芦山震区地壳三维P波速度精细结构及地震重定位研究

联合芦山地震序列5285个地震的50711条P波初至绝对到时数据及7294691条高质量的相对到时数据,利用双差地震层析成像方法联合反演了芦山震源区高分辨率的三维P波速度精细结构及5115个地震震源参数.反演结果表明,芦山主震震中为30.28°N,103.98°E,震源深度为16.38 km,主震南西段余震扩展长度约23 km,余震前缘倾角较和缓,主震北东段余震扩展长度约12 km,余震前缘呈铲形,倾角较陡.芦山震源区P波三维速度结构表现出明显的横向不均匀性,近地表处的P波速度异常与地形起伏及地质构造密切相关:宝兴杂岩对应明显的高速异常,此异常由地表延伸到地下15 km深度附近,而中新生代岩石表现为低速异常;大兴附近区域亦显示出小范围的大幅度高速异常,宝兴高速异常与大兴高速异常在10 km深度附近相连,进而增加了芦山震源区的高低速异常对比幅度.在芦山主震的南西、北东两段速度结构存在着较大差异,芦山主震在水平向位于宝兴及大兴高速异常所包围的低速异常的前缘.主震南西段余震主要发生在倾向北西的高低速异常转换带上并靠近低速一侧,其下盘为低速异常,上盘为高速异常.而芦山主震北东段的余震主要分布在宝兴高速体与大兴高速体之间,主发震层向北西倾斜,主发震层上方的宝兴高速异常下边界出现一条南东倾向的反冲地震带,两地震带呈"y"型分布.     

巧家地震和鲁甸地震震源区周边P波速度结构

本文利用2010年1月至2020年6月巧家地震和鲁甸地震震源区周围发生地震事件的走时观测资料,应用双差层析成像方法获得了2014年MS6.5鲁甸地震和2020年5月18日巧家MS5.0地震周边区域中上地壳的P波速度结构.成像结果显示:整个研究区域的速度结构存在很强的非均匀性:在鲁甸地震震源区附近,浅部存在速度高达6.4...     

汶川MS8.0级地震余震分布及周边区域P波三维速度结构研究

利用川滇地区长期积累的地震走时观测资料和汶川地震余震观测资料对汶川地震震源区及周边区域地壳和上地幔P波三维速度结构进行了研究.结果表明,浅部P波速度分布与地表地质之间具有很好的对应关系.龙门山断裂带在20 km以上深度表现为高速异常带,彭灌杂岩体和宝兴杂岩体为局部高速异常区.龙门山断裂带中上地壳的局部高速异常体对汶川地震的余震分布具有明显的控制作用.在余震带南端,余震全部发生在与宝兴杂岩体对应的高速异常体的东北侧;在余震带的中段,与彭灌杂岩体对应的高速异常体在一定程度上控制了余震的分布;在余震带的东北端,宁强-勉县一带的高速异常体可能阻止了余震进一步向东北扩展.龙门山断裂带中上地壳的P波高速异常表明介质具有相对较高的强度,在青藏高原物质向东挤出过程中起到了较强的阻挡作用,有利于深部能量积累.在30 km深度之下,扬子地块具有明显的高速特征,其前缘随深度增加向青藏高原方向扩展,在下地壳和上地幔顶部已达到龙门山断裂带以西.     

芦山MS7.0地震前远、 近场形变 时空演化特征研究

应用芦山M_S7.0地震震中附近跨断层及连续形变观测资料, 分析了芦山地震前不同阶段地形变变化的特点, 讨论了震中附近区域异常时空演化过程. 结果表明: ① 自2013年1月起, 沿鲜水河断裂带一些跨断层基线观测到显著的加速转折变化, 沿安宁河、 则木河断裂带个别场地的跨断层水准基线, 2010年以来出现的巨幅异常等是突出的场兆变化; 沿龙门山断裂带一些水准观测在汶川M_S8.0地震后持续的调整变化具有近震源区变形特征. ② 鲜水河、 龙门山和安宁河3条主要断裂围成的三叉口地区, 地倾斜、 应变、 重力及断层水准和蠕变观测临震前均未有显著的异常变化, GPS水平、 垂直位移年速率最小, 该地区是形变变化或形变异常分布的“空区”. ③ 在对近场与远场多种连续形变数据通过傅里叶变换提取年周期成分后发现, 临震前2—3年近震源区域的地倾斜、 重力年变化幅度不是增大, 而是减小. 芦山M_S7.0地震前观测到的形变前兆现象特征与汶川M_S8.0地震等震前的前兆现象较为接近. 因此, 芦山地震前近震源区及外围形变异常分布特征不是个别的现象.      

乳山震群震源区三维P波速度结构的层析成像

基于山东省地震台网固定台站及乳山台阵的流动观测资料,利用双差层析成像方法对乳山震群及附近地区地壳浅层15 km深度以内的三维P波速度结构进行了反演。结果显示,研究区内的隆起区（如垛崮山、大孤山）及海洋所镇附近的超高压岩体为高速区,连接两者之间的白沙滩呈低速特征,乳山序列即发生在高、低速过渡带偏高速区的一侧。速度结构剖面显示,乳山序列下方的地壳内存在明显的类椭圆状的相对低速区域,序列活动基本处于该低速区域与第四纪盖层之间的高速夹层。综合考虑序列展布、区域地质构造及高低速岩体间的位置关系,本文推测在区域应力调整背景下,局部介质的不稳定性在乳山序列的发生过程中起主要作用。      

芦山MS7.0级地震InSAR形变观测及震源参数反演

2013年4月20四川省芦山县发生M_S7.0级地震,目前的研究资料表明地震发生在龙门山断裂南段,但地表未发现明显破裂.本研究利用InSAR技术与Radarsat-2雷达数据,获取了芦山地震同震的部分形变场,结果表明,近场区域的LOS位移发生视线向隆升,量值在7 cm左右.随后利用弹性半空间的位错模型反演了断层面参数,综合反演结果及震源机制解最终确定了发震断层的初始模型,以形变场观测数据为约束,基于梯度下降法反演获得了断层面上的滑动分布,反演得到的矩震级为M_w6.45级,断层走向213°,倾角39°~43°,最大滑动位于地表以下约13 km深度位置,最大滑动量0.91 m,平均滑动角71°,整体上仍以逆冲滑动为主,兼具左旋走滑.推测在双石-大川断裂以东12 km处展布一条隐伏断裂,为本次的发震断裂.     

四川芦山7.0地震和汶川8.0地震震源区地壳岩石圈变形特征分析

地壳和岩石圈变形特征研究对于深入了解中强地震的深部孕震环境具有重要科学意义.本文联合P和S波远震接收函数偏移成像结果,对发生过芦山7.0地震和汶川8.0地震的龙门山断裂带及附近区域地壳和岩石圈结构进行分析.结果揭示出在青藏高原向四川盆地过渡的龙门山断裂带,Moho面和岩石圈底界面(LAB)呈现出强烈变形,特别是芦山地震和汶川地震震源区下方地壳出现了错断、下凹,岩石圈也呈现下凹变形特征.这种地壳及岩石圈变形所代表的高应力的积累可能是汶川和芦山地震发生的重要深部地球动力学背景.     

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.     

四川芦山Ms7.0级强烈地震震源运动学特征

使用中国数字地震台网记录的区域宽频带波形,通过频率域和时间域多步反演,研究了2013年四川芦山“4·20”7.0级强烈地震的震源运动学特征.基于点源的震源机制解揭示：地震发震断层面参数分别为走向214°/倾角47°/滑动角96°,表现为一次高倾角的逆冲型事件.矩心在水平方向上位于震中（30.303°N/102.988°E）西南向约4.5 km,矩心深度约17 km.平均总标量地震矩M₀为1.16×10¹⁹ N·m,矩震级M_w约6.6.进一步模拟高达0.5 Hz高频波形,获得了芦山地震破裂过程图像,结果显示：此地震为一次不对称双侧破裂事件.破裂半径约15 km,整个破裂面积为706.7 km²,平均滑动量约0.231 m.破裂在8 s内释放了大多数能量.震后0~3 s内,破裂以孕震点为中心向四周同时扩展,3 s后,破裂表现出明显的方向性,主要向北北东扩展,导致位于震中北东向多数台站视破裂持续时间总体偏小,最小值为4 s.破裂约8 s后基本停止.     

芦山MS7.0地震长波辐射异常现象

以静止卫星长波辐射资料为数据源, 应用功率谱相对变化法对芦山M_S7.0地震进行分析研究. 结果表明, 芦山地震前在龙门山断裂带上及其西北地区出现了明显的长波辐射功率谱信息异常现象, 芦山地震发生在功率谱增强范围区的边缘. 临震时功率谱相对变化率幅值达到近几年来的相对极值, 约为平均值的8倍, 功率谱幅值(相对变化率)大于平均值2倍的持续时间约为65天, 功率谱幅值最大时大于平均值6倍的异常面积达12万km2. 短临异常信息表现特征与之前的中国大陆M_S≥6.5地震研究结果基本一致. 强震长波辐射功率谱信息特征幅值极值、 功率谱增强持续时间等短临异常特征识别较为容易, 且长波辐射资料可实时更新, 未来可将其应用于监测地震重点危险区, 特别是监测能力较差的强震多发区.      

青藏高原东南缘三维S波速度和径向各向异性及泸定MS6.8和芦山MS7.0地震孕震环境探讨

利用青藏高原东南缘布设的684个流动地震台和150个固定地震台的连续背景噪声波形数据, 提取了周期5~50 s的Rayleigh波和Love波相速度频散, 并反演获得了该区域下方0~70 km三维S波速度和径向各向异性结构. 结果表明: (1) 受川滇地块南部高速体的阻挡, 东南缘中下地壳内存在两条空间分布独立的低速带.西侧(L1)从川滇地块北部向南延伸至滇西南地块, 其中下地壳平均V_S小于3.4 km·s^-1并表现为正径向各向异性结构, 反映了高原中下地壳可能存在部分熔融和韧性变形; 东侧低速带(L2)沿着小江断层南北分布, 受到红河断层的阻挡, 弱物质不太可能进入滇西南地块, 该区域下地壳和上地幔顶部均显示较强的正各向异性, 推测其更可能是沿小江断层相互驱动的块体在横向挤压过程中引起的地壳部分熔融而导致. (2) 芦山M_S7.0地震位于龙门山逆冲断层南段, 泸定M_S6.8地震位于鲜水河走滑断层东南段, 两者都发生在地壳浅层高低速异常过渡带上, 但其深部孕震环境有所不同. 芦山震区西北部中下地壳低速体为负各向异性, 推测韧性物质沿着龙门山下方陡倾断层向上运移, 上地壳积累应力并通过薄弱区域释放导致了芦山地震的发生; 泸定震区为正各向异性的中下地壳韧性变形促进了川滇地块SE向的水平运动, 受刚性的四川盆地阻挡, 加剧了上地壳发震断层的滑动变形和应力积累, 脆性上地壳突然破裂导致了泸定地震的发生.

     

利用图像信息方法研究芦山MS7.0地震前川滇及附近地区的图像异常

图像信息方法是一种基于统计物理学的地震预测方法. 该方法通过严格的统计检验给出地震活动状态显著偏离平均状态的地区(即显著平静或显著活跃的地区), 称为“地震热点”. 以往研究结果表明该方法是一个预测效能较高的中长期地震预测方法. 本文利用中国地震台网中心提供的1970年以来的地震目录, 在剔除余震、 选取完备震级的基础上, 基于前期研究工作结果中预测效能较高的计算参数, 即网格尺度为2°×2°、 预测时间窗为9年, 分析2008年汶川M_S8.0地震后到2013年芦山M_S7.0地震前川滇地区的图像信息演化过程. 结果表明, 2009—2010年间芦山M_S7.0地震震中附近的鲜水河断裂带、 龙门山断裂带和安宁河断裂带交汇区(29°—31°N, 101°—105°E)存在明显的地震热点, 2011—2012年该地震热点缩小至(29°—31°N, 101°—103°E)范围, 2012年以后消失, 继而于2013年发生芦山M_S7.0地震. 本文还对比研究了网格尺度为1°×1°时的图像信息演化过程, 结果显示2009—2010年芦山地震附近的新津—成都—德阳断裂南部、 龙泉山西缘断裂南段、 马边—盐津断裂带、 峨边断裂带、 天全—萦经断裂带(29°—30°N, 103°—104°E)也出现过地震热点, 2011年以后该热点消失, 2013年发生芦山M_S7.0地震. 本文讨论了计算参数对预测结果的影响, 并根据目前存在的地震热点分析了川滇及附近地区今后强震发生的可能地点.      

芦山MS7.0地震建筑结构震害特征

基于2013年4月20日四川芦山M_S7.0地震灾区的房屋建筑震害调查资料, 初步分析了这次地震中建筑结构的震害特征. 结合典型建筑结构震害案例, 从抗震概念设计和抗震构造措施的角度对震害机理进行了探讨, 总结了结构抗震设计方面的经验和教训并给出了相关的建议. 分析表明, 农村自建的砖木和土木结构房屋的抗震能力普遍较差; 砖混结构和砌体-框架混合结构的抗震性能需要严格的抗震构造措施给予保证, 包括合理设置钢筋混凝土构造柱和圈梁, 合理设置承重墙的数量以及承重墙上开洞的数量和位置; 由于鞭梢效应造成的突出屋顶的楼梯间和加层的破坏需引起重视.      

2013年Ms7.0芦山地震的动力学破裂过程及其影响因素

2013年4月20日在四川芦山发生了Ms7.0地震,震源运动学反演结果给出了此次地震的破裂过程和同震滑动分布.为了更好地理解造成芦山地震破裂过程的力学原因,本文综合野外地质调查、余震定位、深地震反射剖面等结果,构建芦山地震铲型断层模型,以震源运动学反演结果为约束,将震源参数与震源附近的构造应力场结合,建立断层面上滑动量...     

Upper crustal anisotropy observed around the Longmenshan fault in the 2013 MS7.0 Lushan earthquake region

Based on the shear wave splitting analysis of the seismic recordings at 17 temporary stations and three permanent stations, we measured the shear wave splitting parameters (i.e., the polarization direction of fast shear wave and the time delay of slow wave) to perform a systematic analysis of the crustal seismic anisotropy around the Longmenshan fault in the 2013 M_S7.0 Lushan earthquake region. We observed apparent spatio-temporal characteristics in the shear wave splitting parameters. The spatial distribution of fast polarization directions showed a clear partitioning in the characteristics from northwest to southeast in the focal region, which changed from NW-SE to NE-SW. In the northwest of the focal region, the fast polarization direction was oriented to NW-SE, which was parallel to the maximum horizontal compressive stress direction. However, the NE-SW fast polarization direction in the southeast of the focal region was parallel to the Longmenshan fault strike. For station BAX on the Central fault in the middle of the focal region, the distribution of fast polarization directions showed a bimodal pattern, with one dominant in the NE-SW direction and the other in the NW-SE direction. With regard to the temporal variation, the time delays were large in the initial stage after the mainshock but then gradually decreased over time and tended to be stable in the later period. This indicated that stress in the focal region increased to a maximum when the main shock occurred, with the stress release caused by the mainshock and aftershock activity, and the stress gradually decreased after a period of time. The scatter of fast polarization directions was large after the main shock, but over time the scatter gradually decreased, indicating that the Lushan earthquake caused a large perturbation in the local stress field. As the stress gradually decreased and was adjusted by the aftershock activity, the perturbation gradually weakened.     

2015年尼泊尔MS8.1地震震源区S波三维速度结构与强震发生机理研究

利用2001-2003年期间在2015年4月12日尼泊尔M_S8.1级强震震源区流动地震观测记录到的连续波形数据,提取了5~25 s周期的瑞利波相速度频散曲线,并构建了尼泊尔地震震源区二维瑞利波相速度分布图像.以0.5°×0.5°为网格大小将研究区网格化,采用NA算法反演得到尼泊尔地震震源地区三维S波速度结构.结果显示,在上地壳,以主前锋逆冲断裂带（MFT）为界,其以北地区为高波速异常,而其以南为明显低波速异常;在中地壳,以藏南拆离系（STDS）为界,南北两侧速度结构也存在明显差别,以南地区为明显高波速异常,而以北地区为明显低波速异常.这些结构特征说明,印度板块与欧亚板块碰撞挤压作用形成地幔热物质上涌并造成地壳物质部分熔融,并由此形成了东西向拉张的南北向裂谷.2015年尼泊尔M_S8.1级主震和最大余震均发生于高低波速异常过渡区且偏向高波速异常区,暗示了这样的波速异常区易于积累能量孕育强震.主震和最大余震的南侧均存在明显的低波速异常,与主喜马拉雅滑脱断裂带（MHT）相对应,可能代表部分熔融或深部流体作用于主边界断裂带（MBT）附近的MHT断裂带,降低断层面上的有效正应力,从而触发尼泊尔强震及最大余震的发生.主震与最大余震之间的余震分布于高低波速异常变化较为明显的地区,说明研究区内地震的发生受震源区附近的速度结构控制.     

2017年四川九寨沟MS7.0地震前区域重力场变化

利用南北地震带2014-2017年期间的流动重力观测资料,系统分析了区域重力场变化及其与2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震发生的关系.结果表明：① 区域重力场异常变化与北西西向塔藏断裂和南北向岷江断裂带在空间上关系密切,反映了沿控震断裂在2013-2017年期间发生了引起地表重力变化效应的地壳变形和构造活动.② 九寨沟地震前,测区内出现了大空间范围的区域性重力异常,而震源区附近产生了局部重力异常,沿塔藏断裂带形成了重力变化高梯度带,其中,甘肃玛曲、迭部、青海河南蒙古族自治县、四川若尔盖、九寨沟一带重力差异变化达100×10^-8m·s^-2以上;这些可能反映九寨沟地震前,区域及震源区附近均产生与该地震孕育、发生有关的构造运动或应力增强作用.③ 九寨沟地震震中位于重力差异运动剧烈的鞍部等值线附近,与断裂走向基本一致的重力变化高梯度带零值线上,这一观测事实进一步佐证了重力场动态变化图像对强震地点预测具有重要的指示意义.

     

前郭MS5.8和松原MS5.7地震震源区地壳速度结构与孕震环境

为了解2013年11月23日吉林前郭MS5.8和2018年5月28日吉林松原MS5.7地震震源区的地壳速度结构及其孕震环境,本研究收集了东北地区CEA固定台站、NECESSArray流动台站和五大连池WAVESArrary流动台站的连续波形数据,使用背景噪声成像方法,获得了前郭地震和松原地震震源区地壳S波速度结构.结果显示,这两个地震主要发生在相对高波速异常区,而震源区下方存在明显低波速异常,且该低速层呈北北东走向,并有向北延展的趋势.结果表明,震源区相对高波速异常区易于积累能量孕育地震,而震源区下方的低波速异常可能代表了流体作用.这种流体作用会降低断层面有效正应力从而触发地震.这种流体作用可能和太平洋板块深俯冲至我国东北地区（包括前郭地震和松原地震震源区）下方的地幔转换内形成"大地幔楔"结构与动力学密切相关.在"大地幔楔"结构中,由于地幔转换带中滞留板块脱水作用和地幔角流作用,容易形成热湿物质上涌,进而导致松辽盆地中北部岩石圈物质拆沉、地幔流体入侵至中下地壳、然后作用于断裂带,从而导致了两个震源区中强度地震的发生.     

2017年九寨沟MS7.0地震震源区横波分裂变化特征

对2017年九寨沟M_S7.0地震序列的横波分裂的时空变化特征进行了分析.通过横波窗内S波质点运动图的分析,从九寨沟地震震源区各个地震台站的近震横波记录中提取了横波分裂的快波偏振方向和慢波延迟时间.观测结果显示,震源区各台站的上地壳各向异性在空间上存在分区特征,时间上有随时间的趋势性变化特征.空间上,位于震源区北部余震区内的3个台站中,发震断层东面的台站L5112和L5111只有一个突出的快波偏振优势方向（NNE向）,而西面的L6202台有两个快波偏振优势方向（除了NNE向,还有一个近EW向）,体现了余震区剧烈调整的地壳应力和构造复杂断裂的综合作用;余震区外的3个台站中,震源区东部靠近塔藏断裂（东）附近的JZG台的快波偏振优势方向为NW向,与塔藏断裂（东）的走向一致,南部的台站L5110和L5113的快波偏振优势方向为近EW向,与区域主压应力方向一致;余震区内各台站的平均慢波延迟时间大于余震区外各台站,反映了九寨沟地震孕育过程中余震区的应力积累强于其周边区域.时间上,快波偏振方向在主震后前期离散度较大,随着时间的推移,离散度在后期有逐渐变小的趋势;慢波延迟时间在主震后较大,但随着时间的推移,也表现出逐渐减小,趋于稳定.横波分裂随时间逐渐减小和趋于稳定的变化特征反映了九寨沟地震在孕震中积累的应力,随着主震和余震的发生而导致的应力释放和调整,应力大小和调整幅度逐渐减小,后期趋于稳定.