深反射剖面揭示的芦山7.0级地震发震构造

芦山地震发生在龙门山断裂带前缘.关于芦山地震的发震断层,有的认为是前山断裂——双石—大川断裂,有的认为是山前断裂——大邑断裂拟或其他隐伏断裂,发震断裂究竟是哪条断裂以及芦山地震是不是汶川地震的余震?目前仍存在较大争议.震后穿过芦山地震区完成了一条长近40km的深地震反射剖面,以确定芦山地震的发震构造.反射剖面显示浅部褶皱和断裂构造发育,在上地壳存在6条逆冲断裂,下地壳存在一条非常明显的变形转换带,在深度16km左右还存在一个滑脱层,浅部的6条断裂最终都归并到该滑脱层上.参考主余震精定位结果,芦山地震的发震断裂应该是位于双石—大川断裂和大邑断裂之间的隐伏断裂F4,F2和F3断裂受控于发震断裂而活动,形成剖面上"Y"字型余震分布现象.隐伏断裂F4属山前断裂,不是前山断裂,因此芦山地震不是汶川地震的余震.     

利用宽角反射/折射和深反射探测剖面揭示三河-平谷大震区深部结构特征

利用三河—平谷8.0级大震区实施的深地震反射剖面与宽角反射剖面探测方法获得的结果进行了综合研究和解释. 结果表明：两种探测方法给出的地壳基本分层是一致的,在三河—平谷大震区上地壳的埋深为21～23km,莫霍界面的深度为36～37km;该地区基底结构起伏变化较大,浅部断裂发育,在确定的数条断裂构造带中夏垫断裂是一条特征明显、深浅共存的断裂构造带;震源区周围差异明显的速度异常结构和特殊而复杂的地质构造环境意味着这些部位是发生大地震的有利部位;该地区莫霍界面起伏变化和较厚的反射叠层以及局部复杂的楔形反射带的存在等现象表明,该地区地壳结构发生过强烈的挤压、变形,同时也反映出岩浆活动对下地壳结构进行了物质的和结构的强烈改造,从而构成了该地区复杂的地壳深部结构,可将其视为三河—平谷8.0级大地震孕育和发生的深部要素.     

芦山与汶川地震震区地壳上地幔结构及深部孕震环境

雅安芦山Mw6.6级地震,是汶川7.9级地震之后龙门山地区的又一次强震,给当地的社会经济发展和生态环境带来了巨大的破坏.本文借助全国地震台网连续波形数据,使用背景噪声层析成像方法和远震接收函数分析方法,获得了震区及其周边地区精细的S波速度结构和地壳厚度、泊松比分布情况,进而分析了龙门山断裂带及邻区深部孕震环境.研究结果发现:(1)龙门山断裂带两侧剪切波速度和地壳厚度有非常显著的差异;(2)芦山和汶川地震均位于地壳厚度和波速结构变化剧烈之处,断层的破裂面和余震的分布均处于地震波横向速度梯度和地壳厚度的横向梯度跳变的地区;地震深度处于从均匀波速结构向非均匀波速结构过渡区域;(3)汶川地震及其余震发生在泊松比较低的地区,而芦山地震及其余震发生在高泊松比的地区.我们推测,横向的显著速度变化,以及地壳厚度和地形高度的巨大差异所产生的重力势能等作用可能在一定程度上构造成了龙门山断裂系上大地震的孕震环境,而龙门山断裂带南北段岩石泊松比的差别,可能是导致汶川地震余震空间分布和芦山地震延后5年发生的原因.     

四川省芦山MS7.0地震发震构造分析

2013年4月20日的芦山“4·20”MS7.0地震发生在龙门山断裂带西南段,震中地区分布多条NE向断裂,构造较为复杂.这次地震震源机制解显示为逆冲型地震,破裂面为NE走向,与龙门山断裂带的运动性质和走向一致.地表调查只在大川-双石断裂(前山断裂)和新开店断裂(大邑断裂南段)发现局部分布的NE向地表裂缝、沿地表裂缝分布的喷砂冒水和砂土液化,不规则的边坡开裂等地表变形,以及断裂沿线较严重的滑坡崩塌和房屋破坏.野外调查没有发现明显的地震地表破裂.GPS测量结果显示,此次地震的发震断裂位于芦山县城附近或其以东,而芦山西侧的断裂也可能参与了部分活动.根据野外地质调查、GPS观测、震源机制解、震源深度、余震分布等结果综合判定,芦山7.0级地震的主要发震构造是芦山之下、大川-双石断裂和新开店断裂之间的龙门山前缘滑脱带.此滑脱带在该段的运动导致了这次地震的发生,并可能带动了它上面的大川-双石和新开店等断裂的活动.     

从反射地震剖面中认识芦山地区的地壳精细结构和构造

采用深地震反射剖面探测,结合地表地质信息,本文对芦山地区的地壳结构、深浅构造和隐伏活动断裂进行了分析.研究结果表明：该区上地壳结构特征清晰,深度约为15 km左右;区内断裂由于受青藏高原向东南方向的推挤和坚硬的四川盆地阻挡的联合作用均属逆冲断裂,其中双石-大川断裂以低角度向深部延伸,主要表现为纯逆冲的运动学性质,并与周边小断裂共同组成叠瓦状断层构造.而广元-大邑断裂为上陡下缓式逆冲断裂,与其六条分支断裂共同组成了“正花状”构造,断裂活动是以逆冲为主,并伴随着小的水平滑动,是一条斜向逆冲的断裂.在芦山地震发震断裂的2 km范围内推测存在一陡一缓两条断裂,并根据三者形态推测其在18 km或以上收敛到一起并向深部延伸,从而使它们在芦山地震中被同时激活.研究结果揭示了研究区近地表活动断裂和地壳深部构造之间的关系,为进一步研究龙门山断裂带的深部构造环境、深浅构造关系以及断裂的活动性提供了有利的依据.     

以形变观测为约束的芦山M_S7.0地震孕震机理数值模拟研究

本文以2013年4月20日芦山MS7.0地震前后在震中附近开展的形变观测研究结果为约束,利用震区天然地震成像、大地电磁测深、人工地震探测剖面、余震精确定位、震源破裂过程、地质考察、GPS观测、构造应力场等结果,建立了芦山地震震中及邻近地区的深浅部构造二维有限元数值模型,探讨了青藏高原向东挤出运动、区域地形特征、地壳内低速带和滑脱面、震区主要断裂带活动等可能因素对芦山地震孕育和破裂的控制作用.模拟结果显示,汶川地震后的青藏高原东部物质相对四川盆地运动速率增大是引发或加快芦山地震发生的主要动力学控制因素,龙门山断裂带西侧上中地壳内部低速带和滑脱面的存在是控制芦山地震震源位置的重要条件,其他因素则是控制龙门山断裂带长时间尺度区域构造活动的动力学因素;同时本文给出了主震破裂为复杂"y"型双破裂面的同震位移,模拟计算的地表垂直位移与观测结果一致,进一步支持了余震精确定位提出的主震为"y"型破裂面的推测.     

壳内多震层孕震环境研究进展

壳内多震层的介质结构及其内、外环境是制约地震（尤其强震）在该层内孕育、发生的重要因素。现今多震层孕震环境研究所取得的主要进展如下：多震层位于上地壳下部至中地壳,岩石组合为角闪岩相（上部为绿片岩相）变质岩和花岗质岩石;多震层具有相对高速、高密度、高阻的介质结构,其下部对应脆 韧变形转换带和最大剪切应力带;多震层（或强震震源）之下存在壳内低速 高导体;多震层应力场具有区域性分区特点,壳内地震活动截止温度约３００～４００℃;多震层内震源断层具有区域性特点,不同地区震源断层可能具有不同的孕震机制;“坚固体孕震模式”对地震预报具有一定的指导作用     

龙门山断裂带中段深地震宽角反射/折射剖面研究

射线追踪方法是研究地震波在横向非均匀地壳介质中传播的重要方法.本文推导了理论走时对网格化节点速度的偏导数公式,提出了针对深地震宽角反射/折射剖面数据反演的联合迭代法,并使用该方法对横跨龙门山断裂带中段的一条深地震宽角反射/折射剖面进行了反演和解释.首先,对每一炮的观测数据进行一维反演,在此基础上插值出一个粗略的二维速度模型;然后,使用射线追踪方法计算理论走时,再根据理论走时与观测走时的拟合程度对二维模型进行调整,以获得更加接近实际的二维速度模型;最后,利用联合迭代法对观测走时进行反演,经反复迭代使所有接收点理论走时与实测走时的残差平方和最小,最终获取该剖面的二维地壳速度结构.反演结果表明:测线东段的沉积盖层明显厚于中段褶皱带和西部高原,中部褶皱带部分地区出现基岩裸露;构造转换带两侧的地层分界面近于水平层状分布,其西侧的中、下地壳内各存在一个层间速度间断面;构造转换带内存在薄厚不等的低速层,自西向东有增厚趋势.此外,龙门山断裂带的3条主断裂向下深切结晶基底,这是由于西部松潘—甘孜地块自西向东运动,受到刚性扬子地块的阻挡,沿铲式断裂向上爬升所致;而在断层上盘距地表约15 km深处出现的最大剪应力极值区,正是发生汶川M_S8.0地震的震源位置.      

龙门山南段芦山震区浅层沉积与构造变形——对深部发震构造的约束

2013年4月20日在龙门山南段发生M_W6.7强震,造成重大人员伤亡和财产损失.芦山地震发生后,针对发震断层是高角度还是低角度断层?断层的归属、性质和地震构造模型等问题,一直存在不同的认识和争议.本次研究采用了芦山震区的三条高精度二维人工地震反射剖面,结合区域地质、钻井资料,对芦山震区浅层沉积与构造变形进行综合解释;研究同时综合了震源机制解、小震重定位结果以及深地震探测剖面,并结合龙门山地区古生代以来的构造演化史,对震区地质构造进行解析.研究认为龙门山南段主要发育了三套不同层次的滑脱层并控制了上地壳形变,呈现多层滑脱、多期变形、构造叠加的复杂特征.2013年芦山地震的主要活动断层发育在深部约20 km滑脱层之上,倾向NW、倾角较陡大约在45°~50°,并产生反冲断层形成Y字状结构.地震地质解释表明,芦山地震的同震活动断层没有突破中生界和新生界,并非先前认为的双石—大川断裂（F4）或山前大邑隐伏断裂（F6）;芦山地震的发震断层为一基底盲冲断层;深地震反射结果进一步揭示芦山地震的发震断层为一早期（古生代）形成的正断层.研究认为芦山地震发震构造符合简单剪切断层转折褶皱模型（Simple-shear Fault-Bend Fold）,2013年芦山地震为一次非特征型地震.晚新生代以来在青藏高原向四川盆地强烈挤压持续作用下,早期正断层重新活动并产生了芦山地震.这种深部隐伏断层活化产生的特殊型地震,无疑增加了龙门山地区地震灾害的风险和不确定性.

     

深地震反射剖面揭示的天津地区张渤带地壳精细结构

穿过天津地区张渤带的长86 km、NE向深地震反射剖面揭示了该区清晰的地壳精细结构图像和断裂的深浅构造特征,为研究张渤地震构造带的深部孕震环境和构造模式提供了地震学证据,对探讨晚中生代以来华北裂陷盆地的深部动力学过程及演化具有重要意义.结果表明,天津地区张渤带地壳以结晶基底反射TG为界,分为上下两部分;上地壳反射波组丰富,分层特征明显,界面起伏形态清楚,清晰地刻画出冀中坳陷新生代沉积分层、箕状沉积凹陷的底界、潮白河断裂、蓟运河断裂及丰台—野鸡坨断裂的几何结构;地壳内部结晶基底（TG）至Moho之间,显示出近于"反射透明"的地震波场特征,无明显震相,这与华北其他地区的深地震反射剖面结果明显不同;地壳厚度为30.0~34.5 km,总体变化趋势为中段地壳厚而南北端相对较薄,Moho在横向上显示出明显的不均匀和横向间断特征,在Moho被错断处存在两个明显的反射事件RA和RC,RA可能是软流圈热物质上涌的侧向残留物,叠层状反射震相RC则表现出壳幔过渡带特征;剖面揭示了2条错断Moho的超壳深大断裂（FD1和FD2）和9条上地壳断裂,深大断裂应是软流圈热物质上涌,造成上地幔隆起而形成的,上地壳断裂与地壳垂直运动及侧向引张力有关;超壳深断裂（FD1和FD2）为本区深部热物质的上涌与能量交换提供了通道,而与之对应的地壳浅部断裂（F3和F9）,则为能量调整提供了可能的条件,断裂邻近区域可能是未来发生强震的地区,值得注意.     

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.     

MS8.0汶川地震对MS7.0芦山地震成核失稳的影响

依据速率-状态依赖性摩擦本构关系,并结合中下地壳和上地幔的黏弹性松弛效应,以震后库仑破裂应力变化和同震动态库仑破裂应力变化的计算为基础,模拟了两种应力变化对芦山地震断层的失稳发震时间的影响,研究了2008年M_S8.0汶川地震与2013年M_S7.0芦山地震之间的触发关系.计算得到,汶川地震在芦山地震震源断层面上产生的动态应力变化的峰值为0.127 MPa;此外,经过近5年中下地壳和上地幔的黏弹性松弛效应,芦山地震震源断层面上受到的震后应力变化值为0.025 MPa.结果表明,芦山地震的震源断层在应力积累逐渐接近临界状态的某一特定时期内,受到了汶川地震产生的动态应力变化、静态应力变化以及黏弹性松弛效应造成应力变化的共同触发作用,且动态应力的延迟触发作用可能更为显著.最后对芦山地震之后研究区域的应力变化场进行了初步探讨.     

四川芦山MS7.0和汶川MS8.0地震前地电场变化研究

应用四川芦山M_S7.0和汶川M_S8.0震中周围部分地电场观测台站的资料,主要利用地电场波形比较和极化方位变化两种方法,并结合观测台站的工作日志,对两次地震前地电场观测资料进行了分析研究,并得出:芦山M_S7.0和汶川M_S8.0地震前部分台站地电场波形出现变异现象,主要表现为两种形式:日变波形的畸变(如盐源台和泸沽湖台)和相应时段地电场频谱特性出现变化,这些变异基本上出现在震前1~2个月内;利用两次地震前地电场观测的日均值计算了部分观测台站的地电场极化方位,发现在震前地电场的极化方位出现了大幅变化,最大变化幅度达160°,最小变化幅度也有10°;初步研究还发现,两次地震前夕,震中周围部分台站极化方位的正向或反向延长线,相汇集的区域与地震的震中有一定联系;对于研究所得结果,从地震电信号的产生机制和震源特性方面进行了尝试性理论解释.     

利用sPn震相测定芦山MS7.0级地震余震的震源深度

利用南北地震带南段密集流动地震台阵的观测数据,采用波形互相关方法拾取Pn波走时,应用滑动时窗相关法识别sPn震相,通过sPn与Pn震相之间的走时差测定了芦山地震序列中28个M_L4.0级以上余震的震源深度.结果表明,震源深度集中在10~20 km范围内,垂直余震带的北西-南东向震源深度剖面揭示,余震分布表现出西深东浅的特点,倾角大约为39°.这些余震在空间上具有较好的线性分布特征,推测可能发生在与主震有关的破裂面上或邻近位置,由此推测主震的破裂面倾角大约为39°.根据余震的空间分布特征,认为芦山地震的发震断层并非双石-大川断裂,可能是其东侧的一条隐伏断层.     

2013年四川芦山7.0级地震烈度遥感评估

2013年4月20日四川芦山MS7.0级地震发生后,在灾区应急获取了多种高分辨率航空和无人机遥感影像,并快速解译提取了灾区建筑物震害信息.采用地震烈度遥感定量评估方法,利用2008年汶川8.0级地震等震后震害遥感解译和现场调查研究确定的经验震害遥感定量评估模型,获得了芦山地震灾区126个主要居民点的地震烈度遥感评估结果,并据此圈画了地震烈度分布遥感评估图.结果显示,本次地震Ⅸ度区面积约150km2,Ⅷ度区面积约900km2.该结果在第一时间(4月21日晚)提供给了中国地震局地震现场应急指挥部.对比分析显示,地震烈度遥感快速评估结果与中国地震局4月25日公布的地震烈度图,以及与笔者在现场实地进行的建筑物震害详细调查结果基础上评定的地震烈度具有较高的一致性.表明强烈地震发生后,借助于快速获取的灾区高分辨率遥感影像,可以快速估计地震烈度分布,对地震灾区灾情估计和抗震救灾工作具有十分重要的参考意义.     

芦山MS7.0级地震余震序列重新定位及构造意义

利用四川省地震台网的震相数据和双差定位方法对芦山M_S7.0级地震及其余震序列进行了精确定位,根据余震分布确定了发震断层的位置和断层面的几何特征,并对余震活动进行了分析.结果显示,芦山M_S7.0级地震的震中位于30.28°N、102.99°E,震源深度为16.33 km.余震沿发震断层向主震两侧延伸,主要分布在长约32 km、宽约15~20 km、深度为5~24 km的范围内.地震破裂带朝西南方向扩展范围较大,东北方向略小,余震震级随时间迅速衰减.震源深度剖面清晰地显示出发震断层的逆冲破裂特征,推测发震断层为大川—双石断裂东侧约10 km的隐伏断层.该断层走向217°、倾向北西,倾角约45°,产状与大川—双石断裂相比略缓,它们同属龙门山前山断裂带的叠瓦状逆冲断层系.受发震断裂影响,部分余震沿大川—双石断裂分布,西北方向的余震延伸至宝兴杂岩体的东南缘,与汶川地震的破裂带之间存在50 km左右的地震空区,有可能成为未来发生强震的潜在危险区.     

基于经验模型和物理模型研究2013 M_S7.0芦山地震余震序列

基于中国地震台网中心2013 MS7.0芦山地震余震数据我们首先确定了余震空间分布范围并根据G-R关系计算了主震后半小时内的完备震级Mc=3.5,并且得到了ML≥3.5和ML≥3.0的地震在2001年至芦山地震前的背景场地震发生率.通过Omori-Ustu经验定律和两种Dieterich模型对芦山地震余震发生率的拟合,我们发现阶梯型Dieterich模型只能模拟p=1的情况,从而造成了模拟曲线与观测数据的差别;前人研究表明震后滑移同样是产生余震的原因,如果假设余震序列由主震静态剪应力Δτ和震后滑移共同作用所产生,我们数值模拟得到的对数型Dieterich模型能够较好地推断余震发生率R随时间t增加而衰减的趋势,能够从物理机制上解释MS7.0芦山地震余震序列衰减指数大于1这一现象.通过对数型Dieterich模型的拟合并结合Andrews的方法,我们还得到MS7.0芦山地震Aσ约为0.155 MPa,ta约为8.4年,这一值与前人研究结果十分接近.