龙门山断裂带三维滑动速率反演及其分段性研究

基于负位错模型,结合粒子群算法反演龙门山中央断裂段的三维滑动速率。反演结果表明,龙门山断裂带的现今构造运动整体而言为右旋逆冲断层,滑动速率较小,其运动特征具有显著的分段性。断裂带南段以逆冲为主,兼有左旋特征;在向北延展过程中逐渐转化为右旋走滑,且走滑分量逐渐加大;龙门山断裂带南北两端具有挤压特征,其中段显示一定的拉张。由此推断,龙门山断裂带现今构造活动,在青藏块体整体移动的影响下,还与其区域应力场和内部地壳结构有关。基于负位错模型,结合粒子群算法反演龙门山中央断裂段的三维滑动速率。反演结果表明,龙门山断裂带的现今构造运动整体而言为右旋逆冲断层,滑动速率较小,其运动特征具有显著的分段性。断裂带南段以逆冲为主,兼有左旋特征;在向北延展过程中逐渐转化为右旋走滑,且走滑分量逐渐加大;龙门山断裂带南北两端具有挤压特征,其中段显示一定的拉张。由此推断,龙门山断裂带现今构造活动,在青藏块体整体移动的影响下,还与其区域应力场和内部地壳结构有关。     

横断层作用下汶川地震与芦山地震发震机制新探

在分析龙门山断裂带区域构造背景、青藏高原东缘新构造运动特征的基础上,阐述龙门山断裂带的构造格局,并利用横断层对龙门山断裂带进行分段;同时,对汶川地震与芦山地震的发震机制及其相互关系进行探讨,并对未来强震危险区进行预测。结果表明:汶川地震具有深部构造的控震作用,其深部孕震机制十分复杂,而芦山地震没有明显的地表破裂带,为一次盲逆断层型地震;卧龙—怀远一线为地壳物质运动方向和主断裂走滑方向发生反向的转换带,发生在其两侧的地震是各自独立的,即汶川地震与芦山地震相互独立;汶川地震与芦山地震发震时,龙门山断裂带中未活动的区域存在较高的地震危险性,尤其是卧龙—怀远和小金横断层之间的断块为强震危险区,虎牙断裂与主断裂交汇处也是强震较危险区。     

走滑断裂活动导致地应力解耦的机理研究——以龙门山断裂带东北段为例

2008年汶川MS8.0地震后,沿龙门山断裂带系列水压致裂地应力测量结果表明,断裂带东北段(茂县-绵竹连线东北侧)北川、平武及广元等地浅表层最大主应力方向与区域应力场相比发生了25°~69°不等的偏转,亦称地应力解耦。初步分析认为,龙门山断裂带东北段的右旋走滑活动直接导致了区域内最大主应力方向的解耦,且最大主应力方位向偏转角度与断裂右旋走滑活动量正相关。为合理解释这一现象,探讨走滑断裂活动导致地应力解耦的机理,本文采用二维有限元数值模拟方法,选取汶川MS8.0地震断裂(龙门山中央断裂)上的同震右旋走滑位移作为边界条件,首先模拟了龙门山断裂带东北段右旋走滑活动产生的扰动应力特征,之后结合断裂带附近典型钻孔地应力测量结果,叠加该扰动应力作用,从力学机理上深入剖析断裂右旋走滑活动产生的扰动应力对区域应力场(或初始应力场)的影响,并对其附近不同构造部位最大主应力方向偏转现象进行定量解释。初步结果表明：1) 走滑断裂活动导致地应力解耦主要是通过断裂滑动产生的扰动应力对区域应力场的附加影响实现的;2) 在固定的断裂活动长度和摩擦强度情况下,走滑断裂活动导致区域最大主应力方向偏转角度基本与活动断裂走滑位移量呈正比;3) 受汶川MS8.0地震影响,龙门山断裂带大致以茂县-绵竹为界,西南侧的宝兴-映秀-汶川一带最大主应力方向偏转角度很小,基本与区域应力场一致,而东北侧的北川-平武-广元一带则发生角度不等的偏转,3个地区最大主应力方向平均偏转角度分别为65°、56°和29°,该角度与龙门山断裂带东北段同震右旋走滑位移量呈正相关。     

利用向-位错组合模型研究龙门山断裂带的三维运动

提出描述断层滑动和转动的向-位错组合模型。利用实测的2008年汶川大地震GPS同震数据,基于向-位错组合模型,采用粒子群算法反演了主破裂带的三维滑动和转动,并将滑动结果与前人成果进行对比,最后由正演计算进一步验证反演结果的可靠性。理论分析和模型计算结果表明：1) 震源破裂的主要特征是逆冲兼右旋走滑;2) 龙门山断裂的滑动和转动有明显的分段性特征;3) 汶川地震的地震矩为7.069×1020 Nm,矩震级为7.899。向-位错组合模型反演结果与前人成果保持了很好的一致性。     

汶川8.0级地震前龙门山断裂带地倾斜面变化特征研究

探讨汶川8.0级地震前龙门山断裂带区域地倾斜面的形变特征,分析表明震前区域地倾斜面在水平形变变化上呈现由龙门山断裂带两侧向中央挤压特征;垂直形变变化呈现龙门山断裂带西北侧的后山断裂持续抬升隆起,东南侧前山断裂的雅安等区域持续下沉特征;震源附近的汶川区域地倾斜面从2005年下半年至2006年出现了垂直和水平形变显著加速增...     

2015年尼泊尔Mw7.9地震震前断层闭锁与同震位移特征分析

对尼泊尔震前的GPS水平速度场进行融合处理,获得跨喜马拉雅中东段沿N15°E方向的GPS水平速度场剖面。采用弹性半空间矩形位错模拟反演,结果表明,尼泊尔地震前喜马拉雅主前缘断裂带存在浅部闭锁,深部无震蠕滑,闭锁深度为22.5km,蠕滑段滑动速率为19.0mm/a,断层倾角为10°。GPS观测的同震形变场揭示了尼泊尔地震引起的地壳形变特征,最大同震位移位于尼泊尔境内的KKN4,该站向南移动1.89m;地震还在我国藏南地区造成最大0.54m的永久形变。距离震中400km以外GPS观测到的同震形变微弱,在误差范围之内。依据GPS同震水平位移在N15°E方向的位移剖面,采用矩形位错模型简单模拟了尼泊尔地震的同震破裂。结果显示,GPS同震位移剖面可以用喜马拉雅冲断带前缘主断裂(MFT)以北的基底低角度逆断层引起的弹性位错模拟,浅部的主前缘逆冲断裂、主边界逆冲断裂和主中央逆冲断裂等分支并没有破裂。     

汶川地震断层滑动模型反演及地震区域构造的大地测量约束

以汶川地震前后GPS观测得到的同震形变场为约束,利用带约束的最小二乘反演方法,分别反演考虑与不考虑滑脱层的最优同震断层滑动模型,并在此基础上正演了同震重力变化。结果表明,含滑脱层的断层滑动模型模拟的GPS台站的同震水平形变和重力台站的同震重力变化都更接近实际的观测结果,证实龙门山的中央断裂带南段存在大规模的近水平的滑脱层参与了汶川地震的同震滑动。     

基于GPS和水准资料的西秦岭北缘断裂现今闭锁程度分析

利用2009~2015年GPS速度场和1975~2011年垂直速度场数据，采用TDEFNODE负位错模型对西秦岭北缘断裂各段的闭锁程度、滑动亏损速率进行反演，结合GPS跨断层速度剖面和现今小震分布特征，对西秦岭北缘断裂各段的断裂活动性及地震危险性进行分析。结果表明，西秦岭北缘断裂以左旋走滑运动为主，兼有部分逆冲挤压，断裂各段的滑动速率都低于第四纪以来的滑动速率。其中天水-宝鸡段滑动速率较低，小震分布少，断裂正处于高应变积累阶段，具有高闭锁系数和滑动亏损速率，易于应变能的快速积累，具有发生中强地震的背景条件；锅麻滩段虽然滑动速率较大，但闭锁程度和滑动亏损速率高，小震分布较少，也存在较高的地震危险性；漳县段和鸳凤段滑动速率较大，断裂应力积累相对较弱，闭锁程度和滑动亏损速率均较低，小震分布多，地震危险性较低。     

川滇地区现今三维地壳运动特征

利用1999~2018年GPS观测资料和1974~2014年2期（1974~1984、2013~2014）精密水准资料研究川滇地区现今三维地壳运动特征。结果表明：1）水平运动以继承性运动为主,近年滇西南地区旋转明显减弱;汶川地震导致龙门山断裂带西侧及川滇菱形块体东边界构造应力重新调整,近年震后调整明显减弱,正在向震前状态恢复;2）垂直运动总体表现为差异性隆升运动,且川滇西北部的上升运动速率明显大于东南部;龙门山断裂带北部高原地区的隆升速率为3~4 mm/a,川西高原的隆升速率为1~3 mm/a,滇西北地区的隆升速率为1~2 mm/a,滇西南思茅-江西村地区的下降速率为2~3 mm/a,川滇其他地区的运动速率基本在-1~1 mm/a;3）主要活动断裂两侧基本均存在一定的垂直差异性运动,鲜水河和龙门山断裂带差异性运动明显,并且具有分段性;4）川滇地区水平运动和垂直运动在地质构造上具有较好的一致性,近期龙门山断裂带西侧高原的水平运动减缓,挤压变形减弱,可能预示该地区将逐渐进入新一轮的能量积累时期,需要持续关注。     

利用InSAR技术研究2016年西藏定结Mw5.3地震发震构造

利用Sentinel-1A卫星数据和D-InSAR技术，获得2016-05-22西藏日喀则市定结县M_W5.3地震LOS方向的同震形变场图像，分析InSAR形变结果的变化特征，并以此为约束反演该地震的断层几何参数和同震滑动分布特征。结果表明，定结M_W5.3地震发震断层走向近SN，断面倾向E，倾角约43°，破裂长度约9 km，同震滑动主要集中在2~5 km深度范围内，以正断倾滑为主，最大滑动量为0.24 m，矩震级为5.3级。2016年定结地震发震构造是定结-申扎伸展断裂系中的一条新生盲断层。     

断层及邻区视错动变形系统分析模型

基于跨断层及邻区地壳形变资料，结合板内断层震间、同震错动变形活动、多断层错动变形活动实际，构建从单一断层震间整体视错动变形分析模型、沿断层视错动变形空间分布分析模型、同震视错动变形整体与空间分布分析模型，到多条平行断层视错动变形整体分析和沿断层视错动变形空间分布分析等系统性分析模型。实例表明，该系统分析模型可从不同角度全面揭示震间断层及邻区视错动变形活动的整体与细部特征、变形活动状态或阶段、多断层系统彼此间的关联性活动以及同震及震后调整视错动变形等。     

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汶川震后龙门山周边活动地块构造变形及断裂活动

利用1999~2013陆态网络观测资料,计算汶川地震前后龙门山地区周边活动地块应变率场分布及欧拉旋转矢量,基于Okada矩形位错模型,反演块体边界主要断层活动性状,分析研究区域现今构造变形和应变分配,并讨论汶川地震对上述过程的影响。研究表明,巴颜喀拉东部、川西北、滇中等活动地块向南东向运移的同时自身作顺时针旋转;由于龙门山断裂、丽江-小金河断裂等逆冲带对地壳应变的吸收与调整,研究区域地壳变形由西向东逐渐减弱,区域地壳变形以连续渐变为主要特征;汶川地震使巴颜喀拉块体、川西北块体的南东向运移加速,并增强了安宁河-则木河-小江断裂带左旋走滑运动和丽江-小金河断裂的逆冲运动。     

遗传算法反演龙门山断裂带断层三维滑动参数研究

利用位错理论模型将遗传算法运用于断层三维滑动参数反演问题的求解,采用川西地区2004—2007年GPS观测数据对龙门山断裂带主要断层的三维滑动速率进行计算分析。结果表明:反演结果在量值上整体较小,与地质结果具有较好的一致性,走滑分量︱U1︱<3.2 mm/a,倾滑分量︱U2︱<1.54 mm/a,张开分量︱U3︱<2.5mm/a,低滑动速率反映断层的闭锁及应力的积累及大地震发生的危险性;局部分量较地质结果偏大,反映实测GPS数据反演结果体现的是断层实时活动状态;遗传算法的全局收敛、不依赖初值等优点使结果更加稳定,而张开分量显示局部不规律性,表现出各子断层空间活动不均匀性。     

龙门山断裂构造带GPS研究

龙门山断裂构造带作为川青地块与扬子地块的碰撞边界，具有特殊的构造性质及明显的分段性。根据1991年以来GPS观测结果，对其分段活动性的研究表明：断裂带运动速率北段为1．54ram／a，中段为2．77mm／a，南段为5．23mm／a。现代构造活动性质总体表现为挤压走滑；同时，由北向南逐渐由挤压走滑转变为伸展走滑，其原因为在青藏高原总体运动条件下的相邻活动断裂的相互作用、相互影响。     

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活动断层运动的重力场反演

阐述了断层错动引起地表重力变化的基本原理 ,给出了弹性半无限空间点源位错到矩形位错引起的重力变化的基本解析式 ,并将结论推广到多个断层。介绍了利用重力变化反演断层运动的基本思路。以滇西实验场作为应用实例 ,对 1996年 2月丽江 7.1级地震发生前后场区内的活动断层运动进行了演算 ,给出了断层位移解 ,并与已有资料相比较 ,结果基本一致 ,但误差分析结果表明本文位错模型还有待于改善。