地震活动时空演化中看到的龙门山断裂带地震孕育的几个现象

龙门山断裂带在先后5年中发生了2008年汶川M S8强震和2013芦山M S7强震。研究龙门山断裂的地震活动特点,分析地震发展形势成为人们关注的焦点。文中从龙门山断裂带40多年的地震时空演化出发探讨了汶川地震孕育过程中的几个现象:1)孕震范围远小于发震范围,说明在有限断层段上孕育的地震在快速失稳过程中可以连接和扩展成规模很大的失稳断层;2)汶川地震前孕震区小震密集,持续了8年以上,而无明显错动和变形,意味着汶川断层段可能经历了强烈的碎裂方式的挤压应变,在碎裂达到一定程度后失稳;3)为进一步了解震前主震区附近的变化,研究了紫坪铺水库专用台网记录的2004年以来主震附近区域的小震活动的时空过程。结果显示,震前主震附近区域的地震活动曾在2005年10月和2006年10月发生过2次沿断层走向的扩展,扩展时间恰巧与紫坪铺水库2次高水位相呼应。其中,2006年10月地震活动的扩展范围大,震级高。这对说明汶川地震最后的失稳过程十分重要。此外,文中还讨论了汶川地震的发生过程与断层几何相关以及芦山地震没有直接发生在汶川地震后,而是发生在多年后的可能原因。研究结果有助于认识逆断层型强震孕育过程。     

龙门山断裂带最新地震活动特征及其意义

综合最新布设的龙门山断裂带地震空段台阵（LmsSGA）与四川省地震局固定地震台网数据,对龙门山断裂带新近一年（2016年11月21日到2017年10月28日）的23479个地震事件开展双差定位工作,共获取包括汶川地震余震和芦山地震余震在内的6111个重定位地震事件.在此基础上,分别与汶川地震和芦山地震的早期余震空间分布特征进行比较.研究发现在汶川地震发生近十年后,其余震活动依旧活跃.汶川地震现今余震活动主要分布在10~25 km的深度区间,震源深度呈现西南段较东北段偏深的特征.此外,汶川近年余震分布相比早期余震偏深,破裂带西南段的余震活动有向深部迁移的趋势.对于芦山地震,其近期余震活动较弱,余震主要分布在10~15 km的深度区间,比早期余震的分布区间偏浅.龙门山断裂带最新余震活动分布特征表明,余震活动随着时间的推移有迁移的现象.考虑到距离主震事件已分别有5~10年的流逝时间,余震迁移现象可能由以流体扩散方式为主的准静态应力机制触发.

     

近场全波形反演：芦山7．0级地震及余震矩张量解

自2008年汶川发生8．0级地震以来,龙门山断裂带上发生了数百个大于M1.4．0的余震,但是,断裂的东北端以及西南端附近很少有较大地震发生。2013年4月20日,雅安芦山再次发生了7．0级强震,该地震恰好位于龙门山断层带西南端的彭县一灌县断裂带上。主震发生后,截至4月23日,四川省数字遥测台网记录到了52个MI．≥4．0的余震。     

龙门山断裂带及其周边地区重力场 和岩石层力学特性研究

继2008年汶川M_S8.0地震之后, 2013年4月20日又发生了芦山M_S7.0地震, 两次地震的发震构造同属龙门山断裂带. 根据最新的重力和地形资料, 采用岩石层弹性板模型, 计算了龙门山断裂带及其周边地区的二维岩石层有效弹性厚度分布, 并从岩石层的力学特征分析了穿过两次地震震中位置的重力剖面特征; 结合以往在该地区的研究成果, 分析了岩石层的力学变形问题. 结果表明, 以龙门山为界, 四川盆地所在的扬子板块弹性厚度为33(±4) km, 龙门山西北的松潘—甘孜地块的弹性厚度为13(±4) km, 两侧岩石层存在明显的力学强度差异. 包括两次地震震中范围的龙门山断裂带南部区域的有效弹性厚度值小于北部地区, 说明该区域的岩石层更容易发生变形, 可以解释在构造上具备强震发生的岩石层动力学条件.     

芦山M_S7.0级地震与龙门山断裂带的活动性

2013年4月20日四川省芦山县发生了MS7.0级强烈地震,该地震的发生与龙门山断裂带的活动有直接关系。通过研究龙门山断裂带及周边区域的形变监测资料,得出：龙门山断裂带的活动趋势取决于巴颜喀拉块体与四川盆地的相对运动,而其运动的主要动力来自青藏高原和上扬子克拉通地块的推挤。结合发震区域地质构造和地壳形变观测数据分析结果,论述此次地震与龙门山断裂带的活动关系,并提出未来5年重点监视区域。     

龙门山断裂带横断层地质特征及其控震作用

利用区域地质、构造、遥感地貌、地球物理、野外露头等多方面的证据,标定出龙门山断裂带横断层。在分析卧龙—怀远、虎牙断裂南段和白龙江等横断层特征及分布的基础上,探讨了横断层的控震作用。研究认为,龙门山断裂带横断层具有独立发震、使龙门山主断裂带分段活动及分段发震、与主逆冲断裂联合发震、在主震发生后控制余震传播和引发余震等多种方式的控震作用。     

利用地震矩张量演鲜水河断裂带现今运动学特征

本文探讨了利用地震矩反演断裂形变带运动学参数的基本理论和方法，将其初步应用于鲜水河断裂形变带变带分析和运动机制的研究。结果表明，鲜水河断裂带呈现出走向拉伸，倾向压缩的形变格局。由地震矩反演的断裂带剪切形变速率（１０．９ｍｍ／ａ）与用地质学估算方法（１７ｍｍ／ａ）和现今地过壳形变测量（８ｍｍ／ａ）的结果相当。同时，反演出的变主方向能解释鲜水河断裂现今活动分段性特征以及多种滑动方式共存的现状，从而证明     

利用地震矩张量反演阿尔金断裂带现今运动学特征

利用地震矩张量反演断裂形变带运动学参数的方法,应用于阿尔金断裂带现今运动学特征的研究。结果表明,阿尔金断裂带以沿Ｓ１４°Ｅ的压缩运动为主,压缩速率为１．１３ｍｍ／ａ;同时,断裂带还以０．１７ｍｍ／ａ的速率发生左旋剪切运动     

龙门山断裂带北段深部结构与反射地震特征

2008年5月12日汶川M_W7.9特大地震发生在龙门山断裂带,龙门山断裂带深部结构的复杂性制约了地震的破裂过程.通过对研究区区域地质、汶川地震前后采集的地震反射剖面等研究,在对龙门山北段汶川地震断裂带的深部结构和反射地震特征进行了分析的基础上,探讨了它对地表破裂过程的制约.研究结果表明,在地震剖面上,断裂带表现为能量破碎、联系性差;频率剖面上显示整体剖面频率在5~45 Hz,断裂带呈现频率低（15~26 Hz）等特征.龙门山北段映秀—北川断裂在10 km以上是一条倾向北西的高角度走滑兼逆冲性质的断裂,倾角50°~70°.它分割了西侧的轿子顶杂岩和东侧的唐王寨推覆体,错断了早期形成的逆冲岩片,从南到北总位移量由大变小.它高角度的几何形态约束了断裂以走滑为主兼逆冲分量的运动性质,降低了地表滑移量,影响了地震破裂过程以及余震沿断裂带两侧分布的特性.

     

龙门山断裂带重力变化与汶川8.0级地震关系研究

利用成都地区1996~2008年绝对重力和相对重力观测资料获得区域重力场时空动态变化结果,系统分析了龙门山断裂带重力场变化特征及其与汶川8.0级地震的关系.①重力变化与龙门山断裂构造活动存在密切空间联系,重力测量较好地反映了伴随活动断层的物质迁移和构造变形引起的地表重力变化效应.②成都地区重力场动态图像较完整地反映了2008年5月12日汶川8.0级地震孕育、发生过程中出现的流动重力前兆信息.③映秀及北川重力点值时序变化累积量达120×10^-8m·s^-2,较好地反映了汶川地震前映秀和北川两个极震区附近的重力测点随时间的剧烈波动性上升变化.④汶川地震前,龙门山断裂带东侧的四川盆地相对稳定,而较显著的重力变化发生在龙门山断裂带西侧的川西高原上.     

芦山地震、汶川地震与龙门山地区水汽异常

对龙门山地区水汽动态的分析研究表明,在2013年芦山MS7.0地震和2008年汶川MS8.0地震前,龙门山地区大气相对湿度异常频次都出现了先逐年下降,然后快速回升的过程;下降时间较长,10a以上,上升时间较短,1~2a;震中位于异常频次相对下降和上升幅度都是最大的中心或邻近区域。在地震孕育中期阶段发生水汽异常趋势变化的原因可能是由于岩层裂隙的张合、地下流体的运动和地热能的变化,影响地面温度和潜热交换的速度所致。在地震孕育的中长期阶段(10a~几a),地壳岩石受压缩变形,孔隙、裂隙不断闭合或减少,由地下释放的热水、热汽减少,潜热交换速度也随之降低,相对湿度异常频次表现为逐年下降的趋势。在地震孕育的中短期阶段,地壳岩石变形进一步加大,可能导致微破裂不断扩展,由地下释放的热水、热汽由减少转为增加,潜热交换速度由降低转为迅速增加,相对湿度异常频度也表现出由逐年下降转为突发的快速上升。     

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Mw7.9级地震和2013芦山Mw6.6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（Mw>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（Mw>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孕震构造运动特征分析

根据弹性回跳理论,利用1999至2007年相对中国大陆的三期GPS水平运动速度场资料,着重对每一期跨龙门山断裂带的GPS站点运动速度,在平行龙门山断裂带上的投影速度进行计算,在此基础上,以图示和幂函数拟合方式,分析了龙门山断裂带两侧地面相对运动变形情况。结果显示:汶川8.0级地震前龙门山断裂带两侧地面相对运动出现了右旋剪切运动,且这种右旋剪切运动受阻于龙门山断裂带。这对于识别判定孕震弹性应变能积累变形异常,进而开展地震预测与研究具有积极意义。     

汶川8.0级地震前龙门山断裂带能量场变化

在大地震的孕育和发生过程中,沿断裂带的应力-应变状态与断裂带周围微震活动有着密切的关系.震前沿构造断裂带附近地震活动的能量释放更能反映地震孕育的动态过程.本文采用自然正交函数展开方法,讨论了2008年汶川8.0级地震前沿龙门山断裂带地震活动能量场的时间变化.结果表明,在汶川8.0级地震前,沿龙门山断裂带能量场的几个主要特征值对应的典型场的时间因子出现非常明显的短期上升变化,可能是该次地震短期异常信息.通过对比分析1976年唐山地震等震例认为,研究沿活动断裂带地震活动能量场的时间变化,可以对地震中长期判断有较大危险性的活动断裂区进行有目的的重点监测和预测.     

龙门山断裂系及邻区地壳重力均衡效应与汶川地震

龙门山断裂系位于松潘-甘孜山地与成都盆地平原之间,地形高差达3500±500 m.根据重力资料给出四川中西部成都盆地、龙门山、邛崃山区、松潘等川西山地(102°E～105°E,30°N～33°N)的地壳厚度(Moho界面深度)分布.为了探究汶川大地震孕育与发生的原因,将其与据艾里(Airy)大陆均衡理论给出的理论均衡地壳厚度进行对比分析,以探讨该地区的地壳均衡状态.研究结果表明:龙门山断裂带系及以西地区深部地壳是处于很不均衡的状态.为了深化认识重力均衡与大地震的相关性,尚需对该地区深部结构与地壳重力均衡效应作精细研究.同时,本文上述研究结果亦有益于震后确定城镇布局和为不同类型建筑物重建选址方面提供深部要素.     

地震矩张量及其反演（讲座）

地震矩张量及其反演（讲座）陈培善（中国北京１０００８１国家地震局地球物理研究所）编者按：在中国科学技术大学研究生院开设的“地球物理进展”课程，由工作在第一线的诸多专家投诉。乃程内容翔实丰富，反映了当前地球物理到邓５受新进展。深受研究生和广大学者的欢迎...     

汶川余震矩张量时空分布特征

自2008年5月12日至2010年9月,数字遥测台网记录到了超过300个(M≥4.0)汶川余震.为了更好地了解汶川地震序列的震源动力学特征,我们搜集了信噪比相对较高的宽频带数据,根据前人在四川及邻近地区的速度剖面的研究结果,并通过多次测试,建立了4个不同的分别适合于四川盆地,龙门山断裂的西南山区、西北山区、以及东南地区的速度模型;利用TDMT_INVC方法计算矩张量,最终得到了160个余震的较好的矩张量解(图1).     

米亚罗断裂活动与汶川地震序列活动的关系

在挤压应力的背景下,龙门山断裂带南段的米亚罗断裂在汶川地震序列过程中却发生了大量的走滑型地震。为研究其原因,分区反演了米亚罗断裂附近的应力张量。结果显示:米亚罗断裂南北两侧主压应力轴走向近乎垂直于龙门山断裂带走向,倾角近水平;主张应力轴走向近竖直。而米亚罗断裂主压应力轴走向为SWW-NEE,倾角近水平;主张应力轴走向为NNW-SSE,倾角近水平,与该断裂受到左旋剪切力的应力状态相符。据此推测米亚罗断裂在汶川地震序列过程中的活动是由于该断层两侧受力不均衡导致撕裂引起的。为理解以上分区内余震的破裂模式,将各区余震的矩张量进行叠加得到各区的综合地震矩张量,发现米亚罗断裂南侧与北侧综合地震矩张量各分量分布趋势相似(表明其破裂模式具有一致性),且南侧大部分分量大于北侧,尤其是垂直于龙门山断裂带走向的水平压缩分量和竖直方向的膨胀分量,说明南侧向SE逆冲的分量大于北侧的对应分量,两者的差异导致了米亚罗断裂的撕裂,并且这种撕裂的分量与南北两侧逆冲分量的差异大致在同一量级,故完全可以由南北两侧的逆冲差异解释其活动原因。根据以上研究提出了能对上述现象进行解释的米亚罗断裂活动的动力学模型。     

龙门山断裂带中北段大震复发特征与复发间隔估计

汶川MS8.0地震发生在青藏高原东缘著名的龙门山断裂带上,造成了从映秀、北川至南坝长约240km的同震地表破裂带．然而目前关于龙门山断裂带的大震复发特征研究较少．通过地震地质科学考察和断层断错地貌的差分GPS测量,发现第一级河流阶地、河床和河漫滩上的垂直断距大致相当,均代表汶川地震的位错,而第二级河流阶地上的累计位移大致是最新地震垂直位移的2倍．利用断错地貌、地震矩率和滑动速率3种方法,分别估算了龙门山断裂带大地震的复发间隔．结果表明:龙门山断裂带中北段可能发生与汶川大地震相当的地震,大震复发符合特征地震模型;大震复发间隔为3000——6000a．该结果可为龙门山断裂带的大震预测和地震危险性评价等研究提供重要的定量数据．