广西区域速度场模型构建与应变特征分析

利用GAMIT/GLOBK软件解算2009-01～2019-06广西地区83个GNSS站数据,获得ITRF2014框架下GNSS站速度场,并通过Kriging插值法构建广西区域三维速度场模型。联合广西及周边136个GNSS站观测结果,采用格网距离加权法计算区域应变场,并对应变场特征进行分析。结果表明,ITRF2014框架下广西区域平均水平运动速率为34.95 mm/a,优势方向为N106.3°E,垂向运动表现为区域性缓慢隆升和沉降。23.5°N以北区域呈面应变压缩变形状态,以近SN向、NW向主压应变为主;23.5°N以南区域则呈面应变拉张变形状态,并以自西向东扇形展开的张应变为主。剪切应变场表现为四周高值、中部过渡带为低值。研究区内近10 a内地震主要发生在剪切应变高值向低值转变的区域,且时空上具有从断裂带一端向另一端迁移并折返的变化特点。     

GPS资料揭示的汶川8.0级地震前地壳动态演化特征

利用中国大陆1999年以来3个时段的GPS速度场,研究了汶川8.0地震前的地壳动态演化特征。研究结果显示：1)汶川地震发生在区域地壳挤压运动明显受阻的区域,孕震区附近存在一较大的障碍体,震中附近断层多年来处于强闭锁状态;2)随着地震发生日期的临近,震中西侧压性区表现出明显的向东逐步扩张态势,局部地区主压应变方向出现向北偏转,右旋剪切作用明显增强;3)汶川地震同震变形及6级以上余震分布表现出的区段性与断裂带及附近分段性运动变形特征密切相关。     

基于多尺度球面小波分析云南地区应变特征

使用GAMIT/GLOBK软件处理2011~2016年云南地区GPS区域站观测数据,扣除同震影响、区域欧拉均匀旋转矢量后,得到该区域的GPS水平速度场,并采用多尺度球面小波模型获取分解尺度分别为6、7、8和9时的云南地区GPS应变场,然后结合云南地区历史MS5.0以上地震信息,以及小江、红河等区域断裂活动情况分析该区域应变场的空间分布特征。结果显示,在区域应变场整体解算中,利用球面小波方法能够适应测站点的疏密变化,多尺度估计地表应变场。主应变、面膨胀和剪应变等分析结果与区域历史地震信息及对应区域断裂活动性质具有较好的吻合性。从应变结果看,红河断裂可能是具有重要构造意义的活动断裂,应变特征显示云南区域被红河断裂划分为2个特征区域;云南地区的鲁甸、腾冲、普洱、大理区域可能是地震活动较为剧烈的区域;小江断裂带中的嵩明区域在不同应变特征中均表现出高度异常,后期应予重点关注。
     

利用加密GNSS数据和震源机制解分析川滇块体南部现今地壳活动特性

利用多源项目获得的补充加密GNSS观测资料计算研究区高空间分辨率的GNSS水平运动速度场和应变率场,采用地震波形资料,通过CAP方法求解震源机制解,在此基础上使用阻尼区域应力反演方法分析川滇地块区域构造应力场的空间分布特征。结合主要断裂的活动特性,综合分析川滇地区的地壳形变特征。结果表明：1）块体浅部的最大主压应力与地表的最大主压应变率由SSE向转变为近SN向,呈现出较好的一致性,GNSS观测至少可反映20 km以内的地壳形变;2）川滇块体南部的东向滑移和顺时针旋转,可能受青藏高原推挤、华南块体阻挡及印度板块与欧亚板块之间北向运动速率自西向东递减而形成的右旋剪切拖拽作用的顺时针力偶的综合影响;3）川滇块体在综合力偶作用下SE向挤出和顺时针旋转的同时,受到走滑逆冲断裂带的吸收转换,使得青藏高原物质SE向挤出有限。     

2022年青海门源MS6.9地震前地壳形变特征初探

基于2013～2021年4个GPS周期运动场数据,计算获得各周期应变场结果,探讨2022年青海门源M_S6.9地震前4个周期的应变场时空演化特征。结果表明：1)主应变能够更好地反映单点主压-主拉的应变特征;2)应关注最大剪应变率场高值集中区,2016年、2022年门源地震前第一、四周期高值区空间位置的分布对地震风险区的研判具有一定指示作用;3)正-负转换高密度梯度带与等值线四象限中心是面膨胀率场需要关注的重点区域,可作为中强地震的形变前兆信息。     

基于GNSS应变时序的云南地区构造运动与地震事件孕震模式分析

基于2011年以来云南地区59个GNSS测站的连续观测资料,计算面应变异常网格变化的时间序列,结合异常格网所在区域的动力学和地质构造背景、断层活动特性及震源机制等对区域异常的时空分布特征及地壳形变异常与地震事件之间的关系进行综合分析,并以2013-08-28发生的5.1级德钦地震为例验证基于应变时序孕震分析方法的有效性。结果表明,在宏观分析区域面应变长期背景特征的基础上,基于区域断裂活动性质和应变时间序列分析探讨面应变短期异常与地震事件之间关系的分析方法具有一定的科学合理性,能够在地震发震前夕得到有效的预报信号。     

青藏高原东南缘现今地壳形变与多尺度应变率场特征

利用青藏高原东南缘1999~2007年与2011~2017年高精度GNSS监测资料,充分顾及GNSS测站非均匀分布的特性,构建青藏高原东南缘地壳形变多尺度球面小波模型,定量分析汶川强震前后该区域地壳形变与不同空间尺度下地壳应变率场变化特征。研究结果表明,汶川强震前后研究区整体地壳运动具有一定继承性发展特征,均在龙门山、安宁河、则木河与小江断裂处形成明显的速度差异梯度带,且高应变率值也主要聚集在上述主干断裂及附近区域;汶川强震后,研究区域整体地壳运动速率量值,特别是龙门山断裂带西北侧地壳运动速度量值显著增大,羌塘、巴颜喀拉与川滇地块也呈现出加速向南东运移并推动华南块体的趋势。不同尺度下的应变率场反映出不同空间范围下区域应变积累特征,青藏高原东南缘区域在尺度因子q=7时的计算结果是合理的（合理的最大尺度因子）;当尺度因子q=6时,能较好地揭示出区域整体构造活动特性,即清晰地揭示出汶川强震后龙门山断裂处呈现出的显著主压应变、面压缩与最大剪应变率高值特征;当尺度因子q=3~7时（最佳组合尺度因子）,可较好地综合揭示出区域地壳大尺度（整体）形变与局部形变特征。汶川强震后,研究区域主干断裂带,特别是震中及其附近区域地震活动性显著增强。     

印尼地震对我国川滇地区地壳水平活动的影响

2005年1~2月用GPS技术对中国川滇地区及中国南部进行了精密流动与连续监测,综合利用1999年、2001年和2004年的数据及GPS处理技术获取了2004年12月26日印尼苏门答腊地震(Ms8.7)对监测区所产生的同震水平位移场。由水平位移图可知,此次地震对川滇地区及其以东及中国南部地区的影响是显著的,其特征为对四川地区的影响相对较小,数值为数毫米,优势位移方向为西;对云南地区的影响较大,数值一般为10~20mm,变化趋势为“北小南大”,优势位移方向为西南。应变分析表明,此次地震对该区造成的区域应变非常突出,并且占主导地位,南北方向表现为整体拉伸,东西方向为“北张南压”,面应变除南缘为收缩外几乎整个区域为面膨胀,并呈现“北大南小”的变化特征,最大剪应变则恰好相反。由此反映的相对位移在该区南北端的差别接近20mm,与背景应变场的结果相比有很大的差异。另由拉萨、昆明和广州等连续监测站的结果可知,西藏地区没有受到显著的影响,西沙群岛和海南地区向西南位移了大约20mm,云南地区向西南位移了大约12mm,泸州及福建沿海地区没有明显的变化。     

利用新丰江三角测量计算应变场及初步分析

利用新丰江现有三角测量资料,计算了自1964年以来的四级以上各强余震前后的应变场。并用5.3级地震的应变场图解求解震源附近的两条断裂方向上的应变量及其断裂力学特征图解模型。计算结果表明:5.3级地震有较好的反应,并与测震机制解较一致,而四级左右的地震应变量与测量精度不相上下,图解模型得出,北北西向断裂方向上的应变量大于北北东向断裂约一倍,北北西向断裂当时的运动特征是以压性为主的右旋错动,而北北东向断裂是受张的左旋错动。     

川滇菱形块体东边界现今应变积累特征及强震危险性

基于川滇地区2013~2018年GNSS速度场结果,解算区域地表应变率场,分析川滇菱形块体东边界现今地表应变特征,反演其断层闭锁程度和滑动亏损分布,并重点分析芦山地震后该区域的深部应变积累程度。结合已有历史地震破裂及断层库仑应力结果,综合分析芦山地震后川滇菱形块体东边界不同段的强震危险性。结果表明,川滇菱形块体东边界现今呈现出明显的左旋应变积累特征,三岔口地区剪切应变积累速率最大,最大量值为3.5×10^-8/a;同时,川滇菱形块体东边界还表现出NS-NE向的拉张和近EW-NW向的挤压变形,康定-石棉段EW向挤压应变率最高,为-3×10^-8/a;安宁河-则木河断裂带EW向挤压应变率为-2×10^-8/a ~ -3×10^-8/a,而小江断裂带由北至南挤压变形逐渐减缓,东川以南转为拉张变形;断层闭锁反演结果与GNSS应变率结果具有较好的一致性,同样反映出川滇菱形块体东边界左旋剪切应变兼局部挤压或拉张的应变积累特征。综合分析认为,鲜水河断裂带道孚-八美段、康定以南的磨西至安宁河断裂带及小江断裂带的巧家-东川段、宜良-建水段具有较高的闭锁程度和左旋滑动亏损速率,是强震危险性较高的段落。     

渤海湾区域应变应力场演化特征

根据渤海湾区域1999~2013年多期GPS站点速率资料,以营潍断裂带为界分为东西两个地块计算运动参数,求解主应变率和断裂带的应变率。基于应变率计算结果研究了区域应变-应力场。结果表明,1999~2011年渤海湾区域地壳整体受北东东-南西西向压应力和北北西-南南东向张应力作用,2011~2013年区域地壳压应力主方向为近南北向,张应力主方向呈近东西向,致使这一变化的主要原因是2011年日本3.11大地震。渤海湾区域不同地段的应力也存在差异,局部性变化明显。营潍断裂带不同时段的正应变率和剪应变率亦不同,1999~2011年为右旋剪应变-剪应力作用,2011~2013年为左旋剪应变-剪应力作用。     

重力异常反映的郯庐带中南段构造边界与应力场

为解决传统基于重力场数据一阶导数定义的总水平导数和解析信号振幅存在无法均衡深浅异常振幅的问题,应用重力全张量梯度数据,提出改进的倾斜导数地质体边界识别方法NTD_M。经模型验证,NTD_M在收敛性、抑噪性和边界识别精度方面均有提升。利用NTD_M将郯庐带中南段及邻区划分为14个边界较为清晰的构造单元,借助垂线偏差数据对郯庐带中南段的构造应力场和壳幔密度差进行反演。结果显示,二者在水平方向上存在显著差异,在空间上显著相关,构造应力最大差异值约为16 MPa,壳幔密度差约为0.2 g/cm³,构造应力等值线密集处与构造单元划分的边界以及地震分布情况对应较好。郯庐带中段最大主应力方向为NEE-EW,南段主应力方向以EW-NWW为主,总体呈EW向,与震源机制解、地应力测量和GPS反演结果具有较好的一致性。     

利用EGM2008地球重力场模型研究川西地区水平构造应力场

利用EGM2008地球重力场模型数据计算川西地区的水平构造应力场。结果显示,采用重力场数据可以快速获得水平构造应力场图像;龙门山断裂带及鲜水河-安宁河断裂带水平构造应力聚集程度较高,构造应力值较大,反映出这些地区地质构造运动活跃;水平构造应力方向从巴颜喀拉块体到华南地块再到川滇块体呈现顺时针方向旋转;构造应力场随着深度的增加呈逐渐减小的趋势,地震活动频率也相应降低;构造应力场等值线密集区构造运动活跃、地震活动频发,表明地震活动与构造应力聚集分布存在一定的对应关系。     

江汉盆地东北缘现今地壳构造应力场及其发震构造

基于湖北省区域测震台网数字波形数据,利用震源机制解获取江汉盆地东北缘现今地壳构造应力场。结果表明,研究区内地壳受力源影响发生自NWW向SEE方向位移,使得皂市断裂和长江埠断裂在4~6 km深度范围内发生以走滑为主、兼少量逆冲的剪切破坏,震群活动与古近纪以来的断层活动有关。     

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东北地区近期水平形变应变场研究

根据2011年和2013年东北地区GPS观测资料计算得到的地壳水平运动场和连续主应变场,研究了东北地区地壳运动特征和应变应力状态, 求解块体运动参数,计算东北主要断裂带的错动速率和断层应变应力状态,分析断裂带活动性。研究表明,2011～2013年期间,东北地区东部运动规律性相对较好,且东部运动场收敛于珲春-龙井一带,向东位移;中部和西部运动场一致性较弱,位移方向相对分散。主应变反映出,东北地区2011～2013年主压应力轴优势方向为NE55°。两个水平主应变轴都缩短的挤压区分布面积较小,两个主应变轴都伸长的拉张区次之,最小主应变轴缩短的区域和最大主应变轴伸长的区域所占比重最大。该时段Ms≥5.0地震集中在2013年,地震多发生在运动方向转折带附近及挤压-剪切活动区,最大的5.8级地震发生在不同运动区交界带和挤压作用相对强烈的构造带。     

日本至中国东北区域构造应力场分布与Benioff带的形态关系研究

收集2 291个来源于NIED F-net宽频带地震台网中心M_W≥3.0地震的震源机制解,采用MSATSI构造应力反演方法,得到反映应力相对大小的R值的量θ和3个主应力轴的方位角与倾伏角,同时反演出每个网格的极射赤平投影P、T轴。以3D应力反演为导向,采用矩阵网格分区的方法,以纬度、经度、深度为坐标,将发生在每一区域的震源机制解投射到相应的矩阵区中,并反演出每个矩阵网格点的应力场变化及分布情况。反演结果表明,与板块交接的浅部区域不仅受到太平洋板块的挤压俯冲,同时也受北美板块的斜插作用;东北区域的深震为Benioff带俯冲作用的结果。     

用GPS资料分析陇县-宝鸡断裂带构造应力场特征

借助GPS数据作为边界条件,运用有限元对陇县-宝鸡断裂带及其邻区进行位移场与应力场数值模拟,分析该地区现今地壳活动与构造应力场的分布特征。结果表明：1）陇县-宝鸡断裂带与岐山-马昭断裂南端渭河盆地的张应力较弱;2）鄂尔多斯地块西南缘与陇县-宝鸡断裂带接壤的SE向条带的节点应力性质、方向与陇县-宝鸡断裂带一致,显示出平行于断裂带SE走向的张性活动特征;3）最大主应力表明,陇西地块及秦岭构造区具有较高强度的张性应力;4）第二主应力表明,陇县-宝鸡断裂带南端与秦岭构造区接壤地区南侧的SEE向压性应力显著。     

环渤海区域及邻区现今地壳构造运动形变特征分析

将环渤海区域划分为5个次级块体,利用整体旋转与线性应变模型分析2009~2014年中国大陆构造环境监测网络的GPS对地观测速度场数据,得到相对于欧亚板块0.5°×0.5°的水平运动速度场和应变场。分析形变速度场和应变场的空间变化发现,环渤海区域整体上呈现0.25×10^-9/a的NW-SE 111.3°的双向趋势性扩张运动,太行块体、山西块体分别呈NW-SE 116.3°、NW-SE 130°的微弱扩张运动,胶辽块体、冀鲁块体和阴山-燕山块体分别存在NW-SE 144.3°、NE-SW 39.5°和NW-SE 155.6°的微弱压缩运动,其中太行块体的扩张运动量级相对于其他次级块体较大。尽管环渤海区域内部各次级块体的形变在空间上存在以上差异,但整体上环渤海区域主压应变轴方向基本为NEE-SWW,主张应变轴方向为NNW-SSE,且主压应变轴走向为NE 47.70°～89.74°,与利用地球物理方法得到的主压应变轴优势方向大体一致,表明环渤海区域现今地壳运动相对稳定。     

青藏高原东南缘壳幔耦合强震孕育模型研究

结合青藏高原东南缘软弱带的分布及地震活动性的深度空间特征,提出强震孕育的壳幔耦合模型。利用中国国家数字地震台网和四川云南区域数字地震台网及布设在青藏高原东南缘的地震台站所记录的远震SKS波形资料,通过剪切波分裂得出上地幔各向异性结果数据,描绘出青藏高原东南缘的上地幔各向异性图像;再分别同该地区GPS观测的速度场数据、区域构造应力场数据和13 km深度的介质密度数据进行相关性处理与分析,并针对本文提出的孕震模型进行一定程度的验证。对形变场和应力场耦合特征的研究表明,各向异性的快慢波时间延迟、快波偏振方向总体分别与GPS 测量的地壳运动速度场方向变化和水平最大应力方向相关性较大,壳幔各圈层相互作用及软流圈的流动所展示的地震各向异性都与应力传递机制息息相关。通过相关分析可以得到壳内软弱带（低速高导体）在壳幔耦合运动研究中的关键作用,而该类耦合运动与地震孕育息息相关。