巴颜喀拉地块东部及其邻区块体运动及块体边界带形变特征

<正>2008年5月12日四川汶川MS8.0地震发生在我国南北地震带中段、青藏高原东缘、巴颜喀拉块体东边界NE向的龙门山断裂带上。汶川地震震前巴颜喀拉块体相对四川盆地的东向运动速率比龙门山断裂带的运动速率高出近两倍,说明从巴颜喀拉块体中东部到四川盆地存在着明显的速度衰减。作为华南块体一部分的四川盆地非常稳定,速度的衰减主要发生在龙门山断裂带北西侧的巴颜喀拉块体东部,GPS资料与地震活动性揭示巴颜喀拉块体东部向     

汶川地震同震形变场对川滇地区主要活动断裂地震发生趋势的影响

以所建立的川滇地区主要活动块体及其周边断裂带的模型和前期利用GPS及水准资料反演所得到的断裂带长期运动速率作为基础,将汶川地震引起的同震错动量加入到三维断裂几何模型中,计算出汶川地震大范围的同震形变场,然后基于该同震形变场和活动断裂三维几何模型反演了各条断裂对该同震形变场的反映,并通过与各断裂带长期运动速率对比,得到了汶川地震对川滇地区各主要活动断裂带发震趋势的影响．结果表明,在汶川地震引起的同震形变场作用下,在川滇交界东部地区,龙门山断裂带南西段地震危险性提前了305a,鲜水河断裂带南东段大致提前了19a,安宁河断裂带和则木河断裂带分别提前了21a和12a,大凉山断裂带北段和南段分别提前了9.1a和18a,马边断裂带的地震危险性则提前了51a;对川滇交界西部的丽江——小金河断裂带南西段、怒江断裂带、龙陵——澜沧断裂带、南汀河断裂带、中甸断裂带等断裂带地震的能量积累也有促进作用;相反在鲜水河断裂带北西段、小江断裂带等历史地震频发的断裂带上,地震危险性具有一定的减速作用．      

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.     

宜宾北4.7级地震活动背景、特征及其与鲁甸5.6级强震呼应成因分析

通过对宜宾北4．7级地震震中及附近地区地震地质、地震活动背景、区域地震活动性、水位资料的分析，表明宜宾北4．7级地震震前经历了区域地震活跃至平静、再发震的过程，其部分地震学参数存在异常，川12井水位也出现较大异常，并对宜宾北所处的华蓥山断裂带上的中强震与川滇交界附近地区南北地震带上的强震存在较高的对应关系成因进行了分析，认为华蓥山断裂带上中强地震活动对川滇交界地区南北地震带上强震的发生存在中短期预报意义。     

南北地震带地震震源机制解和现今应力特征

基于CAP方法,使用地震波形资料,计算得到了2009年1月～2017年8月期间南北地震带及周边区域466个3.5级以上地震震源机制解。在补充收集1976年1月～2017年8月GCMT公布的259个4.5级以上地震震源机制解的基础上,分析了南北地震带地震震源机制解和应力特征。震源机制空间分布显示,不同断裂带、块体间表现出不同的震源机制空间分布特征,该特征与南北地震带不同段落活动构造性质基本吻合。作为青藏高原东边界的南北地震带,由于动力环境复杂,其内部P轴方向具有明显的差异性。这种差异主要表现为:南北地震带北段P轴呈NE向分布;龙门山断裂带及周边除NE段P轴取向为NW—NNW向外,其他地段P轴近EW向;川滇菱形块体内部P轴呈NNW向,而其西边界以西呈NNE向,东边界以东呈NW向,应力方向转换带的与川滇菱形块体边界基本一致。整体而言,南北地震带及近邻P轴方向由北到南发生了顺时针转动。     

基于GPS速度场变化结果研究汶川地震前后南北地震带地壳运动动态特征

本文针对制约多期GPS速度场动态演化特征分析的关键问题,提出速度场稳定基准选取中顾及基准偏移的影响,给出了改进拟准检定(QUAD)初选指标的方法,有效解决多期速度场的基准偏移对粗差剔除的影响.并在此基础上通过对1999—2013年南北地震带地区多期GPS速度场做以华南地块为统一参考基准的处理、最小二乘配置统一协方差参数估算,获取了南北带地区多期GPS速度场的网格化结果.结果显示:(1)汶川地震影响在震后迅速衰减;震前2004—2007年及2007—2009年相对于1999—2004年南北地震带地区中北部地区存在大范围的北东向运动增强.(2)2007—2009年相对于2004—2007年的速度场差值变化图像显示,这期间汶川地震的调整影响范围较大,鲜水河左旋剪切有所减弱,龙门山南段应变积累增强.(3)川滇块体南东向的挤出滑移在2011—2013年相对2009—2011年有所增强.     

巴颜喀拉块体东部活动块体的划分、形变特征及构造意义

基于活动块体的基本概念,综合对研究区内活动断裂带空间展布、地震活动性等资料的分析将巴颜喀拉块体东部及邻区划分为巴颜喀拉块体（I）、华南块体（Ⅱ）、川滇块体（Ⅲ）和西秦岭块体（IV）等4个一级块体.利用GPS形变场、地球物理场等资料结合F检验法,将巴颜喀拉块体划分为阿坝（I₁）、马尔康（I₂）和龙门山（I₃）3个次级块体,将西秦岭块体划分为岷县（IV₁）和礼县（IV₂） 2个次级块体.利用分布在各个块体内部的GPS测站,计算各活动块体及块体边界断裂带的运动变形特征.结果表明：各活动块体的整体运动包括平移和旋转运动;东昆仑断裂带、甘孜—玉树断裂带和鲜水河断裂带的滑动速率明显高于龙门山断裂带的滑动速率;巴颜喀拉块体东部走向北西或北西西的边界断裂表现出左旋拉张的特性;走向北东的边界断裂带,除成县—太白断裂带外,均表现出右旋走滑兼挤压的活动特征.巴颜喀拉块体的东向运动存在自西向东的速度衰减,衰减主要被龙日坝断裂带和岷江断裂带分解吸收,其中龙日坝断裂带的水平右旋分解非常明显,约为~4.8±1.6 mm/a,岷江断裂带的水平分解较弱.龙门山断裂带被马尔康、龙门山和岷县等次级块体分成南、中、北三段,龙门山断裂带中段上的主压应变率要明显小于龙门山断裂带南段上的应变率,其北西侧变形幅度从远离断裂带较大到靠近断裂带逐渐减小,表明其在震前已经积累了较高的应变能,有利于发生破裂滑动.汶川地震后,地表破裂带和余震分布揭示的断裂带运动性质自南西向北东由以逆冲运动为主,逐渐转为逆冲兼走滑的特征可能与龙门山断裂带中段所受主压应力方向自南西向北东的变化有关.马尔康、龙门山和岷县3个次级块体与华南块体之间较低的相对运动速度以及龙门山断裂带低应变率、强闭锁的特征都决定了汶川地震前龙门山断裂带低滑动速率的运动特征.     

川滇主要断裂带近期运动变化及与地震活动关联性

汶川地震发生于巴颜喀拉、华南和川滇菱形块体"三联点"附近,对周边块体和川滇地区主要断裂带也即块体边界带的影响不容忽视.本文基于最新得到的1999~2007、2009~2011和2011~2013年GPS复测结果,利用二维有限元接触模型和"块体加载"方法,模拟强震前后断裂带的运动与受力变化.结果显示汶川地震前龙门山断裂带为低速运动但挤压应力快速积累,汶川地震后巴颜喀拉、滇西南、菱形块体向E-SSE逃逸增强,龙门山断裂带右旋、挤压运动速率和压应力年积累量最高值分别为震前的4.5、2.1和2.5倍.鲜水河南段、安宁河、则木河、大凉山和丽江-小金河断裂带挤压应力快速积累,并形成横跨川滇中部沿NE向展布的挤压应力增强带.鲜水河断裂带中部拉张增强并出现短暂反向.上述变化与该区同期中强地震分布关系密切,揭示出地震活动空间迁移与块体运动变化有关.     

巴颜喀拉块体东缘形变及九寨沟地震孕震环境数值分析

2017年8月8日四川发生九寨沟M7.0地震,是继2008年汶川M8.0地震后发生在巴颜喀拉块体东部的又一强震.现今GPS速度观测数据显示,2008年汶川地震前后的1999-2007年和2011-2016年两个时间段内巴颜喀拉块体东部地表速度场存在明显的差异.本文以实际GPS速度观测资料为约束,构建三维有限元地球动力学模型,分别计算分析了两个时段内震源区及周边现今地壳形变、弹性应变能和应力积累特征,进一步探讨汶川地震的发生对九寨沟地区变形及应力的影响.数值模拟结果显示,汶川地震之后(2011-2016年)巴颜喀拉块体东部的地壳形变、弹性应变能积累及应力积累速率均明显大于震前,增加量值达1.5-3倍;九寨沟地震发震断裂上库仑应力增长率在1999-2007年约为0.7 kPa·a~(-1),2011-2016年间增至1.2 kPa·a~(-1).上述结果表明,现今巴颜喀拉块体东部地壳应力积累过程有利于左旋走滑型九寨沟地震的发生,汶川地震的发生调整了区域应力状态,加速了九寨沟地震的孕育过程.     

南北地震带北段噪声层析成像

正南北地震带北段位于青藏高原东缘和东北边缘,涉及东昆仑断裂带东段以北的青藏高原东北隅构造区及其以北的银川一吉兰泰断陷带;此处印度板块与欧亚板块在喜马拉雅对接碰撞,并持续北北东向运动致使青藏块体、川滇菱形块体、滇西块体以及巴颜喀拉块体呈现出不同性质的变形响应特征,使得此处成了板块碰撞作用由近南北向东和北东方向转换的重要     

2008年汶川MS8.0地震前地震活动异常特征

分析了汶川地震前地震活动时空演化特征．结果表明:①汶川地震前38a龙门山断裂带及其附近形成5级地震背景空区,震前6.5a形成ML4.0地震孕震空区,震前1a孕震空区内部及其两端相继发生多次ML4.0—5.0地震,空区缩小;②中国大陆西部及邻区2001年以来处于大震活跃时段,而中国大陆内部地震活动水平非常低,出现非常显著的7级、6级和5级地震平静;③南北地震带7级以上地震在时间上具有准周期特征,空间上存在由南向北迁移的特点,汶川地震的发生符合这一规律;④1998年以来南北地震带中段为7级地震空段,汶川地震就发生该空段内;⑤2003年云南大姚地震后,南北地震带地震活动显著增强,且在中、南段形成4.6级以上地震环形分布,四川及其附近表现为异常平静,同时震群活动显著,且在4.6级地震平静区内形成震群空区,汶川地震就发生震群空区的边缘,震前8个月,震群频度出现高值异常;⑥汶川地震前7个月,青藏块体大范围ML≥4.0地震平静103d,2008年1月13日以后平静区逐渐解体,至汶川地震前４级地震平静区缩小到巴颜喀拉地块,汶川地震就发生在巴颜喀拉地块的东边界带上,汶川地震前3 个多月,孕震空区内部出现NW走向的3级地震条带,与龙门山断裂带斜交．      

南北地震带区域构造应力场反演

利用区域应力张量阻尼方法,使用南北地震带及其邻近区域2009年1月—2017年8月466次M_L≥3.5地震的震源机制解,及1976年1月—2017年8月GCMT公布的259次M≥4.5地震的震源机制解,反演得到研究区1.0°×1.0°网格大小区域的构造应力场。应力场空间分布特征显示,南北地震带作为青藏高原的东边界,由于所处动力环境复杂,其内部最大主应力方向具有明显的空间差异性。这种差异主要表现为:南北地震带北段最大主应力方向为NE向;南北地震带中段及周边除龙门山断裂带NE段最大主应力为NW-NNW向外,其它地段最大主应力近EW向;南北地震带中南段最大主应力方向逐渐由近EW向到NW或NE向,再到近NS向。整体而言,南北地震带及邻近区域最大主应力方向由北到南发生了顺时针旋转。川滇菱形块体内部最大主应力方向为NNW向,应力方向转换带与块体边界基本一致,其东边界以东最大主应力方向为NW向,西边界以西为NNE向。从区域构造应力场的角度分析,难以将“南北地震带”作为一个统一的地震带应用于中长期地震预测的研究与实践中。      

川西及其邻近地区活动构造基本特征与强震复发模型

川西及其邻近地区位于青藏高原东缘川滇、巴颜喀拉和华南三大活动块体的交接部位,发育着多组具有发震能力的活动断裂。由于横向次级活动断裂的存在,川滇块体可进一步划分为滇中和川西北2个次级块体,巴颜喀拉块体可划分出东端的龙门山次级块体。深部探测反映出川滇和巴颜喀拉块体地壳中均存在着低速-高导层(体),它们是上地壳多震的原因之一。地质研究和现今GPS观测表明:各级块体均存在着SE向或SSE向平移运动、顺时针转动和隆升运动,但量值存在着一定差异。文中还给出了各主要活动断裂带的地质或GPS滑动速率,讨论了目前存在的主要科学问题     

2008年汶川8.0级地震前横跨龙门山断裂带的震间形变

利用区域GPS和水准测量资料,结合地震构造背景的分析,本文研究2008年汶川8.0级地震前横跨龙门山断裂带地区的震间地壳形变,探讨引起这种形变的活动构造与动力学模式,并由此认识汶川地震的孕育与成因机制.主要结果表明：1997～2007年期间,自龙门山断裂带中段朝北西约230 km的地带内存在垂直于断裂的水平缩短变形、以及平行于断裂的水平右旋剪切变形,缩短率为1.3×10^-8/a （即：0.013 mm/km/a）,角变形速率为2.6×10^-8/a;同一地带在1975～1997年期间还表现出垂直上隆变形,上隆速率在龙门山前山断裂与中央断裂之间仅0.6 mm/a,而至龙门山后山断裂及其以西达2～3 mm/a.这些反映了在汶川地震之前至少10～30余年,龙门山断裂带中段的前山与中央断裂业已闭锁、并伴有应变积累.造成这种形变的主要原因是：以壳内的低速层为“解耦”带,巴颜喀拉地块上地壳朝南东的水平运动在四川盆地西缘受到华南地块的阻挡、转换成龙门山断裂带中段的逆冲运动;由于该断裂段的震间闭锁,致使西侧的巴颜喀拉地块的上地壳发生横向缩短以及平行断裂的右旋剪切变形.然而,龙门山断裂带北段在1997～2007年期间除了有大约0.9 mm/a的右旋剪切变形外,横向的缩短变形极微弱,这可能与该断裂段西侧的岷江、虎牙、龙日坝等断裂带吸收了巴颜喀拉地块朝东水平运动的大部分有关.另外,汶川地震前,横跨龙门山断裂带中段与北段的地壳形变特征的差异,与汶川地震时能量释放的空间分布吻合.     

基于三维粘弹性有限元研究汶川地震对川滇地区的震后影响

在考虑川滇地区地壳介质的横向分块、纵向分层特征,及汶川地震同震断层面静态位错上下盘非对称性的基础上,构建川滇地区地壳三维粘弹性有限元模型,研究了汶川地震对川滇地区的震后影响。结果表明:(1)震后10 a由于介质粘弹性松弛效应产生的远场水平变形在川滇菱形地块内部约0~20 mm,对其北部影响较大,南部较小,其产生的远场垂直变形较小,在川滇菱形地块大部分区域表现为0~4 mm的上升;(2)离发震断层较近的鲜水河断裂、东昆仑断裂,震后水平和垂直形变呈现高梯度带;(3)为了和汶川地震之后川滇地区强震活动进行对比,计算了主要块体边界活动断裂水平应力状态和库仑破裂应力变化。从同震及震后位移场空间分布特征、应力状态反映的断层活动特征及库仑破裂应力变化反映的断层面应力加卸载情况来看,与该区域强震活动分布在空间上存在一定的相关性。     

巴颜喀拉块体北和东边界大地震序列的关联性与2008年汶川地震

2008年汶川地震发生在巴颜喀拉块体的东边界.为了探讨区域动力学背景与该地震发生的关系,本文基于活动构造、震源机制解、GPS站速度、地震破裂展布以及历史大地震活动等资料分析巴颜喀拉块体北、东两个边界断裂系统的运动、变形以及大地震序列发生的关联性.结果表明:由于受到华南地块的阻挡,巴颜喀拉块体朝东-南东方向的"逃逸"运动...     

中国大陆西部未来强震危险性预测研究

主要研究中国大陆西部(E107°以西)区域中长期地震危险性和可能发生强震的区域.文中选用了可靠时段地震目录,应用震级-频度关系,计算6级以上各震级段年优势发生次数,对近100年以来的7级以上地震的地震波能量进行统计和分析,并利用近30年来地震震源机制解计算应力场的方向.结合断裂构造、应力场方向、缺震次数及不同区域的能量释放情况,认为中天山南北区域、中印巴三国交界区域、青甘藏川交界区域及祁连地震带(即南北地震带中段和北段)等几个区域应为未来的重点监测区域.     

汶川8.0级地震前区域地壳运动与变形动态过程

利用GPS等观测资料研究了2008年汶川8.0级地震前的区域地壳运动与构造变形、应变积累,以及大区域地壳运动微动态变化过程,结合同震位移场分布等分析、讨论了汶川地震前近10年区域地壳变形的表象所反映的大震孕震最后阶段的物理过程.结果表明,发生汶川8.0级地震的龙门山断裂带1999～2004年相对稳定的华南地块无明显的相对运动,2004～2007年有一定程度的相对运动显示,以右旋活动为主,年速率为1.6mm/a.龙门山断裂带西北侧的巴颜喀拉地块东部为右旋剪切为主兼有推挤的大尺度缓慢变形状态,右旋扭动变形率为2.1±0.2(10^-8/a),地壳总体缩短变形率为-0.7±0.1(10^-8/a).由GPS基准站资料计算的基线时间序列显示,2005年以来大尺度北东向地壳缩短的相对运动明显增强,青藏块体相对华南地块的北东向运动明显增强.对汶川大地震前应变积累的特殊性等问题进行了初步讨论,分析认为,汶川大地震的发生是四川盆地西缘的龙门山断裂带受到其西侧巴颜喀拉地块推挤导致大尺度、长时期、缓慢的地壳应变积累的结果.在发震前不仅龙门山断裂带为显著闭锁状态,且孕震区域可能存在地壳弹性变形趋于极限后难以发生变形的相持阶段,大尺度地壳运动与动力环境的动态变化对汶川大地震的发生有促进影响.     

基于GPS资料研究云南地区地壳形变动态特征

基于1999—2007年和2011—2013年2期云南地区的GPS速度场资料,结合最小二乘配置方法给出了2个时段应变参数和GPS速度剖面结果,综合分析了汶川8.0级地震前后云南地区地壳变形动态演化特征。GPS速度场动态演化结果表明:整体上GPS速度场方向从川滇块体南部的南向逐渐转为滇南块体的南东向,块体边界断裂带附近存在明显的相对运动特征。相比于1999—2007年,点位更加密集的2011—2013年GPS速度场结果还反映了断裂带分段变形特征;在滇南块体及周边地区,南东向的运动有显著的增加。应变参数动态演化结果表明:整体上呈现"中部拉张、两端挤压"的特点;区域变形(剪切、拉张或挤压)的分布特征与区域主要断裂带的背景运动及变形特征密切相关;相比于1999—2007年,2011—2013年的拉张变形区有所扩大,并且有向东和向南扩展的趋势;川滇块体东边界(小江断裂带)整体的挤压变形已经不再显著,主要集中在小江断裂带北段靠北的区域。跨断裂带GPS速度剖面结果显示:小江断裂带左旋滑动速率从北向南逐渐减小(由10 mm/a减至5mm/a),北段变形宽度较宽;红河断裂带右旋滑动速率约为4 mm/a,变形宽度较宽;动态结果表明,汶川地震对2条断裂带变形模式影响较小。     

基于重复地震研究川滇地区主要断裂带的深部变形

发生在同一断层部位上0.5～4.0 级的重复地震(也称重复微震)是研究断裂带深部变形的天然(有力)工具.本文系统汇集了川滇地区主要断裂带识别出的 76 组重复地震研究结果,构建了川滇地区重复地震的时空分布图像和断裂带深部变形时空演化特征,结果表明:丽江—宁蒗断裂带在脆韧转换带约23 km深处的滑动速率为4.3～5.4 mm·a－1 ,小江断裂带3.0～12.3 km深处的滑动速率为 1.6～10.1 mm·a－1 ,红河断裂带北段在 6.0～13.4 km深处的滑动速率为2.3～10.0 mm·a－1 ,鲜水河断裂带南段 3.0～18.7 km深处的滑动速率为 3.0～10.2 mm·a－1 ,龙门山断裂带在4.0～17.3 km的汶川 8.0级地震孕育深处的滑动速率为 3.5～9.6 mm·a－1 ,龙门山断裂带南端3.6～18.7 km处滑动速率为 5.8～10.2 mm·a－1 .综合分析认为:川滇地区主要边界断裂带的深部滑动速率较为一致,揭示了川滇地块和巴颜喀拉地块整体协同变形的特征.由重复微震与深部滑动速率变化构建了孕震深处的变形模式,即重复微震与断裂带局部闭锁段在空间位置上存在密切的关联性,强震前孕震闭锁区存在明显的深浅部构造形变差异,震前存在的深部加速变形过程可能是断层亚失稳阶段的具体表征.