汶川、芦山地震前龙门山断裂带地壳形变特征对比分析

为研究2008年汶川地震和2013年芦山地震前地壳形变特征,本文利用1999—2015年四期GPS速度场和1990—2017年跨断层短水准资料,对跨断层GPS速度剖面、GPS应变率场、断层闭锁程度和滑动亏损、跨断层年均垂直变化速率等进行了分析讨论,总结了汶川和芦山地震前后龙门山断裂带三维地壳变形演化特征。结果表明,汶川地震前龙门山断裂带中、北段处于强闭锁状态、断层面应力应变积累水平很高,而龙门山断裂带西南段闭锁较弱、变形速率明显高于中北段、依然可以积累应力应变,汶川地震震源位于闭锁相对弱的部位,这可能是导致汶川地震自初始破裂点沿龙门山断裂带向北东方向单侧破裂,而震中西南方向断层并没有发生破裂的原因之一。汶川地震的发生引起龙门山断裂带西南段应力应变积累速率加快、断层闭锁程度增强、闭锁面积增大,这在一定程度上促进了芦山地震的发生,而芦山地震震源位于汶川地震前强闭锁和弱闭锁的高梯度过渡部位。因为芦山地震只释放了龙门山断裂带西南段有限的应变能,并没有显著缓解该段的地震危险性,所以汶川和芦山地震之间的地震空段以及芦山地震西南方向的地震空段,依然需要持续关注。此外,本文还收集和对比分析了多次6～9级地震前地壳变形特征,同样显示地震成核于闭锁高梯度带区域而非完全闭锁区域内部,并且随着震级升高闭锁断层面的长度也在增大,这一现象还需在高分辨率形变数据的帮助下进行深入研究和分析。     

芦山7.0级地震与巴颜喀拉块体中东段的活动性

巴颜喀拉块体及周缘是近年来中国大陆大震主要发震区域之一,2013年4月20日四川省芦山7.0级强烈地震就发生在巴颜喀拉块体东缘的龙门山断裂带的西南段上。以巴颜喀拉块体中东段为研究区,通过对该区域地震前后的多期区域水准观测数据和GNSS连续站观测数据进行计算处理,得出研究区垂直形变速率图像和水平形变速率图像;结合区域地质构造,建立地震诱发模型,解释芦山地震主震发震和余震活动源于龙门山断裂带中大型块体的突然断裂和小型块体集合的流动机制;通过对垂直形变速率图像和水平形变速率图像的分析,认为芦山地震是龙门山断裂带逆冲活动的结果,东昆仑断裂带中东段未来大震发生的可能性增大;提出未来5年基于区域水准测量和GNSS测量为技术手段的监测建议。     

粘弹性数值模拟龙门山断裂带应力积累及大震复发周期

2008年5月12日在低地形变速率的龙门山断裂带上突发汶川强震,引发人们对该地震孕震机制的思考。本文根据GPS观测资料确定边界条件,通过三维粘弹性数值模拟探讨了汶川地震的孕震机理,计算了该区域岩石圈的应力增加速率和积累过程,以及汶川地震同震应力变化与震后应力松弛,在此基础上估算了汶川8.0级大地震的复发周期。数值模拟结果表明:印度板块对欧亚板块的推挤造成青藏高原的物质东流,高原中、下地壳物质在龙门山断裂带处遭到相对坚硬的四川盆地的阻挡之后,部分中、下地壳物质在龙门山断裂带下堆积产生应力集中。两个重要因素为应力集中提供了重要控制作用:其一是青藏高原中、下地壳较低的粘滞系数与四川盆地中、下地壳较高的粘滞系数的差异,其二是从青藏高原到四川盆地的Moho面深度在龙门山断裂带的突变。低应变速率的龙门断裂带岩石圈在数千年时间尺度的应力积累过程中,脆性上地壳的应力随时间近乎线性增长,并且上地壳深部的应力增长率超过浅部,6000年内应力积累最大量达到-21.6MPa,应力增长速率为-0.0036MPa/a;而柔性的中、下地壳以及岩石圈上地幔的应力在增长一段时间之后趋于稳定。在空间上,龙门山断裂带受到的压应力从断层西南向北东方向逐渐减小,而剪应力从西南到北东方向逐渐增大,应力状态有利于地震发生时断层的破裂方式从西南的逆冲运动向北东的逆冲兼走滑运动的方式发展。通过应力积累与地震应力降的计算得到汶川8.0级大地震的复发周期约为5400年。     

Stress Accumulation of the Longmenshan Fault and Recurrence Interval of Wenchuan Earthquake Based on Viscoelasticity Simulation

2008年5月12日在低地形变速率的龙门山断裂带上突发汶川强震,引发人们对该地震孕震机制的思考.本文根据GPS观测资料确定边界条件,通过三维粘弹性数值模拟探讨了汶川地震的孕震机理,计算了该区域岩石圈的应力增加速率和积累过程,以及汶川地震同震应力变化与震后应力松弛,在此基础上估算了汶川8.0级大地震的复发周期.数值模拟结果表明:印度板块对欧亚板块的推挤造成青藏高原的物质东流,高原中、下地壳物质在龙门山断裂带处遭到相对坚硬的四川盆地的阻挡之后,部分中、下地壳物质在龙门山断裂带下堆积产生应力集中.两个重要因素为应力集中提供了重要控制作用:其一是青藏高原中、下地壳较低的粘滞系数与四川盆地中、下地壳较高的粘滞系数的差异,其二是从青藏高原到四川盆地的Moho面深度在龙门山断裂带的突变.低应变速率的龙门断裂带岩石圈在数千年时间尺度的应力积累过程中,脆性上地壳的应力随时间近乎线性增长,并且上地壳深部的应力增长率超过浅部,6000年内应力积累最大量达到-21.6MPa,应力增长速率为-0.0036MPa/a;而柔性的中、下地壳以及岩石圈上地幔的应力在增长一段时间之后趋于稳定.在空间上,龙门山断裂带受到的压应力从断层西南向北东方向逐渐减小,而剪应力从西南到北东方向逐渐增大,应力状态有利于地震发生时断层的破裂方式从西南的逆冲运动向北东的逆冲兼走滑运动的方式发展.通过应力积累与地震应力降的计算得到汶川8.0级大地震的复发周期约为5400年.     

四川芦山2013年Ms7.0地震发震构造初步研究

2013年4月20日8时2分,四川龙门山断裂带的雅安芦山发生Ms7.0级地震,震中位于芦山县太平镇和双石镇之间,震源深度13～14km,震中最大烈度达IX级。震中区野外调查发现,尽管房屋建筑损坏较严重,但这次地震没有产生明显的地表破裂构造,仅见少量的地裂缝和喷砂冒水现象。高分辨率遥感图像解译、主余震分布、震源机制解等综合分析认为,该地震是龙门山断裂带西南段一次独立的破裂事件,属于逆冲型地震,沿双石-大川断裂中南段发生破裂,主破裂面西倾,倾角33°～43°,推断芦山地震与龙门山构造带底部滑脱带(13～19km)断坡构造活动有关。历史上,沿双石-大川断裂发生至少2次Ms6～6.5级地震,由此认为芦山地震是龙门山断裂带西南段特征型地震,与汶川地震不同。原地地应力测量和监测数据表明这是汶川地震后龙门山断裂带西南段应力释放的结果。     

龙门山断裂带南段晚第四纪逆冲活动的河流地貌研究

继2013年芦山M_s7.0地震发生之后,龙门山断裂带南段的地震危险性得到广泛的关注。为了深化对龙门山断裂带南段晚第四纪活动性的认识,我们对横跨该断裂带的青衣江上游河段开展了河流阶地调查与测量。在卫星影像和高分辨率DEM分析的基础上,基于SCCORS系统对河流阶地进行了精细测量和对比,建立了青衣江上游河流阶地纵剖面图。阶地面高程显示,耿达-陇东断裂、盐井-五龙断裂和小关子断裂均垂直断错了青衣江二级以上阶地,表现为逆冲活动,其晚第四纪平均垂直错动速率分别为0.21~0.30mm/yr/0.12~0.21mm/yr和0.10~0.12mm/yr。晚第四纪以来,大川-双石断裂垂直错动量不大,金汤弧形构造带没有活动。通过青衣江河流阶地变形得到龙门山断裂带南段晚第四纪地壳缩短速率为0.48~0.77mm/yr。该缩短速率约为龙门山断裂带中段的一半。结合前人研究,认为龙门山南段前陆区吸收了一半以上的地壳缩短量,其未来地震危险性不容忽视。     

基于GPS速度场的四川地区1999～2018年应变场特征演化分析

基于1999～2018年GPS水平运动速度场数据,解算并分析了四川“Y”形构造区各周期网格速度场、地壳应变率场,并讨论了近20年尺度的地壳应变场演化过程。研究表明：1）2008年汶川地震前1999～2007期GPS速度场相对稳定,整体“Y”型构造区地壳运动变化不大,但汶川地震后龙门山断裂带发生较大变化,由4.0 mm/a增至10.0 mm/a。2）1999～2007年,整个四川“Y”型构造区应变场演化特征微弱,而汶川地震之后的两个周期,最大剪应变自龙门山山前断裂向西到汶川一带,形成了由高到低、平行于龙门山断裂带走向的高密度梯度带。龙门山断裂带以ES或EES向的主压应变为主,其量值变化范围为 5.0×10^-8 /a～12.0×10^-8 /a;鲜水河断裂由震前主拉应变,改为震后近EW向的主压应变特征。面膨胀结果则显示龙门山断裂带由震前低密度梯度带瞬间变为平行于龙门山断裂带走向的高密度变化区。3）2008年汶川地震和2013年芦山地震是最为重要的时刻分割点。近20年的应变率场变化,更似一个“时间—地壳构造运动”的大轮回,目前四川“Y”型构造区整体处于2008年汶川地震前较为稳定的活动周期。龙门山断裂带仍值得我们做出更为深入的研究。     

汶川地震后龙门山断裂带活动特征

利用地震后2009 ～ 2011年GPS监测数据,获得了龙门山断裂带所在地区2009～2010年、2010～2011年以及2009～2011年GPS测站运动速度场,分析了区域地壳运动总体趋势及形变特征;通过分析龙门山断裂带北段、中段、南段横切剖面的测站运动速度变化,探讨了汶川地震后龙门山断裂带运动特征.分析表明:汶川地震前后,地壳运动总体趋势未变,作顺时旋转;断裂带西侧GPS测站运动速度变大,东侧运动速度变小;龙门山断裂带的断裂性质地震前后都为右旋走滑挤压,断裂带运动速率受汶川地震影响较大,震后运动速率较震前有显著的增加.龙门山断裂带震后各段次级断裂活动不同,中南段以前山断裂运动为主,其它各段以后山断裂运动为主.地震后龙门山断裂带表现出的运动特征主要与地震活动有关.受汶川地震的影响,区域动力学、运动学平衡被打破,龙门山断裂带东侧震后初期弹性回返,表现为低速反向运动.龙门山断裂带西侧震后松弛为拉张区,运动速度加大.地震对断裂带的影响不同,导致断裂带各段及次级断裂表现出不同的运动特征.     

基于GPS监测的芦山地震周围地区同震位移与运动速度

通过对2013年"4.20"四川芦山地震前后GPS观测数据的处理,得到地震周围地区GPS测站同震位移及速度矢量场。GPS测站同震位移大小为5.09~51.05mm,平均为14.18mm;GPS测站运动速度为2.64~52.37mm/a,平均为18.89mm/a。利用断裂两侧GPS测站速度矢量差得到了龙门山断裂带南段次级断裂的运动速度,龙门山断裂带南段的后山断裂、中央断裂、前山断裂运动速度大小分别为49.66±3.90mm/a、79.58±3.33mm/a、50.94±3.91/a;中央断裂以右旋挤压为主,而后山断裂、前山断裂表现为左旋拉张的特性。综合分析表明,芦山地震是发生在龙门山断裂带南段东南侧的逆冲型地震,发震构造为前山断裂与新津断裂之间的小断层。芦山地震对周围地区的影响不大,主要集中在龙门山断裂带南段及震中附近区域。     

芦山地震前后龙门山断裂带西南段地应力状态对比分析

2013年4月20日芦山Ms7.0级地震后,为研究龙门山断裂带西南段震后的地应力状态,应用水压致裂法和压磁应力解除法在该区开展了2个钻孔的原地应力测量工作。测量结果显示硗碛测点在128～188m深度范围内最小水平主应力的量值为10.47～18.47 MPa,最大水平主应力的量值为19.60～25.83 MPa,方向为N63°～85°W;天全测点在114～142m深度范围内最小水平主应力的量值为5.20～7.73 MPa,最大水平主应力的量值为8.21～9.31 MPa,方向为N59°W。两个测点水平主应力与垂直应力的关系均为σ_Hσ_hσ_v,其中硗碛测点最大、最小水平主应力与垂直应力比值的平均值分别为5.27和3.01,天全测点最大、最小水平主应力与垂直应力比值的平均值分别为2.60和1.76,表明有利于逆断层活动。通过比较该地区芦山地震前后实测地应力状态,发现芦山地震后,龙门山断裂带西南段的北段(即邛崃大邑西-宝兴北-汶川南一带)和南段(即天全-荥经-泸定-康定一带)应力积累量增加。相同深度范围内,北段硗碛测点震后的应力大小要比地震前有明显的提高,这也与硗碛测点地应力监测结果一致。实测应力方向与震前基本一致,都为NW-NWW。基于实测地应力资料,根据库伦破裂准则和Byerlee定律分析,位于北段的硗碛测点震前部分压裂段的最大水平主应力处于使断层滑动临界值的上下限之间,而地震后最大水平主应力则均已超过断层滑动临界值的上限。位于南段的飞仙关测点震前最大水平主应力均未达到断层滑动临界值的下限,而地震后天全测点的最大水平主应力则均处于使断层滑动临界值的上下限之间。采用最大剪应力(σ_1-σ_3)/2与平均应力(σ_1+σ_3)/2的比值μ_m(断层摩擦)参数评估研究区地应力的积累水平和地震危险性。震前硗碛测点μ_m的量值为0.16～0.72,平均为0.50,震后为0.71～0.81,平均为0.77。震前飞仙关测点μ_m的量值为0.31～0.35,平均值为0.32,震后天全测点μ_m的量值为0.53～0.57,平均值为0.55,两个研究区的μ_m的量值均变大。分析认为芦山地震后龙门山断裂带西南段的北段和南段的应力积累量增加,都有发生断层滑动的可能性,尤其是北段。     

地下水位对近震和远震异常响应的比较——以汶川地震和苏门答腊地震为例

地震引起的深层地下水位异常具有多样性和复杂性的特点。为了进一步探索深层地下水位动态与地震作用过程之间的联系机制,发挥深层地下水位对地震活动的指示作用,以2008年汶川Ms8.0地震和2007年苏门答腊Ms8.5地震为研究背景,对川、滇、陕、甘、渝地区井水位对两次地震的响应特征进行了比较。研究发现:地下水位远震响应形态主要以振荡型和阶变型为主,异常出现的时间较晚;地下水位近震响应形态比较复杂,以阶变型、脉冲型以及振荡型为主,异常出现的时间几乎与地震的发生同步。根据深层地下水位对地壳应力的响应机理,分析了各典型井水位对远震和近震不同响应的原因。结果表明:地下水位对远震的响应主要是由于含水层介质受到地震波应力的作用;对近震异常响应原因比较复杂,主要是含水层介质受到区域构造应力和地震波应力的共同作用的结果,震中距越小,含水层受到震源构造应力场的控制作用越大。     

Extreme Earthquake and Earthquake Perceptibility Study in Greece and its Surrounding Area

The sample interval for the selection of extreme magnitudes plays an important part in the quality of Gumbel model fitting. A short sample interval can produce many observations, which is helpful in obtaining a reliably fitting model. However a short sample interval can bring many dummy ``observations', a condition which adversely biases the fitting. The short sample interval also increases the chance to introduce non-independent observations as well, which violates a basic requirement of the Gumbel model. On the other hand, a large time interval not only reduces the number of observations, but also enlarges the observation error. Thus, for Greece, the most suitable parameters of the third Gumbel extreme model are obtained by using a sample interval which produces minimum error. In consideration of the reliability of the seismic data, earthquakes with magnitude M 5.5 in Greece and its surrounding region after 1900 are used mainly in the present paper. In order to obtain well resolved contour maps with smooth changes a 2°× 2° cell with half-degree overlap strategy was used to scan the region. The most expected largest earthquake for the next fifty, one hundred and two hundred years are estimated for each cell. Likewise, the events with magnitude at a probability of 90\% of non-exceedance over the next fifty, one hundred and two hundred years are estimated for each cell. In parallel to this procedure we also analyze the 67 shallow seismic zones outlined by Papazachos and his colleagues and detail individual zone results where these are obtained. The most perceptible earthquake magnitude for the range of intensities I = {VI}, VII and VIII are also calculated. All results show that the areas around the Hellenic Arc and the Cephalonia Transform Fault for Greece have comparatively high frequency of destructive earthquakes accompanied by a high occurrence probability of moderate earthquakes (M 5.5).     

论震源辐射问题

地震震源辐射过程是现代地震学中一个复杂而关键的课题,而震源谱的研究则是认识震源辐射的重要一环。地震波由震源传播至地球表面,经历了一系列诸如路径衰减、地壳表层放大和场地效应等物理作用。其中震波衰减效应包括几何扩散、非弹性衰减(YQ(f))和近地表高频衰减。地壳放大作用主要发生于表层或浅层波阻抗梯度带。为了更确切地描述和理解震源辐射谱,必须从观测到的地面运动记录中把地震源谱分离出来,从而消除传播路径和地表场地效应。强震运动记录是研究震源谱的基本资料。采用频率域方法,以傅里叶变换为工具,可使时间域的卷积问题简化为频率域的乘积运算。研究区域含日本、墨西哥、土尔其、加利福尼亚、加拿大西部(British Columbia)和北美东部(ENA)等典型构造区。结果表明,在适当消除路径和场地效应之后,震源谱的基本特征只随震级变化,而与研究地区无直接关系,亦即震源谱基本独立于构造区域、震源距和震源深度。这对于未来强震运动预测和地震灾害评估具有十分重要的理论和实际意义。与此同时,高频衰减因子(Kappa)与构造环境有关：低Kappa工资值相应于较稳定的板内构造环境下的硬岩场地(如北美东部),而相对较高的Kappa值则相应于比较活跃的构造环境下的场地条件,如日本、墨西哥、加拿大西海岸、美国西部的加利福尼亚和土耳其的转换构造带。强震运动水平与垂直分量的频谱比RH/V(f)作为频率的函数可近似描述为地壳放大和场地高频衰减的综合效应：即RH/V(f)=A(f)^-πkf。其中,A(f)是地壳表层放大函数,k是Kappa因子。通过震源谱的对比研究。提供了一个新的震级转换公式。     

Earthquake hazard in Jordan

An estimate of the maximum macroseismic intensities and ground accelerations which might be expected for the Hashemite Kingdom of Jordan is made. The inferred maximum magnitudes lie in the range of 6.1 to 7.3 although the possibility that larger earthquakes can occur with long recurrence times cannot be precluded. Peak horizontal accelerations in the range of 0.4 to 0.5 g can be expected in Jordan. Probabilistic estimates indicate that the odds are about even (50-50) that an earthquake with a magnitude of at least 6 will occur within 80 years.     

地震与气象异常

本文介绍了地震前和地震后气象异常的一些研究成果。统计结果表明,强震前1～4年震中地区出现干旱的概率比较大。我国寒冷时期地震的频数远较温暖时期高,地震前震中地区有增温现象。海洋和周缘发生特大地震过后,北半球和中国气温下降明显,黄河和长江可能出现洪灾。地震前、地震时和地震后,地震与气象的关系,是一个值得探索研究的领域。     

Earthquake and its forecasting

Present status of earthquake prediction and warning is reviewed with special emphasis on the Large-Scale Earthquake Countermeasures Act in Japan. Following possible regionalization of occurrences of a great earthquake by means of historical data analysis and crustal strain monitoring, statistics of earthquake precursors are presented along with the nature of precursors of various disciplines.The precursor time of the first-kind precursor depends on the magnitude of the main shock. The larger the magnitude is, the longer is the precursor time. The precursor of the second kind has a precursor time amounting to about a few hours, while that for the third kind ranges from a few to several ten days. A practical approach to actual prediction is suggested on the basis of the analysis of precursors. Difficulties in converting a prediction to a warning is briefly pointed out as well.