六盘山断裂带的地震构造特征与强震危险背景

集成活动构造与震源机制解、重新定位小震分布、历史与现今地震、GPS速度场等资料,综合分析了六盘山断裂带的构造动力学条件与变形方式、横剖面构造、历史强震破裂背景、GPS形变以及现代地震活动性,进而探讨了该断裂带的强震危险背景.结果表明：NNW向六盘山断裂带的运动与变形主要缘于青藏地块东北缘的向东水平挤出受到相对稳定的华北地块西缘（鄂尔多斯地块）阻挡而聚集的水平挤压作用;此外,海原和陇县-宝鸡两条NW向走滑断裂带的左旋运动在右阶区的局部会聚作用,也由六盘山断裂带的变形与运动来承受与转换.横剖面上,六盘山断裂带表现为向东推覆的大型逆冲构造带,主滑脱带位于~25 km深处,之下很可能存在分隔青藏与华北地块的超壳-岩石圈型深断裂带.沿六盘山断裂带中-南段以及更靠南东的陇县-宝鸡断裂带存在总长为120~140 km、至少最近~1400年未发生M ≥ 6½强震破裂的地震空区.地震空区内的断裂,GPS形变显示已有显著应变积累,地震活动上出现为小震稀疏或空缺的部位,以及低b值区,反映那里的断面业已闭锁,并已有高应力积累.因此,六盘山断裂带中-南段和陇县-宝鸡断裂带应是未来可能发生强震/大地震的两个危险地段,潜在地震的最大矩震级估值分别为M_W=7.3±和7.2±.

     

川滇交界东段昭通、莲峰断裂带的深部结构特征与2014年鲁甸M_S6.5地震

2014年鲁甸M_S6.5地震位于川滇菱形块体向东突出的过渡变形区大凉山次级块体南东缘的昭通、莲峰断裂带内部,属于青藏高原东南缘南北地震带的中南段,近十多年来,该断裂带及其周边中强地震的发生频次明显增多,昭通、莲峰断裂带是否具备孕育和发生强震的深部构造背景成为一个亟待研究的问题.为了研究昭通、莲峰断裂带的深部结构特征及孕震背景,探求2014年鲁甸M_S6.5地震的成因的深部动力机制,本文充分收集了四川、云南等区域数字地震台网和"中国地震科学台阵探测-南北地震带南段"("喜马拉雅"项目Ⅰ期)流动地震台阵的观测数据,应用区域震和远震联合反演的方法得到川滇地区三维速度结构图像,在此基础上重点剖析和研究了昭通、莲峰断裂带P波速度结构;再对昭通、莲峰断裂带及周边区域的重力、航磁数据进行三维视密度和视磁化强度反演,得到了壳内不同深度层视密度的横向变化特征和反映壳内磁性物质的分布范围以及结晶基底的视磁化强度异常分布情况,综合分析研究昭通、莲峰断裂带的深部结构特征及孕震动力环境.研究结果表明:川滇交界东部昭通、莲峰断裂带及其周边地区上地壳物质存在显著的横向介质差异,中下地壳深度范围大凉山次级块体西南缘存在低速异常分布,并呈现出近SN向的展布特征,2014年鲁甸M_S6.5地震位于该高低速异常的分界线附近略偏向高速体一侧.P波速度结构还揭示了鲁甸M_S6.5主震震源体下方中下地壳存在大范围低速异常分布,P波速度异常扰动与重磁异常的展布特征、梯度变化在深度和分区特征上均具有较好的联系和可比性,结合昭通、莲峰断裂带中下地壳范围内存在大范围的低密度弱磁性异常分布,综合表明了该区中下地壳物质相对较为软弱,这种特有的深部物性结构特征有利于应力在脆性的上地壳内积累和集中.研究结果还揭示了共轭断裂的深部构造形态,高低航磁异常边界与NW向的苞谷脑—小河断裂的深部展布形态相一致,苞谷脑—小河断裂处于航磁异常突变带附近,昭通断裂北段(昭通—鲁甸段)位于上地壳强磁性、高波速异常区内且具有深大断裂的深部地球物理场响应特征,因此该断裂段(昭通—鲁甸段)具备发生7级及以上强震的深部构造背景.当大凉山次级块体内部的中下地壳低速管流层自NW向SE方向运动到昭通、莲峰断裂带附近时,受到华南块体的强烈阻挡,应力在昭通、莲峰断裂附近基底性质存在差异处集中,脆性上地壳中低强度区域在横向挤压的构造应力场作用下易于破裂从而引发强震,这也正是昭通、莲峰断裂带内部鲁甸M_S6.5地震孕育和发生的深部构造环境.     

川滇活动构造区地震层析成像

应用一种新的地震体波层析成像方法确定川滇活动构造区(98°-105°E,22°-32°N)详细的三维P波速度结构.反演得到研究区0-85 km深度内几个截面上的P波速度图像.结果表明:(1)该地区地壳和上地幔的速度存在明显的横向不均匀性;(2)上地壳速度图像与地表地质特征明显相关,四川盆地呈现低速,高原地带为明显的高速区,沿康滇地轴为显著的高速条带;(3)10-85 km深度的速度图上腾冲火山附近形成一低速柱;(4)中地壳内存在一个大范围的低速层,这与区内人工地震测深所得到的结果基本吻合;(5)大型活动断裂带两侧存在明显的速度差异,而红河断裂带的影像在40 km的速度图上仍十分清楚,甚至到60 km深度还隐约可见,这也许说明红河断裂是切穿地壳的深大断裂;(6)强震位置与活动断裂及速度结构三者之间存在一定的关联性,大部分构造型强震发生在由大的活动断裂勾画的块体边界上,而那些发生在非大断裂附近的强震几乎都集中在下部中地壳存在低速带或由低速带向高速带过渡的位置.下部低速层的存在可能是上部中强地震活动的构造背景.     

川滇地区地震活动统计单元的新划分

为了地震预测研究的需要,基于区域地震构造的新认识与新资料,在川滇地区重新划分出19个地震区(带).这些地震区(带)的实际意义是可作为地震活动性的地理统计单元.每一地震区(带)的划分除了与具体的、相对独立的活动构造单元相联系外,还考虑了历史及现今强地震的空间分布、现今弱震分布等因素.文中描述了各个地震区(带)的活动构造与历史强震活动背景,以及主要断裂的活动习性.基于这种新的地震区(带)划分方案,对其中两个区(带)在2001年青海昆仑山和1970年云南通海两次大地震前的地震活动进行统计分析,结果表明:依据这种与相对独立活动构造单元紧密关联的地震区(带)的划分方案可获得良好的地震活动前兆信息.     

川滇地区重力场动态变化及其强震危险含义

基于川滇地区2011-2014年的重力复测资料,系统分析了区域重力场时-空动态变化及其与2012年云南彝良MS5.7、2013年四川芦山MS7.0、2014年云南鲁甸MS6.5和四川康定MS6.3地震发生的关系.结合GPS、水准观测成果和区域地质构造动力环境,进一步研究了区域重力场变化的时空分布特征及其机理,讨论了近期区域重力场动态变化的强震危险含义.结果表明:①重力变化与川滇地区断裂构造活动存在密切空间联系,重力变化较好地反映了伴随活动断层的物质迁移和构造变形引起的地表重力变化效应.②重力资料对测区内2012年以来发生的4次MS5.7以上强震均有较好反映,地震前震中区及其附近观测到明显的区域性重力异常及重力变化高梯度带,可能是地震孕育过程中观测到的重力前兆信息.③区域重力场动态演化大体反映了青藏高原物质东流的动态效应,龙门山断裂带地壳受挤压隆起、面压缩率和重力上升变化的特征最为显著.④重力场的空间分布及其随时间变化与地壳垂直与水平运动及地质构造活动等观测结果有一定的对应关系,强震易发生在重力变化四象限分布中心地带或正、负异常区过渡的高梯度带上,研究区的一些重力异常部位仍存在中-长期大震危险背景.     

东昆仑断裂带的古地震研究

本文根据1986—1990年对东昆仑断裂带进行地震地质考察的资料,对古地震活动的时空分布、特征和地震构造条件,作了较系统的研究。     

祁连—川滇复合菱形块体周边主要活动断裂带断层形变特征与机理

根据布设在祁连—川滇复合菱形块体周边主要活动断裂带上形变场地观测资料并结合大面积水准测量成果, 分析了复合菱形块体的活动规律, 并进行了动力学机制的讨论。     

淮河流域中强震活动区的地震构造背景

介绍了沿淮河干流展布的淮河构造变形带的断裂构造特征，分析了该构造变形带内中强地震与断层构造的关系，并结合淮河流域地球物理场资料的分析，提出了中强地震发生的地震地质标志。     

龙泉山活动断裂带及其潜在地震能力的探讨

本文根据测龄样品的断代分析、地壳形变测量以及沿断裂带的地震活动等对龙泉山断裂带的活动性进行了讨论。并根据断层的几何结构分段特征，运用活断层长度与地震震级的关系，探讨了该断裂带的潜在地震能力。结果表明，龙泉山断裂带属一条中、晚更新世有活动的断裂带。有历史地震史料记载以来，发生最大的一次地震是１９６７年仁寿大林场５．５级地震，近代地震活动主要以中、小地震活动为主，因此该断裂带属一条中强活动断裂带。从地震活动看，断裂带中南段的活动强度相对北段要大；西坡断裂的活动强度又大于东坡断裂，且西坡断裂具有较明显的分段活动特征。该断裂带上未来可能发生地需的最大震级为５．５±０．５级。     

库玛断裂带强震活动与地震空区研究

库玛断裂带作为青藏高原内部的一条强地震活动带, 1900年以来发生过3次7级地震,其中2次7级大震前均出现5级以上地震的背景空区,表明背景空区对该带大震具有中长期预报意义。最近一次背景空区业已形成,并出现与之配套的孕震空区,其演化图像符合强震孕育模式。研究发现,库玛断裂带中段M_L 3以上地震空区,对共和7级强震及周边200 km的强震有前兆意义。     

汶川地震区断层围陷波探测

对汶川地震区开展震后科考和断层围陷波探测,本文主要介绍平通镇断层围陷波探测及初步结果。平通镇处在汶川8．0级地震断层带正上方,地表破坏十分严重。该断层围陷波测线横跨断层,以地震探槽为大致中点,沿NW—SE方向两端延伸,测线长约400m。这次观测结果表明,在汶川8．0级地震的新破裂带中可以观测到断层围陷波,反映了断层带内外的介质在物理性质上有较大的差异。该测线记录的断层围陷波优势频率大约为3—4Hz。探槽附近的台站断层围陷波较强,初步推测,该地段地壳内断层的宽度大约有200m。     

前兆地震活动图象及其在地震预报中的作用

本文根据长、中和短期预报研究对主要地震活动图象加以归类和简述。结果表明:(1)利用地震活动图象进行中、短期预报,预报时间量程可能达到1、2年,甚至几个月,但要进一步缩短预报的时间尺度就十分困难,除非有明显的前震序列活动;(2)地震活动图象分析,对于辨认未来主震(尤其是强主震)的位置是有效的;(3)强震和中强震前的图象特点是有区别的,据此,可以大概估计未来主震的震级。不过图象的空间尺度与主震震级无明显的相关性;(4)信号震、前兆震群和前震(包括早期前震)的确定应考虑到异常的地震活动时空图象。     

川滇地区现今地壳形变及其与强震时空分布的相关性研究

本文通过分析80年代以来的川滇地区跨断层形变测量资料、区域垂直形变测量资料及部分大区域GPS测量资料，认为该时间域内川滇地区地壳形变处于相对弱状态，并直接导致了自1981年道孚6．9级地震后至今川滇地区6级以上地震基本上未沿主边界断裂展布，且具有准顺时针旋转迁移的分布特征。基于此，认为未来几年内川滇地区地震危险性预测研究的重点应是川滇地区中部。最后根据现今地壳形变测量资料和地震分布特征提出了川滇地区活动地块时段性划分的概念，并给出了初步的划分结果。     

中国大陆活动地块边界带与强震活动

本文在前人对中国大陆及周边活动地块研究和划分的基础上,系统研究了6个Ⅰ级活动地块区和22个Ⅱ级活动地块之间共26个活动边界带的构造变形与强震活动,包括强震分布与活动边界带的关系,边界带构造活动速率与地震活动水平及强震复发期等的关系. 给出了边界带强震活动水平与构造活动速率之间的线性关系和强震复发期长短与构造活动速率的反向变化关系. 从而进一步揭示了中国大陆活动地块构造及其块体运动特征,以及块体边界带的构造变形对强震的控制作用.     

地震活动性研究及其应用于地震预测的一些问题

依据20世纪上半叶的强震资料对全球地震活动性进行的研究结果显示，强震活动呈带状分布，其实质是揭示了全球大尺度地壳介质的非均匀性。地震带与板块的活动密不可分，对认识板块活动做出了应有的贡献。基于悠久的历史地震资料和地质构造活动特征划分了20多条地震带，这是对大陆内部地壳介质非均匀性的一种认识，也是统计预测方法的基础之一。     

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.     

川滇地区地震危险性数值分析

川滇地区地处我国南北地震带南段,近百年来地震活动性持续较高,该地区未来强震预测研究备受关注.本文根据该区域百年时间内发生的30次M_S＞6.5历史地震,结合区域地质背景及GPS观测数据等,建立区域有限元准三维弹性模型,通过反演给定区域特定时刻合理的初始应力场.在此基础上,综合考虑地震孕育阶段和震后调整阶段的动力学过程,以库仑-摩尔破裂准则作为判断地震发生的条件,模拟单次地震过程和历史地震序列的发展过程.同时,对于数值模拟中的不确定性成分,通过大量Monte Carlo随机试验得到5000种初始应力场模型,确保所有模型均能重现历史地震的发震过程,最终得到现今应力场状态,并据此计算地震危险性系数,将不同模型的计算结果进行概率统计,初步得到研究区域2017年九寨沟地震后的地震危险性概率分布.结果显示历史地震破裂区的危险性概率大幅降低,相对安全;而龙门山断裂带东北段发震概率高达30%,主要是受2008年汶川地震震后应力扰动的影响;龙门山断裂带西南段(包括汶川地震破裂区与芦山地震破裂区的中间区域)与鲜水河断裂带交界处发震概率约为15%~20%;另外滇西南龙陵瑞丽断裂带及澜沧江断裂带附近发震概率约为10%~15%,近年来滇西南地区小震频发,该地区地震危险性同样值得注意.