走滑型地震前断面位错加速运动和一种可能的短期前兆机制

本文初步讨论了半无限分层弹性空间中离散螺型位错群不均匀运动过程的二维问题,以及岩石层中浅源走滑型地震的孕育过程。研究表明,在区域构造应力和象力作用下,岩石层中部断面上高摩擦阻抗闭锁被克服之后,断面位错将逐渐加速运动,在花岗岩层上界面附近,位错速度接近横波速度（等价于发生地震）;该运动过程的持续时间约为几天至几个月;当岩石层中、上部的物质常数n=3和闭锁深度η1=60km时,期望在大地震之前位错加速运动的持续时间内,观测到总应变量为10-7.所以,上述过程可能是大地震前短期前兆异常变化的机制之一。     

滇西地区强震前兆源过程的力学模型与数值摸拟

云南西部地区的强震和大地震主要发生在一些板内大型走滑断裂带上,有一个10～20 km的深度优势层位;地震的破裂基本上是以走滑型破裂为特征．联系云南岩石层结构与动力学背景,我们认为,本区的地震可能有这样一种成核过程: 由于岩石层结构的层次性、非均匀性,在整个岩石层板块构造运动背景场中,可能会在岩石层的中深部形成局部剪应变集中区或滑动区,尔后这个剪应变集中区或滑动区沿着断层带边界向地表滑移扩展．当滑动由深部向浅部扩展时,滑动峰将遇到断层面上的最大抗剪强度区而被阻碍闭锁,形成一个地震活动空区．随着构造荷载的逐渐增加,滑动最终要向前扩展导致整个闭锁区的失稳破裂,产生大地震．给出了描述这个地震过程的一个简单的近似积分方程;数值结果表明,该模型具有一个向不稳定非线性加速发展的阶段,这个阶段对地震前兆的形成可能有重要意义．     

滇西地区强震前兆源过程的力学模型与数值摸拟

云南西部地区的强震和大地震主要发生在一些板内大型走滑断裂带上，有一个１０～２０ｋｍ的深度优势层位；地震的破裂基本上是以走滑型破裂为特征．联系云南岩石层结构与动力学背景，我们认为，本区的地震可能有这样一种成核过程：由于岩石层结构的层次性、非均匀性，在整个岩石层板块构造运动背景场中，可能会在岩石层的中深部形成局部剪应变集中区或滑动区，尔后这个剪应变集中区或滑动区沿着断层带边界向地表滑移扩展．当滑动由深部向浅部扩展时，滑动峰将遇到断层面上的最大抗剪强度区而被阻碍闭锁，形成一个地震活动空区．随着构造荷载的逐渐增加，滑动最终要向前扩展导致整个闭锁区的失稳破裂，产生大地震．给出了描述这个地震过程的一个简单的近似积分方程；数值结果表明，该模型具有一个向不稳定非线性加速发展的阶段，这个阶段对地震前兆的形成可能有重要意义     

大地震前区域地震活动迁移

本文初步分析了1966-1976年间,中国某些大地震（M_s≥7.0）前区域中小地震活动向未来大震震源区及其邻近集中迁移的异常现象。这种迁移现象反映出大震前远震源区和近震源区内地震活动交替活跃和平静的过程。 指出在大震孕育过程中的区域地震活动迁移过程,可能与区域介质强度或原有断面“闭锁”“粘结”程度存在差异有关。     

基于形变观测分析2011年日本9.0级地震与断层运动间关系

2011年3月11日日本发生9.0级地震,本文以此次地震的震间、同震和震后形变观测为约束,依据不同时段断层运动空间分布特征分析日本海沟地区强震与断层运动间关系.震间日本海沟地区,断层运动闭锁线深度约为60km,闭锁线以上从深到浅依次为断层运动强闭锁段、无震滑移段和弱闭锁段.由同震位错反演结果,2011年日本9.0级地震同震存在深浅两个滑移极值区,同震较浅的滑移极值区(同震位错量10~50m,深度小于30km)震间为断层弱闭锁段;同震较深的滑移极值区(同震位错量10~20m,深度在40km左右)震间为断层强闭锁段;而在两者之间的过渡带同震位错相对较小,震间断层运动表现为无震滑移.震后初期断层运动主要分布在在闭锁线以上的同震较深滑移极值区,而同震较浅的滑移极值区能量释放比较彻底,断层震后余滑量相对较小.依据本文同震和震间断层运动反演结果,震间强闭锁段积累10m同震位错需要100多年时间,与该区域历史上7级地震活动复发周期相当;震间弱闭锁段积累30~50m同震位错约需要300~600年时间,与相关研究给出的日本海沟9级左右地震复发周期比较一致.在实际孕震能力判定的工作中,由于不同性质的断层段在同震过程中会表现更多的组合形式,断层发震能力判定结果存在更多的不确定性,但利用区域形变观测等资料给出震间断层运动特征的研究工作对于断层强震发震能力的判定具有非常重要的实际意义.     

陕西中南部现今断层滑动速率和闭锁深度反演

位于华北板块和扬子板块之间的陕西中南部由渭河盆地、秦岭造山带和汉中盆地构成,其新构造运动主要形式为山脉隆升、盆地断陷,因此以重复水准测量为手段的地壳垂直运动研究尤为重要.基于研究区1970年以来的多期精密水准测量数据,用GPS垂直运动速率约束的动态平差方法获得了区域垂直运动速度场.以此为基础,用倾滑位错模型、网格搜索方法反演了研究区主要断层倾滑速率和闭锁深度,结果显示：秦岭北缘断裂倾滑速率为2.25~4.53 mm·a^-1,闭锁深度为7.7~10.0 km;华山山前断裂倾滑速率为2.35~2.71 mm·a^-1;闭锁深度为2.8~5.0 km,反映了该断裂在华县大地震之后,可能还没有完全闭锁,发生大震的应变能积累条件不足;渭河盆地北缘断裂的倾滑动速率为2.0~2.5 mm·a^-1,闭锁深度仅为3.0 km左右,说明该断裂以蠕滑运动为主;略阳断裂倾滑速率为3.02 mm·a^-1,闭锁深度6.7 km,是陕南较活动的断裂.

     

安宁河—则木河断裂带和大凉山断裂带孕震深度研究及其地震危险性

安宁河—则木河断裂带及东侧的大凉山断裂带作为大凉山次级块体西侧与东侧边界,具有发生大地震的活动构造背景.本文意在用有限的形变数据和地震数据两种资料评估大凉山次级块体边界断裂带的孕震深度及其地震危险性.采用弹性半空间模型对安宁河断裂、则木河断裂和大凉山断裂带滑动速率和闭锁深度进行了详细分析;计算了90%、95%和99%不同分位数的小震深度下界值并与GPS得到的闭锁深度进行对比,分析二者异同点.结果显示,安宁河断裂北段闭锁深度为6.2 km,不到90%分位小震震源深度16 km的一半,表明该段在1952年M_S6³/₄地震后,断层逐渐趋于闭锁;而在6~16 km深度主要以小地震和无震滑动两种形式释放能量,存在深部蠕滑运动.大凉山断裂北段在0~10 km范围内完全闭锁,而10~25 km闭锁程度较弱.安宁河断裂南段、则木河断裂、大凉山断裂中段和南段均处于完全闭锁阶段,闭锁深度接近90%分位数小震深度的下界值,标准差约为0.94 km.此外,A、B、C三个剖面的反演结果表明大凉山次级块体的运动自北向南具有顺时针旋转特性,与川滇块体顺时针运动特征吻合.大凉山次级块体北、中、南三段边界断裂及块体内部总的滑动速率分别为9.8 mm·a^-1、8.9 mm·a^-1和8.4 mm·a^-1,呈自北向南递减趋势.大凉山断裂南段布拖断裂和交际河断裂积累的能量分别能够发生一次矩震级为M_W7.5的地震,离逝时间已经接近地震平均复发间隔,未来100年大地震的发震概率分别为7.1%和5.9%,应对其地震危险性给予重视.     

板内地震填空与断层运动型式

根据人们对板缘地震填空的认识,本文用震级—断层长度的经验关系式分析了我国郯庐断裂带、张家口—烟台断裂带、鲜水河和塔里木盆地北缘等断裂带的地震活动与地质构造的关系。指出在板块内部同样存在着地震沿带逐渐“填满补齐”的现象。这种地震填空,主要发生在那些扭压型和剪滑型的断裂带上。一个基本连续的活动断裂带是板内地震填空所必需的地质条件。作者认为,板内地震填空与断层现代运动的不同型式(或状态)密切相关。一个活动断裂带由稳滑、相对闭锁到破裂位错正是地震空区形成、发展直至发生大地震的带内地震填空过程,与此相应的应变积累段、闭锁段和释放松动段在地质上的差别是:断面上新沉积物覆盖程度依次减小,断层泥粘结度逐次降低而其厚度依次增厚,因而对于那些全新世以来有过活动而断面上新沉积物覆盖较大的一类活断层尤应引起注意。     

2013年甘肃岷县MS6.6地震区域地震波传播模拟与地面运动特征研究

2013年7月22日,甘肃省定西市岷县发生M_S6.6地震,造成了严重的人员伤亡和经济损失.地震发生于青藏高原东北部边缘与甘肃东南部地区的交界处,是该区域一百多年以来发生的最大地震.分析本次地震观测数据显示,岷县M_S6.6地震产生的地震地面运动呈现出明显的区域变化特征.为了研究这种区域变化特征,本文使用全球CRUST1.0和SRTM30模型数据建立了甘肃岷县及周边地区的地下三维传播介质模型,使用并行的三维有限差分方法进行了岷县地震的区域地震波传播模拟,并与研究区内数字地震台网记录的地震观测资料进行对比.通过分析地面运动的峰值速度和持续时间的区域分布特征,发现：在青藏高原东北部边缘,较大的地形起伏对地面运动的峰值速度分布起主要影响作用;在青藏高原外围地区,地形起伏较小,而沉积层主要影响地面运动的峰值速度和持续时间,从而导致了明显的盆地效应,如地面运动的振幅放大和持续时间加长.因此,研究区剧烈的地形起伏和表层沉积层是影响地面运动的重要因素.

     

东昆仑断裂滑动速率变化及其对2017年九寨沟地震的应力加载

为了解东昆仑断裂活动对2017年8月8日九寨沟M_S7.0地震的影响,本文选取1999-2007年、2013-2017年GPS速度场作为约束,基于块体-位错模型反演计算东昆仑断裂两个时间段的块体运动速率、断裂滑动速率和滑动亏损率,并进一步研究青藏高原东缘最大剪应变率场和九寨沟震区的震间库仑应力累积速率.结果显示,东昆仑断裂中西段左旋走滑速率较高,东段走滑速率较低,自西向东逐步递减,存在明显的梯度.在两个时间段,阿坝块体刚性运动的方向顺时针偏转0.2°,运动速率由12.22 mm·a^-1增大到15.96 mm·a^-1;东昆仑断裂左旋走滑速率升高,其中西段较为明显（升高约1.2±0.3 mm·a^-1）;东昆仑断裂东段闭锁深度和闭锁程度增加;2013-2017年,东昆仑断裂滑动引起的九寨沟震区库仑应力累积速率是1999-2007年的3倍,最大剪应变率也明显升高.因此本文认为：2008年汶川地震和2013年芦山地震后,龙门山断裂部分解锁,阿坝地块活动性增强,东昆仑断裂滑动速率增大,导致九寨沟震区库仑应力加载速率增加,加速了九寨沟地震的孕育过程.

     

龙门山及邻区重、磁异常特征及与地震关系的研究

本文通过研究龙门山构造带及邻区的区域重、磁场特征,以及龙门山断裂带的产状等特征,探讨其与地震关系.研究结果表明,龙门山断裂带是环绕青藏高原的重力梯度带的一部分.其对应密度分界面向西北方向倾斜,向下延深数十公里,切穿莫霍面.推测密度分界面分为两段,深部较陡的为岩石圈块体的边界,浅部较缓.基底隆起与凹陷的界线大体与大地构造单元的界线一致.由西部的岩石圈块体的边界至东部在地表的大地构造单元界线之间的距离约为40~50 km.隶属于中上地壳脆性变形层的地质体由岩石圈块体界线沿缓倾的密度界面推覆至地表的大地构造单元的界线处,在此过程中伴随岩层破碎,从而发生地震.龙门山构造带主要部分位于负磁异常区,这种反磁化和退磁的现象,可能与逆冲推覆作用所引起的深部岩层倒转有关.     

Stress accumulation and release on the San Andreas fault

Summary The San Andreas fault can be divided into locked and free sections. On the locked sections accumulated slip is released in great earthquakes. On the free sections slip is occurring continuously either aseismically or during smaller earthquakes. Stress drops during earthquakes can be estimated from the ratio of short to long period amplitudes and from surface strain. Surface heat flow may provide an upper bound on the absolute stress. The failure or yield stress must reach a maximum at some depth on the fault. This maximum may occur in the near-surface brittle zone or deeper in the plastic zone of the fault. The historic distribution of seismic activity provides information on the stress level. The accumulation of strain and stress on the fault can be predicted using elastic theory. It is necessary, however, to include the viscous coupling of the lithosphere to the asthenosphere in order to fully model the problem.     

阿尔金北缘断裂带东北段第四纪构造活动与地震

本文概述了阿尔金北缘断裂带东北段(甘肃境内)的地质背景和新构造运动,讨论了断层特性、断层几何学、形变图象及一些特殊走滑运动地貌等问题。根据第四纪后期不同时代的地貌单元被水平左旋错移的幅度,结合C~(14)年代测定,求出5个不同时代至今的平均滑动速率,并分析了断层活动的一些时空特点。文章还探讨了古地震现象,现代地震活动与断裂的关系及地震危险性,较详细地研究了新发现的芦草沟古地震形变带。     

汶川地震前十年间龙门山区域顾及断层闭锁的地壳应变场

本文利用1997—2008年5月的汶川M_w7.9地震前川滇地区GPS水平速度场数据,采用负位错理论反演了汶川M_w7.9地震前龙门山断裂带的闭锁程度.在顾及断层闭锁影响下,获得了龙门山断裂带区域震前十年间地壳应变率场.结果表明在汶川地震前龙门山断裂带高度闭锁,在地表以下0~25 km范围内其平均闭锁程度为0.972±0.222,滑动亏损速率约为3 mm·a~(-1).震前龙门山断裂滑脱层的高度闭锁为汶川地震深部同震破裂提供了能量基础;在顾及断层闭锁影响下,龙门山断裂带附近应变积累缓慢,断层附近区域最大主应变率约为3.4~9.6 nanostrain·a~(-1),最小主应变率约为-2.5~-7.1 nanostrain·a~(-1);断层西北侧有明显的应变积累.     

华北地区岩石圈热结构的研究

利用两种1°×1°平均大地热流资料,由观测资料和居里面反演得到的4种地壳岩石生热率模型,计算了华北地区(105°E-124°E,30°N-41°N)岩石圈的热结构. 定量的比较了各种模型的计算结果,选定了最佳模型. 莫霍面的温度大约在450-750℃之间变化,岩石圈底部深度在60-180 km变化,并发现大的构造断裂与热岩石圈底部的隆起相对应,MS＞6.5的地震大都发生在热岩石圈底部隆起区附近和莫霍面温度的高值区.     

新疆精河6.6级地震周边地区密度构造、均衡异常以及岩石圈挠曲机理

依据EIGEN-6C4重力模型和ETOPO1高程模型数据,围绕新疆精河6.6级地震展开岩石圈均衡与挠曲机理研究,得到如下结论：（1）震中附近的布格与自由空气重力异常分别为-221和-92 mGal（10^-5m·s^-2）,震中位于重力异常高梯度带上;（2）震中周边地区地壳厚度约为50 km,密度结构总体变化平缓,东西方向地壳厚度变化较小,但自南向北地壳厚度逐渐变薄,精河6.6级地震初始破裂发生在上中地壳分界面附近;（3）震中附近岩石圈承载的垂向构造应力为20 MPa左右,震中位于岩石圈垂向构造应力极大值附近的高梯度带上;（4）地震周边地区岩石圈有效弹性厚度最优解为26 km,加载比最优解为F₁=1,F₂=F₃=0,表明该区域岩石圈相对坚硬,且导致岩石圈变形的初始加载全部来自地表.

     

THREE-DIMENSIONAL DEFORMATION CHARACTERISTICS OF THE XIANSHUIHE FAULT ZONE

In order to analyze 3-dimensional movement and deformation characteristics and seismic risk of the Xianshuihe fault zone, we inverted for dynamic fault locking and slip deficit rate of the fault using the GPS horizontal velocity field of 1999-2007 and 2013-2017 in Sichuan-Yunnan region, and calculated annual vertical change rate to analyze the vertical deformation characteristics of the fault using the cross-fault leveling data during 1980-2017 locating on the Xianshuihe fault. The GPS inversion results indicate that in 1999-2007, the southeastern segment of the fault is tightly locked, the middle segment is less locked, and the northwestern segment is basically in creeping state. In 2013-2017, the southeastern segment of the fault is obviously weekly locked, in which only a patch between Daofu-Bamei is locked, and the northwestern segment is still mostly in creeping state, in which only a patch at southeastern Luhuo is slightly locked from surface to 10km depth. The cross-fault leveling data show that annual vertical change rate of the Zhuwo, Gelou, Xuxu and Goupu sites on the northwestern segment is larger, which means vertical movement is relatively active, and annual vertical change rate of the Longdengba, Laoqianning, and Zheduotang sites on the southeastern segment is small, which means the fault is locked, and the vertical movement changes little before and after the Wenchuan earthquake. Combining with the 3-dimensional movement and deformation, seismic activity and Coulomb stress on the Xianshuihe Fault, we consider the seismic risk of the southeastern segment is larger, and the Wenchuan earthquake reduced the far-field sinistral movement and the fault slip deficit rate, which may reduce the stress and strain accumulation rate and relieve the seismic risk of the southeastern segment.     

华北克拉通东部地壳与地幔盖层结构——长观测距深地震测深剖面结果

利用文登—阿拉善左旗长观测距地震宽角反射/折射剖面东段资料,辩识出4组地壳震相和3组地幔盖层震相.采用二维射线追踪走时反演和正演拟合交替计算方法,得到了包括鲁东隆起和华北裂陷盆地在内的地壳和地幔盖层二维速度结构.研究结果表明:华北裂陷盆地基底深达6km以上,研究区壳内界面C1埋深约15km,C2界面深约25km,Moho面平均埋深约35km.上地壳速度6.0~6.1km·s-1,且横向变化较大;中地壳速度相对均匀约为6.2~6.4km·s-1;下地壳速度为6.5~7.0km·s-1,速度梯度较大.地壳平均速度与隆起和坳陷构造相关.研究区岩石圈底界面一般为75~80km,西端接近太行隆起构造时深至90km左右,向西呈明显加深趋势,地壳厚度呈现相同的增厚特征.地幔盖层上部速度8.0~8.2km·s-1,具明显正梯度特征.岩石圈平均速度在郯庐断裂带附近显著偏低.PmP和PLP震相存在不同程度的复杂性,意味着在本地区Moho界面和岩石圈界面有较为复杂的结构,可能具有一定厚度或过渡带性质.结合其他研究结果认为,地幔盖层和下地壳速度梯度、界面性质差异与华北克拉通破坏相关,意味着破坏是一个渐变、缓慢和不均匀的过程.郯庐断裂带附近的低速应是其为软弱带的证据.     

巴颜喀拉地块东部及邻区重力均衡与岩石圈有效弹性厚度

基于SIO（Scripps Institute of Oceanography）最新全球重力和高程模型,计算了巴颜喀拉地块东部及邻区的布格重力异常、均衡重力异常、岩石圈有效弹性厚度及荷载比.结合大地热流、地震速度结构、地震活动和断裂构造分布等,分析了地壳均衡状态和岩石圈有效弹性厚度、地质构造单元间的差异及与地震活动的相关性特征.研究结果表明,该区域布格重力变化范围约为-500~0 mGal（1 mGal=10^-5m·s^-2,下同）,在巴颜喀拉块体东部区域形成弧形重力梯度带,近年来的中强地震活动频发于该梯度带不同部位,应与其应力依次释放有关;均衡重力异常结果表明,其变化范围约为-80~+100 mGal,且大部分区域处于±20 mGal以内的被认为处于重力均衡的状态,重力非均衡（正或负）多出现于块体边界带附近,地震多发生在靠近块体边界的均衡重力异常（正或负,主要为正）区域内;巴颜喀拉地块东部及邻区岩石圈有效弹性厚度（T_e）为10~65 km,不同构造单元之间T_e空间分布差异明显,较低的T_e值出现在龙门山构造带附近,T_e值为20 km左右,岩石圈荷载加载比为0.5~0.8,表明现今的岩石圈挠曲状态主要由莫霍面加载形成.进一步分析表明,巴颜喀拉地块东部挤压增生与横向流动同时发生,是造成该区域地震发生与重力均衡异常高值重合、岩石圈有效弹性厚度和大地热流值较低的主要原因.本文获得的地壳均衡特征及岩石圈有效弹性强度结果,加深了对巴颜喀拉东部及邻区岩石圈构造演化过程的认识.