鲜水河—安宁河断裂带深部构造特征、固体潮应力变化与地震触发相关性研究

本研究通过反演241,561条纵波和209,363条横波高质量的地震走时数据,获得了鲜水河、安宁河断裂带的P波、S波以及泊松比的三维结构模型,并结合相位分析与Schuster测试讨论了该断裂带上地震事件的触发与其深部构造以及固体潮所产生的应力变化三者之间的关系.结果表明,鲜水河—安宁河断裂带26.5°N、28°N、29.5°N以及31.5°N四个位置附近存在低速、高泊松比异常,可能暗示着深部流体(包括部分熔融物质)的上涌.这些大范围分布的流体提高了孕震层的孔隙流体压力,削弱了断层面之间摩擦力,在鲜水河—安宁河断裂带形成了一些具有高度地震活动性的区域.此外,相位分析与Schuster测试的结果表明,鲜水河—安宁河断裂带附近的地震触发与固体潮剪切应力的变化密切相关.综合分析的结果表明,固体潮与构造应力对地震触发可能存在某种“合”的关系.在分布着大量流体的区域,地震事件可能对固体潮更加敏感.     

福建沿海边缘陆域的原地应力测量研究

通过在福建沿海边缘陆域地区活动断裂带附近进行水压致裂原地应力测量, 得到了地表浅部构造应力的大小、方向和分布特征. 根据实测的地应力资料,用库仑摩擦滑动准则分析研究了断裂带的性质和活动性. 结果表明:① 沿海岸线边缘自北向南,其最大水平主压应力方向为北西向,与测区北西向断裂带走向近于平行,与地质构造、跨断层形变测量等方法反映的主压应力方向大体一致,与震源机制解反映的主压应力方向夹角20deg;左右; ② 水平主应力值随深度增加而增大,与垂直应力值的关系为SHSVSh和SHasymp;SV Sh, 应力状态有利于走滑断层和正断层活动;③ 利用库仑摩擦滑动准则,摩擦强度取0.6～1.0分析, 断层附近的现今地应力状态达到或超过产生正断层摩擦滑动的临界值,表明测区现今构造活动以正断层为主; ④ 反映出本区现今构造应力场的力源主要来自太平洋板块向西和菲律宾板块向北西对欧亚板块的水平挤压作用.      

地震断层带流体作用的岩石物理和地球化学响应研究综述

断层活动导致断裂带裂隙广泛发育,成为地壳中流体运移与聚集的有利通道和场所.流体在地震过程中具有重要作用.流体与地震破裂带内的岩石相互作用导致其具有与其他完整岩石不同的性质,包括矿物-化学组成、粒度分布及传输性质(渗透率、孔隙度)等.这些特性可以视为流体与地震断层带岩石相互作用的响应.一方面,较高的孔隙流体压力导致断层的有效正应力降低.另一方面,流体会与断层岩发生一系列水-岩反应导致矿物蚀变、分解,生成大量摩擦系数较低的粘土矿物,同时一些不稳定元素可能会随流体发生迁移,导致大量物质流失.在地震周期过程中,伴随着流体运移,断层带的物理性质(渗透性、流体压力等)也随之发生变化.同震快速摩擦生热会导致流体产生热压作用,促进同震滑动.另外,同震破裂导致断层带的渗透性快速上升,较高的流体压力会很快释放.在间震期过程中流体会使破裂趋向于缓慢变形,矿物溶解-沉淀、重结晶及压溶等作用胶结并愈合裂隙,断层强度恢复的同时断层带渗透性逐渐降低,孔隙压力又逐渐积累.研究流体的这些物理化学行为对理解地震成核、同震滑动及震后断层愈合等过程有重要意义.本文介绍了有关流体对断层带物理化学性质的改造及流体的动力学意义等方面的研究进展,总结了流体在地震周期过程中所产生的一系列岩石物理化学效应及其对地震过程的影响.     

断层土壤气氡的应用综述

氡是揭示构造活动的重要化学示踪元素。研究断层土壤气氡及其同位素的地球化学特征,可以揭示流体在构造活动研究中的作用。本文简述了断层土壤气氡的地球化学特征及目前在断裂带上开展的土壤气氡观测的研究成果,归纳了氡的理论及实验研究以及形成运移机理等方面所取得的进展,分析了氡气在地壳中浓度变化的影响因素。探讨断裂带中氡浓度空间分布特征有助于深入理解地壳深部流体、构造活动与地震孕育之间的关系,对提高地震短临预报水平具有重要意义。     

龙门山断裂带重力变化与汶川8.0级地震关系研究

利用成都地区1996~2008年绝对重力和相对重力观测资料获得区域重力场时空动态变化结果,系统分析了龙门山断裂带重力场变化特征及其与汶川8.0级地震的关系.①重力变化与龙门山断裂构造活动存在密切空间联系,重力测量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成都地区重力场动态图像较完整地反映了2008年5月12日汶川8.0级地震孕育、发生过程中出现的流动重力前兆信息.③映秀及北川重力点值时序变化累积量达120×10^-8m·s^-2,较好地反映了汶川地震前映秀和北川两个极震区附近的重力测点随时间的剧烈波动性上升变化.④汶川地震前,龙门山断裂带东侧的四川盆地相对稳定,而较显著的重力变化发生在龙门山断裂带西侧的川西高原上.     

关中地区近期垂直形变与现今活动特征

应用差分、回归分析、最小二乘法原理等方法,对泾阳地震前后关中地区跨断层形变资料进行了分析研究,结果显示:①所监测的各断裂活动震前存在着中短期形变异常,呈现出明显的阶段性活动特征,可能是区域大面积应力积累和调整的结果;②进入短期的异常标志是中短期异常出现转折或反向;③各断层活动速率呈准同步变化,曲线形态大都呈现典型的α、β、γ相变化。分析了陕西关中盆地的地壳形变特征以及与西部强震的关系,结果表明:①地壳形变特征存在时空差异性,不同地区地形变活动强弱与其主要边界断裂带的距离存在相关性,主要边界断裂带附近地区相对活动强烈,远处则减弱;②不同时期各断层地形变活动强弱变化不同,既和构造应力场的变化有关,又与地震活动关系密切,且不同区域地壳构造运动发生转折的时期不尽相同。同时,断层形变前兆异常又存在时空差异性,表现为形态、时间等特征的不同;③多场地、大范围的断层活动异常与强震活动相呼应。     

复杂天然断裂带流体流动数值模拟:对天然及人工诱发地震起始的意义

活动断层系统中的孔隙流体超压会驱动流体流动,并最终导致断层强度降低和地震活动。由不同破裂模式(例如,脆性与韧性)引起的变形会影响断层带的渗透率,从而影响流体流动和孔隙流体压力分布。当前的数值模拟技术主要针对流体流动对断层再活化以及相关地震活动的控制作用。然而在地震起始阶段,对于孔隙流体压力是否影响从慢速无震断层滑动到快速地震断层滑动过渡的过程,仍然知之甚少。本文中,我们对天然断层中的超压状态下超临界CO_2流体的流动进行模拟,断层中的流体流动、流体压力和岩体变形之间复杂的非线性关系控制着地震起始的长度和地震间隔周期的持续时间。我们的模型基于意大利北部亚平宁山脉最近的地震活动[例如,1997～1998年科尔菲奥里托(Colfiorito)M_W6.0地震和2016年诺尔恰M_W6.5地震]进行设置。我们对达西(Darcy)流体流动模拟的结果表明,在将实际复杂断层带构造、孔隙压力和岩石变形相关渗透率三个因素同时考虑在内时,起始阶段的持续时间可以减少几个数量级。特别地,起始阶段的持续时间可以从10年以上减少到几天,甚至是几分钟,而地震矩可减少6倍。值得注意的是,在本研究中,通过地震起始模拟获得的无震滑移地震矩(M_0=10~9N·m),与使用应变计进行局部应变测量的检测极限数量级相同。这些发现对于地震早期预警系统具有重要意义,因为地震起始阶段的持续时间和力矩将影响地震前兆信号探测的可能性。有趣的是,在最近的一些大地震之前的几个月,已经测量到了无震滑移,尽管这些地震的构造背景与本文所构建的模型有所不同,但这也重新引起了我们对地震起始的兴趣。此外,我们的结果对于短期和长期地震预报也具有重要意义,因为在地震间隔期间地壳流体的迁移可能会控制断层强度和地震重现期。     

红柳峡跨断层水准规律性变化分析

红柳峡跨断层水准多次出现由张性背景转为大幅压缩的规律性变化,基于青藏高原地区5级以上地震高频时空分布特征,与祁连山断裂带异常跨断层场地同步性进行对比,结果显示:①红柳峡跨断层水准与祁连山断裂带上其他跨断层异常场地变化时间一致性较好;②在红柳峡水准出现压性变化的1年内,青藏高原5级以上地震高频活动多发,且红柳峡水准出现压缩变化时段内,在青藏高原内部多形成NE向5级以上地震条带,表明应力多沿NE向集中。研究结果表明,印度洋板块在北向推挤增强过程中,引发青藏高原内部及周边块体一系列地震,而作为祁连山断裂带西端特殊的跨断层场地,红柳峡跨断层存在块体调整过程中出现较为规律异常变化的可能。     

关于识别发震构造的思考与建议

本文基于地震活动是现代地质构造运动之产物,以及对我国及邻区现代构造条件的认识,指出了构造类比中值得关注的7个问题,提出了发震构造识别方法的新建议,其主要结果如下:(1)发震构造宜定义为,"在现代构造条件下,曾发生或可能发生地震的地质构造"。(2)我国及邻区的现代地质构造同第四纪以来的新构造运动是一脉相承,密不可分的。其中,①现代构造应力场具有明显的区域特征,而且从中更新世以来是基本稳定的;②组成我国大陆不同新构造类型的活动地块(构造单元)之间,存在包括地壳和上地幔横向非均匀性的构造格架差异;③大陆内部各活动地块之间,也存在不同的现代构造形变特征;④宜将中更新世的构造形迹作为与地震活动有关的现代构造形迹看待。(3)在进行构造类比时值得关注的问题有:①宜按活动断裂当前所处的发育阶段来评价其潜在地震;②断裂活动时代并非识别发震构造的充分条件,只有符合现代构造条件的粘~滑断裂,才应识别为大地震的发震构造;③只有同现代构造应力场相适应的先存构造,才可能孕育和发生地震;④对于某些单一断层参数与震级关系的统计结果,未考虑各地震构造区之间现代构造条件和断裂发育阶段的差异,则难以用于构造类比;⑤凡有新生代玄武岩(β6)出露的地段,有可能只发生6.5级以下的地震;⑥地震同地表断裂形迹之间没有必然的联系,尤其仅有断层物质特性分析或测年结果可用时,宜慎重对待为妥;⑦构造类比方法仅适用于识别与先存构造继承性活动有关的发震构造,对于活动地块内部新生或隐伏的发震构造仍无能为力。(4)对于发震构造识别方法的建议是:①以新构造单元为基础划分地震构造区;②按历史重演原则识别曾发生过地震的构造,即凡有较可靠中强以上地震震中、有小地震成丛或呈带分布、或有可信古地震遗迹的地段,均宜识别出符合现代构造条件的发震构造;③根据地震构造区内曾发生过不同震级档地震的构造标志,再按类比原则推断可能的发震构造;④综合评定地震构造区的极限地震,并以此作为区内发震构造最大潜在地震的阀限。     

欧亚地震带现代构造应力场及其分区特征

利用美国哈佛大学矩心矩张量目录中的2818个地震的震源机制解资料,分析了欧亚地震带及其5个分区现代构造应力场的基本特征,给出了5个分区的震源机制主压应力方向分布图。结果表明:①欧亚地震带以逆断型和走滑型断层活动为主;②地中海地震区以走滑断层活动为主,主压应力方向为SSW向;③伊朗—阿富汗—巴基斯坦地震区以逆断型断层活动为主,主压应力优势方向为NNE—NS向;④喜马拉雅地震以逆断型为主,主压应力优势方向为NS和NE向;⑤川—滇—缅地震区以走滑断层活动为主,主应力场方向为NNE向;⑥印度尼西亚地震区以逆断型断层活动为主,主压应力优势方向为NE—SSW向。各分区的主压应力方向明显受其所在区域板块运动的影响,由此推测板块运动可能是产生欧亚地震带构造应力的主要力源。     

龙门山北部陕甘川交界三角构造区断裂活动特征研究

龙门山北部3条不同走向的断裂带所围限的三角地区是我国陕甘川交界地区研究地震活动的重要场所.通过对区内秦岭南缘断裂、 平武—青川断裂、 岷江断裂及虎牙断裂活动特征研究和活动时代分析认为: 秦岭南缘断裂, 包括迭部—舟曲断裂、 武都—康县—略阳断裂及茶店—勉县断裂在晚更新世曾有过活动, 在全新世活动不明显; 龙门山断裂带东北段平武—青川断裂最后一次活动发生在晚更新世, 表现为右旋走滑的逆断裂, 全新世活动不明显; 岷江断裂和虎牙断裂不但在晚更新世活动强烈, 而且在全新世继续活动; 龙门山北部这个三角地区依然是未来地震活动关注的重点地区.      

汶川8.0级地震前发震断裂带地震活动特征研究

设定两个不同研究区域,分别就汶川8.0级地震前地震活动特征进行研究,得出以下结论：①至少在2008年5月11日之前的38年时间中,龙门山断裂带中段出现M5.0以上地震空段,汶川巨大地震就发生在这一空段;②第一研究区域强震释放能量出现阶段性梯次减少现象;③至2008年初,估算出第一研究区域地应力积累量已达5.0136×1016J,相当于一次M7.9强震所能释放的能量;④第二研究区域中小地震在龙门山断裂带中段的南端形成了几乎垂直相交的两条地震带,小震活动明显增多.     

2011年日本MW9.0地震相关研究综述

2011年3月11日, 日本海沟发生的9级地震造成重大人员伤亡, 受到社会普遍关注, 本文基于此次日本9级地震相关研究结果, 尝试从不同侧面分析此次地震的观测、 现象和认识, 主要包括如下几点: ① 此次地震发生在太平洋板块西北边界上日本海沟俯冲带上, 同震破裂可能存在深浅两个位错集中区, 较深的位错集中区位错量相对较小, 但历史上7级地震多发; 而较浅的位错集中区位错较大, 但历史上强震活动相对较弱; ② 基于GPS观测资料为约束的相关断层运动研究结果表明, 日本海沟断层运动背景以大范围稳定闭锁为主(闭锁区空间尺度与同震破裂尺度相当), 自2003年日本北海道8级地震后日本海沟地区断层运动开始出现扰动, 2008年以后有几次7级左右地震震后余滑分布明显比主震位错量要大, 之后分别于2008年和2011年观测到显著慢滑移事件, 最后分别于2011年3月9日和3月11日发生7级前震和9级主震, 震前日本海沟俯冲带断层运动变化过程比较清楚; ③ 可能是由于监测的原因, 传统上的前兆观测并未出现显著异常, 其震前异常主要为: 部分地震活动参数表明强震震源区震前应力状态相对较高、 区域地表运动速率的短期异常等; ④ 对于震源区物理性质的分析引起了更多的科学问题, 例如, 震源区介质物性是否与周边存在显著差异、 断层摩擦性质是否决定了发震能力和破裂过程、 震前断层运动是否存在预滑、 震前深部流体是否影响到震源区断层运动等。 他山之石可以攻玉, 希望本文对地震预测预报基础研究工作能起到抛砖引玉的作用。     

2019年甘肃张掖5.0级、夏河5.7级地震前地磁低点位移时空分布特征

2019年甘肃张掖5.0级、夏河5.7级地震前中国大陆均有明显的“地磁低点位移”现象出现,2次地震震中均位于低点位移线出现明显转折的区域。通过对2次低点位移异常日中国大陆地磁台站低点时间进行梯度法分析,研究了2次中强地震震中位置与低点时间高梯度带分布间的关系。研究结果表明：①在2次低点位移异常日都同步出现了地磁垂直分量低点时间高梯度带分布;②2次中强地震震中位置均位于低点位移线出现明显转折处和低点时间高梯度带1.0 h/（°）等值线附近;③利用低点时间梯度法对低点位移异常进行分析有利于改进原有异常识别方法,较少虚报率。     

走滑断层对洋中脊热结构与流动场的影响规律及对太平洋南部边界RRF型三联点的解释

选取太平洋板块南部边界的板块相对运动速度不同的两个洋脊－洋脊－转换断层（RRF）型三联点,即麦夸里（Macquarie）三联点和南太平洋三联点,为研究对象,通过数值模拟的方法,研究该类型三联点走滑断层边界两侧的板块相对运动速度对三联点附近地区地幔流动场和温度结构的影响。模拟结果表明:太平洋南部边界RRF三联点走滑断层边界两侧的板块相对运动速度控制着三联点附近的温度分布和地幔流动;随着走滑断层边界两侧板块相对运动速度的增加,转换断层相对滑动速度增加,温度上升,距洋脊边界100 km范围内的地幔流体速度变大;麦夸里三联点和南太平洋三联点处3个板块的相对运动,使得三联点的转换断层边界浅部产生剪应力集中,导致震源深度集中在15—25 km;同时相对运动产生的地幔流动引起温度结构变化,该变化控制着地形变化。      

利用GPS果确定华北不同运动性质单元及活动方式

利用华北地区1992，1995和1996年所施测的高精度GPS结果，对华北地区内部同期不同运动性质的活动单元进行辨别，确定了4个有明显差异运动的活动单元和1个过渡带，它们分别是鄂尔多斯 阴山单元、燕山单元、晋冀鲁单元、胶辽鲁单元和燕——冀过渡带；并给出了这一时期相邻单元间的相对运动，具体为:①鄂尔多斯——阴山单元与燕山单元之间不存在明显的压缩运动（量值为0.41.3 mm/a）；② 晋冀鲁单元背离鄂尔多斯 阴山单元向东偏南40的方向运动，量值为4.41.0 mm/a；③相对于燕——冀差异运动转换带，燕山单元向西偏北38方向运动，量值为2.41.3 mm/a，晋冀鲁单元向东偏南35方向运动，量值为2.30.9 mm/a；④晋冀鲁单元相对于燕山单元向东偏南37方向呈张拉型左旋运动，量值为4.71.4 mm/a；⑤位于晋冀鲁断块南部郯庐带附近的局部地区有偏离晋冀鲁单元的运动，方向为南偏西14，量值为1.51.1 mm/a；⑥相对于晋冀鲁单元，胶辽鲁单元有顺时针运动的趋势。其与燕山单元为邻的北端表现为张拉型右旋运动，南端则表现压性运动．需要说明的是，这里所给出的误差是根据单元内各点位移间的离散性得到的，并不是由观测点位移误差计算求得的．分析结果还表明:①山西带和燕——冀过渡带是体现华北内部相对运动格架及强弱的主要构造活动带，其它构造活动带则为次一级的活动带；② 华北地区整体水平形变并非均匀连续；③华北地区的动力模式可能为地幔拖曳＋边界耦合．      

Fluid involvement in normal faulting

Evidence of fluid interaction with normal faults comes from their varied role as flow barriers or conduits in hydrocarbon basins and as hosting structures for hydrothermal mineralisation, and from fault-rock assemblages in exhumed footwalls of steep active normal faults and metamorphic core complexes. These last suggest involvement of predominantly aqueous fluids over a broad depth range, with implications for fault shear resistance and the mechanics of normal fault reactivation. A general downwards progression in fault rock assemblages (high-level breccia-gouge (often clay-rich) → cataclasites → phyllonites → mylonite → mylonitic gneiss with the onset of greenschist phyllonites occurring near the base of the seismogenic crust) is inferred for normal fault zones developed in quartzo-feldspathic continental crust. Fluid inclusion studies in hydrothermal veining from some footwall assemblages suggest a transition from hydrostatic to suprahydrostatic fluid pressures over the depth range 3–5 km, with some evidence for near-lithostatic to hydrostatic pressure cycling towards the base of the seismogenic zone in the phyllonitic assemblages. Development of fault-fracture meshes through mixed-mode brittle failure in rock-masses with strong competence layering is promoted by low effective stress in the absence of thoroughgoing cohesionless faults that are favourably oriented for reactivation. Meshes may develop around normal faults in the near-surface under hydrostatic fluid pressures to depths determined by rock tensile strength, and at greater depths in overpressured portions of normal fault zones and at stress heterogeneities, especially dilational jogs. Overpressures localised within developing normal fault zones also determine the extent to which they may reutilise existing discontinuities (for example, low-angle thrust faults). Brittle failure mode plots demonstrate that reactivation of existing low-angle faults under vertical σ₁ trajectories is only likely if fluid overpressures are localised within the fault zone and the surrounding rock retains significant tensile strength. Migrating pore fluids interact both statically and dynamically with normal faults. Static effects include consideration of the relative permeability of the faults with respect to the country rock, and juxtaposition effects which determine whether a fault is transmissive to flow or acts as an impermeable barrier. Strong directional permeability is expected in the subhorizontal σ₂ direction parallel to intersections between minor faults, extension fractures, and stylolites. Three dynamic mechanisms tied to the seismic stress cycle may contribute to fluid redistribution: (i) cycling of mean stress coupled to shear stress, sometimes leading to postfailure expulsion of fluid from vertical fractures; (ii) suction pump action at dilational fault jogs; and, (iii) fault-valve action when a normal fault transects a seal capping either uniformly overpressured crust or overpressures localised to the immediate vicinity of the fault zone at depth. The combination of σ₂ directional permeability with fluid redistribution from mean stress cycling may lead to hydraulic communication along strike, contributing to the protracted earthquake sequences that characterise normal fault systems.     

断层对地下水渗流场特征影响的数值模拟

断层的存在影响着地下流场的运移和分布。 该文建立了一个理想地区的地下含水系统模型, 应用Modflow软件, 考虑断层倾向、 走向、 渗透系数等因素的影响, 采用数值模拟方法研究并探讨了断层对模拟区渗流场水头分布的影响特征。 研究结果表明: ① 倾向不同的断层, 以垂直断层对流场水头值的影响最为显著; ② 不同走向断层对流场的影响, 主要受断层走向与流线夹角的控制, 夹角越大, 对流场的影响越显著; ③ 断层的导水性质对模拟区流场水头值分布的影响较大, 断层表现为导水或阻水性质, 主要取决于断层渗透率与周围介质渗透率的关系; ④ 断层附近的流场梯度变化较大, 距离断层越近, 流场受断层的影响就越明显, 随着离断层距离的增大, 影响效应逐步减弱。 这项研究结果有助于深入认识断层对地下流体动态的影响, 以及对地震前兆特征的解释。     

水域隧道地震响应分析

本文基于Biot动力固结理论和弹性动力学理论,考虑海床（土壤）的两相性、黏弹性人工边界及流（水）-固耦合作用,建立了隧道-土-流体相互作用的力学模型,讨论了P波作用下有无水的情况以及水深、水域隧道埋深、海床土性质和地震波入射角等因素对隧道及其周围海床应力的影响。结果表明:隧道周围海床土的孔隙水压力和隧道内应力随着水深的增加而增加;地震波特性和海床土特性对隧道的内应力和海床土的孔隙水压力均有较大的影响;海床土的渗透性和隧道埋深对隧道的内应力影响较小,而对隧道周围海床土的孔隙水压力影响较大;地震动的入射角对隧道的内应力和隧道附近土层的孔隙水压力均有较大影响。