中国地震科学台阵两期观测资料近场记录揭示的南北地震带地壳剪切波分裂特征

利用中国地震科学台阵第一期(2011-01-2014-06)及部分中国地震科学台阵第二期(2013-02-2015-12)的流动地震台阵记录到的小震波形资料,运用剪切波分裂系统分析(SAM)方法,分析南北地震带的地壳各向异性,对剪切波分裂参数所反映的区域应力环境及构造特征,以及区域内主压应力方向与断裂分布的关系展开讨论.研究结果表明,南北地震带快剪切波偏振方向自北向南由NE向逐渐转变为NNW向,与南北地震带区域主压应力的方向变化具有一致性.区域内分布的大量NE及WNW或NW向断裂构造同样对快波偏振方向有比较大的影响,位于走滑断裂附近的台站,其快波方向与断裂走向大致平行,部分位于走滑断裂附近的台站其快波方向几乎垂直于断裂走向,而与构造应力场方向一致性较好.个别台站表现出复杂快波优势方向特征,反映出研究区内构造环境的复杂性.慢波时间延迟结果显示,南北地震带南段的平均时间延迟高于北段,反映了受印度板块和欧亚板块的碰撞挤压作用,南段地壳介质各向异性程度更大,构造变形更加剧烈.对比南北地震带上地幔各向异性特征,推测在川滇菱形块体内部可能存在复杂的壳幔耦合现象,地壳剪切波分裂除了反映区域应力特征,还可以揭示出区域构造信息.     

新疆主要逆断层-褶皱构造区基本地震构造征与潜在震源划分问题

本文介绍了新疆主要逆断层-褶皱构造区的基本特征,并对其潜在震源划分问题进行了初步的讨论.北天山山前推覆构造及乌鲁木齐以南的逆断裂.褶皱构造相对比较简单,由根部断裂、推覆体和前缘逆断裂.褶皱构造所组成;强地震的极震区或地震动的高值区可能位于推覆构造的根部断裂附近,而地震地表破裂和同震地表变形则位于山前逆断层.褶皱带内.南天山的柯坪推覆构造、库车推覆构造、帕米尔东北缘的弧形推覆构造,虽然也由多排逆断裂.褶皱构造带组成,但是其中的规模巨大、发育时间较长的逆断裂.背斜带,往往具备发生强震的条件.强震的极震区分布与地震地表断层位置比较一致,可作为强震的潜在震源.盆地内的新的盲逆断层.褶皱构造也具备发生6.5-7.0级地震的能力,应作为震级上限为7.0级的潜在震源.由于对逆断层.褶皱构造的深浅构造关系及发震模型认识的不足,在潜在震源划分中应考虑这种不确定性.同时在潜在震源区划分中,还应考虑地震构造区的地震活动历史及构造活动性参数.     

利用GIS方法研究南北地震带和中央造山带交汇区活动断裂与地震的关系

基于地理信息系统(GIS)技术研究南北地震带和中央造山带交汇区断裂带分布与地震活动的关系,对区内16条主要断裂带,以25km为缓冲区宽度,进行叠加,分析各断裂带的地震活动性及其特征.结果表明,主要的发震断裂有西秦岭北缘断裂的西段、礼县-罗家堡断裂西南段以及临潭-宕昌断裂的东南段、文县断裂西南段、虎牙断裂和雪山断裂;虎牙断裂和雪山断裂地震活动性最强,其次是塔藏断裂、礼县-罗家堡断裂以及光盖山-迭山北麓断裂;按震源深度可将研究区划分为4个区域,区内的震源深度由北向南逐渐加大,震源深度剖面图反映了断层的几何形态和力学性质,进一步揭示出了青藏高原向东挤压、物质向东向南逃逸的运动模式.     

新疆主要逆断层-褶皱构造区基本地震构造特征与潜在震源划分问题

本文介绍了新疆主要逆断层-褶皱构造区的基本特征,并对其潜在震源划分问题进行了初步的讨论。北天山山前推覆构造及乌鲁木齐以南的逆断裂-褶皱构造相对比较简单,由根部断裂、推覆体和前缘逆断裂-褶皱构造所组成;强地震的极震区或地震动的高值区可能位于推覆构造的根部断裂附近,而地震地表破裂和同震地表变形则位于山前逆断层-褶皱带内。南天山的柯坪推覆构造、库车推覆构造、帕米尔东北缘的弧形推覆构造,虽然也由多排逆断裂-褶皱构造带组成,但是其中的规模巨大、发育时间较长的逆断裂-背斜带,往往具备发生强震的条件。强震的极震区分布与地震地表断层位置比较一致,可作为强震的潜在震源。盆地内的新的盲逆断层-褶皱构造也具备发生6.5—7.0 级地震的能力,应作为震级上限为 7.0 级的潜在震源。由于对逆断层-褶皱构造的深浅构造关系及发震模型认识的不足,在潜在震源划分中应考虑这种不确定性。同时在潜在震源区划分中,还应考虑地震构造区的地震活动历史及构造活动性参数。     

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.     

基于地震带细致划分为地震构造区的概率地震危险性分析

在我国当前地震安全性评价中,普遍使用考虑地震活动时空不均匀性的概率地震危险性分析方法(CP-SHA),它规定以地震带为统计区域计算地震活动性参数b值和v4值。正在编制的中国地震动区划图(五代图)提出了针对潜在震源区进行三级划分原则:划分地震带、地震带上划分地震构造区、地震构造区内再划分潜在震源区。本文提出以地震构造区为统计区域回归统计方法计算b值和v4值,然后进行概率危险性分析计算,这样得到的结果可能更为合理。     

廊固凹陷深部剪切破裂构造的地震学证据

基于区域地震台网观测数据,采用近震波形反演方法,确定2018年2月12日河北永清M4.3地震的最佳双力偶源震源机制解为:节面Ⅰ走向297°,倾角58°,滑动角-32°;节面Ⅱ走向45°,倾角63°,滑动角-144°;是一个略带正断分量的右旋走滑地震.结合近震转换波测定主震的震源深度在19km附近.地震序列的双差定位结果显示:永清地震序列震中呈北东向窄带展布,表明此次地震主要向北东向破裂;深度集中分布在17～19km,整体形态近于铅直,显示发震断裂具有走向北东、倾向南东、倾角陡立的特征,与节面Ⅱ的性质比较吻合,推测节面Ⅱ为发震断层面.将发震断层面参数与震源区附近断裂性质进行对比分析,形成了关于廊固凹陷附近区域地震构造的一些认识:(1)推测永清地震的发震构造不是地壳浅部发育的先存正断裂,而是震源区下方一条地壳尺度的深断裂,该深断裂为新生断裂,具有右旋走滑正断性质,倾角陡峭、近于直立、宽度较大,向上与夏垫断裂相通.(2)综合震源区附近多条深地震反射剖面探测结果,推测永清地震的发震断裂与新夏垫断裂同属一条断裂,称为:新夏垫深断裂.该断裂从夏垫向西南方向延伸至文安,并可能与霸县—束鹿—邯郸断裂带相联系,总长度超过150km.(3)基于2006年文安M5.1地震与2018年永清M4.3地震在震源机制上的相似性及震源位置上的关联性,结合区域构造条件,认为两次地震的发震构造均为新夏垫深断裂.(4)根据研究区几次显著地震的震源深度分布特征,参考区域断层构造、电性结构和流变学模型,推测活化克拉通块体新生断裂的脆韧性转换界面深度在15km附近.     

四川省芦山MS7.0地震发震构造分析

2013年4月20日的芦山“4·20”MS7.0地震发生在龙门山断裂带西南段,震中地区分布多条NE向断裂,构造较为复杂.这次地震震源机制解显示为逆冲型地震,破裂面为NE走向,与龙门山断裂带的运动性质和走向一致.地表调查只在大川-双石断裂(前山断裂)和新开店断裂(大邑断裂南段)发现局部分布的NE向地表裂缝、沿地表裂缝分布的喷砂冒水和砂土液化,不规则的边坡开裂等地表变形,以及断裂沿线较严重的滑坡崩塌和房屋破坏.野外调查没有发现明显的地震地表破裂.GPS测量结果显示,此次地震的发震断裂位于芦山县城附近或其以东,而芦山西侧的断裂也可能参与了部分活动.根据野外地质调查、GPS观测、震源机制解、震源深度、余震分布等结果综合判定,芦山7.0级地震的主要发震构造是芦山之下、大川-双石断裂和新开店断裂之间的龙门山前缘滑脱带.此滑脱带在该段的运动导致了这次地震的发生,并可能带动了它上面的大川-双石和新开店等断裂的活动.     

2012年2月16日河源M4.8级地震

通过地震序列特征分析初步判断认为,河源ML4.8级地震与库水位变化的对应关系不明显,短期内震中区发生更大地震的可能性很小。现场宏观调查结果显示,极震区Ⅵ度等震线长轴为北北西向,震源机制解所反映的震源应力场主压应力方向为北西西向,与区域构造应力场方向一致;地震的发震构造应为北北西向,但震中区附近并无此组断裂出露地表,因此河源ML4.8级地震的成因,仍然值得深入研究。     

2022年9月5日四川泸定MS6.8地震深部构造特征

2022年9月5日四川省泸定县发生M_S6.8地震.本次地震发生在鲜水河断裂南东段端部,位于鲜水河断裂与龙门山断裂、安宁河断裂相交汇的Y形区域.本文利用四川泸定地区的三维S波速度结构,结合地壳厚度、泊松比、GNSS应变场、构造应力场以及各向异性等资料,综合分析了震源区的深部结构.结果显示：泸定M_S6.8地震发生在地壳厚度、泊松比、布格重力异常以及最大剪切应变率的快速变化区内;震源附近S波速度在横纵向均表现为高、低速的过渡区域.震源西南侧有一个相对较小的低速体,可能是泸定地震发震的主要深部构造原因.GNSS应变场显示泸定地震位于最大剪切应变率显著高值区.震源机制解显示本次地震震中处于WNW向挤压、ENE向拉张的走滑应力结构,与鲜水河断裂的构造应力场一致.构造应力方向与GNSS主压应变方向有良好的一致性.近场地震记录得到的上地壳S波分裂结果显示,Y形交汇区内快S波主要有两个优势偏振方向,其中WNW(近EW)方向为交汇区的主压应力方向.本文推测,鲜水河断裂是泸定地震的主控断裂,但龙门山断裂对本次地震有重要影响.     

Seismic intensity distribution of shallow earthquakes due to rupture velocities and faulting modes

Isoseismals of seismic intensity distributions are represented by earthquake source size, faulting mode, and rupture velocity of fault propagation. Unilateral faulting forms egg—shaped isoseimals, while bilateral faulting forms elliptical ones. It is found that the ratio of major to minor axes of isoseismals is sensitive to rupture velocity. Rupture velocity, faulting mode, and fault trend have been determined from the seismic intensity maps of the 1964 Niigata and the 1983 Japan Sea earthquakes in China by matching theoretical isoseismals. Rupture velocities thus estimated are mostly 70% to 90% of shear wave velocity. The difference would be considered as follows: short—waves which determine the seismic intensity are strongly dependent on the rupture of small—scale fault heterogeneities and on the jerky—onsets and abrupt terminations of local rupture propagations. On the other hand, rupture velocity from long—waves represents an average rupture propagation along the whole fault length. Faulting mode and fault trend estimated from seismic intensity maps match with each earthquake faulting independently determined. This suggests that the present method would be applicable to some historical earthquakes with known seismic intensity distribution to obtain detailed information on the faulting process.     

断层破裂传播速度与破坏性地震的烈度分布——浅源地震的断层不均匀性与短周期波动的多普勒效应

地震的等震线不仅反映了地震的大小,而且也反映了地震断层过程的类型和破裂速度.单侧破裂的断层过程呈现出蛋型的等震线,而双侧破裂的断层过程呈现出椭圆的等震线,等震线的长轴与短轴之比对于破裂传播速度十分敏感.本研究利用理论等震线与观测结果相比较的方法,确定了1964年日本新地震、1983年日本海中部地震、1975年中国海城地震和1976年中国唐山地震的破裂传播速度、断层类型以及断层走向.得到的断层破裂速度是剪切波的0.7——0.9倍.这些值比用长周期地震波所确定的要稍大.产生这种差异的原因是:对烈度起主要影响的短周期地震波强烈地依赖于小尺度的断层不均匀破裂过程,以及局部的破裂传播的开始和终止;而由长周期波所得到的破裂速度却反映了在整个断层上破裂传播的平均过程.根据等震线图所得出的断层类型及断层走向与其它独立方法的结果相一致.这意味着本方法可以应用于推断某些历史地震的断层类型、破裂传播速度及破裂传播方向.      

青海共和及周边地区的地壳三维速度结构

文中收集了2009年1月—2019年1月青海、甘肃固定地震台网及野外流动观测台阵记录的青海共和及周边地区的P波和S波到时数据,应用双差层析成像方法反演了该地区地壳的三维速度结构和震源位置参数,分析了共和1990年4月26日MW6.4地震孕育发生的地质构造背景与该地区速度结构和地震活动性之间的关系.结果显示,共和地区的地...     

2014年鲁甸MS6.5地震前后介质波速变化特征分析

本文利用研究区内13个地震台站2014年1月至12月的连续波形数据, 采用背景噪声互相关方法, 提取了2014年8月3日鲁甸M_S6.5地震的同震波速变化。 结果表明, 鲁甸地震对介质波速的影响具有明显的空间差异性, 较大幅度的同震波速变化主要集中于则木河断裂—小江断裂及莲峰断裂区域。 其中, 莲峰断裂SW段和则木河断裂NW段区域的波速出现了较为明显的同震降低, 则木河断裂和小江断裂交界处则出现了明显的波速升高。 通过对比研究区内介质波速的同震变化与鲁甸地震对周边主要活动断裂应力积累的影响后发现, 波速变化与应力变化在空间分布上具有较高的一致性, 且两者的变化幅度也成正相关关系。 由此可以看出, 鲁甸地震造成的应力变化可能是地下介质波速变化的主要原因。 采用相同的方法对2014年4月5日永善M_S5.1地震研究后发现, 永善地震后鲁甸地震震源区及其附近区域波速明显升高。     

川滇交界东段昭通、莲峰断裂带的深部结构特征与2014年鲁甸M_S6.5地震

2014年鲁甸M_S6.5地震位于川滇菱形块体向东突出的过渡变形区大凉山次级块体南东缘的昭通、莲峰断裂带内部,属于青藏高原东南缘南北地震带的中南段,近十多年来,该断裂带及其周边中强地震的发生频次明显增多,昭通、莲峰断裂带是否具备孕育和发生强震的深部构造背景成为一个亟待研究的问题.为了研究昭通、莲峰断裂带的深部结构特征及孕震背景,探求2014年鲁甸M_S6.5地震的成因的深部动力机制,本文充分收集了四川、云南等区域数字地震台网和"中国地震科学台阵探测-南北地震带南段"("喜马拉雅"项目Ⅰ期)流动地震台阵的观测数据,应用区域震和远震联合反演的方法得到川滇地区三维速度结构图像,在此基础上重点剖析和研究了昭通、莲峰断裂带P波速度结构;再对昭通、莲峰断裂带及周边区域的重力、航磁数据进行三维视密度和视磁化强度反演,得到了壳内不同深度层视密度的横向变化特征和反映壳内磁性物质的分布范围以及结晶基底的视磁化强度异常分布情况,综合分析研究昭通、莲峰断裂带的深部结构特征及孕震动力环境.研究结果表明:川滇交界东部昭通、莲峰断裂带及其周边地区上地壳物质存在显著的横向介质差异,中下地壳深度范围大凉山次级块体西南缘存在低速异常分布,并呈现出近SN向的展布特征,2014年鲁甸M_S6.5地震位于该高低速异常的分界线附近略偏向高速体一侧.P波速度结构还揭示了鲁甸M_S6.5主震震源体下方中下地壳存在大范围低速异常分布,P波速度异常扰动与重磁异常的展布特征、梯度变化在深度和分区特征上均具有较好的联系和可比性,结合昭通、莲峰断裂带中下地壳范围内存在大范围的低密度弱磁性异常分布,综合表明了该区中下地壳物质相对较为软弱,这种特有的深部物性结构特征有利于应力在脆性的上地壳内积累和集中.研究结果还揭示了共轭断裂的深部构造形态,高低航磁异常边界与NW向的苞谷脑—小河断裂的深部展布形态相一致,苞谷脑—小河断裂处于航磁异常突变带附近,昭通断裂北段(昭通—鲁甸段)位于上地壳强磁性、高波速异常区内且具有深大断裂的深部地球物理场响应特征,因此该断裂段(昭通—鲁甸段)具备发生7级及以上强震的深部构造背景.当大凉山次级块体内部的中下地壳低速管流层自NW向SE方向运动到昭通、莲峰断裂带附近时,受到华南块体的强烈阻挡,应力在昭通、莲峰断裂附近基底性质存在差异处集中,脆性上地壳中低强度区域在横向挤压的构造应力场作用下易于破裂从而引发强震,这也正是昭通、莲峰断裂带内部鲁甸M_S6.5地震孕育和发生的深部构造环境.     

北京地区上地壳三维细结构层析成像

利用三维不分块地震层析成像技术对北京东北部地区的三维人工地震莫霍反射波走时数据进行反演,得到了该区上地壳的三维P波、S波慢度及波速比结构图像,三种结构不同深度的切片图像揭示出慢度和波速比分布有呈北东向和北西向展布的特征.断裂活动引起沉积不均匀造成现今的速度分布,地震大多分布在波速比较低的块体内,说明地震不仅与断裂活动有关,有可能还与物质结构和性质相关;北京地区上地壳速度结构、断裂活动和物质性质三者之间存在密切关系.     

江苏地区小震精定位及构造意义分析

利用双差定位法对江苏地区2009-2015年地震记录进行重新定位。结果显示,重新定位后的结果比原有定位精度有了较好的改进,地震序列在空间分布上更加集中;从平面分布上看,重新定位后的地震更加集中于断裂带附近,较多地震呈丛集状出现;从震源深度分布看,研究区内重新定位后地震震源深度有明显收敛,大多集中在5~20km,表明研究区孕震层基本位于地壳的中上部。同时通过对江苏省不同时期发生的几个震群地震构造活动进行分析(分析各个地震序列的走向、是否产生新的断裂带、与原有断裂带走向是否一致等问题),认为其具有十分重要的意义。     

COULOMB STRESS EVOLUTION AND SEISMIC HAZARD ALONG THE EASTERN BOUNDARY OF THE SICHUAN-YUNNAN BLOCK

Using a more realistic model of multi-layered viscoelastic media, and considering the effects of the coseismic dislocation and the postseismic viscoelastic relaxation caused by the 34 great earthquakes occurring along the eastern boundary of the Sichuan-Yunnan block since 1480 and the interseismic stress accumulation caused by the tectonic loading generated by plate motions which were modeled by introducing "virtual negative displacements" along the major fault segment in the region under study, we calculated the evolution of the Coulomb stress change in each fault plane of 18 major fault segments along the eastern boundary caused by the coseismic, postseismic and interseismic effects. We studied the interactions of the Xianshuihe, Anninghe, Zemuhe and Xiaojiang fault zones on the eastern boundary of the Sichuan-Yunnan block. By evaluating if the previous earthquake could bring another earthquake closer to or farther from failure, we analyzed the interactions of the earthquakes which occurred in the different segments in the same fault zone, or in the different fault zones respectively. And further based on the calculation results of the Coulomb stress change on the fault planes, we analyzed the seismic hazard of each fault segment.The results show that the previous earthquake may trigger another earthquake which can occur in the same fault zone or in the different fault zone. And the calculation results on the evolution of the cumulative Coulomb stress change in the each fault segment show that, the Coulomb stress increases significantly in the middle section and the Moxi segment of the Xianshuihe fault zone, the Mianning-Xichang segment of the Anninghe fault zone, the Qiaojia-dongchuan segment and the Jianshui segment of the Xiaojiang fault zone, and the seismic hazard in these fault segments is worthy paying attention to.     

用接收函数方法研究汶川和芦山地震之间未破裂段的地壳结构

芦山与汶川地震之间存在约40 km的地震空区.震源区和地震空区的深部构造背景的研究对深入了解中强地震的深部孕育环境及地震空区的地震活动性具有重要科学意义.利用本小组布设的15个临时观测地震台以及21个芦山科考台站和21个四川省地震局固定台站记录的远震数据,用H-K叠加方法得到各个台站的地壳厚度和平均泊松比,并构建了接收函数共转换点(CCP)偏移叠加图像以及反演得到台站下方的S波速度模型.我们的结果揭示了震源区和地震空区地壳结构特征差异:(1)汶川震源区的地壳平均泊松比为~0.28;芦山震源区为~0.29;而地震空区处于泊松比变化剧烈的区域;(2)汶川地震与芦山地震的震源区以西下方的Moho面呈现深度上的突变(这与前人的研究成果基本一致),分别从~44 km突变到~59 km,~40 km突变到~50 km,而地震空区地壳平均厚度呈现渐变性变化;(3)地震空区Moho面下凹且具有低速的上地壳.综合一维S波速度结构和H-k以及CCP的初步结果,这可能显示汶川地震的发震断裂在深部方向上向西倾斜并形成切割整个地壳的大型断裂;芦山地震则可能是由于上、下地壳解耦引起的;而地震空区处于两种地震形成机制控制区域的过渡带中.     

Seismic hazard model for loss estimation and risk management in Taiwan

We developed a seismic hazard model for Taiwan that integrates all available tectonic, seismicity, and seismic hazard information in the region to provide risk managers and engineers with a model they can use to estimate earthquake losses and manage seismic risk in Taiwan. The seismic hazard model is composed of two major components: a seismotectonic model and a ground-shaking model. The seismotectonic model incorporates earthquakes that are expected to occur on the Ryukyu and Manila subduction zones, on the intermediate-depth Wadati-Benioff seismicity zones, on the active crustal faults, and within seismotectonic provinces. The active crustal faults include the Chelungpu fault zone, the source of the damaging M_W 7.6 Chi-Chi earthquake, and the Huangchi-Hsiaoyukeng fault zone that forms the western boundary of the Taipei Basin. The ground-shaking model uses both US, worldwide, and Taiwanese attenuation relations to provide robust estimates of peak ground acceleration and response spectral acceleration on a reference site condition for shallow crustal and subduction zone earthquakes. The ground shaking for other site conditions is obtained by applying a nonlinear soil-amplification factor defined in terms of the average shear-wave velocity in the top 30 m of the soil profile, consistent with the methodology used in the current US and proposed Taiwan building codes.