基于择优的块体模型解算南北地震带中南段主要断层滑动速率

利用1999 ～2007期GPS速度场数据,通过块体模型择优得到了南北地震带中南段主要块体边界带变形的适用模型,并给出了块体边界主要断层的滑动速率.结果表明,龙门山断裂带宝兴-汶川段张压速率较小,为0.5 ～ 1.8mm·a-1;汶川-茂县压性相对显著,速率达1.8～3.8mm·a-1;鲜水河断裂带张压及走滑速率存在一定的空间差异性特征,即炉霍以北张性滑动速率(8.1mm·a-1)比左旋走滑速率(4.8mm·a-1)大,炉霍-道孚段张压速率与走滑速率基本相同,道孚-康定段呈现出左旋走滑速率减小、张性速率增大的变化趋势,康定-石棉段表现出较明显的左旋走滑性质;小江断裂带走滑速率明显大于张压速率;红河断裂带空间分段性较为明显,北西段滑动量较小,但存在一定的张压分量(景东段速率4.7 mm·a-1),南东段(个旧以西)以走滑为主(速率4.5mm·a-1).     

综合利用多种地壳形变观测资料计算鲜水河断裂带现今滑动速率

本文首先沿走向将鲜水河断裂带划分为炉霍、道孚、乾宁、康定和磨西五个断裂段,利用沿断裂带布设的跨断层短基线、短水准场地测量资料计算了近场的断层活动参数,利用覆盖断裂带相对较大区域的重力、GPS观测资料计算了重力场动态变化、GPS速度场.基于重力场动态变化和GPS速度场采用蚁群算法和粒子群算法（具有全局优化的优势）分别反演计算了五个断裂段断层活动参数,将结果中的走滑分量作为五个断裂段的现今走滑速率.通过对以上三类现今走滑速率及五个断裂段的地质平均滑动速率进行融合与对比分析,将重力资料反演计算结果作为断裂带整体走滑速率,与跨断层短基线、短水准测量计算的断层滑动速率结果进行对比分析,初步判定了各跨断层短基线、短水准场地所跨断裂的性质,最终给出了五个断裂段的现今整体左旋走滑速率和部分分支断裂左旋走滑速率,结果为：①炉霍段为9.13 mm·a^-1,虾拉沱区域西支断裂为2.46 mm·a^-1,东支断裂为5.84 mm·a^-1.②道孚段为8.57 mm·a^-1,东南段沟普区域西支断裂为1.78 mm·a^-1,东支断裂为6.79 mm·a^-1.③乾宁段为7.67 mm·a^-1.④康定段为6.14 mm·a^-1.⑤磨西段为4.41 mm·a^-1.本文还定性讨论了断裂带两侧重力、GPS测点覆盖范围内活动地块的三维弹塑性变形和古地震、历史地震造成的永久位错.

     

5·12汶川地震前后鲜水河断裂运动状况的变化——基于跨断裂连续GPS观测的认识

鲜水河断裂作为青藏高原东南部现今运动最为强烈的活动构造,因历史上一系列大震(如1786年康定7级地震、1816年炉霍7级地震和1973年炉霍7.6级地震等)的发生而一向备受关注。本文基于跨越鲜水河断裂道孚段和干宁段的两条密集型GPS剖面自2005年以来的高精度地壳运动观测资料(其中4站为连续GPS观测,23站为每年一期的非连续GPS观测),揭示出鲜水河断裂在汶川8.0级地震之前,一直保持着强烈而稳定的左旋(~10.4±1.0mm/a)兼轻微拉张(~0.3±1.2mm/a)运动。汶川地震的发生,使鲜水河断裂干宁段和道孚段近断层两侧分别发生了量值达13mm和4mm的侧向拉伸,并使干宁—道孚段发生了量值达2.5~10mm的右旋位错,因此,对其现今的左旋运动方式施加了短暂的反向抑制,但汶川地震后,鲜水河断裂的运动状况很快恢复了以往的态势。我们的研究结果表明,汶川地震的发生,使鲜水河断裂的应变积累有所消减,故在一定程度上降低了该断裂未来的地震危险性水平。另外,青藏高原东南部的GPS速度场和鲜水河断裂两侧的应变分析显示,鲜水河断裂所表现的强烈左旋差异运动是由其南侧"流滑带"的东南向逃逸远大于北侧松潘地块的轻微东南向运动所致。     

联合GPS和InSAR研究海原-六盘山断裂现今的地壳变形特征

海原—六盘山构造区为青藏高原东北部构造变形最为显著的区域之一,历史强震活动频繁,是研究青藏高原NE向扩展的重要窗口和地震孕育过程的理想场所。文中处理了跨海原-六盘山断裂2014—2020年期间2个轨道的时序Sentinel-1A/B SAR数据,获得了该区域InSAR视线向现今的地壳形变场。融合公开发表的近十多年时间尺度的水平GPS地壳运动速度场,获得了研究区高密度地壳水平形变场。对比GPS、水准和InSAR观测结果,以及GPS-InSAR融合的高密度水平形变场,分析讨论了该区域的地壳形变、应变场特征及其与构造之间的对应关系。主要结论如下：1)GPS和InSAR观测表明,1920年海原8.5级大地震的震后黏弹性松弛效应在海原断裂南侧至今仍较为明显;2)GPS-InSAR高分辨率水平形变场表明,狭义海原断裂左旋滑动速率的递减主要发生在中东段,而中西段递减并不显著,可能与海原断裂向六盘山断裂之间由左旋走滑向逆冲推覆构造转换有关;3)六盘山断裂中—南段的地壳垂直形变和水平形变场特征均显示,该段断裂可能处于强震孕育的中晚期,根据反演得到的断层运动参数和地震地质资料,估算六盘山断裂中—南段发生强...     

鲜水河断裂带三维变形特征

为了综合分析讨论鲜水河断裂带的三维运动与变形动态特征和地震危险性,利用川滇地区1999—2007和2013—2017 2期GPS速度场资料,反演计算了鲜水河断裂带的闭锁程度和平行与垂直断层的滑动亏损速率动态分布;利用布设在鲜水河断裂带附近的1980—2017年跨断层短水准资料,通过计算断层年均变化速率分析了断裂带垂直运动特征。GPS反演结果显示:1999—2007期鲜水河断裂SE段处于强闭锁状态,中段闭锁程度逐渐减弱,到NW段基本为蠕滑状态;2013—2017期鲜水河断裂SE段滑动亏损积累速率明显减弱,只有道孚—八美段之间有一小段闭锁较强,NW段依然大部分为蠕滑状态,只有炉霍SE部一段断层地表至10km深度闭锁稍有增强。水准结果显示:鲜水河断裂NW段侏倭、格篓、虚墟和沟普场地年均垂直变化速率较大,断层垂向活动较为活跃;SE段龙灯坝、老乾宁和折多塘场地年均垂直变化速率很小,断层垂向活动处于闭锁状态;汶川地震后断层垂向活动变化并不明显。综合分析认为鲜水河断裂SE段的地震危险性较高,而汶川地震降低了断层滑动亏损和应力应变能积累速率,可能在一定程度上缓解了鲜水河断裂尤其SE段的地震紧迫性。     

时序InSAR断层活动性观测研究进展及若干问题探讨

基于大量SAR数据的时序InSAR技术已被广泛应用于断裂带震间长期缓慢地壳形变的观测研究,文中对现有多种时序InSAR方法(如Stacking,PSInSAR,SBAS等)的基本原理和技术特点进行了概括总结。采用PSInSAR技术,利用2003—2010年的17景降轨ENVISAT/ASAR数据,在海原断裂带中段开展了震间地壳形变观测的实验研究,获得了海原断裂中段的跨断层InSAR形变速率场整体图像,显示了约5mm/a的左旋走滑运动速率,与GPS和地质学研究基本一致。在此基础上,对时序InSAR断层活动性观测研究中的若干问题,如LOS形变速率与目标断层走向的关系、LOS形变速率与跨断层观测宽度的关系、LOS形变速率与GPS等其他形变速率的关系以及LOS形变速率场揭示的断层相互作用及断层滑动方式等进行了分析探讨。这些将为进一步推进InSAR构造变形监测研究提供参考。     

一种基于经验分布的大地震复发概率计算方法

以历史重演原则和构造类比原则为基础,提出了一种基于经验分布的大地震复发概率计算方法,该方法不作任何复发概率分布的强假定,直接通过对大量地震序列数据的蒙特卡罗随机抽样来模拟未来大地震的复发规律,进而统计得到未来一段时间内的大地震发生概率,并以鲜水河断裂带炉霍段和道孚段为实例,利用本文给出的复发概率计算方法得出炉霍段和道孚段未来50年大地震发生概率分别为0.15和0.31。      

鲜水河断裂带上两次强震之间的断层蠕滑及其传播特征的模型研究

本文通过建立水准函数和基线函数,分析了形变介质位移场与地面各测线上不同点位间水准和基线测值变化的定量关系.据此并应用弹性和粘弹性介质断层位错理论,研究了断层运动及其发展和传播过程中断裂带附近的水准和基线测值变化的时空分布规律.参照理论分析结果,并结合跨断层位移的实测资料,反推了1973年炉霍7.9级地震至1981年道孚6.9级地震期间,鲜水河断裂的运动方式、发展趋势及蠕动传播形式,应用试错法给出了有关参数.结果表明,炉霍地震后该断裂带以滑动角为-10的方式作压性反扭运动,其发展趋势呈负指数的衰减形式,滑动区间长度为70km,大致位于炉霍地震产生的地表裂隙带;在道孚地震前,该带东南段发生了断层反扭运动的传播,其平均速度约150m/d,传播方向由西北向东南,终止于道孚西北.参考地震与断层运动的某些分析和实验研究结果,本文讨论了鲜水河断裂运动与炉霍、道孚地震的关系,认为这一时期的断层运动体现了炉霍地震后断层的继承性持续滑动和道孚地震前以蠕动传播为主要标志的前兆活动.上述现象可能反映了大地震前后断层运动的某种规律性.      

基于GPS观测资料反演庄浪河断裂带、马衔山北缘断裂带的滑动速率

根据地质资料,首先建立庄浪河断裂带、马衔山北缘断裂带空间展布的三维几何模型和分段模型,并把地质方法大致推测或估计的各段滑动速率和滑动方式作为先验初值,通过三维深断裂位错模型对GPS观测站点速度场的最佳拟合,反演获得各断裂段的现今滑动速率。结果表明,马衔山北缘断裂有1.4～3.0mm/a的逆倾滑,且中部断层段有约3mm/a的左旋走滑;庄浪河断裂有0.6～1.2mm/a的逆倾滑,走滑分量不明显。这些滑动速率值均在地质方法的推测范围内,且模型预测的GPS站点速度与实际观测值在整体上取得了较好的吻合。本研究表明,对于庄浪河断裂带、马衔山北缘断裂带这样一些滑动速率相对较低且传统地质调查方法较难实施的断裂,基于GPS观测结果的滑动速率反演是一种有效的补充手段     

依兰—伊通断裂带黑龙江段构造运动特征

为研究依兰—伊通断裂带黑龙江段构造运动特征,基于2016—2019年GPS和地质资料,解算了该断裂的三维速度场,通过构建断层模型反演了滑动速率。结果显示:依兰—伊通断裂带黑龙江段总体呈下沉趋势,沉降速率在1~2 mm/a,断裂呈右旋走滑态势,闭锁层15 km以下走滑速率为(1.7±0.4)mm/a。佳木斯—萝北段以右旋走滑为主、拉张为辅;五常—佳木斯段以拉张为主、右旋走滑为辅。     

GPS连续监测鲜水河断裂形变场动态演化

利用跨鲜水河断裂的二对GPS连续观测点资料, 获得了跨鲜水河断裂高精度形变场(误差约1 mm)的动态演化轨迹. 该轨迹清晰地反映了鲜水河断裂乾宁段和道孚段形变场的明显不同, 前者为稳态、后者为非稳态. 道孚段的非稳态形变可能与鲜水河断裂在此分段并呈现东、西二支有关. 采用一多段脆韧转换带模型对形变场动态演化给出初步的模拟与解释: 鲜水河断裂南段转换带内蠕滑稳定, 而北段和道孚段呈现间歇状态且平均滑移率高于南段. 这可能与断层面介质的物理性质有关, 揭示当前断裂南段转换层强度可能高于北段, 对应于更长的发震周期.     

二十年来蠕变和短基线观测反映的鲜水河断裂带活动特征

利用鲜水河断裂带1990年1月-2009年12月的蠕变与短基线数据,采用小波变换与断层运动学分析方法,获取构造活动产生的断层形变速率.结合近场断层形变测量与GPS资料,分析了该断裂带的分段活动特征及时空演化.结果显示:(1)不同段落断层活动方式存在差异性.鲜水河断裂带分段活动现象显著,以道孚县为界,以北的炉霍、道孚断层走滑量相对较大且活动方式稳定,显示张性和左行走滑;以南的乾宁、折多塘断层活动微弱,走滑量小,且滑动状态复杂,其中,乾宁断层为压性和左行走滑,折多塘断层为微弱的右行走滑.这种分段活动特征可能与断层几何及巴颜喀拉块体内部次级块体的差异运动有关.(2)不同时期断层走滑方式存在交替性.鲜水河断裂带虽以左行走滑为主,但在汶川地震前一些断层段出现过逆向走滑现象.汶川地震前2年,炉霍、道孚断层左行走滑减弱,乾宁、折多塘断层在2007年出现过逆向走滑,至2009年底,逆向走滑区域保持扩展态势.(3)不同测点间距得到的断层错动速率和变形带空间分布特征不同.不同测量方法的分析结果表明,鲜水河断裂带不同段落和跨距宽度的走滑速率有所不同:测点间距18.7~65.1 m的蠕滑速率为0.01~0.78 mm/a;测点间距72~288 m的短基线测量为0.02~2.46 mm/a,点距十几至几十公里的GPS观测为6~11 mm/a;地质滑动速率5~15 mm/a.随测点间距的增加,平行断层的位移速率按对数函数增长,视剪应变率按幂函数衰减.我们推测,大间距测点的数据中既包含了跨断层的错动,也包含了断层两侧块体的分布变形;现今的断层形变测量与地质调查之间的差异,说明断层错动速率在时间上不是常数.     

张家口—渤海断裂带分段运动变形特征分析

利用张家口—渤海断裂带(张渤带)及其邻区1999—2007年的GPS观测数据, 研究了该区域现今地壳水平速度场特征。 运用最小二乘配置方法获得应变率场的空间分布特征, 根据区域地壳主应变率、 面膨胀率和最大剪切应变率等形变场的空间变化, 分析了张渤带各分段的形变特征。 结果表明: 相对于欧亚框架, 研究区内GPS速度场以SE方向运动为主; 应变场以NE方向的主压应变为主, 伴随着近NW方向的张性应变; 整个张渤带及其邻区的高剪切变形区主要位于河北香河、 文安以及唐山等三个地区。 利用跨断层GPS剖面分析得到张渤带以左旋走滑为主, 兼有挤压运动。 华北平原块体和燕山块体的相对运动是张渤带左旋走滑的直接动力来源, 而印度板块与欧亚板块碰撞后继续向北的推挤作用则是张渤带运动变形的根本动力来源, 太平洋板块的作用相对较弱。     

基于InSAR与GPS观测的汶川同震垂直形变场的获取

发震断层的形变是断层活动的重要参数之一,对认识断层性质、震源机理有重要作用。文中以逆冲性质为主的汶川地震为例,采用符合地表水平形变特征的Biharmonic样条插值对GPS水平形变矢量插值,然后再分解为EW和SN向分量。利用可靠的GPS观测值对InSAR参考点进行校正,统一两者的坐标系。通过对汶川地震视线向形变场剖面与GPS对比分析发现,断层上盘GPS与InSAR观测参考点相差9.93cm,而下盘则为-11.49cm。在此研究基础上,通过GPS水平形变场与InSAR视线向形变场联合解算,获取了汶川地震垂直连续形变场。结果表明,断层两侧垂直形变衰减较快,横跨断裂带形变量30cm的宽度不超过50km;沿发震断层附近垂直形变高值区分布不均匀,主要集中分布在发震断裂的汶川县城至都江堰段、茶坪—北川—南坝段和青川段。这3段各有特色,南段断层两侧垂直形变极不对称,主要以上盘剧烈抬升为主,最大抬升区域在映秀镇至连山坪一带,抬升量达到5.5m。中段表现为较强的反对称性,断层一侧抬升另一侧沉降。该段上盘最大抬升区域在茶坪东侧,抬升量为255cm,下盘最大沉降量在永庆,沉降量为-215cm。北端垂直形变相对较小,主要分布在青川北侧,呈对称分布,在发震断层最北端,最大抬升量为120cm。     

青藏高原东南缘及邻区地壳介质非均匀性谱结构

用S波包络展宽法对青藏高原东南缘及邻区地壳介质非均匀性谱结构进行了研究,并以8~16Hz非均匀性谱结构为例分析了地壳介质非均匀性空间特征及其与强震孕育之间的关系。结果表明,研究区内地壳介质呈现强烈的、复杂的横向非均匀性。上地壳上部区域,沿龙门山断裂带、安宁河断裂带北段介质非均匀性程度相对较强,非均匀体尺度相对较小;鲜水河断裂带炉霍—道孚段、安宁河断裂带南段介质非均匀性程度相对较弱,非均匀体尺度相对较大。上地壳下部区域,沿龙门山断裂带、安宁河断裂带北段、鲜水河断裂带炉霍—道孚段、莲峰断裂沿线地壳介质非均匀性程度相对较强,沿鲜水河断裂带道孚—康定地区介质非均匀性相对较弱。中地壳,汶川—都江堰段、宝兴—康定段以及康定—石棉段介质非均匀性程度相对较强,而炉霍—康定西北地区,莲峰断裂沿线介质非均匀性程度相对较弱。对比发现中强震孕育、发生与介质非均匀性具有较强的相关性,中强震震中分布在介质非均匀性强弱过渡带上。强烈的、复杂的介质非均匀性可能与区内复杂的地质构造运动、频繁的地震活动所引起深部物质破碎、熔融及其沿断裂带的上涌、运移有关。     

丽江—小金河断裂带现今断层运动特征

本文利用GPS观测对丽江—小金河断裂带的现今断层运动和变形状态进行了分析和探讨.丽江—小金河断裂带两侧地块地壳变形差异显著,GPS速度剖面结果显示断裂带两侧存在地壳变形不连续现象;进一步以GPS速度场为约束,基于负位错模型反演的丽江—小金河断裂带的断层闭锁空间分布结果显示,以木里为界,北东段断层强闭锁从地表向深部延伸至15km左右,西南段断层闭锁程度较高的区域位于5～15km范围内,浅层表现为弱闭锁的状态;滑动亏损速率结果显示,两闭锁段的滑动亏损速率相差近4mm·a~(-1),说明丽江—小金河断裂带西南段的背景滑动速率明显高于北东段.基于数值模拟分析了西南段浅层蠕滑运动对周边断层的影响,结果表明西南段的浅层左旋滑动对北东段闭锁区和西南段深部强闭锁区均为正影响.     

鲜水河断裂带的地震迁移

本文用有限元方法研究了鲜水河断裂带的地震迁移,分析了炉霍7.9级地震和道孚6.9级地震迁移过程中应力、应变能和安全度G值的变化及其与未来地震危险地段的关系。计算结果表明该断裂带未来地震危险地段为“道孚—乾宁”。     

鲜水河断裂带构造岩及岩组分析初探

鲜水河断裂带是一个具有长期多次活动历史、性质较复杂的断裂构造。现今,仍有较频繁强烈的地震活动,是四川省著名的地震带。研究该断裂特征及其规律性,对于地质构造,地震地质及监测预报等,不无俾益。笔者于1980年前后,对鲜水河断裂带炉霍——道孚段作了一些调查,采集了一些岩石样品(见图1),进     

汶川地震断层滑动及形变演化模拟研究

2008年5月12日,四川汶川Mw7．9地震发生在青藏高原东缘龙门山断裂带的北川和彭灌断层上,地表破裂最大右旋走滑4．9m。地震发生后,中国地震局立即组织了GPS、In—SAR、地质等监测。中国地震局地震研究所在完成GPS监测任务的同时,复测了四川GPS控制网A级和B级点、三角点,获得464个高精度GPS同震形变。并根据其中13个1HzGPS连续站数据获得震时动态形变序列,用震后GPS监测网获得震后8个月47个站的震后形变序列,用日本宇航局的ALOSPALSAR数据获得InSAR同震形变场。     

2004年苏门答腊地震粘滞性松弛效应对华南地区地壳水平活动的影响

2004年苏门答腊地震后, 不同学者根据不同观测数据(地震波、 GPS), 得到了此次地震的断层滑动模型。 反演过程中使用半无限空间模型时, 无法利用远场观测数据进行约束, 势必影响远场形变的解释。 基于Hoechner等使用的断层几何模型和GPS同震位移数据, 本研究利用球体位错理论反演方法反演了2004年苏门答腊地震断层滑动模型, 得到的矩震级为9.24, 最大滑移量为30.4 m, 由于考虑了曲率的效应, 该模型在远场同震位移的计算结果与GPS数据吻合较好。 然后, 选取了2001—2004年和2004—2007年两期的GPS水平位移速度场, 研究2004年苏门答腊地震对华南地区地壳水平活动的影响, 从两期的GPS水平位移速度场差异可以看出地震后华南块体有向西南方向的运动趋势, 华南块体受到此次地震明显的震后影响。 最后, 基于反演得到的断层模型, 利用Tanaka等提出的粘弹性球体位错理论对华南块体两期GPS水平位移速度场差异进行模拟, 得到华南块体内部粘滞性系数为2×10¹⁹ Pa·s, 当考虑地幔粘滞性松弛效应后, 两期的速度场差异的均方根值由3.2 mm减少为1.9 mm。 可见在研究2004年前后中国大陆GPS水平位移速度场时, 若继续以华南块体为基准, 需考虑此次地震的地幔粘滞性松弛效应。