利用GPS观测研究山西断陷带现今构造应力场变化与地震活动

基于1999—2007年山西断陷带GPS站点位移速率,采用格林函数法计算了山西断陷带地壳10 km深处的最大主应力和最大剪应力变化,并与区域地质构造、中强地震活动及其震源机制解等对比分析,结果表明:山西断陷带中强地震活动受区域构造应力场的控制,现今应力场变化强烈的区域,地震活动水平相对较高,地震震源机制与构造应力场变化特征一致性较强;构造应力场变化和中强地震活动还受构造相关区强震活动的影响,2009年以来忻定盆地原平段至石岭关隆起区中强地震活跃可能与汶川8.0级地震影响有关;山西南部尤其是运城盆地具有较高的背景应力水平,应进一步关注该区域的地震危险性。     

京西北盆岭构造区现代构造应力场的非均匀特征

京西北盆岭构造区包括延矾、怀涿、蔚广、阳原、灵丘、怀安及张家口多个活动断陷盆地.通过对该区大量活动断层擦痕的测量,利用由断层滑动资料反演构造应力张量的计算方法,获得研究区24个测点的构造应力张量数据;同时利用格点尝试法对研究区两个不同应力分区的中小地震震源机制解进行了分析.依据断层滑动与震源机制解两类资料的分析计算结果,初步给出了研究区现代构造应力场的非均匀特征：延矾盆地区域（B区）断层滑动反演的构造应力张量与震源机制解类型均表现为走滑型,表明该区受控于NEE-SWW向挤压、NNW-SSE向拉张的区域构造应力作用.怀涿、蔚广等盆地所在的山西断陷带北部尾端区域（A区）断层滑动反演的构造应力张量与震源机制解类型以正断型为主,表明怀涿、蔚广等盆地所在的山西断陷带北部尾端区域（A区）受近NNW-SSE向拉张的局部构造作用相对于延矾盆地更为显著.现代构造应力场的非均匀分布反映了京西北盆岭构造的差异特征.     

山西地区的地壳应力场

根据近20年山西地区的震源机制结果,得出了山西地壳应力场存在着有别于华北应力场的局部小区域应力场,这种小区域应力场在中部断陷盆地都是以北西—北北西向的水平拉张作用为主,而在东、西两侧隆起区则是以水平挤压作用为主的结论.但如果把上述断层面解中的所有P轴、T轴再分别投影到吴尔夫网上,得到是一个一致性很好的断层面解,由此推断山西地区的平均应力场的主要特征与华北应力场的基本特征完全相同,而山西局部小区域应力场的特征随之消失.     

汶川地震前后太原盆地应力场变化特征研究

利用小震震源机制解、地震视应力、GPS测量结果等资料,对汶川地震前后太原盆地应力场变化特征进行了研究。结果表明,汶川地震对太原盆地构造应力场的影响较为显著,不仅改变了应力场的方向,也改变了应力值的大小;应力场特征由震前NNE-SSW向拉张应力的局部小区域应力场为主,转为震后NEE-SWW向挤压应力为主且接近华北地区应力场。该变化态势有利于局部应变能积累,因而可能是太原盆地中小地震活跃的诱发因素。     

郯庐断裂带中南段应力场及变形特征

收集郯庐断裂带中南段及附近区域2009年以来的小震初动资料,利用格点尝试法求得51个台站的综合机制解和167次小震的震源机制解,采用Michael的应力张量求解方法获得区域应力场分布;同时利用震源机制三角形分类方法,对51个台站综合机制解的变形形式进行分类,探讨其空间分段特征。结果表明:研究区域的主压应力方向以NEE和近EW向为主,沿郯庐断裂带中南段由北往南,主压应力方向由NEE向逐渐偏转为近EW向;郯庐断裂带中南段变形特征存在局部差异,山东段以走滑型机制为主,兼有部分正断层震源机制;江苏段及安徽北段,郯庐断裂带带内及其东侧集中表现为逆冲断层类型,西侧则以走滑型为主;安徽段南端,郯庐断裂带东西两侧,震源机制分别以走滑型和正断型机制为主。     

应用综合震源机制解法推断鄂尔多斯块体周缘现今地壳应力场的初步结果

利用2007年8月1日至2013年7月21日发生在鄂尔多斯块体周缘的8499个地震的49844个P波初动符号资料,应用综合震源机制解法获得了鄂尔多斯块体周缘0.25°×0.25°的精细地壳应力场,所得应力场结果基本上覆盖了整个鄂尔多斯周缘地区.研究结果表明鄂尔多斯周缘地壳应力场具有以下特征:(1)在环绕鄂尔多斯周缘的银川—吉兰泰断陷带、河套断陷带、岱海断陷带、山西断陷带和渭河断陷带内,综合震源机制解结果以正断层型为主,且综合震源机制解节面走向大体与控制断陷带边界的主要断裂走向相一致,与鄂尔多斯周缘断陷带现今的拉张状态相一致.(2)在鄂尔多斯西南缘,综合震源机制解类型主要为逆冲、逆冲走滑和走滑型,反映了鄂尔多斯块体在西南缘受到青藏高原北东向挤压作用.鄂尔多斯西南缘的应力场的主压应力方向在远处为东向,源自于青藏高原向东北挤压作用,靠近鄂尔多斯块体表现为北东—南西向.(3)P轴方位在局部地区变化较大,但总体呈现规律性变化.P轴方位在鄂尔多斯块体西缘,从南向北,主压应力轴方位更加偏北;在其北缘,由西向东,主压应力轴方位更加偏东.在其南缘和东缘,主压应力轴方位变化不大,大体上平行于控制各断陷带主要断裂走向.P轴倾角在西南缘为近水平,在其周缘各盆地内P轴倾角近直立.(4)T轴方位总体表现为北西—南东向;在鄂尔多斯周缘各断陷带内,T轴走向大体与控制断陷带主要断裂走向以及断陷盆地走向相垂直.(5)鄂尔多斯块体在其西南角受到来自青藏高原的北东向挤压和其东北角深部物质上涌形成的北西—南东向拉张力联合作用,上述作用使得鄂尔多斯块体周缘地区除西南区为挤压区外,其余区域均为剪切拉张区,与先前研究认为鄂尔多斯周缘地区处于引张应力场作用相符合,较好地解释了环鄂尔多斯周缘的断陷盆地构造,亦符合鄂尔多斯块体东西两侧的右旋剪切拉张带以及南北两侧的左旋剪切拉张带的认识.     

晋陕断陷带现代构造应力场与地震断错研究

本文在分析晋陕断陷带1965年以来的地震P波初动资料的基础上,通过单个震源机制解的统计分析、构造分区地震综合断层节面解、震源机制分区地震综合断层节面解,讨论了该断陷带的现代构造应力场与地震断错类型,讨论了区域构造应力场与局部构造应力场的关系及地震断错的应力状态.     

运城盆地的现今构造活动及现代地壳应力场的基本特征

大量震源机制解结果表明，运城盆地存在以水平拉张为主要特点的局部小区域应力场，盆地北部水平挤压分量占优势。这些特点不同于山西断陷带其它诸盆地局部小区域应力场的特点。由这些震源机制解结果中所有Ｐ轴、Τ轴做出的运城盆地的平均应力场，与华北区域地壳应力场和山西平均应力场的结果基本一致。说明运城盆地在宏观上、整体上仍严格受华北区域应力场的控制，其局部小区域应力场也是在华北区域应力场范畴内活动     

华北平原块体地壳应力场与强震震源断层参数的研究

历史上华北平原块体周缘及内部强震活跃,本论文从地壳应力场和震源断层两个方面出发对这一地区开展详细的研究,希望能为地震预测提供有益的背景资料。本文的主要研究内容包括以下3方面:一是在不同构造分区的最优一维速度模型下,对华北平原块体的中小地震进行重新绝对定位;二是基于重定位结果和最优一维速度模型,由大量P波初动极性应用综合震源机制解法,计算华北平原块体的地壳应力场;三是在重定位结果和地壳应力场的基础上,对1679年三河–平谷地震、1830年河北磁县地震和1303年山西洪洞地震的震源断层的几何参数和运动方式进行研究,详述如下:首先,本论文使用虚拟台网技术整合华北平原块体2001年1月1日至2013年12月31日11个省级台网和"地震科学台阵探测流动观测实验场"的震相到时资料,采用Hypo2000定位方法进行初步绝对定位。挑选出重定位后定位精度A、B类的6 504个地震事件,采用VELEST程序获得了华北平原块体8个不同构造单元的最优一维P波速度模型。在此基础上再次使用Hypo2000方法进行华北平原块体多速度模型下地震绝对定位。基于新的重定位结果,我们得到以下认识:(1)重新定位后震中水平位置变化不大,地震丛集性和条带性更加明显。(2)重定位后地震沿垂向展布在0~30 km之间,山西断陷带震源深度由南向北逐渐变浅绝大多数地震沿断陷盆地主控边界断裂线性展布,震源深度剖面较清晰地勾画出山西断陷带各盆地的发震断层下界。(3)重定位后震源深度剖面揭示了一些比较有意义的现象,如郯城震源区下方地震直立分布,霍山地区倾向北东的地震条带,邢台震源区向北西方向倾斜的地震密集带等。其次,在绝对定位和最优一维速度模型的基础上,对华北平原块体22 069次地震的116 571个P波初动极性,采用综合震源机制解法获得华北平原块体0.5°×0.5°×20 km的精细地壳应力场图像。华北平原块体地壳应力场具有以下特征:(1)综合震源机制解类型以走滑和正断层类型为主,综合震源机制解的一个节面走向大体与所在区域的主要断裂走向相一致,符合华北平原块体周缘及内部现今的剪切拉张状态。(2)P轴方位自西向东呈现NE-NEE-近EW的偏转图像,T轴方位在山西断陷带内与断陷盆地的主控边界断裂走向垂直,自西向东呈现NW-NNW-近NS向的逆时针旋转,T轴方位的一致性要好于P轴方位,预示华北平原块体目前主要受NW-NNW向主张应力控制。(3)山西断陷带的应力状态以正断层为主,在临汾盆地北部和忻定盆地出现走滑应力状态的局部特征;张渤带从西向东应力状态分为正断层型、走滑型和正断层型,P轴方位呈NENEE-EW向顺时针旋转;郯庐断裂带应力结构以走滑和正断层为主,主压应力方向由北向南表现为NEE-EW-SEE向偏转,以郯庐断裂带为界,主压应力方向从西往东由ENE方向逐渐偏转为近EW方向。(4)秦岭–大别山构造带受华北平原块体应力场的控制减弱,逐渐向华南地块的应力场转向。华北平原块体的应力场主要受到来自太平洋板块俯冲和青藏高原挤压作用的控制,太平洋板块的北西西向的俯冲作用强于青藏高原的挤压碰撞对华北平原块体的影响。最后,基于大震震源区余震长期活动及余震发生在发震断层面上及其附近区域的假设,由现今精确定位的震源位置和区域应力场确定了1679年三河–平谷地震、1830年河北磁县地震和1303年山西洪洞8级地震的震源断层几何参数和运动方式。1679年三河–平谷地震的震源断层走向为38°,倾向南东,倾角为82°,滑动角为-156°,断层错动类型为右旋走滑兼具正断分量;1830年河北磁县地震的震源断层走向为283°,倾向北北东,倾角为74°,滑动角为-26°,断层错动类型为左旋走滑兼具正断分量;1303年山西洪洞8级地震的震源断层走向为19°,倾角为88°,滑动角为-179°,滑动性质为右旋走滑型。     

新丰江水库1961~1999年小震综合机制解结果分析

采用新丰江水库地区自1961年下半年到1999年底近40年的大量小震，分时段、分块计算小震综合机制解. 运用莫尔应力圆讨论分析水压应力场的作用特点. 小震综合机制统计结果表明，地震的破裂方式由6.1级主震前的走滑型为主转变为主震后的正断型破裂为主；主压应力P轴的方位和倾角随水库水位的不同表现有所差别.      

Monitoring the horizontal movement along the Shanxi fault zone by GPS measurement

IntroductionShanxi is a significant seismic activity area in North China (WANG, 1995), named as Shanxi fault zone. One can see how important it is by the name. Up to now, a large number of achievements have been obtained from the studies mainly by the geological method. In order to improve the seismic research and carry out earthquake monitoring and prediction in this area, a GPS horizontal deformation monitoring network is established along the fault from the north to the south by the Se…     

华北地区断层形变异常与地震活动

根据断层形变求解的华北地区异常参数和应变累积率, 研究了华北主要断裂带的断层形变异常及其应震特征。 同一断裂带上的形变异常与该带上的地震有较好的对应性。 河套—张家口—蓬莱活动构造带上发生的强震, 北京地区的断层形变异常参数在总体上几乎都有明显的前兆性异常。 山西带北部的断层形变异常参数对山西断陷带及其延伸部位上的强震同样有较好的反映。 断层应变累积率反映了应力的积累程度, 其值相对较大时, 测点所在地区的地震较活跃, 反之亦然。     

利用凹凸体判断柯坪块体地震危险性

将柯坪块体作为研究对象,利用最大似然法进行b值计算,并结合利用双差定位法对柯坪块体上发生的M_L≥1.6地震重定位后的结果,寻找沿柯坪块体主要断裂带的凹凸体。研究发现,柯坪块体上发生地震的震中主要沿断裂带分布,沿柯坪塔格逆断裂带存在凹凸体,该区域虽已发生大地震,但依然处于高应力水平,因此初步判定沿柯坪塔格逆断裂带仍存在发生地震的危险性。     

甘孜-玉树断裂当江段地表破裂遗迹与1738年玉树西北地震的讨论

对历史记载的公元1738年玉树西北地震的震级及其发震构造目前仍存有争议。卫星影像解译和野外调查发现沿甘孜-玉树断裂当江段分布一条长约75km的左旋走滑地震地表破裂带,其最大同震水平位移约2.1m。综合分析该地表破裂带特征、探槽揭露信息、测年结果以及历史文献记载等资料,认为当江段应为1738年玉树西北地震的发震断层,基于震例类比和经验公式估算该次地震的震级为71/2级。沿甘孜-玉树断裂的历史地震破裂分布显示,玉树段在隆宝镇以西存在近50km长的破裂空段;当江段距1738年地震的离逝时间也可能已经接近其地震复发周期,上述两个段落未来均存在大震危险。     

由精密控制人工震源观测到的绵竹5.6级地震前后波速变化

地震危险区断层的应力状态变化及其精确测量一直是地球物理学关注的热点问题之一,主动震源探测技术的发展为解决上述问题带来了可能.汶川大地震后,结合汶川地震断裂带科学钻探,在四川省绵竹市九龙镇--跨越龙门山断裂带前山断裂,利用10 t精密控制人工震源进行了连续监测试验,在试验观测期间的2009年6月30日凌晨2时3分,当地发生了M_s5.6级地震,地震前后观测数据的对比分析表明,该地震发生前后,穿过断裂带的直达S波走时发生了时延为5~9 ms的微弱变化,射线路径上的平均波速相对下降了约0.3%,该时延主要是由地震同震效应引起的断裂带内应力调整和物性变化造成的.所使用的精密控制人工震源性能稳定,适于开展断层监测.这一结果对于发展断裂带主动震源动态监测技术具有重要意义.     

张家口-渤海地震构造带的地壳形变研究

华北北部地区的张家口-渤海断裂带是控制现代强震的一条地震构造带。新近纪以来,在区域NEE向主压应力的作用下,新发育了一系列的NE向构造活动带,与张家口-渤海断裂带组成1组共轭的剪切破裂系统,控制了近代强震的发生。文中主要探讨了这条断裂带的地壳形变特征。长趋势GPS地壳形变图像反映了这条活动断裂带相对完整的左旋走滑活动。分期的地壳形变图像揭示了在中强地震前,沿该断裂带出现一系列的NE向梯度异常带,分别指示了唐山-河间、三河-涞水以及延怀-山西地震构造活动带的活动,表明了沿张家口-渤海断裂带出现了中强地震的中期前兆。研究认为,强震前地壳形变揭示的是深部蕴震层的应变活动信息,而强震之后比较杂乱的图像特征体现了盖层的调整运动     

GPS结果揭示的龙门山断裂带现今形变与受力——与川滇地区其他断裂带的对比研究

本文构建川滇地区二维有限元接触模型,采用“块体加载”方法和1999-2007年GPS数据,模拟计算该区主要断裂带的形变运动,对比、分析其运动、受力特征和应力积累差异.结合区域强震研究汶川地震、芦山地震的力学背景.结果显示强震前龙门山断裂带保持低变形,右旋错动不超过1 mm·a^-1,挤压不超过0.5 mm·a^-1,明显低于其他断裂带,但其两侧应力值与其他断裂带相当,主压应力轴与断裂带走向垂直,形成很宽的挤压带,断层面法向挤压应力积累为-333.74 Pa·a^-1,为全区最高.揭示1999年以来,龙门山断裂带及巴颜喀拉块体东部的挤压应力快速增加,致使实际应力可能处于高水平并诱发地震活跃,期间强震呈丛集性,出现汶川、芦山地震接连发生的现象.     

The October 11, 1999 and November 08, 2006 Beni Suef Earthquakes

Two felt moderate-sized earthquakes with local magnitudes of 4.9 on October 11, 1999 and 4.3 on November 08, 2006 occurred southeast of Beni Suef and Cairo cities. Being well recorded by the digital Egyptian National Seismic Network (ENSN) and some regional broadband stations, they provided us with a unique opportunity to study the tectonic process and present-day stress field acting on the northern part of the Eastern Desert of Egypt. In this study, we analyze the main shocks of these earthquakes and present 15 well recorded aftershocks (0.9 ≤ ML ≤ 3.3) which have small errors on both horizontal and vertical axes. The relocation analysis using the double difference algorithm clearly reveals a NW trending fault for the 1999 earthquake. The spatial distribution of its aftershocks indicates a propagation of rupture from the SW towards the NW along a fault length ~5 km dipping nearly ~40°SW. We also determined the focal mechanisms of the two main shocks by two methods (polarities and amplitudes ratios of P, S_V and S_H and regional waveform inversion). Our results indicate a normal faulting mechanism with a slight shear component for the first event, while pure normal faulting for the second one. The spatial distribution of the 1999 aftershocks sequence along with the retrieved focal mechanism confirmed the NW plane as the true fault plane. While for the 2006 event, the few aftershocks do not reveal any fault geometry; its focal mechanism indicated a pure normal fault nearly trending WNW-ESE that corresponds more likely to the extension of the 1999 earthquake fault. The seismicity distribution between the two earthquake sequences reveals a noticeable gap that may be a site of a future event. The NNE-SSW extensional stress indicated by the mechanisms of these events is in agreement with the regional stress field and the rifting of the northern Red Sea in its northern branches (Gulf of Suez and Gulf of Aqaba). The source parameters (seismic moment, moment magnitude, fault radius, stress drop and displacement across the fault) were also estimated and compared based on both the regional waveform inversion and the displacement spectra and interpreted in the context of the tectonic setting. The obtained results imply a reactivation of the pre-exiting NW-SE faults as a result of extensional deformation from the northern Red Sea-Gulf of Suez rifts.     

Review and new interpretation for the propagation characteristics associated with the 1999 Chi‐Chi earthquake faulting event

The Chi‐Chi earthquake (M_W = 7.6) took place in central western Taiwan in 1999. The earthquake caused reactivation of the Chelungpu Fault and resulted in 100‐km‐long surface ruptures. The fault strikes mostly north–south to NNE–SSW; however, the northern tip of the southern segment of the surface ruptures rotates clockwise to define an east–west trend, then jumps to a shorter NNW‐trending rupture. The largest vertical displacement is recorded in the Shihkang area of the Shihkang–Shangchi Fault Zone, where vertical slips are up to 8–10 m. The Shihkang–Shangchi Fault Zone displays a complex fault pattern as a linkage damage zone between two fault segments with the greatest concentration of faults and fractures. Our new interpretation, based on recent published geometric, kinematic, and geophysical studies on the Chi‐Chi earthquake fault, suggests that the Shihkang–Shangchi Fault Zone is not a simple termination zone, but may be an ‘overstep zone’ or a ‘transfer zone’. Slip analysis along the surface ruptures indicates that they are composed of three fault segments and the amount of slip partly depends on the intersection angle between slip direction and fault strike. Our numerical modeling for the area indicates that Coulomb stress changes are mainly concentrated on tips and bends of the surface ruptures. Slip patterns indicate that the fault propagates toward the northeast. Therefore, this study suggests high potential for future earthquake activity along the unruptured Shangchi segment. Hence, future geohazard studies should focus on the Shangchi segment to evaluate potential earthquakes, determine recurrence intervals, and reduce future earthquake hazards.