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。     

汶川MS8.0地震余震震源机制时空分布特征

本文利用CAP波形反演方法,获取了汶川M_S8.0地震序列中312个具有较高信噪比波形资料的4级以上余震的震源机制解和震源深度. 基于震源深度空间分布与震源机制时空分布,分析了主震后余震区断层行为特征与应力场时空变化,并对龙门山断裂带中北段的发震断层面几何形态进行了初步探讨. 获得的主要认识如下:(1)余震震源深度分布存在显著的空间分段差异. 绵竹以西的余震区南段与平武以东的北段余震深度范围大于中段(绵竹-平武段),但深度小于5 km的5级以上超浅源地震主要分布在明显偏离龙门山断裂带走向的理县NW向分支与余震区北端NNE向分支,而中段余震主要分布在7~19 km深度. (2)余震机制类型存在明显的时空差异. 余震区中段逆冲型地震占绝对优势,理县NW向分支余震则以走滑型为主,机制类型随时间变化不显著. 沿龙门山断裂带走向的余震区南段,早期(2008年8月底前)逆冲型地震比例高于走滑型、晚期走滑型地震比例显著升高并超过逆冲型;而余震区北段早期走滑型地震占绝对优势、晚期逆冲型地震比例大幅上升且超过走滑型. 南、北两段余震机制类型比例的显著变化,可能是余震区两端断层调整性运动的表现. (3)节面走向及P轴方位优势方向均存在显著的空间差异. 南段NWW向P轴方位与区域应力场一致,中段及理县NW向分支P轴优势方向NEE,而北段具NWW和NEE两个优势方向,这种差异反映了余震活动除了受区域应力场控制外,还受到主震引发的局部应力场的控制. 节面走向的多方位分布则反映不同走向的构造参与了主震后的余震活动. (4)沿龙门山断裂带走向,余震区南段具深部缓倾角、浅部高倾角的铲形断面特征;中段深部倾角均值较稳定、浅部倾角均值随深度减小而增大;北段倾角均值相对稳定,显示其断面几何形态相对简单. 上述不同区段倾角均值随深度的变化揭示龙门山断裂带中北段断层面几何形态复杂.     

龙门山断裂带南段应力状态与强震危险性研究

龙门山断裂带可分为南段、中段和北段,2008年汶川M8.0级地震发生在该断裂带中-北段. 龙门山断裂带南段是否存在发生强震的危险性倍受关注. 利用1977-2012年四川区域地震台网资料,获得了龙门山断裂带南段的地震活动性参数b值图像以及汶川地震前、后b值的差值Δb图像. 同时,根据宽频带数字地震波形资料,计算了2007年以来南段及附近区域M_L≥3.8级地震的视应力. 结果表明,2008年汶川地震后,龙门山断裂带南段天全-芦山、泸定和宝兴北部等区域应力增强,而靠近汶川余震区南端的大邑地区应力水平降低. 天全至宝兴段应力水平相对较高,具有发生中-强地震的条件. 鲜水河断裂带康定以南段应力水平低,短期内发生强震的可能性较小.     

汶川地震余震序列的地震各向异性

利用2008年5月12日汶川地震震源区及周边地震台站记录的余震序列资料,使用剪切波分裂系统分析法,分析了汶川地震发震构造龙门山断裂带及周边地区的地壳各向异性特征,推断了地壳最大主压应力方向及空间分布特征.研究结果表明：大致以安县为界,位于龙门山北东段的台站快剪切波的偏振方向为北东向,与断裂带走向一致;而位于龙门山西南段的台站快剪切波的偏振方向为北西向,与断裂带走向垂直;这个特征同样揭示出龙门山断裂带西南段逆冲、北东段带有明显走滑性质的特征.研究还显示,靠近龙门山与鲜水河、安宁河小江断裂交汇区附近的台站快剪切波的偏振方向表现比较离散,这可能是由震源区局部的复杂地质构造引起,与该地区复杂的主压应力方向特点一致.     

芦山地震前龙门山断裂带闭锁程度 与变形动态特征研究

利用1999-2007和2009-2011年中国大陆GPS水平速度场数据, 采用DEFNODE(反演计算弹性岩石圈块体旋转、 应变和块体边界断层闭锁或同震滑动的Fortran程序)负位错反演程序估算了芦山地震前龙门山断裂带的三维闭锁程度, 并结合剖面结果分析了断层深浅部变形特征. GPS反演结果表明, 1999-2007年, 龙门山断裂中北段(闭锁比例为0.99)处于强闭锁(本文将闭锁比例大于0.97的称为强闭锁)状态; 龙门山断裂南段地表以下深度16 km内为强闭锁, 深度16-21 km处闭锁比例降低为0.62, 深度21-24 km处整条断裂逐渐转变为蠕滑状态. 2009-2011年, 即汶川地震后, 龙门山断裂中北段处于震后蠕滑状态; 龙门山断裂南段深度16-21 km处闭锁比例降低为0.45, 其它位置闭锁程度保持不变. GPS剖面结果显示, 2009-2011年, 即汶川地震后, 龙门山断裂中北段为逆冲兼右旋走滑运动; 而南段断层不能自由滑动、 变形宽度较大. 综合分析认为, 汶川地震时, 龙门山断裂南段并没有发生破裂, 一直处于较强的闭锁状态, 汶川地震的发生又加速了芦山地震的孕育进程; 由于龙门山断裂带南段的闭锁深度较中北段浅, 因此芦山地震较汶川地震强度低、 震级小、 破裂范围窄.      

巴颜喀拉块体东部活动块体的划分、形变特征及构造意义

基于活动块体的基本概念,综合对研究区内活动断裂带空间展布、地震活动性等资料的分析将巴颜喀拉块体东部及邻区划分为巴颜喀拉块体（I）、华南块体（Ⅱ）、川滇块体（Ⅲ）和西秦岭块体（IV）等4个一级块体.利用GPS形变场、地球物理场等资料结合F检验法,将巴颜喀拉块体划分为阿坝（I₁）、马尔康（I₂）和龙门山（I₃）3个次级块体,将西秦岭块体划分为岷县（IV₁）和礼县（IV₂） 2个次级块体.利用分布在各个块体内部的GPS测站,计算各活动块体及块体边界断裂带的运动变形特征.结果表明：各活动块体的整体运动包括平移和旋转运动;东昆仑断裂带、甘孜—玉树断裂带和鲜水河断裂带的滑动速率明显高于龙门山断裂带的滑动速率;巴颜喀拉块体东部走向北西或北西西的边界断裂表现出左旋拉张的特性;走向北东的边界断裂带,除成县—太白断裂带外,均表现出右旋走滑兼挤压的活动特征.巴颜喀拉块体的东向运动存在自西向东的速度衰减,衰减主要被龙日坝断裂带和岷江断裂带分解吸收,其中龙日坝断裂带的水平右旋分解非常明显,约为~4.8±1.6 mm/a,岷江断裂带的水平分解较弱.龙门山断裂带被马尔康、龙门山和岷县等次级块体分成南、中、北三段,龙门山断裂带中段上的主压应变率要明显小于龙门山断裂带南段上的应变率,其北西侧变形幅度从远离断裂带较大到靠近断裂带逐渐减小,表明其在震前已经积累了较高的应变能,有利于发生破裂滑动.汶川地震后,地表破裂带和余震分布揭示的断裂带运动性质自南西向北东由以逆冲运动为主,逐渐转为逆冲兼走滑的特征可能与龙门山断裂带中段所受主压应力方向自南西向北东的变化有关.马尔康、龙门山和岷县3个次级块体与华南块体之间较低的相对运动速度以及龙门山断裂带低应变率、强闭锁的特征都决定了汶川地震前龙门山断裂带低滑动速率的运动特征.     

龙门山断裂带晚第四纪的大地震活动——来自古地震研究的资料

2018年5·12汶川地震后,龙门山断裂带的大地震活动特征一直是倍受关注的科学问题.而探槽古地震研究是最直接揭示活断层带晚第四纪大地震活动规律的重要途径.本文通过系统总结龙门山断裂带近十年来探槽古地震研究成果,全面分析了龙门山断裂带不同段落的晚第四纪大地震活动与复发特征.结果显示：龙门山断裂带的大地震活动具有明显的分段性,北川—映秀断裂和江油—灌县断裂中段（包括小鱼洞断裂）是全新世以来,最为活跃的段落,约距今6000年以来,发生过3次位移量近似相等的事件,分别发生在5920—5730 cal BP和3300—2300 cal BP,大地震活动具有3000年左右的准周期复发特征;北川—映秀断裂的北段具有独立破裂的能力,该段汶川地震前一次事件发生在大约665—1030 AD,可能是历史上记载的942 AD地震事件,另一次事件发生在8240—7785 BC;江油—灌县断裂的南段（大川—双石断裂）发震能力明显弱于断裂带中段和北段.现有古地震数据表明,沿北川—映秀断裂,除汶川地震以外,并未显示出不同段落间在全新世期间存在级联破裂的证据,这可能意味着2008年汶川M8地震是龙门山断裂带上罕见的巨大地震事件.另外,青川断裂上探槽揭露的古地震变形事件不像是断裂直接位错的结果,更可能是被动响应北川—映秀断裂右旋位错的现象.     

5.12汶川地震后龙门山断裂带东北段现今地应力测量结果分析

5.12汶川大地震发生后,在龙门山断裂带东北段,开展了6个钻孔的原地应力测量工作.测量钻孔分别位于龙门山中央断裂带上下两盘的平武、北川、江油和广元等地.钻孔孔深在200~500 m之间,共取得了72个测试段的地应力测量数据,以及其中33个测段的印模定向试验数据,由此获得了每个测点处地应力的赋存状态,包括地应力量值随孔深的变化以及地应力作用方向.根据库仑准则,结合Byerlee定律对各测点实测数据进行分析,可以看出,龙门山断裂带上盘现今地应力的作用强度高于下盘.其上、下两盘现今地应力赋存状态特征及其差异性显示出该区域处于不均衡的应力环境,容易导致断裂失稳而产生新的活动;印模定向试验数据表明,龙门山断裂带东北段的北川、江油、平武的最大水平主应力优势方向为NEE向;广元附近为NWW或近东西方向.结合已有的研究成果,初步得到龙门山断裂带现今地应力作用方向的分段性特征,即大致以北川为界,龙门山断裂带东北段应力方向显示了与西南段不同的特征.其西南段现今地应力的优势作用方向为北西方向,而龙门山断裂带东北段,自江油、北川、平武一带至广元、青川附近,其现今地应力的最大水平主压应力的优势作用方向呈现了NEE→NWW的赋存状态和变化趋势.本文获得的研究结果对于认识5.12汶川特大地震的动力学机制具有一定的借鉴和启示作用.     

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.     

芦山7.0级、汶川8.0级地震与巴颜喀拉地块东缘区域历史地震

2013年4月20日在龙门山断裂南段发生的芦山M7.0级地震已过去近1年.本文根据四川省地震台网资料和收集的国内外相关历史资料,研讨了巴颜喀拉地块东缘区域龙门山断裂、岷江断裂、虎牙断裂等历史地震活动;分析了龙门山断裂带2008年5月12日汶川8.0级和2013年4月20日芦山7.0级地震余震时空、震源机制及破裂扩展等特征;讨论了巴颜喀拉地块东缘区域的能量释放特征等.结果表明:(1)芦山7.0级地震西南的龙门山断裂南段仍存在尚未破裂的背景性破裂空段;(2)芦山7.0级地震与汶川8.0级地震两余震区之间的空段区存在能量待释放;(3)龙门山断裂中北段(在汶川余震区内)的北川附近存在能量释放不充分的局部区域.     

兰州地震研究所发展的三段历史回顾

对兰州地震研究所的三段历史作回顾,分别为国家地震局、中国地震局兰州地震研究所的体制沿革变迁,中国科学院地球物理研究所;中国科学院兰州地球物理研究所观象台早期创建;兰州地震研究所硕士点早期阶段。     

山西大同数字遥测地震台网记录的震相特征

从地球及地壳的分层结构出发，使用较成熟的理论，从地震波传播的基本原理入手，结合多年的震相观察分析工作实践，选取了山西大同数字遥测地震台网近年来的一些典型震相进行了分析，得出本台网记录到震中距小于100km的地方震震相有Pg，P11，Sg，S11震中距在100km～500km的近震震相有Pn，Pg，P11，Sn，Sg,S11对比分析了在本台网内及周边地区发生的爆破与天然地震在震相上的差异性，并对其特征作了较详细的描述。     

江西省地震局虚拟专用网(VPN)建设

叙述了在FreeBSD环境下构建基于PPTP的VPN网关的过程和技术，分析了基本概念、实现方式以及在江西省地震信息网的实际应用等。     

山东数字地震台网子台背景噪声位移值的分布特征

利用山东数字地震台网的实时记录波形资料,采用在频率域积分方法,计算出各台站背景噪声的位移值。然后进行统计分析,得出了山东地区背景噪声位移值的空间分布和时间变化特征：台站背景噪声幅值与不同地区地质环境、岩性密切相关,位于第四系黄土覆盖层较厚的鲁西聊城、菏泽地区,鲁西北德州地区和鲁北东营、滨州地区各子台的背景噪声位移值较大,鲁中、鲁南山区和胶东半岛地区的基岩台站背景噪声位移值较小;同时,白天噪声值大于夜间噪声值,但深井观测台站的背景噪声值相对稳定。此项研究为绘制台网监测能力图提供基础数据,并为计算各台站的场地响应及震级修正值等测震学研究提供基础资料,促进台网的改建和发展。     

对齐误差对测试地震计自噪声的影响

本文在理论上研究了对齐误差对测试地震计自噪声的影响。指出对齐误差影响到2台仪器记录间的计算互功率谱密度, 进而影响到被测仪器记录间相干函数计算, 最终影响到被测仪器的自噪声计算。发现当存在对齐误差时, 在信噪比较高频段计算得到的自噪声水平比仪器的实际自噪声水平要高, 在一般的实际测试中可能高20 dB以上。为了消除对齐误差对自噪声测试的影响, 提出通过投影逆变换把观测记录变换到标准坐标系下, 再用变换后的观测记录来计算地震计自噪声。给出了基于以上思路和传感参数对比测试方法的地震计自噪声计算处理流程, 合成数据、 实际测试数据的处理检验计算结果表明, 本文方法可以有效克服地震计自噪声测试中对齐误差的影响。     

山西夏县中心地震台温泉水化学特征

采集夏县中心地震台温泉水及周边水点样品进行水化学组分特征分析。利用矩形图、Na-K-Mg三角图等方法,初步分析温泉水的水质类型、水-岩平衡状态、热储温度以及循环深度等,并结合氢氧同位素组成特征,初步分析温泉水补给来源。研究表明,夏县中心地震台温泉水化类型属于Na-Cl·SO₄型,水-岩反应属于部分成熟水,热储温度为148.8℃,循环深度为3.91 km,补给源主要为大气降水,温泉为断裂型温泉。以上结果可为该台流体异常分析提供基础研究资料,为夏县地区水化研究奠定基础。     

裂隙岩体渗透性空间分布的指示克里格估值

本文较详细介绍了指示克立格估值的基本方法和原理，以指示变异函数为基本工具分析了向家坝坝址区裂隙岩体渗透性空间分布的结构特征，表明该址区裂隙岩体渗透性存在明显的各向异性特征；在此基础上用指示克立格法对未采样点处进行估值，估值结果显示坝址区裂隙岩体渗透性存在明显的壳状渗透结构特征.通过这一实际应用，表明指示克立格法可以较好地描述裂隙岩体渗透性的空间分布规律.     

前兆场变化在地震空间位置判断上的应用

运用福建前兆观测台网资料,分析了形变应力场和水位震后效应场等前兆场的空间变化规律与福建区域地震的相关性.结果显示,福建多次ML＞4.5地震的孕育过程均伴随着形变应力及水位震后效应的成场.研究认为,当形变应力场与水位震后效应场的时空演化规律趋于一致时,这一区域就具备发生中强以上地震的背景条件,跟踪分析形变应力场及水位震后效应场的空间迁移规律,可对未来发生的地震的空间位置做出较为准确的判断.     

库水压力作用下不同类型断层诱发水库地震的可能性分析

根据断裂力学原理,研究了水库蓄水后,在原有产生断裂的地应力基础上库水产生的附加应力,并分析了张开和闭合断裂的应力强度因子的变化趋势和正断层、逆断层及走滑断层发生扩展的可能性,从而揭示不同断层诱发水库地震的可能性。     

Impacts of sparing use of water on farmer income of China

We examine relationships between nationwide sparing use of water and farmer income of China in this article. As increasing implementation of water projects and irrigation system, the cost of water use has increased in many regions. However, as local policy-oriented urban expansion and ecological restoration have carried out during the past decade, water demand has increased. The spatial distributions of water use and farmer income are uneven and their relationships are ambiguous over time, especially it is uncertain that farmers can benefit from those so called water-saving programs when urban expansion grows faster in China. Based on consumption theory, empirical results of Blundell–Bond dynamic panel-data model with generalized method of moments (GMM) estimators indicate saving one percent of water has positive impacts at 0.085–0.35 percent on farmer income in the following statistical year. Population has negative impacts on farmer income. Particularly in Central China, one percent of increase in population will statistically significantly decrease 0.276 percent of contemporaneous farmer income. Particularly, in Eastern China with large population during years 2004 through 2012, the total amount of water use increases one percent, contemporaneous farmer income loses 0.04 percent. Thus, saving water can benefit future farmer income, and it indicates that urban expansion may induce the diversion of resources and agricultural production from rural to urban area. Policy implication of relationships between water allocation and farmer income distribution caused by water-saving programs needs to be further studied at regional scale, in particularly to the regions with large population and urban expansion in China.