汶川8.0级地震前龙门山断裂带及邻近区域的震间形变与发震机理

利用跨龙门山后山和前山断裂的短水准监测资料、龙门山区域GPS和水准测量资料,结合龙门山及邻近区域的地震构造、以及2008年汶川8.0级地震前的中小地震活动等信息进行分析,研究汶川地震前横跨龙门山断裂带的震间(震前)地壳形变特征,探讨引起发震断裂近场和远场形变的构造活动与动力学模式,并由此认识汶川地震的孕育与成因机制,以及该地震破裂的发生机理.     

芦山7.0级、康定6.3级地震垂直形变研究

芦山7.0级地震和康定6.3级地震是近两年来在龙门山断裂带和鲜水河断裂带上发生的最为显著的两次地震事件,都发生在巴颜喀拉地块与四川盆地的挤压构造带边缘。利用芦山科学考察项目和中国地球物理场观测——青藏高原东缘地区项目中获得的水准资料,研究芦山地震震前、震中和震后垂直形变演化和康定地震震前垂直形变特征。结果表明:芦山地震前龙门山断裂带南段的小金相对于芦山地区上升速率约为1.7 mm/a,同震垂直变形可以达到197.7 mm,变形最大区域分布在芦山灌县—安县断裂附近;芦山地震后鲜水河断裂带色拉哈段两侧垂直形变迅速增加至13 mm/a,之后发生康定地震。1982年以来,鲜水河断裂带和龙门山断裂带Y字型交汇区域保持着4.5 mm/a的快速隆升,同时在都江堰和大邑一带存在一条垂直形变高梯度带。     

龙门山断裂带多参数深部结构成像与地震成因研究

通过反演大量的纵、横波地震数据,获得了沿龙门山断裂带及周边区域的深部三维精细结构,结合前人二维大地电磁探测研究成果,提出龙门山断裂带地壳形变与深部速度结构和导电率不均匀性有关,探讨了2008年汶川和2013年芦山地震的诱发和产生与流体侵入及地壳形变的密切关系.本研究发现,2008年汶川地震发生在高速度、高泊松比和低电导率的区域,2013年芦山地震则位于高速度、低泊松比和低电导率的发震层.在上地壳中,四川前陆盆地的低速、低泊松比和低阻异常与松潘一甘孜地块的高速、高泊松比和高阻异常形成了鲜明的对比.在龙门山断裂带下方的两个低速和低阻块体,将龙门山断裂带分成南、中和北三段.我们的研究认为,这两个异常体与来自松潘甘孜地块的下地壳和(或)上地幔的局部熔融或流体侵入到龙门山断裂带的脆弱区有关.基于对汶川和芦山地震的余震分布特征及震源区的地震波速度、泊松比及电阻率参数分析,揭示了龙门山断裂带深部剧烈的地壳形变与流体应力积累对2008年汶川和2013年芦山地震的触发及其地震破裂过程具有重要的控制作用.     

康定M_S 6.3级地震前形变场变化与区域地震活动性

近年来,中国地震活动频繁且震害严重,给人民生命财产造成重大损失.地震能不能有效预测是目前困扰地震研究的科学难题,历史上也有成功利用形变监测资料预测地震案例.本文利用康定M_S6.3地震前区域精密水准和GPS观测资料,系统分析研究区域形变场变化与康定M_S6.3级地震发生之间的关系,以期为今后地震研究提供参考依据.文章所使用GPS观测数据首先利用GAMIT软件处理基准网观测数据,然后利用GLOBK软件进行综合平差计算处理,获取研究区地震发生前水平速度场图像;精密水准观测数据采用"拟稳点"法,对观测网数据进行计算处理,获取研究区震前垂直速度场图像.经过对获取结果的研究分析,得出以下结论:1)区域水平形变场变化与龙门山断裂带、鲜水河断裂带、安宁河断裂带在空间上关系密切,反映该区域在2009—2014年期间发生了引起形变场变化的构造活动或形变,与巴颜喀拉块体近E向滑移有直接的关系.2)区域垂直形变场显示地震发生在垂直梯度带正负变化交界附近,与海城地震和唐山地震相似.3)GPS和精密水准资料分析结果能有效反映孕震信息,建议未来5年重点监测鲜水河断裂带、龙门山断裂带西南段、安宁河断裂带和东昆仑断裂带中东段.     

汶川地震前龙门山及其周缘断裂形变运动与应力累积的数值模拟

为揭示汶川地震前龙门山及其周缘断裂的形变与应力累积状态,文中构建了包含龙门山、龙日坝、岷江和虎牙4条断裂的三维黏弹性有限元模型,以1999—2004年GPS结果为约束,模拟了龙门山断裂带及其周缘区域的形变运动。得到以下结论:1)平行于龙门山断裂带的速度分量主要被龙日坝断裂吸收,垂直于龙门山断裂带的速度分量主要被其自身吸收;岷江和虎牙断裂对龙门山断裂带北段起到一定的屏障作用,导致其北段压缩量明显低于南段。2)沿龙门山断裂带由SW向NE方向延伸,主压应力与断层走向的夹角由接近垂直逐步转至约45°;断层南段挤压、剪切应力累积速率高,且压应力大于剪应力,北段应力累积速率低,压应力与剪应力接近。这与龙门山断裂带SW段中小地震频发、地震活动强烈,NE段偶有小震、地震活动微弱相吻合;也与汶川M_S8.0地震逆冲兼具右旋走滑、芦山M_S7.0地震逆冲破裂的方式相一致。3)假设发生震级、类型相同的地震所需应力积累量相同,那么研究区内岷江断裂、龙门山断裂南段和虎牙断裂破裂以逆冲运动为主,3条断裂的地震复发周期依次变长;龙日坝断裂北段和龙门山断裂北段以逆冲兼具右旋走滑为主,前者地震复发周期短于后者;龙日坝断裂南段则以纯右旋走滑为主,地震复发周期有可能最短。     

龙门山断裂带区域现代构造应力场与汶川M_S8.0地震力学成因探讨

<正>2008年5月12日发生在龙门山断裂带上的8.0级特大地震引起了国际地球科学界的广泛关注。地震发生后,综合已有的地震地质、地球物理与形变测量资料,国内外学者提出了"刚性块体挤出"、"下地壳管道流"、"多单元组合"等多种模式解释汶川地震的力学成因。在构造应力场方面,许多学者从构造地质、地震活动、地应力测量等方面对龙门山断裂带的区域构造应力场进行了研究,获得了许多新的认识和资料,并大体上确立了人们对龙门山区     

利用水准测量数据分析芦山M_S7.0地震前龙门山断裂带南段应变积累

利用2010年和2013年两期一等水准测量数据分析了龙门山断裂带南段芦山MS7.0地震前的应变积累。结果表明:(1)汶川地震的发生明显加速了该区域应变积累的过程,龙门山断裂带南段主要断层区域垂直形变速率为6~9 mm/a,表明汶川地震的发生加速了此次芦山地震的孕育过程;靠近鲜水河断裂带区域垂直形变速率为1~5 mm/a,低于汶川地震前的隆升速度。(2)芦山地震并未释放该区域长期积累的应变能,龙门山断裂带南段仍然具有发生破坏性地震的可能。     

地壳流变结构控制作用下的龙门山断裂带地震发生机理

青藏高原东缘低地形变速率的龙门山断裂带上相继发生了2008汶川M_w7.9级地震和2013芦山M_w6.6级地震.地震勘探与震源定位结果揭示了龙门山区域地震空间分布特征：纵向上,龙门山断裂带这两次地震主震均发生在龙门山断裂带上地壳的底部（14~19 km）,绝大部分余震均发生在上地壳范围（5~25 km）,而在其中、下地壳深度范围内鲜见余震发生;横向上,地震（M_w>3）在龙门山断裂带青藏高原一侧密集分布且曾有大震发生,而四川盆地地震稀少（M_w>3）.为探讨龙门山断裂带地震发生机理,并解释以上龙门山区域地震空间分布特征,本文建立了龙门山断裂带西南段跨芦山地震震中区域的四种不同流变结构的龙门山断裂带三维岩石圈模型,以地表GPS观测资料为约束边界条件,数值模拟龙门山断裂带岩石圈在数千年以上长期匀速构造挤压作用下的应力积累特征,探讨了地壳分层流变性质对地壳应力积累的影响,分析了该区域地震空间分布与构造应力积累速率的关系.计算结果表明：该区域在数千年的应力积累过程中,脆性上地壳中应力表现近于恒定值的线性增长趋势,龙门山断裂带上地壳底部出现应力集中积累现象,这一应力集中现象可以解释龙门山断裂带汶川地震与芦山地震主震的发生,及其大部分余震在脆性上地壳中的触发;青藏高原一侧上地壳应力积累速率远远高于四川盆地的应力积累速率,这一应力积累分布现象可以解释龙门山区域青藏高原一侧地震密集而四川盆地地震稀少的地震空间分布特征;通过比较不同流变结构模型中的应力积累状态,认为导致这一应力积累空间分布状态的重要控制因素在于青藏高原中、下地壳较低的黏滞系数与四川盆地中、下地壳较高的黏滞系数的差异.在柔性的中、下地壳内,应力增长近于指数形式,稳定状态之后其应力增长速率近于零,构造应力积累难以达到岩石破裂强度,因而鲜见地震发生.地壳各层位的应力增长率差异与地震成层分布的现象共同揭示了龙门山区域岩石圈分层流变结构：脆性上地壳、韧性中、下地壳（青藏高原一侧较弱,四川盆地一侧较强）、韧性岩石圈上地幔.     

汶川8．0级地震前龙门山断裂带的垂直变化特征

根据龙门山构造带上的跨断层水准测量资料,计算了龙门山断裂带1986年至2008年1月的垂直活动速率、断层形变异常强度及测线的月变化率,研究了龙门山断裂带1986至2008年初的异常变化。结果表明．龙门山断裂带的垂直活动速率不大,在1mm／n以下。但是在大震发生前的1～3a．断层活动加速．在形变异常强度图上变化显著,在月变率统计图上,也有明显的异常．龙门山断裂带的断层形变异常对于南北地震带上600余公里以内的3次7级以上大震均有反映．对本区的地震反映更明显。     

芦山地震断层的滑动分布与汶川地震断层的关系

本文利用2013年芦山M_S7.0级地震同震GPS数据反演了芦山断层几何与断层滑动分布,结果表明:芦山地震发震断层具有南陡北缓、上陡下缓的特征,低倾角的区域位于发震断层北段且靠近映秀断层的一侧;滑动分布模型的最大滑动量为0.82m,其深度为13.67km与小震发生集中平均深度12.5km接近.我们选取1998—2014年龙门山断裂带区域地壳形变观测数据,拟合获得了龙门山断裂带走向方向上的速度分量,发现在汶川M_S8.0地震与芦山M_S7.0地震之间宽度约30km破裂空区,龙门山断裂带西南段与东北段的形变分量以破裂空区为界方向相反.断裂带东北段(汶川地震主要发震断层)的形变分量方向与断层右旋走滑运动方向一致,而在断裂带西南段(芦山地震发震断层)的形变分量方向与断层左旋走滑运动方向一致.芦山地震走滑方向与汶川地震走滑方向相反是因为该断裂带构造运动在特有几何构造下受青藏高原东南向挤压,遇龙门山中段岩石圈楔状构造的阻挡,在汶川M_S8.0地震与芦山M_S7.0地震间的地震空区,形成了构造运动向其两侧分流的结果.     

基于孕震物理模式的断层气流动监测网络布设技术

为了解决我国地震地下流体流动监测网络布设中目前存在的一些问题,以“坚固体孕震模式”为理论基础,以西秦岭北缘断裂带为研究对象,通过高密度地下流体背景值探测,结合地壳垂直形变特征以及地震活动性特征,寻找区域活动断裂带流体与形变以及地震活动的耦合段及断层气响应的灵敏点,综合判断断裂带活动分段性。断层形变、地震活动与地下流体活动有着良好的对应性与耦合关系,震源区均表现为“断层闭锁区”特性,发震地点都显示出一种相对平静的状态。基于以上研究,形成从活动断裂带—“坚固体”闭锁段—近震区前兆场地的追踪思路,规划具有一定物理预报思想的标准化断层气流动观测方案,并建立研究区域观测网络的雏形。这对今后全国地震重点危险区流体流动监测台网布设提供技术思路,并为我国地震预报、震情跟踪及防震减灾工作提供重要依据。     

汶川MS8.0地震震前近震源区地壳形变机制探究

多种形变资料表明, 汶川地震震前越靠近震源区, 其形变特征越不明显, 且在近震源区震前呈现短期平静状态． 为研究这种小变形现象的深部动力学因素及形变机制, 本文基于成都地区1996—2007年13期重复重力观测数据, 经平差处理后进行密度的三维反演, 得到了汶川地震近震源区震前10年的地壳深部密度变化水平向和垂直向的时空分布特征． 结果表明: 密度变化在空间上呈有序分布, 主要集中在龙门山断裂带及其附近区域, 且深部变化幅度显著大于浅部, 表明近震源区断裂带深部活动较为显著; 从时间上来看, 密度变化速率并不均衡, 在震前3—8年介质密度变化剧烈, 而在震前短期变化却不明显． 根据震前形变特征和不同深度密度变化的动态演化过程, 本文认为龙门山断裂带的地壳分层运动, 导致了浅层地壳的小形变和深部显著的密度变化． 此外, 根据该断裂带及其附近地区的密度变化特征, 本文选取和改进了适合汶川地震的孕震模型, 即改进的组合-硬化模型, 将动力学过程与孕育机制结合起来, 以期对汶川地震震前近震源区的形变机制作出合理解释．      

景泰5.9级地震的断层形变异常及中短期预报

初步研究了2000年6月6日甘肃景泰5.9级地震蕴育过程中近源区及外围地区断层形变异常的时空分布特征:震前断层形变异常分布范围广、异常形态复杂，断层形变（应变）类信息指标图象异常区明显．不同地域断层形变异常形态及幅度存在显著差异，与异常所处的构造部位密切相关:海原断裂带西段出现的，，相断层形变异常，显示了近源区断层运动由准线性走向非线性的过程，与断层形变（应变）类信息指标高值异常区相配合，反映蕴震区应变积累程度高；而构造汇聚部位的六盘山断裂带等远场区较大幅度的突跳尖点异常，并不反映所在地的应变积累，而可能是蕴震过程区域构造应力场增强的一个标志．在此基础上，结合对景泰5.9级地震中短期预报经验教训的初步总结，研究和探讨了断层形变异常在震情判定中的应用．      

Fault deformation anomaly and intermediate and short-term prediction of the Jingtai M_s=5.9 earthquake

IntroductionOn June 6, 2000, an earthquake of MS=5.9 occurred in Jingtai county, Gansu Province. The epicenter (37.1(N, 104.0(E) was located in Maomaoshan-Laohushan zone of the western segment of Liupanshan-Haiyuan fault along the northeastern margin of Qinghai-Xizang Plateau, where is the middle-eastern part of crustal deformation monitoring area of Gansu-Ningxia- Qinghai region. There are more than 50 spanning-fault mobile monitoring sites in the earthquake area and its vicinity (Fig…     

2021年甘肃阿克塞5.5级地震前区域地壳变形异常特征分析

为研究2021年甘肃阿克塞5.5级地震前震中周边的地壳变形运动特征,根据CMONOC提供的GPS观测资料,通过GPS速度场、面应变率场和站间基线时间序列分析,探讨了震前的地壳变形特征。研究结果表明,震中处于发震断层西南侧远场速度大、近场速度小且断裂两侧速度场方向明显不同的位置,同时位于与发震构造类型一致的面应变率场的压缩高值区,即挤压应变累积区。跨发震断裂的基线长度在震前3年多时间出现的转折变化,表明震前发震断裂两侧左旋走滑速率明显减缓;而断裂两侧的挤压速率有所加快则反映出本次地震前震中区域存在一定程度的应变能积累。研究结果有助于认识该地震的孕震过程,并可为相似构造类型区域的强震预测提供参考依据。     

岷县漳县6.6级地震前区域地壳运动变形背景与断层形变异常特征

利用甘肃岷县漳县6.6级地震区所在的青藏块体东北缘地区的区域水准、GPS、流动重力和跨断层短测线等地形变监测资料,结合地质构造、动力环境和已往的研究结果,分析了不同类型资料反映的震前区域性地壳变形背景、断层形变异常特征和可能的机理.结果认为：（1）岷县漳县6.6级地震前西秦岭、六盘山等构造区不同程度地存在着GPS水平挤压闭锁高应变积累、垂直隆升异常高梯度带和重力升、降差异剧烈变化等中长期背景;（2）震前到震时发震断裂附近及其外围相关构造区域断层形变异常在空间和时间上的起伏波动变化显著,尤其是汶川地震以来的波动变化在一定程度上反映了与本区构造比邻的龙门山断裂带剧烈右旋错动对本区的影响,与本次岷县6.6级地震过程有关;（3）本区有地形变监测资料积累以来缺乏6级以上震例,虽然存在不同程度的中长期形变背景异常,但何时进入短期-短临阶段确实很难把握,需要不断积累总结和探索提高.     

2013年芦山地震序列震源机制与震源区构造变形特征分析

基于四川区域地震台网记录的波形资料,利用CAP波形反演方法,同时获取了2013年4月20日芦山M7.0级地震序列中88个M≥3.0级地震的震源机制解、震源矩心深度与矩震级,进而利用应变花（strain rosette）和面应变（areal strain）As值,分析了芦山地震序列震源机制和震源区构造运动与变形特征.获得的主要结果有：（1）芦山M7.0级主震破裂面参数为走向219°/倾角43°/滑动角101°,矩震级为M_W6.55,震源矩心深度15 km.芦山地震余震区沿龙门山断裂带走向长约37 km、垂直断裂带走向宽约16 km.主震两侧余震呈不对称分布,主震南西侧余震区长约27 km、北东侧长约10 km.余震分布在7~22 km深度区间,优势分布深度为9~14 km,序列平均深度约13 km,多数余震分布在主震上部.粗略估计的芦山地震震源体体积为37 km×16 km×16 km.（2）面应变As值统计显示,芦山地震序列以逆冲型地震占绝对优势,所占比例超过93%.序列主要受倾向NW、倾角约45°的近NE-SW向逆冲断层控制;部分余震发生在与上述主发震断层近乎垂直的倾向SE的反冲断层上;龙门山断裂带前山断裂可能参与了部分余震活动.P轴近水平且优势方位单一,呈NW-SE向,与龙门山断裂带南段所处区域构造应力场方向一致,反映芦山地震震源区主要受区域构造应力场控制,芦山地震是近NE-SW向断层在近水平的NW-SE向主压应力挤压作用下发生逆冲运动的结果.序列中6次非逆冲型地震均发生在主震震中附近,且主震震中附近P轴仰角变化明显,表明主震对其震中附近局部区域存在明显的应力扰动.（3）序列整体及不同震级段的应变花均呈NW向挤压白瓣形态,显示芦山地震震源区深部构造呈逆冲运动、NW向纯挤压变形.各震级段的应变花方位与形状一致,具有震级自相似性特征,揭示震源区深部构造运动和变形模式与震级无关.（4）不同深度的应变花形态以NW-NWW向挤压白瓣为优势,显示震源区构造无论是总体还是分段均以NW-NWW向挤压变形为特征.但应变花方位与形状随深度仍具有较明显的变化,可能反映了震源区构造变形在深度方向上存在分段差异.（5）芦山地震震源体尺度较小,且主震未发生在龙门山断裂带南段主干断裂上,南段长期积累的应变能未能得到充分释放,南段仍存在发生强震的危险.     

2021年青海玛多Mw7.3地震地壳变形及区域孕震环境

北京时间2021年5月22日02时04分,在青海省果洛藏族自治州玛多县发生Mw7.3地震.本文利用震中及邻区2009-2021年GNSS观测资料,研究了此次地震的区域孕震环境、同震和震后初期的变形特征.首先,给出了较高空间分辨率的GNSS速度场,表明震中及其邻区的构造活动以左旋剪切为主,巴颜喀拉块体南北两侧的相对运动是...     

THE RESEARCH OF THE SEISMOGENIC STRUCTURE OF THE LUSHAN EARTHQUAKE BASED ON THE SYNTHESIS OF THE DEEP SEISMIC DATA AND THE SURFACE TECTONIC DEFORMATION

The seismogenic structure of the Lushan earthquake has remained in suspensed until now. Several faults or tectonics, including basal slipping zone, unknown blind thrust fault and piedmont buried fault, etc, are all considered as the possible seismogenic structure. This paper tries to make some new insights into this unsolved problem. Firstly, based on the data collected from the dynamic seismic stations located on the southern segment of the Longmenshan fault deployed by the Institute of Earthquake Science from 2008 to 2009 and the result of the aftershock relocation and the location of the known faults on the surface, we analyze and interpret the deep structures. Secondly, based on the terrace deformation across the main earthquake zone obtained from the dirrerential GPS meaturement of topography along the Qingyijiang River, combining with the geological interpretation of the high resolution remote sensing image and the regional geological data, we analyze the surface tectonic deformation. Furthermore, we combined the data of the deep structure and the surface deformation above to construct tectonic deformation model and research the seismogenic structure of the Lushan earthquake. Preliminarily, we think that the deformation model of the Lushan earthquake is different from that of the northern thrust segment ruptured in the Wenchuan earthquake due to the dip angle of the fault plane. On the southern segment, the main deformation is the compression of the footwall due to the nearly vertical fault plane of the frontal fault, and the new active thrust faults formed in the footwall. While on the northern segment, the main deformation is the thrusting of the hanging wall due to the less steep fault plane of the central fault. An active anticline formed on the hanging wall of the new active thrust fault, and the terrace surface on this anticline have deformed evidently since the Quaterary, and the latest activity of this anticline caused the Lushan earthquake, so the newly formed active thrust fault is probably the seismogenic structure of the Lushan earthquake. Huge displacement or tectonic deformation has been accumulated on the fault segment curved towards southeast from the Daxi country to the Taiping town during a long time, and the release of the strain and the tectonic movement all concentrate on this fault segment. The Lushan earthquake is just one event during the whole process of tectonic evolution, and the newly formed active thrust faults in the footwall may still cause similar earthquake in the future.     

Fault deformation anomaly and intermediate and short-term prediction of the Jingtai M s=5.9 earthquake

The time-space distribution characteristics of fault deformation anomaly in the near-source region and its outlying zone in the seismogenic process of the Jingtai M _s=5.9 earthquake occurred on June 6, 2000 in Gansu Province is studied preliminarily. The distribution scope of fault deformation anomaly before the earthquake is wide, the anomaly shape is complicated and the pattern anomalous zone of fault deformation (strain) information index is obvious. The shape and amplitude of fault deformation anomaly in different regions differ significantly, which is closely related with the tectonic location of anomaly. The fault deformation anomaly of α, β, and γ phases along the western segment of Haiyuan fault zone shows the process from the quasi-linearity to non-linearity of fault movement in the near-source region, matches the high-value anomalous area of fault deformation (strain) information index, and reflects the high strain accumulation in the seismogenic region. However, the anomaly of abrupt jump and cusp with a large amplitude occurred in the areas far from the earthquake, such as Liupanshan fault zone which is the tectonic convergent section does not reflect the strain accumulation of its location, maybe it is a sign that the regional tectonic stress field is strengthened in the seismogenic process. Based on the above-mentioned facts and combined with the preliminary summary of experiences and lessons in the intermediate and short-term prediction of the Jingtai M _s=5.9 earthquake, we study and explore the application of fault deformation anomaly to earthquake judgment. Foundation item: National Key Basic Research Development Program (G1998040703 and G1998040705), and State Scientific and Technological Project of the “Ninth Five-Year Plan” (96-913-09-01-02-03 and 96-913-09-02-02-03), China.