应用边界单元法研究活动断裂的分段性──鲜水河断裂带实例分析

根据鲜水河断裂带构造几何和运动学特征及地貌的新近考查研究结果, 应用边界单元法分析了该断裂带某些断层和特征地貌的成因机制, 并讨论了该断裂的分段性及相应的地震破裂分布特征。主要结论为:作为一级分段, 鲜水河断裂可分为3段:(1)西北的炉霍-乾宁段;(2)中部的破裂连结区;(3)南东的康定段。各段之间不仅存在几何和构造上的差异, 其力学性质和动力学特征也有所不同。该断裂带的某些特征地貌反映了断层长期运动积累的形变效应, 并显示了断裂带在不同级次上的分段性。这种地貌在一定程度上控制着地震破裂的发育与分布。      

鲜水河活动断裂带航磁异常特征

鲜水河断裂带的构造几何特征及其地质背景是进一步研究鲜水河断裂带的孕震性的重要基础资料。从收集、处理、解释航磁资料着手，在前人的工作基础上，进一步分析研究了鲜水河断裂带的几何形态特征及鲜水河地区的地质背景，特别是深部构造情况，揭示了断裂带的几何形态结构特征与深部构造之间的联系，并发现了一个可能与孕震有关的环形构造（岩体）。     

鲜水河断裂带库仑应力演化与强震间关系

以鲜水河断裂带为研究区,首先验证了该断裂带上1893年以来M6.7以上地震的相互触发作用,然后采用更符合实际的分层黏弹介质模型研究强震震后黏滞松弛引起的库仑应力变化对后续地震的影响,并基于负位错理论计算鲜水河断裂带10个断层段的震间长期构造加载作用引起的断层上的应力积累.在此基础上,讨论同震、震后、震间效应引起的累积库仑应力变化与区域强震活动的关系,给出断层上库仑应力随时间的演化.结果表明,鲜水河断裂带上1893年以来发生的7次强震均在其前面一系列强震及构造应力加载的驱使下发生,同震、震后、震间三方面效应均引起了鲜水河断裂带不可忽略的库仑应力变化.对断层上的库仑应力状态的研究,可进一步为揭示地震的发生规律、找寻危险断层段提供线索.     

利用Virtual Quake地震模拟器研究鲜水河断裂带地震活动性与地震复发周期

2022年9月5日四川泸定6.8级地震发生在鲜水河断裂带磨西断裂上。本文依据鲜水河断裂带的断层几何形态、断层面物理力学参数、断层滑移速率等基础资料,构建断裂带三维模型,基于Virtual Quake地震模拟器开展鲜水河断裂带准静态数值模拟。对七条分支断裂独立模拟的结果显示模拟结果与历史地震的最大震级和复发周期具有较好的一致性。结果表明模型长度影响震级大小,滑移速率影响地震复发周期。断层面几何弯曲展布使得断层面应力分布不均匀,在弯曲处出现应力积累的现象,易触发地震,并出现了地震分段破裂现象,降低了几何弯曲断层的地震频次,为强震的孕育创造了条件。联合模拟的10000年时间内,鲜水河断裂带共发生了33次M≥7.0地震,最大震级为M7.6,地震活动性呈现一定的活跃期与平静期。断层系统地震间的相互应力作用和复杂的断层几何结构影响着地震迁移的复杂性。道孚断裂上相距40年发生两次M≥7.0地震,乾宁断裂北端相距5.8年发生M≥7.0双震,此类现象与历史地震有一定的相似性。     

鲜水河断裂带部分地貌特征成因机制的边界单元模拟

应用边界单元法数值模拟了几种活动构造的地面形变效应。在此基础上,结合有关地质资料讨论了鲜水河断裂带西北段旦都隆起和中段惠远寺拉分盆地的形成机制。结果表明,前者是断层拐点对左旋走滑运动的障碍导致的水平应力集中所引起,后者则反映了左行羽列断层不等规模反扭造成的水平拉伸效应。这些特征地貌在某种程度上显示了该断裂带的分段性,并对地震破裂的起止具有某种控制作用     

芦山地震前后巴颜喀拉地块东部断裂带形变分析

利用分布在鲜水河断裂带和龙门山断裂带上的跨断层流动场地资料,分析芦山地震前后,巴颜喀拉地块东部的形变特征。得出以下结论:1)在芦山地震前后,格篓坝子、沟普、老乾宁、龙灯坝、虚墟、侏倭、宝兴等场地映震效果良好;2)巴颜喀拉地块东部的鲜水河断裂带和龙门山断裂带在地震前后均发生高于常年背景值的活动,前者以加速水平运动为主,后者以加速压性运动为主,地块东部整体表现出ES向旋转加速运动的特征;3)汶川地震和芦山地震后,印度洋板块和亚欧板块拼合造成的构造应力在"三岔口"和"地震空区"区域持续加速积累,应加强地震危险性关注。     

马尼干戈断裂带与鲜水河断裂带

马尼干戈断裂带系指邓柯—甘孜断裂带。在卫星图象上，马尼干戈断裂带与鲜水河断裂带影象特征十分明显，赫然醒目的线性特征如刀切般整齐地切割了川西高原。它们是我国一条规模巨大的北西西向线性断裂构造带的一部份；后者北西延向青海杂多以西，南东切二郎山循峨眉断块北缘过黔、桂、粤三省入南海。历史悠久与新构造运动发育，是马尼干戈断裂带与鲜水河断裂带共有的两大特征。据地质资料分析，在海西晚期，同处巴颜喀拉海的两断裂带成为该扬子陆块弧后盆地弧后扩张的中心地带，即形成初期裂谷。晚三叠世时，扩张作用加剧，生成了如年各组等陆棚浅海一半深海相沉积物及裂谷型火山岩。随后，二者表象有异：昌都陆块—义敦推覆体随印度板块向北东方向推覆，裂谷聚合，推覆体覆盖了马尼干戈断裂带；燕山至喜山期，马尼干戈断裂带继续活动，向上切穿义敦推覆体盖层。而此期的鲜水河断裂带，在印度洋板块、华北板块及太平洋扳块的异方向多期次作用下，也经历着复杂的活动与变形过程。在马尼干戈断裂带与鲜水河断裂带内，壮观的线性断层崖及断层三角面，线性河段或线性对头河，以及断层沟谷中普遍发育的第三纪至第四纪断陷盆地，无不显示出它们自挽近至今仍保持着强烈的活动性。历史上有多次显示此种活动性的     

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.     

鲜水河断裂、磨西断裂的热水理化特性与断裂活动性

鲜水河断裂是我国著名的发震断裂,它与磨西断裂在康定地区交汇。磨西断裂呈NNW向展布,始于康定以北的中谷,终于石棉以南的公益海,与折多圹断裂在磨西交汇,与石棉断裂在安顺场交汇。温热泉沿鲜水河断裂带和磨西断裂带呈串珠状分布,前者多于后者。出露位置多在河流或沟谷谷底以及第四纪断陷盆地。热水集中分布区也是大震发生或中、     

扩展网络反演滤波方法及其在鲜水河断裂带上的初步实验

介绍了扩展网络反演滤波方法的原理、计算处理过程及其发展,和该方法在鲜水河断裂带的初步实验情况.利用鲜水河断裂带的GPS等大地测昔台站的真实点位,经简化的断层几何模型和人为设定的断层滑移对该方法进行了应用实验.实验得到的经反演复原的断层滑移和滑移速率与相应的实际值的残差平方和分别为0.13和0.18.该方法能很好地分解出各台站南断层活动所引起的位移变化,反演复原的断层滑移与给定的断层滑移较符合.随着测量资料时空密度的增加,此方法有望用于鲜水河断裂带实际大地测量资料的研究工作中.     

REANALYSIS OF BEDROCK GROUND TEMPERATURE CHANGES PRIOR TO 2013 LUSHAN MS7.0 EARTHQUAKE

Before 2013 Lushan M_S7.0 earthquake, the bedrock ground temperature in Kangding station, the cross-fault deformation and the borehole strain in Guza station all show that regional stress changes possibly occurred along the Xianshuihe Fault. In this paper, further analysis is made on the observation data of bedrock ground temperature in the three stations in the Xianshuihe fault zone, and the results are compared with borehole strain, seismometry and cross-fault deformation data. Stress temperature in the three stations dropped suddenly synchronously a few days before the Lushan earthquake, indicating the enhanced tension characteristics of the regional stress in the Qianning-Kangding zone. High-frequency components of bedrock temperature in the three stations also showed synchronous changes in the 80 days before the Lushan earthquake, with an estimated stress change range of 0.98~1.96MPa, an average of about 1.47MPa, which is close to the seismometry results. Besides, tensional mutation in borehole strain is consistent with the enhanced tensional characteristics of regional stress revealed by bedrock ground temperature. Comparison with cross-fault deformation shows that the stress change was different in different active segments of the Xianshuihe Fault in different time periods before the Lushan earthquake, but the regional stress change did appear along the Xianshuihe fault zone before the Lushan earthquake.     

1786年康定地震形变特征的初步研究

本文对鲜水河断裂带南东段,康定断裂地震的形变带进行了分析。认为,地震形变带主要由发育于地形斜坡上的线性坡中槽或垄岗组成。形变带具分段特点,单条长850—1500米,呈右阶“斜列式”展布,中段(极震区)一带为现状型。其中的破裂面具正断兼扭动特点。空间特征上,坡中槽一侧的交替上升变化是依次、轮换出现的,它是地震断层运动屈曲作用(Fault buckling)导致地表变形的反映。这种形变现象与该带北西段(炉霍段)走滑型地震的形变带相比有明显的差异,也表明鲜水河断裂带北西、南东两段的地震破裂方式是不尽相同的,它为同一走滑带不同地段运动特征的差异提供了证据。     

汶川M_S8.0地震中央断裂东北端地表破裂特征及其构造含义

汶川地震地表破裂在东北端从石坎子乡到窝前的运动性质存着从走滑分量略高于倾滑分量到完全为右旋走滑运动的变化过程,倾滑分量在石坎子—平溪段具有逆断性质,在矿坪子及其以北为正断性质,未见挤压变形,窝前完全为右旋走滑运动,地表变形带宽度集中在10m以内;在董家村,地震地表破裂带主要表现为张性裂缝及地堑式负地形,是地震破裂在尾端应力作用下,应变不均一性调节的产物,地表变形带宽度约10～12m;在东河口以北未见地表破裂的证据,推测汶川地震地表破裂带没有穿过流经青川县东河口、关庄、凉水井一带的清水河,东河口一带的构造地貌现象反映了垂直差异性运动,不存在右旋走滑运动的地质地貌证据。在中央断裂东北端断层一侧隆升和另一侧拉张的典型四象限格局成为汶川地震地表破裂的端部表现特征。中央断裂上的汶川地震地表破裂带总长度为240km左右。在汶川地震过程中,沿着中央断裂在地表产生的构造变形在中央断裂的范围内就已经得到了调整,并没有越过中央断裂的范围而传递到以外的地段。     

川滇活动块体中-北部主要活动断裂带现今应力状态的分区特征

恢复2009年1月1日-2015年12月31日间川滇活动块体中-北部1012次2.0≤M_L≤5.0地震的震源谱,计算标量地震矩M_o、震源尺度r和应力降△_σ等震源参数并拟合各参数间的定标关系,基于区域地震构造背景、活动断裂展布以及地震活动的成丛分布将研究区划分成四个统计单元,分别讨论各构造单元的应力分布特征、地震应力降随地点位置的变化以及应力-应变加载作用与区域变形的动力学过程的关联.结果显示:中小地震释放的应力降△_σ在0.1~10 MPa;标量地震矩M_o与近震震级M_L呈现较好线性关系(lgM_0=0.92M_L+10.46);应力降与地震大小的关系与Nuttli的增加应力降(ISD)模型比较吻合(1g△_σ=0.31 1gM_0-3.92).震源应力降结果显示:①金沙江断裂端部为低应力区,断裂单元整体滑动速率较高、强震活动极少,不具备强震发生的应力高度集中条件;在3条次级断裂构成的条带断裂结构中,理塘断裂上的应力-应变加载作用自北西向南东逐渐减弱,相对闭锁的北西段较其他部位更易积累应变.②鲜水河断裂带的地震应力降以康定为界南低北高,南段(康定-石棉)短期内难以积累较高应变,北段(甘孜-康定)应力水平较高,已发生的中强地震尚未能填充地震矩释放的亏空区,段落局部仍有较高的应力积累.③安宁河-则木河断裂上高应力降地震事件集中,该单元的应变积累强、应力水平最高,地震危险性大.④丽江—小金河断裂上不同震级地震的应力降特征并不相同,推测与当地复杂的构造背景有关,具体原因尚需深入探讨;木里地区应力背景较低,可能受当地构造环境的影响.研究表明,地震应力降随地点位置而系统变化,高应力降地震事件多发生在断裂与断裂的交汇部位,而断裂无闭锁条件、断裂以蠕滑为主且断面松弛、断裂端部为高温或破碎塑性变形带时,多以低应力降地震事件为主;与通常所认为的"走滑断裂不易积累应力"相反的是,鲜水河断裂带、安宁河—则木河断裂带均表现出较高的应力水平,其原因一方面可能是因为已发生的中强地震无论数量还是强度都尚不足以释放已经积累的能量,另一方面也许是在区域变形的复杂动力学过程中,当构造单元间阻碍断层运动和协助积累应力的作用占主导时,相同震级的地震会释放更多的应力.     

Northwest trending tectonic belt in the middle Yanshan Orogenic Belt of northeast Hebei Province,North China: Tectonic evolution and geochronology

1 An out-of-line northwest trending tectonic beltin the middle part of the Yanshan Orogenic Belt The tectonic framework of the intraplate YanshanOrogenic Belt is dominated by east-west and northeastextending structures as revealed by many geologists.There lies, however, a 100-km-long enigmatic out-of-line northwest extending tectonic complex in the mid-dle part of the Yanshan Orogenic Belt (fig. 1). Theresearch on the geometry, kinematics, timing of thiscomplex tectonic belt and its r…     

芦山—康定地区布格重力异常及其归一化梯度图像的构造物理涵义

芦山—康定地区是川滇块体、松潘—甘孜块体和华南块体三个块体过渡的"Y"型交汇区,构造变形十分强烈.本文对EGM2008计算的布格重力异常进行1~5阶离散小波变换,得到三方向分量平方和的平方根(HVDM)图像;利用实测剖面布格重力异常数据,得到剖面的布格重力异常归一化总梯度(NFG)图像.结果分析表明:(1)垂直于龙门山断裂带南段剖面的NFG图像显示推覆构造体前端切割较浅、后端逐步变深至中地壳,说明松潘—甘孜块体在深约10~30km之间存在滑脱构造,在青藏高原东向挤出和四川盆地的阻挡作用下,造成深、浅部构造差异性运动,形成逆冲推覆的龙门山构造带;(2)HVDM图像和剖面的NFG图像均显示龙门山断裂带西南段与中段和东北段不同,松潘—甘孜块体对四川盆地的逆冲推覆作用沿北东方向具有分段性;(3)雅江—洪雅剖面NFG图像显示鲜水河断裂带和龙门山断裂之间存在高梯度变化带,在鲜水河断裂带下方强变形带不仅在20km左右东倾至龙门山断裂带前缘,且逐渐近垂直向下伸入至少到下地壳,反映了两大断裂带交汇区域变形作用较强.川滇块体内部和四川盆地内部则显示低值,说明其变形作用较弱.强烈左旋剪切的鲜水河断裂带对芦山—康定地区构造活动具有主要的控制作用.     

鲜水河断裂带南东段的深部孕震环境与2014年康定M_S6.3地震

2014年11月22日16时55分在四川省甘孜藏族自治州康定县发生的6.3级地震,结束了鲜水河断裂带近30多年以来没有较大地震发生的历史,其潜在的地震危险性再次引起国内外地学工作者的关注.为了研究鲜水河断裂带南东段深部孕震环境和探求康定MS6.3地震的成因,本文先利用四川区域数字地震台网和康定地区及周边所布设的流动地震台阵在2009年1月1日至2014年12月5日期间所记录到7397次区域地震事件的99287条P波到时资料,反演得到了鲜水河断裂带南东段上地壳范围内不同深度的三维P波速度结构特征;再对康定震区及周边的重力、航磁数据进行视密度、视磁化强度反演,得到了壳内不同深度密度的横向变化信息和视磁化强度的分布特征;在此基础上综合研究鲜水河断裂带南东段的深部孕震环境.研究结果表明,雅江—九龙一带的低速区与泸定—宝兴高速区的速度结构特征表明了鲜水河断裂带南东段两侧壳内物质存在显著的横向介质差异,康定MS6.3地震发生在该高低速异常区的分界线上;结合康定MS6.3地震的1028个余震序列的精确定位结果可以看出,重新定位后的余震沿着鲜水河断裂带南东段呈条带状分布,且震源深度优势分布层位深度为8~15km,该余震序列的空间分布特征与鲜水河断裂南东段的深部介质条件密切相关.鲜水河断裂带南东段特有的视密度和视磁化强度异常分布特征反映了康定地区东西两侧块体的基底性质存在明显差异,康定—石棉及其以东地区所表现出的磁异常高和重力高的位场特征,反映该区域由强磁性、高密度物质组成,而康定MS6.3地震就发生在康定—石棉重力梯度变化带上、雅安—泸定磁性穹窿区的西边界线上.随着川青块体向南东方向滑移,受到四川盆地西缘边界刚性基底对川青块体的强烈阻挡,加剧了康定—石棉及其以东地区基底岩层的褶皱变形并产生了强烈的应力积累,所积累的应力突然释放导致了康定MS6.3地震的发生,这正是此次鲜水河断裂带南东段康定地区强震孕育和发生的深部构造环境和介质特征.根据本文对鲜水河断裂带南东段深部孕震环境的综合研究成果可知,石棉段处于重磁异常梯级带上且其北东侧表现出的高密度、强磁性和高波速等物性特征有利于区域应力的相对集中,因此,鲜水河断裂带南东段石棉地区的地震活动趋势和地震危险性背景值得进一步关注和研究.     

恭城—栗木断裂带的应变特征与变形环境探讨

通过系统的有限应变测量与差异应力估算,探讨了恭城—栗木断裂带的应变特征与变形环境,以其推动该断裂带的研究向更深层次发展。结果表明：①付林指数K的变化范围为0.32～1.67;应变主轴平均方位为276°∠21°,与断裂带的整体逆冲方向基本一致;断裂带的平均应变程度为2.26～3.00,属中等应变程度;断裂带的应变类型属压扁型应变与单剪型平面应变的一种复合叠加类型。②断裂带的差异应力值为40～80 MPa,变形深度小于10 km,属半脆性—半韧性的变形域。③断裂带的应变特征与变形环境及宏观构造样式基本吻合。     

红河断裂带第四纪右旋走滑与尾端拉张转换关系研究

红河断裂带早第四纪以来发生的大规模右旋走滑运动，导致断裂北段尾端的质量亏损，形成了拉张区。右旋走滑量为７．１ｋｍ左右，拉张区右旋方向上的扩张量为５．３５ｋｍ左右，二者相互转换的量级是基本一致的，从而定量地证实了它们之间的成因联系     

Dynamic simulation of interactions between major earthquakes on the Xianshuihe fault zone

The authors firstly evaluate the strain accumulation rate of the Xianshuihe fault zone based on earth- quake activity. We calculated the stress and seismic moment accumulation rate for each subsection of the Xianshuihe fault zone based on the distribution of geological slip rate and GPS survey results. According to the results, we get the recurrence intervals of characterized earthquakes on each sub- section respectively. A three-dimensional finite element model for western Sichuan is constructed to discuss the earthquakes triggering among major earthquakes (M>6.7) that occurred along the Xianshuihe fault zone since 1893. The calculated Coulomb failure stress changes (ΔCFS) show that 5 of the 6 earthquakes with Ms>6.7 were triggered by positive ΔCFS. The interactions between major earthquakes not only influence recurrence intervals of characterized earthquakes on each subsection, but also change recurrence behavior of major earthquakes along the whole fault zone.