西秦岭北缘断裂带深部气体地球化学特征与断层形变空间分布相关性研究

断裂带气体地球化学特征与形变特征之间的相关关系是建立具有物理预报思路断层气流动观测网络布设的重要课题。选择有大量温泉出露点且形变较剧烈的西秦岭北缘断裂带为研究对象,对跨断层形变测量场地进行断层土壤气剖面重合布设及现场测量,重点研究断层气分段性特征与断层形变、地震活动性特征耦合关系,探讨利用多种方法开展断裂带强震危险性分析的可能性。结果表明:断裂带土壤气地球化学特征和断层水准形变特征的分布具有良好相关关系,二者对比结果同时显示出西秦岭北缘断裂带中东段——武山段断层活动性相对活跃,渭源—漳县段次之,天水段断层相对闭锁的特征;且武山和甘谷走滑拉分区因流体活动的影响以中小地震活动为主,天水段和漳县段西部及与武山段交汇的盘古川地区,流体活动较弱,应变速率较小,存在孕育强震的可能。     

西秦岭北缘断裂带土壤气定点监测与初步结果分析

根据前人对西秦岭北缘断裂带上历史地震及古地震复发周期和离逝时间等的综合研究,得出该断裂存在发生强震的较大潜在风险,因此加强对该断裂现今构造活动的定点监测和地震预测预报具有重要现实意义。据此,根据断裂逸出气体测项剖面浓度分布（变化）特征,在西秦岭北缘断裂带（天水段）上新建3个断层土壤气连续观测站,开展断层气（H₂、CO₂、R_n、CH₄）浓度观测,分析断裂带不同段深部气体特征的空间差异及其随时间的变化特征,监测甘东南地区应力调整与地震活动。初步观测资料分析表明：在正常情况下其背景值比较稳定,且同一测项在不同测点变化形态具有相似性、同步性,说明观测资料真实可靠,并具有可比性。各测点出现测项同步异常变化时,可能反映了区域应力调整及变化状态,对震情跟踪和地震预测提供参考判据。     

基于GNSS的青藏高原东北缘地壳运动场及强震趋势研究

利用“中国大陆构造环境监测网络”GNSS数据研究1998—2018年青藏高原东北缘排除同震影响等干扰后的速度场、主应变率场、最大剪切应变率场、面应变场等的变化,活动断裂滑动速率变化、跨活动断裂基线变化等。将研究区域内的二级块体再分区,获得各次级块体内部的应变率变化;获取研究区域地壳运动场的趋势性、动态特征。研究结果显示,阿尔金断裂带中东段、祁连块体和柴达木块体交界、巴颜喀拉块体与羌塘块体交界、祁连块体南边界中段、海原—六盘山断裂带和西秦岭北缘断裂带西段的逆冲运动,祁连块体北边界西段、庄浪河断裂的左旋走滑运动,祁连块体北边界东段、西秦岭北缘断裂带东段的左旋逆走滑运动,都属于造成一定程度地壳变形的持续性局部应变增强活动。阿尔金断裂带东段、东昆仑断裂带中西段、祁连块体北边界、庄浪河断裂北段、海原断裂南段、六盘山断裂北段、西秦岭北缘断裂带东段可能存在闭锁,未来十年可能发生M_S6.0以上地震。     

松原MS5.1地震前断层土壤气H2、Hg地球化学特征与热红外异常响应研究

利用多种气体开展联合观测是捕捉地震前兆异常的有效途径。氢、汞观测作为地震短临预测主要手段和前兆指标,在揭示地下(断裂带)流体与地震孕育、发生关系中发挥着重要的作用。通过在黑龙江肇东观测井开展断裂带土壤气H₂、Hg野外定点联合观测试验,对2019年5月18日吉林松原宁江M_S5.1主震及其余震序列的震兆关系进行对比分析,结果表明：(1)断裂带土壤气H₂、Hg浓度在宁江M_S5.1地震前分别存在3个月的短期异常和3天的临震异常,二者在主震前后表现形式以及频谱特征均存在较大差异,这可能与氢、汞特性和孕震机理有关;(2)断裂带土壤气H₂、Hg浓度在宁江M_S5.1主震及余震时段均存在高值异常,主要表现为“高值异常—恢复正常—发生主震—震后高值异常—恢复正常—发生较强余震”,具有持续性、可重复性和配套性的特点;(3)吉林松原宁江M_S5.1地震前后肇东断裂带土壤气H₂、Hg地球化学特征与震中区附近热红外异常具有响应特征,主要表现为...     

西秦岭北缘断裂带断层气浓度空间分布特征与强震危险性分析

以西秦岭北缘断裂带不同段断层气Hg、Rn浓度空间分布特征分析为基础、通过对历史大震背景、现今地震活动影像以及b值空间分布特征的对比分析,从地球化学的角度,对西秦岭北缘断裂带不同段落的活动习性进行深入探讨,并识别出该断裂带潜在大震危险区段。可为未来地震趋势判定及震情跟踪提供重要的基础资料。     

汤西断裂带土壤气体地球化学特征与跨断层短水准变化的关系

为探究卫辉西代村跨断层短水准出现的趋势性变化与断裂活动间的相关性,在跨断层水准观测场地布设1条土壤气Rn和H₂浓度测线,复测周期与跨断层水准测量周期基本一致,分别于2018年4月、7月、10月开展3期土壤气Rn和H₂浓度测量。同时,为增加观测数据的可靠性,于2018年8月布设了1条与上述3期测线平行的测线并开展土壤气Rn和H₂浓度测量。4期土壤气H₂浓度测量结果显示,该区土壤气H₂浓度背景值处于较低水平,H₂浓度异常值所处位置主要集中在距起点150—210 m处,该处为断裂通过处。4期中Rn浓度最大值、背景值和均值的变化幅度均在正常范围内,Rn浓度异常值所处位置也主要集中在距起点150—210 m处,该处可能为断裂通过处。土壤气显示的断裂通过处与该区探槽显示的断裂位置一致。4期土壤气测量结果表明,近期汤西断裂带可能处于相对稳定状态,跨断层水准观测数据的趋势性变化与断裂活动之间相关性不大。     

基于跨断层测量的鲜水河断裂带现今活动特征及其与强震关系研究

利用鲜水河断裂带30多年的跨断层观测资料,基于断层三维运动模型,采用主成分分析法,综合研究了鲜水河断裂带现今运动学特征及其与周边几次强震的关系．研究结果表明:鲜水河断裂带在观测期内(1982—2015年)以左旋走滑运动为主,各段落的活动速率都不相同,其中炉霍段、道孚段的活动速率大于乾宁段,乾宁段趋于闭锁状态;断层活动参数时间序列曲线具有较明显的线性运动特征,但在个别时段内会出现偏离直线的加速或转折变化．此外,断层三维活动参数的主成分分析结果显示,断层水平走滑量和水平张压量的主成分和综合指标在2001年、2006年、2010年和2012年分别出现趋势性转折和破趋势的异常变化,断层垂直升降量第一主成分在2013年也出现了相对小幅转折变化,这些异常变化可能与2001年昆仑山口西M_S8.1、2008年汶川M_S8.0、2010年玉树M_S7.1和2013年芦山M_S7.0等地震有关,属于这几次大震的前兆、同震或震后效应．      

西秦岭北缘断裂带西端的活动性及其对西宁至成都铁路方案的影响

西秦岭北缘断裂带是青藏高原东北缘一条强烈活动的Ⅱ级块体边界断裂,曾发生过多次6.5级以上大震。规划中的西宁至成都铁路设计线路拟从甘家盆地一带穿行,西秦岭北缘断裂带西段的活动性及其端部终止位置,直接关系到铁路安全。基于甘家盆地一带的第四纪地质地貌与断裂活动性调查结果 ,对西秦岭北缘断裂带的西端活动性及其对铁路方案的影响进行了分析和讨论。结果显示:西秦岭北缘断裂带西段发散为两条主要活动断层,均有全新世地表弱活动迹象;断裂西端终止于甘家盆地东缘一带,铁路设计方案在甘家盆地一带未直接穿经西秦岭北缘断裂带,未来遭遇突发位错的可能性不大,但需要考虑该断裂可能产生的地震动影响。     

甘东南地区基于射线追踪面波频散三维成像

利用甘肃东南部地区(32.2°~33.5°N,102.7°~105.5°E)62个流动台站的垂直分量连续背景噪声记录数据,经过处理得到了所有可能台站对的面波互相关函数和瑞利波相速度频散曲线,采用基于射线追踪的面波频散直接反演方法得到了观测台站下方5~20km深度范围内的剪切波速度分布图像。结果表明,5km深度对应的剪切波速度横向变化与地表断裂带分布和沉积层厚度存在一定的相关性,西秦岭北缘断裂带以北地区多为低速区,漳县盆地、临洮盆地低速是沉积层较厚(近几km)的一种表征;10km深度对应的剪切波速度在西秦岭北缘断裂以南、临潭—宕昌断裂、礼县—罗家堡断裂之间的区域为低速区,光盖山—迭山北麓断裂周围为高速区;在15km深度左右,迭部—白龙江断裂附近形成了高低速相间的分块结构;在18km深度左右,西秦岭北缘断裂带附近呈现高速特征,10~18km深度范围内速度随深度逐渐增加,其变化幅度一般为0.2km/s。     

断层泥分形结构与断层运行特征

介绍了西秦岭北缘断裂带东段和海原断裂带西段的天然断层泥的分形方法和结果，并对断层泥的粒度分布特征与断层运动特性的关系进行了探讨。     

芦山MS7.0地震前远、 近场形变 时空演化特征研究

应用芦山M_S7.0地震震中附近跨断层及连续形变观测资料, 分析了芦山地震前不同阶段地形变变化的特点, 讨论了震中附近区域异常时空演化过程. 结果表明: ① 自2013年1月起, 沿鲜水河断裂带一些跨断层基线观测到显著的加速转折变化, 沿安宁河、 则木河断裂带个别场地的跨断层水准基线, 2010年以来出现的巨幅异常等是突出的场兆变化; 沿龙门山断裂带一些水准观测在汶川M_S8.0地震后持续的调整变化具有近震源区变形特征. ② 鲜水河、 龙门山和安宁河3条主要断裂围成的三叉口地区, 地倾斜、 应变、 重力及断层水准和蠕变观测临震前均未有显著的异常变化, GPS水平、 垂直位移年速率最小, 该地区是形变变化或形变异常分布的“空区”. ③ 在对近场与远场多种连续形变数据通过傅里叶变换提取年周期成分后发现, 临震前2—3年近震源区域的地倾斜、 重力年变化幅度不是增大, 而是减小. 芦山M_S7.0地震前观测到的形变前兆现象特征与汶川M_S8.0地震等震前的前兆现象较为接近. 因此, 芦山地震前近震源区及外围形变异常分布特征不是个别的现象.      

四川芦山MS7.0和汶川MS8.0地震前地电场变化研究

应用四川芦山M_S7.0和汶川M_S8.0震中周围部分地电场观测台站的资料,主要利用地电场波形比较和极化方位变化两种方法,并结合观测台站的工作日志,对两次地震前地电场观测资料进行了分析研究,并得出:芦山M_S7.0和汶川M_S8.0地震前部分台站地电场波形出现变异现象,主要表现为两种形式:日变波形的畸变(如盐源台和泸沽湖台)和相应时段地电场频谱特性出现变化,这些变异基本上出现在震前1~2个月内;利用两次地震前地电场观测的日均值计算了部分观测台站的地电场极化方位,发现在震前地电场的极化方位出现了大幅变化,最大变化幅度达160°,最小变化幅度也有10°;初步研究还发现,两次地震前夕,震中周围部分台站极化方位的正向或反向延长线,相汇集的区域与地震的震中有一定联系;对于研究所得结果,从地震电信号的产生机制和震源特性方面进行了尝试性理论解释.     

江苏宿迁台断层气CO2浓度特征及影响因素分析

选用江苏宿迁台2021年4月1日至11月26日观测数据,分析断层气CO₂浓度与地质构造、土壤覆盖层及气象等因素的关系。研究结果显示：宿迁台断层气CO₂测点位置优良,高值出现在每年的10、11月,低值出现在每年的1、2月,7月的观测值有轻微下降趋势,8—11月的观测值有上升趋势;断层气CO₂浓度变化主要受气压和降雨量影响,与气压呈正相关性,具有较好的同步性,与降水关系密切,由于降水会阻碍地下气体的运移和释放,从而影响观测数据的稳定性,出现突跳或台阶,导致测值不能真正反映测点CO₂的释放情况。通过对干扰因素及特征的研究,丰富了断层气观测手段,为研究宿迁市及郯庐断裂带中段的断裂活动与断层气关系积累资料。     

西秦岭北缘断裂带东段断层泥的粒度分布和显微构造特征

根据采集的天然断层泥样品，对西秦岭北缘活动断裂带东段的断层泥首次进行了粒度分布和显微构造特征的实验研究。研究结果表明，该断裂带以粘滑运动为主，兼有蠕滑活动，并具张性扭动特征。     

2014年四川康定MS6.3和MS5.8地震的应力触发研究

以2014年四川康定M_S6.3和M_S5.8地震为研究对象,计算了2次主震在近场和周围断层造成的库仑破裂应力变化,研究主震与余震的触发关系,以及2次主震对周围断层施加的应力负荷作用。结果表明:2次主震的共同作用控制了后续地震活动的演化趋势,其中康定M_S6.3地震产生的库仑破裂应力变化对后续余震事件的触发占主导作用。鲜水河断裂带南段和安宁河断裂带受到了一定的应力加载作用,未来地震活动的趋势可能会加强。     

PS-InSAR技术在西秦岭北缘断裂带地壳微小形变监测中的应用

D-InSAR技术可以测得地壳垂直形变精度达到mm级,但由于其受空间、时间失相干和大气延迟的限制,导致其在监测地壳长期缓慢形变中的应用受到限制。而PS-InSAR作为D-InSAR技术的创新,在克服时间失相干的同时还可以计算并消除大气影响,使得干涉处理得到的结果更加精确。文中以西秦岭北缘断裂带甘谷地区为实验区,利用从2008年5月至2010年9月共14景ENVISAT ASAR数据,采用PS-InSAR技术对该实验区地壳微小形变进行探测。研究结果得到西秦岭北缘断裂带甘谷地区断裂带南北两盘的相对滑动速率约为5mm/a,点目标的形变速率和形变方向均与西秦岭北缘断裂的左旋运动特征相符,并与其他学者的研究结果有较好的一致性,表明PS-InSAR技术在监测地壳微小形变中具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。     

吉兰泰断陷盆地周缘断裂带气体释放及其对断层活动性的指示意义

为了研究吉兰泰断陷盆地周缘断裂带气体排放及其对断层活动性的指示意义,在盆地周缘4条活动断裂上布设了5条土壤气测量剖面和1条电磁测量剖面,观测了土壤气中Rn,Hg和CO₂的浓度、释放通量和地电阻率,对各测量剖面进行了土壤化学组分分析,计算得到了断层活动性相对指数K_Q。研究结果显示:土壤气体CO₂和Rn受渗透性较低的粉砂土阻挡,主要沿结构破碎的断层上盘逃逸,并形成浓度高峰;吉兰泰盆地南缘土壤气Rn,Hg和CO₂的浓度和释放通量最高,可能与盆地西南缘花岗岩中U和Ra的运移以及盆地南缘碳酸盐岩的分解有一定的关系。各测量剖面的断层活动性相对指数K_Q值的变化特征表明,正断层和逆断层的K_Q值大于走滑断层,且巴彦乌拉山山前断裂上的K_Q值最高,揭示其活动性最强,有可能是地震发生的潜在危险区。      

河南新郑—太康断裂东段土壤气体地球化学特征

土壤气浓度测量能够揭示断裂位置和活动特征。 由于河南新郑—太康断裂北西向隐伏断裂带空间定位精度有待提高, 以及2016年5月该区出现地下逸出气异常的宏观现象, 在太康县西近垂直于断裂走向布设了一条长约13 km的NE—NNE走向的地球化学观测剖面, 用于分析隐伏断层浅层位置及其与地下逸出气宏观异常的关系。 观测结果表明: 该剖面的异常段与该区浅层地震勘探显示的断裂带地表出露位置相吻合, 其中Rn体积活度和H₂、 CO₂浓度异常揭示出南段有4条断层, 北段有2条断层, 且均具有高角度特征, 南段的CO₂浓度异常区与地下逸出气宏观异常位置相符, 但代表构造特征的Rn体积活度和H₂浓度没有出现异常, 认为与构造关系不密切。     

断层泥的分形研究

介绍了利用光学显微镜和电子显微镜对采自西秦岭北缘活动断裂带的天然断层泥进行分形研究的程序和结果，得到该断裂断层泥的分维数D=2.5940.122(二维截面D=1.5940.122)，并测得该断裂带断层泥分维上限平均粒径为9.6～19.2 mm．研究结果表明，该断裂带断层泥具有分形特征，断层面的粘滑摩擦特征位移参数可由分维上限确定．文中还讨论了断层泥分形研究对地震断层的研究意义．      

西秦岭北缘断裂带排气活动的比较研究

通过对1996和1997年西秦岭北缘断裂带东段、西段排气活动、两个拉分构造区排气活动和主断裂与支断裂排气活动的比较研究,并结合该带活断层的比较分析和地震活动的比较分析,讨论了该带排气活动的特征和原因,以及断层气CO2,N2和O2含量以及CO2/O2比值在预测或判定地震活动强弱、断层活动强弱的作用和意义．