特征进行了分析.结果表明:唐山地震前1968年-1969年震中区发生了幅度为50毫米、持续时间2年的异常隆起,并在唐山及宝坻附近的唐山断层和蓟运河断层显示出应变积累与无震蠕动叠加的作用.采用了均匀应变积累及弹性位错理论分别计算了唐山、宝坻附近测点由于各处断层蠕动引起的垂直位移理论值,按残差均方根最小的原则确定历年应变积累及蠕动断层参数的最佳值.1969年-1975年唐山地下发生蠕动的断层走向为北东47、倾角87、倾向南东的右旋正断层,断层长度为8公里、宽度6公里、断层上界深度为2公里、走滑与倾滑错距分别为104厘米及8厘米,平均应变积累速度为0.910-7/年.同时得到断层走向、倾向蠕动速度分别为18.6厘米/年及1.4厘米/年.另外由蓟运河断层结果得到.宝坻附近蠕动断层的规模比唐山小,但蠕动速度比唐山大.本文分析了上述异常隆起及蠕动断层与唐山地震的关系,认为地壳的异常隆起是孕震的早期显示,而无震蠕动可能是浅源地震的又一前兆特征.唐山地震经历了长期应变积累-体积膨胀-蠕动-形变反向(或蠕动速度减慢)-发震的过程.      

渭河盆地北缘口镇-关山断层的晚第四纪—现今的活动性

近EW向的口镇-关山断层斜切了NEE向的渭河盆地北缘活动断裂带。文中基于野外补充调查结果,结合跨断层水准和蠕变仪监测资料研究了该断层晚第四纪—现今的活动性,补充了该断层晚第四纪活动的证据,分析了东、西2个断层段现今的活动特征与差异,获得以下新认识:1)口镇-关山断层为S倾的正-左旋斜滑断层,也是为调节渭河盆地不同段落非均匀拉张而形成的斜向调节断层,其晚第四纪垂直错断地层8.8m,左旋错断冲沟约34m,垂直和左旋滑动速率分别为 0.13mm/a和 0.49mm/a。2)形变监测反映该断层正在发生正-左旋斜滑型的蠕滑运动;其中,断层西段的蠕动相对稳定,垂直和左旋蠕动速率分别为0.16～0.76mm/a和0.42～0.78mm/a,横向水平拉张速率为0.15～0.26mm/a;断层东段正断分量的垂直蠕动速率为1.56mm/a,大于西段,且表现出阶跃式或幕式蠕滑特征,"阶跃期"(2012—2014年)速率达13mm/a的蠕动可能代表1次慢滑移事件。这些现象表明中国大陆拉张构造环境的活动断层也能发生蠕动。3)沿该断层的地震活动以及地表地裂缝带的发育与该断层的蠕动作用密切相关。     

唐山地震前的断层滑动及有关的倾斜和水位变化

分析了1976年唐山地震前趋势性的倾斜和水位变化.用传播的断层滑动模式计算了它们的理论波形,得出,除唐山附近的蠕动断层段外,在宁河附近还有一蠕动断层段,断层滑动在地面1公里之下进行,它于1975年2、3月份在塘沽和宁河之间开始,以后沿大致唐山断裂的方向(N30E)逐渐向北东方向扩展,滑动区前沿的传播速率为4——5公里/月,同时位移由0逐步增长到1米左右.最后讨论了唐山地震的震源过程,认为唐山地震(地震滑动)是南北两个蠕动断层段逐步逼近,最终连接致使位移率迅速增长的结果.      

鲜水河断裂带炉霍段的震后滑动与形变

1973年2月在鲜水河断裂带炉霍段发生了M7.6地震破裂.自那以来,先后在炉霍县虾拉沱布设了若干横跨该地震断层(1973年破裂带)的地壳形变观测系统,包括断层近场的短基线、短水准、蠕变仪、人工构筑物等,以及断层近-远场的GPS观测站.利用这些观测系统的长期观测资料,本文分析了鲜水河断裂带炉霍段的震后滑动/变形及其时、空变化特征,并建立起解释这些特征的动力学模式.研究表明:(1)1973年地震后的头5年,地震断层在虾拉沱场地表现为开放性质,近场的断层震后滑动以无震左旋蠕滑为主,速率达到10.27 mm/a,且伴有微量的拉张性蠕动作用;1979年以来,左旋蠕滑速率由5.3 mm/a逐渐减小到2.27 mm/a,减小的过程呈对数函数型,反映此阶段断层面已逐渐重新耦合、正朝闭锁的方向发展,并伴有部分应变积累.(2)1999年以来,地震断层两侧远场的相对左旋位移/变形速率为10 mm/a,远大于同时期断层近场(跨距40~144 m)的左旋蠕滑速率0.66~2.52 mm/a;远-近场位移/形变速率的显著变化发生在地震断层两侧各宽约30 km的范围,显示出这是与大地震应力应变积累-释放相关的断裂带宽度.(3)结合动力学背景与深部构造信息,本文对这里断层的震后位移/变形及其时、空变化的机理进行初步解释,要点是:震后约5年之后,由于逐渐增大的断层滑动/摩擦阻抗,上地壳脆性层中的断层面由震后初期的开放性质逐渐转向重新耦合、并朝闭锁的方向发展,但其两侧地块深部持续的延性相对运动拖拽着浅部脆性层发生相应的弹性位移/变形.(4)可估计再经历15~25年,研究断裂段将完全"闭锁",即进入积累下一次大地震应力应变的震间闭锁阶段.     

基于线弹性位错模型反演1997年西藏玛尼Mw7.5级地震的干涉雷达同震形变场——Ⅱ滑动分布反演

1997年11月8日西藏M_w7.5级玛尼地震是干涉雷达技术应用于地震观测以来的一次重要事件.在第一部分中，我们应用广泛使用的Okada线弹性位错模型，假设断层的各个分段滑动量均匀，反演得到断层各个分段的几何参数和均匀滑动量.本部分的反演进一步去除滑动均匀假设，并利用更能反映断层真实状态的角形元位错模型（线弹性），在第一部分反演得到断层几何的基础上，反演断层面的静态位错分布.反演结果表明，线弹性滑动分布模型能够更好地解释观测数据，进一步提高反演的数据拟合程度.最终得到了断层面上的走滑和倾滑位错分布.首次得到的断层面滑动分布显示断层面滑动在浅部（0～12 km）比较集中，地震破裂长度约170 km，最大左旋走滑位移达4.8 m；反演结果还表明局部段落存在较大倾滑位移，量值达到1.9 m，这在断层模型中是不能忽略的，它可能是断层两侧形变不对称的原因之一；反演得到的标量地震矩为2.18×10²⁰ N·m，相当于矩震级M_w7.5，与Velasco等利用地震波形反演得到的结果一致.     

北京地区主要活断层活动参数的重力反演

采用1991~1999年首都圈重力测网的重力测量资料,根据地质调查结果确定断层初始运动模型,利用稳健—贝叶斯最小二乘方法反演北京地区4条活断层的活动参数(走滑、倾滑、引张)。反演结果表明:在1991~1999年间,北京地区活断层的运动性质均以走滑和垂直升降为主,兼有伸展特征,但运动速率都不大,约为2 mm/a。北京地区北西走向断层反演的运动特征为左旋走滑正断层,北东走向断层反演的运动特征为右旋走滑正断层。     

川滇菱形块体主要边界运动模型的GPS数据反演分析

利用川滇地区1991-1999年的高精度GPS观测处理结果,采用稳健 - 贝叶斯最小二乘算法与多断裂位错模型,分析研究了川滇菱形块体主要边界运动的定量模型.反演分析表明:川西鲜水河断裂带和安宁河断裂带的左旋走滑运动速率约30mm/a,倾滑运动(逆断层)速率分别约9-11mm/a;滇西红河断裂带、程海断裂带、鹤庆 - 洱源断裂带的走滑运动(分别为右旋、左旋、左旋)速率分别约、11、13mm/a,倾滑运动(正断层)速率分别约16、24、16mm/a;如将其视为弹性应力应变积累,则各断层每年有相当于6级左右的地震能量积累.依据上述反演结果,模拟了区域主要断层运动引起的水平位移、应变速率场图像,显示了边界断裂及其之间的相互作用.     

首都圈跨断层形变反映的断层活动方式及其成因探讨

本文深入分析了首都圈10个跨断层形变场地的流动观测资料, 计算了断层水平滑动量。 结果表明, 首都圈断层形变反映的断层活动非常复杂。 其中: NW走向的施庄断裂左旋滑动量与时间呈线性关系, 在观测期内左旋滑动速率约为0.08 mm/a; NW走向的墙子路断裂观测期内以左旋滑动为主, 但水平滑动量较施庄断裂小; NE走向的断层在观测期内的活动方式多以左旋滑动为主, 水平滑动量随时间无明显变化规律。 在对断层活动观测结果详细分析的基础上, 利用平面弹性有限元模型对首都圈的断层活动进行了模拟研究, 认为该地区主要受张家口—渤海构造带左旋剪切的控制, 且不同走向活动断层以左旋走滑为主。     

1920年海原8 (1/2)级地震的地震断层带及孕震构造考察研究的初步结果

1920年海原8(1/2)级地震是近代在中国大陆内部发生的一次最大地震。本文概述了作者等人于1982—1984年对这次地震形成的地震断层带进行考察的初步结果。1.海原地震断层全长237公里。共由6段地震断层组成,各段呈有规律的斜列状组合而成,其中右行斜列部位为张性的下陷区,左行斜列部位为挤压性隆起区。显示左旋走滑活动性质。2.地震断层上左旋水平位移分布是不均匀的,其中以中部第3段位移量最大,最大水平错距14米,向两端逐渐变小。在同一段地震断层内水平位移也分布不均,中部较高,两端渐小,以致消失。显示出多个峰值的位错特征,这可能与海原地震复杂的破裂过程有关。垂直位移的分布与水平位移相反,较大的垂直位移分布在各段地震断层端部的斜列部位,中部垂直位移量较小。由此表明,海原地震断层是一条以左旋走滑性质为主的地震断层带。3.海原地震的发震断层是在老构造基础上发展起来的一条新的左旋走滑断层,其左旋走滑活动的起始时间大致是晚更新世中期。     

西南天山地表三维位移场及断层位错模型

利用1992—2012年间西南天山GPS观测和2003—2009年EnviSAT卫星InSAR图像,构建西南天山与塔里木盆地间(喀什坳陷)震间变形的三维位移场,约束区域内滑脱断层运动模型.结果显示:位于喀什坳陷基底与沉积盖层间埋深为12~18km的主滑脱断层进入西南天山(迈丹—喀拉铁克断裂带以北)沿高角度断坡深入天山底部至23~33km,并北倾1°~2°延伸至天山内部,从完全闭锁到自由蠕滑,滑动速率9~10mm·a-1.依据断层位错模型,1902年阿图什M8大地震可能从铁列克断层根部23km左右开始破裂,沿高角度断坡断层扩展25~30km的距离至科克塔木背斜南翼托特拱拜孜—阿尔帕雷克断裂.1902年阿图什地震可能导致阿图什背斜下方埋深2~12km的高角度断坡断层以2~3mm·a-1速率持续蠕滑,蠕滑过程释放的应力等价于一次Mw6.7左右的中强地震,西南天山及喀什坳陷基底滑脱断层控制了西南天山及前陆地带的现今变形和地震活动.     

香山北缘活动断裂带东段构造特征及活动性分析

在野外实测工作基础上, 对香山北缘活动断裂带东段自晚更新世以来的水平活动强度分时、 分段进行了研究. 结果表明, 该断裂带东段自晚更新世以来, 总体水平活动强度不大: 晚更新世早—中期水平位移速率为1.44 mm/a, 晚期水平位移速率为0.53 mm/a, 全新世水平位移速率为1.01 mm/a. 该断裂带左旋走滑强度在走向上具有不均一性, 而且其活动强度的最大部位(活动中心)随时间向东发生迁移, 碱沟—刘岗井次级断层是现今活动强度最大的次级断层.      

粘滑位移的直接测量和剪切破裂能的修正

从滑动弱化模型剪切破裂能G的计算公式出发,对三轴实验中常用位移测量方法作简要分析,认为改用弹簧应变片式位移计直接测量断层位移比用位移传感器在容器外部测量更能真实地反映粘滑的动态过程.作如此技术上的改进以后,当频率响应和采样速率比粘滑动态过程高得多时,就能直接得到(u)积分曲线而无需进行弹性修正.对同一粘滑事件,分别用弹簧应变片式位移计和位移传感器在高压容器的内外同时进行位移测量,在各种条件下,前者得出的G值总比后者高得多,约为3——10倍.初步的分析表明,后者偏低的主要原因在于容器外的位移计不能及时地反映粘滑时的位移变化,而新的方法在一定程度上克服了这一缺点,因而更接近于用地震学方法所得到的G值.      

洪积扇顶部活动走滑断裂的断错地貌分析——以新疆塔城盆地东缘阿合别斗河冲洪积扇为例

依据山前洪积扇顶部的扇形地形和向下游方向逐渐降低的地形特征,文中首先分析了断层面直立、向河流上游倾斜、向河流下游倾斜3种条件下左旋走滑断层错动在洪积扇顶部形成的断层陡坎的坡向和高度变化。其次,分析了左旋逆走滑断层、左旋正走滑断层在不同断层倾向条件下,断层错动在洪积扇顶部形成的断层陡坎的坡向和高度变化。利用无人机实测地形数据、谷歌卫星影像,结合野外地质地貌调查,发现新疆塔城盆地东缘NE-SW走向的冬别列克断裂近垂直穿过了自SE-NW发育的阿合别斗河。阿合别斗河处洪积扇的中轴线为NW向,坡向朝N,断层活动使其顶部发育了高约5.2m、坡向SE的反向断层陡坎。而在河床左、右两岸各1km之外的山前洪积扇上,断层陡坎为坡向NW的正向断层陡坎,坎高1～5m不等。阿合别斗河左岸T2、右岸T4与左、右两岸T5阶地的左旋水平位错量分别为(10.1±0.2) m、(10.6±0.7) m、(29.1±0.2) m、(20.0±0.7) m,垂直位错量分别为(1.5±0.1) m、(3.6±0.3) m、(4.7±0.2) m、(5.2±0.1) m。野外调查发现2处断层露头,断层面均倾向SE。根据阿合别斗河附近的断错地貌和走滑断层断错地貌模型,认为冬别列克断层在地貌面S1形成后为左旋逆走滑性质,T5阶地面形成后断层的性质转变为左旋正走滑并多次活动,形成了自SW-NE连续分布的正向断层陡坎—无陡坎—反向断层陡坎—无陡坎—正向断层陡坎的地貌现象。     

剪切破裂源及其近场影响

本文利用有限差分法对垂直走滑断层和垂直倾滑断层两种剪切破裂源在不同埋深和不同破裂尺度(指垂直于地面方向上断层尺度)情况下的近场理论地震图进行了讨论,并得到了地表不同震中距处的加速度付氏谱。通过对上述两种源所产生的近场效应的对比分析,本文得到了以下初步结果: (1) 在埋深相同,断层面宽度相同的情况下,垂直走滑断层源对近场地表的影响比垂直倾滑断层源大。(2) 在垂直倾滑断层源的埋深、破裂尺度相同的情况下,在地表同一震中距处产生的水平位移要比垂直位移大。(3) 两种破裂源在地表同一震中距处产生的位移的最大振幅随破裂尺度的增大而增大,且近似为线性关系;在极震区内不同震中距处产生的位移的最大振幅随震中距的增大而减小,且随震中距的变化率在减小;在地表不同震中距处产生的加速度的付氏谱的主峰周期随震中距的增大而变长,随破裂的增大,付氏谱中主峰周期也加长,且长周期成份愈多;随着破裂源埋深的增加,地表不同震中距处产生的位移的最大振幅变小,即等震线变疏。(4) 走滑断层源产生的加速度付氏谱的主峰周期比倾滑断层源长。     

基于线弹性位错模型反演1997年西藏玛尼Mw7.5级地震的干涉雷达同震形变场——Ⅱ滑动分布反演

1997年11月8日西藏M_w7.5级玛尼地震是干涉雷达技术应用于地震观测以来的一次重要事件.在第一部分中，我们应用广泛使用的Okada线弹性位错模型，假设断层的各个分段滑动量均匀，反演得到断层各个分段的几何参数和均匀滑动量.本部分的反演进一步去除滑动均匀假设，并利用更能反映断层真实状态的角形元位错模型（线弹性），在第一部分反演得到断层几何的基础上，反演断层面的静态位错分布.反演结果表明，线弹性滑动分布模型能够更好地解释观测数据，进一步提高反演的数据拟合程度.最终得到了断层面上的走滑和倾滑位错分布.首次得到的断层面滑动分布显示断层面滑动在浅部（0～12 km）比较集中，地震破裂长度约170 km，最大左旋走滑位移达4.8 m；反演结果还表明局部段落存在较大倾滑位移，量值达到1.9 m，这在断层模型中是不能忽略的，它可能是断层两侧形变不对称的原因之一；反演得到的标量地震矩为2.18×10²⁰ N·m，相当于矩震级M_w7.5，与Velasco等利用地震波形反演得到的结果一致.     

北京八宝山断裂带近期构造活动及其和地震的关系

本文根据地质、形变测量、地下水和小震活动等资料, 对八宝山断裂带的近期构造活动特征进行了研究, 指出从1972年到1976年唐山地震前, 八宝山断裂活动方式在不同阶段表现不同.1973年9月以前为张性右旋运动, 从1973年9月到唐山地震前为压性左旋运动.其中有短期加速活动时期.断裂加速活动过程中, 在八宝山断裂西盘, 三口基岩深井地下水位的升降有明显的从南向北变化特征.1973年6月, 南部歇息岗井水位开始上升, 7月大灰厂井水位上升, 10月北部板桥井水位上升;另一次水位下降变化是1975年4月至7月, 是年4月南部歇息岗井水位开始下降, 5月大灰厂井水位下降, 7月北部板桥井水位下降.大灰厂的地形变和水位同时发生变化.上述现象可能解释为八宝山断裂蠕动是从西南向东北逐渐传递形成的.近十几年来, 八宝山断裂带附近的小震活动集中在该断裂的西北侧和在北西向南口——孙河断裂西南侧, 这可能是由于八宝山断裂蠕动在向东北方向传递过程中, 受到北西向的南口——孙河断裂阻挡所致.      

跨断层位移测量与地震预报

本文以震例、实验成果及粘滑理论,证实跨断层测量已经成为目前中短期预报地震的手段之一,不跨断层测量则效果较差。宁河水准点观测到的唐山地震前“临界破裂前兆蠕滑”,不同于圣安德烈斯蠕动断层震前的加速蠕滑,它是板内首次测到的大震前兆蠕滑,并更强有力地证实国内外各种岩石破裂实验中普遍观测到的前兆蠕动在震前存在。“临界破裂前兆蠕滑”可能是一种必然出现的前兆现象,因此具有一定的理论意义和实用价值。根据跨断层位移测量点预报地震的经验,可将前兆异常分为三级,列出各种干扰,建立构造、前兆二判式。这套判别系统经过验证不仅实用,且为地震预报提出了一条新的思路。     

地震断层滑动对地质形变的测绘研究

传统断层自主剖分技术进行地震断层滑动对地质形变的测绘研究时,未考虑走滑位移量、倾滑位移量和张开位移量对地质形变测绘研究的影响,无法对差异断层转动角下的地质形变情况实施有效测绘,提出基于矩形位错模型的地质形变的测绘研究方法,采用矩形断层位错模型通过点源位错公式,获取地震断层滑动时地质形变的走滑位移量、倾滑位移量和张开位移量;基于地震矩形断层三维滑动对地表产生的位移进行测绘时,获取各位移量同地面形成的三维位移场,采用二维高斯-勒让德求积计算断层三维位移场转动形成的地表位移,实现地质形变的测绘研究。实验结果表明,所提方法可对不同矩形断层转动角下的地质变形情况进行准确测绘,实际应用价值高。     

独山子-安集海断裂单基线双分量斜跨断层监测研究

利用与断层走向斜交的、可以同时观测到垂直和水平距离变化的单基线跨断层观测仪器组对北天山地区的独山子—安集海断裂的现今运动特征进行了监测研究。结合独山子—安集海断裂10多年来的观测数据,求取了该断裂在无震蠕滑状态下10a来的运动特征和滑动速率,得到：独山子—安集海断裂的现今运动性质为逆冲左旋运动,断层垂直运动的速率为0．1056mm／a,水平左旋滑动速率为0．0123mm／a,断层以倾向运动为主,反映出该地区地壳变形以近南北向缩短为主。     

首都圈现今断层活动方式的数值模拟

利用三维有限元模型对首都圈断层水平运动方式和地壳应力场进行了模拟研究,认为该地区主要受张家口—渤海构造带左旋剪切的控制,且不同走向活动断层以左旋走滑为主.在此基础上,考虑可能发生的边界作用方式的改变,计算了相应断层活动方式变化.结果表明,如果华北平原相对于燕山块体东向运动增强会造成不同走向断层左旋运动加速;如果背景东西向挤压应力场增强会造成NW向断层左旋加速和一些NE向断层不同程度右旋滑动.