1966年邢台强震群震前、 同震和震后断层运动特征分析

在1966年3月邢台强震群水准观测基础上, 本文首先对同震位移和数值模拟结果进行了对比, 认为邢台强震群发震断层浅层是牛家桥阳断层和永福庄断层, 深部发震断层是倾向北西的北东向断层; 然后以区域水准观测为约束, 通过反演给出了邢台强震群震前断层无震滑移、 同震断层位错和震后断层余滑空间分布。 结果表明, 震前显著无震滑移主要发生在3月8日6.8级前震的发震断层上, 而3月20日宁晋7.2级和6.7级地震发震断层深部同震位错相对弱的断层段, 震前也存在较为明显的无震滑移; 震后断层余滑主要分布在束鹿凹陷西侧的牛家桥阳断层。 从邢台强震群过程中断层运动时空演化特征可以看出, 强震破裂成核过程中震前断层无震滑移既可能发生于前震发震断层, 也可能发生于主震发震断层, 震后断层位移空间分布与同震位错具有互补性; 而震前断层无震滑移是否为有关震前前兆的真正原因, 是值得进一步深入研究的问题。     

几何弯曲断层活动性的模拟

运用有限元法建立大尺度几何弯曲断层（长约750 km）的二维模型,并利用接触单元技术模拟断层间的作用,模拟了几千年时间尺度内走滑断层的活动,探讨了具有一定几何形态断层对断层系统活动的影响.几何弯曲的断层导致了应力的集中,而且在断层的地震事件中起到了抑制作用,但是也为孕育大震提供了条件.和平直断层的模拟结果比较得知,断层的几何弯曲不仅影响地震破裂长度、改变了地震滑移量,也很大程度影响了能量释放的空间位置,改变了地震轮回周期.此外,弯曲断层应力的不均匀也使主震前往往有前震发生.另外通过模拟可以看出,弯曲断层活动表现出明显的特征地震,使得地震-频次曲线偏离G-R公式,说明了对单个断层而言,特征地震可能更能体现断层的地震活动,这对我们进行地震预测和危险性分析有着很重要的参考意义.     

利用Virtual Quake地震模拟器研究鲜水河断裂带地震活动性与地震复发周期

2022年9月5日四川泸定6.8级地震发生在鲜水河断裂带磨西断裂上。本文依据鲜水河断裂带的断层几何形态、断层面物理力学参数、断层滑移速率等基础资料,构建断裂带三维模型,基于Virtual Quake地震模拟器开展鲜水河断裂带准静态数值模拟。对七条分支断裂独立模拟的结果显示模拟结果与历史地震的最大震级和复发周期具有较好的一致性。结果表明模型长度影响震级大小,滑移速率影响地震复发周期。断层面几何弯曲展布使得断层面应力分布不均匀,在弯曲处出现应力积累的现象,易触发地震,并出现了地震分段破裂现象,降低了几何弯曲断层的地震频次,为强震的孕育创造了条件。联合模拟的10000年时间内,鲜水河断裂带共发生了33次M≥7.0地震,最大震级为M7.6,地震活动性呈现一定的活跃期与平静期。断层系统地震间的相互应力作用和复杂的断层几何结构影响着地震迁移的复杂性。道孚断裂上相距40年发生两次M≥7.0地震,乾宁断裂北端相距5.8年发生M≥7.0双震,此类现象与历史地震有一定的相似性。     

基于GNSS时空数据的瞬态无震蠕滑信息检测

利用分布活动断层带的GNSS位移时空序列,基于卡尔曼滤波和主成分分析,研究了一套集GNSS时空噪声处理与断层瞬态无震蠕滑信息时空分布检测于一体的方法.基于一阶高斯马尔科夫理论表述了瞬时蠕滑信息与时空噪声的运动状态方程,通过卡尔曼滤波提高了时间域信噪比;根据断层形变高空间相关性的特点,通过主成分时空分析,提高了空间域信噪比.模拟试验结果表明,当断层滑移引起的地表位移大小至少与噪声水平相当时,均可检测得到断层瞬态无震蠕滑时空分布及其滑移特征.以Cascadia慢滑移事件为例,清晰地检测到了两次无震蠕滑信息,分析其蠕滑特征与相关研究结果吻合.通过对滇西2011—2013年陆态网GNSS连续站数据的处理,分析发现了期间有微弱的震后余滑信息,主要表现在澜沧江断裂、红河断裂和小江断裂的南段.其时空分布特征与2011年3月24日的缅甸MW7.2级地震相对应.因此,得出了2011—2013年期间云南地区的断层活动可能与缅甸地震带有着密切的关系的结论.     

摩擦生热对断层演化过程的影响:Ruina-和Chester-Higgs-模型的对比分析

利用速率-状态摩擦定律(Rate-and State-Dependent Friction Law:简称RSF定律),结合McKenzie-Brune摩擦生热模型,本文分别从Ruina提出的RSF定律和Chester-Higgs提出的RSF定律出发,通过一维弹簧-滑块模型,采用四阶变步长的Dormand-Prince算法,对断层演化过程进行了数值模拟,探讨了摩擦生热对断层演化进程的影响.模拟结果显示,与Ruina-模型相比,Chester-Higgs-模型在断层高速滑动时存有更大的摩擦强度,表明摩擦生热对断层具有一定的强化作用,且同临界滑移距离的取值相关.而且,Chester-Higgs-模型在失稳时的断层面温度远远低于Ruina-模型,表明摩擦生热在断层演化过程中能抑制断层面温度的剧烈升高,且正应力和临界滑移距离越大,两种模型的温差越为明显,而断层的刚度和尺度则对温度的影响很小.模拟两种模型周期演化过程的结果表明,在相同的初始条件下,Chester-Higgs-模型给出的断层失稳周期明显比Ruina-模型更短,说明摩擦生热对断层自身演化最显著的影响是较大地缩短了地震重复发生周期.当断层进入周期性演化后,Chester-Higgs-模型给出的摩擦强度大于Ruina-模型,且对第一次非周期性失稳的摩擦强度和剩余应力的继承性更好.另外,由ChesterHiggs-模型给出的静态应力降远小于Ruina-模型给出的结果,所对应的单个事件的滑移量也小于Ruina-模型.     

慢滑移及相关脉动和慢地震研究的历史和现状

观测表明,慢滑移事件通常发生在活动断裂带内,为发震层之下的短暂滑移,能够造成地表的瞬态运动。与慢滑移密切相关的慢地震能够发射出频率在一定范围内的脉动信号,但不造成灾害性事件。慢滑移和慢地震很可能是断裂带上形变能释放的基本方式,其观测有可能为人们更深入地了解断裂带的动力学过程提供基础和依据。本文重点介绍近10年来关于慢地震和慢滑移事件的研究历史和现状。目前对慢滑移引发的地表形变和慢地震发射的脉动信号特征有了深入细致的研究,开展了对慢滑移的数值模拟和慢地震定位的研究;但对慢地震和慢滑移发生的位置、两者的关系以及物理机制等方面还存在很多争论和问题。     

构造与地表过程相互作用:正断层陡崖形态和几何特征分析

量化分析构造、侵蚀与气候之间的相互作用关系是现代地球动力学的前沿.断层陡崖是伸展构造环境中的一种常见地貌特征,是构造与地表过程密切耦合作用下演化的结果.断层崖面形态各异,如断层陡坎、断层三角面和断层梯形面等.本文基于数值模拟方法,对断层滑动速率、断层滑动周期、河流下切系数、山坡蠕移系数等关键性控制因素对断层崖形态和几何特征的影响进行了系统分析,主要结论为:依据参数空间的动力学对比模拟结果,可以将断层陡崖分为三个主要类型,即沟壑型、断层三角面型和尖锥型;断层陡崖的最终形态主要受地表演化过程(即河流下切、山坡蠕移)的控制;三角面型陡崖的高度和宽度随时间增大,但坡度角在演化过程中基本不变,其几何特征主要受控于断层滑动速率,且在相同的气候和岩性条件下,与断层滑动速率呈正相关;在十万年时间尺度下,断层滑动周期与三角面的形态和几何特征基本无关.断层滑动速率与三角面坡度角间的正相关关系可用于解释观测数据的统计结果,如希腊和保加利亚的观测数据.     

断层几何结构与物理场的演化及失稳特征

在双轴加载条件下，研究了几种具不同几何结构的断层系变形破坏过程中应变、断层位移和声发射事件的时空分布，并对典型失稳事件的特征进行了分析．研究表明: 具不同几何结构的断层系有不同的变形物理场演化图象；根据物理场演化特征和变形机制的差异，可识别出两类粘滑型失稳、破裂型失稳及混合型失稳，不同类型的失稳在前兆上有明显差异；失稳类型与断层几何结构及变形阶段密切相关．因此，研究自然界断层的几何结构，对地震预报和地震前兆观察研究极为重要.      

构造与地表过程相互作用:正断层陡崖形态和几何特征分析

量化分析构造、侵蚀与气候之间的相互作用关系是现代地球动力学的前沿.断层陡崖是伸展构造环境中的一种常见地貌特征,是构造与地表过程密切耦合作用下演化的结果.断层崖面形态各异,如断层陡坎、断层三角面和断层梯形面等.本文基于数值模拟方法,对断层滑动速率、断层滑动周期、河流下切系数、山坡蠕移系数等关键性控制因素对断层崖形态和几何特征的影响进行了系统分析,主要结论为：依据参数空间的动力学对比模拟结果,可以将断层陡崖分为三个主要类型,即沟壑型、断层三角面型和尖锥型;断层陡崖的最终形态主要受地表演化过程（即河流下切、山坡蠕移）的控制;三角面型陡崖的高度和宽度随时间增大,但坡度角在演化过程中基本不变,其几何特征主要受控于断层滑动速率,且在相同的气候和岩性条件下,与断层滑动速率呈正相关;在十万年时间尺度下,断层滑动周期与三角面的形态和几何特征基本无关.断层滑动速率与三角面坡度角间的正相关关系可用于解释观测数据的统计结果,如希腊和保加利亚的观测数据.     

断层演化过程中的周期和非周期地震滑移及非地震滑移一维断层模型分析

本文首先根据Dieterich和Ruina提出的含速率和状态的摩擦定律(Dieterich-Ruina定律), 基于一维弹簧-滑块模型推导了地震复发周期的解析表达式, 然后将该近似解与数值模拟结果以及Barbot等的相关研究进行了对比分析． 此外, 本文还利用数值模拟与理论分析研究了断层周期和非周期演化的力学成因机制以及非地震滑移形成的另类力学机制, 并讨论了一维弹簧-滑块模型的优点及其局限性． 结果表明: ① 震后滑移和自加速/成核阶段的持续时间在整个演化过程中不能被忽略; ② 在修正后的复发周期模型中, 复发周期的长短除了与断层特征尺度、 作用于断层面上的有效正应力和远场加载速率相关外, 还受Dieterich-Ruina定律中摩擦参数的取值以及临界滑移距离的影响; ③ 当给定各个物理参数和几何参数时, 目前所得到的解析近似解可以很好地估计地震的复发周期, 其相对误差可小于5%; ④ 在断层演化过程中, 施加剪切应力加载会产生非周期的地震滑移, 而在自加速/成核阶段后期或震后滑移阶段早期, 施加较大的剪切应力加载, 则会出现非地震滑移．      

Slow slip generated by dehydration reaction coupled with slip-induced dilatancy and thermal pressurization

Sustained slow slip, which is a distinctive feature of slow slip events (SSEs), is investigated theoretically, assuming a fault embedded within a fluid-saturated 1D thermo-poro-elastic medium. The object of study is specifically SSEs occurring at the down-dip edge of seismogenic zone in hot subduction zones, where mineral dehydrations (antigorite, lawsonite, chlorite, and glaucophane) are expected to occur near locations where deep slow slip events are observed. In the modeling, we introduce dehydration reactions, coupled with slip-induced dilatancy and thermal pressurization, and slip evolution is assumed to interact with fluid pressure change through Coulomb’s frictional stress. Our calculations show that sustained slow slip events occur when the dehydration reaction is coupled with slip-induced dilatancy. Specifically, slow slip is favored by a low initial stress drop, an initial temperature of the medium close to that of the dehydration reaction equilibrium temperature, a low permeability, and overall negative volume change associated with the reaction (i.e., void space created by the reaction larger than the space occupied by the fluid released). Importantly, if we do not assume slip-induced dilatancy, slip is accelerated with time soon after the slip onset even if the dehydration reaction is assumed. This suggests that slow slip is sustained for a long time at hot subduction zones because dehydration reaction is coupled with slip-induced dilatancy. Such slip-induced dilatancy may occur at the down-dip edge of seismogenic zone at hot subduction zones because of repetitive occurrence of dehydration reaction there.     

Application of the stress evolutionary model along the Xiaojiang fault zone in Yunnan Province,Southeast China

The Xiaojiang fault zone constitutes part of the major Xianshuihe-Xiaojiang left lateral structure that bounds the rhombic-shaped block of Yunnan-Sichuan to the east. Long strike slip fault zones that have repeatedly accommodated intense seismic activity, constitute a basic feature of southeast China. Known historical earthquakes to have struck the study area are the 1713 Xundian of M6.8, 1725 Wanshou mountain of M6.8, the 1733 Dongchuan of M7.8, and the strongest one, the 1833 Songming of M8.0. Although instrumental record did not report events of this magnitude class, the 18th century clustering as well as the 19th century large event prompted the investigation of stress transfer along this fault zone. Coulomb stress changes were calculated assuming that earthquakes can be modeled as static dislocations in an elastic half-space, and taking into account both the coseismic slip in strong (M ≥ 6.8) earthquakes and the slow tectonic stress buildup along the major fault segments. Geological and geodetic data are used to infer the geometry of these faults and long term slip rates on them, as well as for the fault segments that slipped. Evidence is presented that the strong historical events as well as the ones of smaller magnitude that occurred during the instrumental era, are located in areas where the static stress was enhanced. By extending the calculations up to present, possible sites for future strong events are identified.     

小江断裂带西支断裂南段新活动初探

本文根据实地调查,分析了小江西支断裂南段两条分支断裂的展布特征及其活动性。用冲沟长度、错动量及平均侵蚀速率,估算了断裂的水平滑动速率。指出南段分支断裂作多重右阶斜列展布,现今活动以左旋走滑为主,兼有倾向运动分量,全新世以来平均水平滑动速率为1.66mm/a。     

冷龙岭活动断裂的滑动速率研究

根据对冷龙岭断裂重点地段的野外调查,研究了该断裂的几何特征及浮雕劝速率。结果表明：该断裂为一条全新世活动断层,由一组近于平行的次级断裂所组成。按总体特征可将该断裂分为３段,中更新世以来各时代的断裂平均滑动速率分别为：中更新世：２．１４～４．６４ｍｍ／ａ,晚更新世：２．８６～４．０７ｍｍ／ａ,全新世：３．３５～４．６２ｍｍ／ａ,全新世以来该断裂平均垂直滑动速率为０．３８ｍｍ／ａ。     

InSAR数据约束的2022年1月8日青海门源MS6.9地震发震构造研究

利用Sentinel-1A卫星升降轨道数据和D-InSAR技术获得青海门源2022年1月8日M_S6.9地震的同震形变场,并基于弹性半空间位错模型反演其震源参数,利用分布滑动模型确定断层面上的滑动分布。结果表明,2022年1月8日青海门源地震的同震形变场沿NWW-SEE方向分布;断裂带南缘升轨影像和降轨影像最大视距分别为61 cm和62 cm,断裂带北缘升轨影像和降轨影像最大视距地表形变量分别为43 cm和56 cm。InSAR同震形变场断裂尺度模型断层长30 km,宽18 km,最大滑移量3.5 m;断层滑动分布模型表明该地震为左旋走滑地震。结合冷龙岭断裂的运动特征和几何特征,初步确定此次M_S6.9地震的发震断裂为冷龙岭断裂     

Formation and Suppression of Strike–Slip Fault Systems

Strike–slip faults are a defining feature of plate tectonics, yet many aspects of their development and evolution remain unresolved. For intact materials and/or regions, a standard sequence of shear development is predicted from physical models and field studies, commencing with the formation of Riedel shears and culminating with the development of a throughgoing fault. However, for materials and/or regions that contain crustal heterogeneities (normal and/or thrust faults, joints, etc.) that predate shear deformation, kinematic evolution of strike–slip faulting is poorly constrained. We present a new plane-stress finite-strain physical analog model developed to investigate primary deformation zone evolution in simple shear, pure strike–slip fault systems in which faults or joints are present before shear initiation. Experimental results suggest that preexisting mechanical discontinuities (faults and/or joints) have a marked effect on the geometry of such systems, causing deflection, lateral distribution, and suppression of shears. A lower limit is placed on shear offset necessary to produce a throughgoing fault in systems containing preexisting structures. Fault zone development observed in these experiments provides new insight for kinematic interpretation of structural data from strike–slip fault zones on Earth, Venus, and other terrestrial bodies.     

2011年日本MW9.0地震相关研究综述

2011年3月11日, 日本海沟发生的9级地震造成重大人员伤亡, 受到社会普遍关注, 本文基于此次日本9级地震相关研究结果, 尝试从不同侧面分析此次地震的观测、 现象和认识, 主要包括如下几点: ① 此次地震发生在太平洋板块西北边界上日本海沟俯冲带上, 同震破裂可能存在深浅两个位错集中区, 较深的位错集中区位错量相对较小, 但历史上7级地震多发; 而较浅的位错集中区位错较大, 但历史上强震活动相对较弱; ② 基于GPS观测资料为约束的相关断层运动研究结果表明, 日本海沟断层运动背景以大范围稳定闭锁为主(闭锁区空间尺度与同震破裂尺度相当), 自2003年日本北海道8级地震后日本海沟地区断层运动开始出现扰动, 2008年以后有几次7级左右地震震后余滑分布明显比主震位错量要大, 之后分别于2008年和2011年观测到显著慢滑移事件, 最后分别于2011年3月9日和3月11日发生7级前震和9级主震, 震前日本海沟俯冲带断层运动变化过程比较清楚; ③ 可能是由于监测的原因, 传统上的前兆观测并未出现显著异常, 其震前异常主要为: 部分地震活动参数表明强震震源区震前应力状态相对较高、 区域地表运动速率的短期异常等; ④ 对于震源区物理性质的分析引起了更多的科学问题, 例如, 震源区介质物性是否与周边存在显著差异、 断层摩擦性质是否决定了发震能力和破裂过程、 震前断层运动是否存在预滑、 震前深部流体是否影响到震源区断层运动等。 他山之石可以攻玉, 希望本文对地震预测预报基础研究工作能起到抛砖引玉的作用。     

GEOMETRY AND DEFORMATION TRANSFORMATION OF THE XIMALIN FAULT

The Ximalin fault is the northwest section of the Ximalin-Shuiquan fault, which is part of the north-edge fault zone of the Yanghe Basin, located in the conjunction of the Zhangjiakou-Bohai fault zone and Shanxi fault-depression basin, and its structural geometry and deformation characteristics can facilitate the research on the interaction of the two tectonic belts. In this paper, data of geological surveys and geophysical exploration are used to study this fault exhaustively, concerning its geometry, structural features and activity as well as its relationship with adjacent faults and rule in the deformation transform of the north-edge fault zone of the Yanghe Basin. The results show that the Ximalin Fault is a strike-slip feature with thrust component. Its vertical slip rates are 0.17mm/a and 0.25~0.38mm/a, and the horizontal slip rate is 0.58~0.67mm/a and 0.50mm/a during the late Middle Pleistocene and Holocene, respectively. It is formed alternately by the NW-trending main faults and secondary NE-trending faults, of which the former is characterized by high-angle reverse with sinistral strike-slip, and the latter shows normal faulting. The two sets of structures have specific structural geometry relations, and the motion manners and deformation characteristics match each other. During the active process of the north-edge fault of the Yanghe Basin, the NW trending Ximalin fault played a role similar to a transform fault in deformation change and stress transfer, and its sinistral strike slip activity accommodated the NE trending normal faulting at the both ends.     

Paleoearthquake rupture behavior and recurrence of great earthquakes along the Haiyuan fault,northwestern China

Paleoseismological studies have shown that indi-vidual past large-magnitude earthquakes can be recog-nized in the geological record and the timing betweenevents can be measured through Quaternary datingtechniques[1—6]. Thus, through paleoseismological st-udies, it is possible to determine age of each prehis-toric event so that recurrence intervals of large earth-quakes may be evaluated which provides a means toexpand the limited view of earthquakes offered by thehistorical and instrumental re…     

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.