祁连山—海原断裂带跨断层形变近期异常特征研究及机理初探

分析了祁连山—海原断裂带跨断层形变近期异常变化特点,给出了该断层形变区域特征异常量,认为断层形变不但能够显示局部构造活动,而且可以反映大范围地壳形变波的空间传播与演化,从而为利用跨断层观测资料进行地震跟踪预报提供了一定的物理背景     

用GPS数据反演分析海原断裂带分段活动特征

首先应用1999-2007年的GPS观测资料分析海原断裂带的运动特征,看出期间该断裂带GPS站点运动速度由南向北逐渐衰减,在NWW和NE走向断层两盘的运动差异较为明显,断层的活动以走滑运动为主.然后依据地质、地球物理等资料给出反演参数初值,利用水平形变资料对断裂三段的走滑速率及断层下界深度进行反演.结果为从西到东断裂带各段走滑速率分别为8.25 mm/a、5.49 mm/a和5.97 mm/a,断层底部深度依次为22.8 km;13.3 km;11.1 km.综合分析认为毛毛山-老虎山断裂运动速度明显高于海原断裂速度,在速度变化梯度较大的毛毛山断裂存在6级以上地震空区,推测具有发生强震的危险性.     

深地震反射剖面揭示的海原断裂带深部几何形态与地壳形变

由于活动的青藏高原不断的隆升和推挤作用,在西南向东北的推挤作用和周缘块体的阻挡以及东北缘内部块体挤压形变的作用下,形成了多个走向不同的青藏高原东北缘构造体系.新生代构造变形和地震活动强烈,区内分布多条大型深断裂带.海原断裂是青藏高原东北缘发育的弧形活动断裂带中规模最大、活动最为强烈的一条左旋走滑型断裂带,是重要的大地构造区边界,也是控制现今强震活动的活断层.本文利用2009年完成的高分辨率深地震反射剖面的北段资料,对其进行初步构造解释,揭示出海原断裂带的深部几何形态和其两侧地壳上地幔细结构.结果显示海原断裂并不是简单的陡立或者较缓,其几何形态随着深度变化.在海原断裂之下的Moho并未错断的反射特征显示海原断裂并不是直接错断莫霍面的超壳断裂.海原断裂带及两侧岩石圈结构和构造样式的研究为探讨青藏高原东北缘岩石圈变形机制提供地震学依据.     

基于PS-InSAR技术的海原断裂带地壳形变观测研究

基于单像对的常规D-InSAR技术在形变量较大的地震同震形变场探测中已取得成功应用,但由于其受时间、空间失相干和大气影响的严重制约,难以应用于长期缓慢微小地壳形变的观测研究中.近几年发展起来的PS-InSAR(Permanent scatterer InSAR)技术是对常规D-InSAR的创新性发展,它通过将干涉处理对象集中在SAR图象中散射特性稳定的高相干点集上(人工建筑物或巨石、山峰等自然地物),避开非相干象元可能带来的各种复杂问题,从而间接克服了相位失相关和大气延迟的局限性,极大地提高了干涉测量的精度和可靠性,使基于InSAR技术的mm级微小地壳形变的遥感观测得以实现.     

基于地壳变形观测资料分析广义海原断裂运动状态

广义海原断裂包括冷龙岭断裂、金强河断裂、毛毛山断裂、老虎山断裂、海原断裂等几段,地震地质研究认为该断裂不同断层段处于不同的孕震阶段。利用大地测量观测的地壳运动速率做约束,通过反演确定现今上述各断层的运动状态。首先基于黏弹性地震周期变形模型计算广义海原断裂不同断层带的位移累积速率,然后根据获得的结果与海原大地震的同震位移进行对比分析,最后讨论该区域断裂带上不同孕震阶段的活动特征和运动状态。反演结果表明,1920年海原8.5级地震发震断层闭锁程度整体较低;“天祝空段”的闭锁程度较高,断层累积速率较小;1888年景泰7级地震发震断层的闭锁程度也相对较高;1990年景泰—天祝6.2级地震发震断层的闭锁程度相对较低;广义海原断裂的整体速率由西向东呈阶段性分布,位移累积速率与大地震的发震地区呈对应关系。     

基于GPS观测的张家口-渤海断裂带活动性

文中基于1999年、2007年、2009年、2011年、2013年以及2015年6期GPS区域站观测资料,计算得到了5个相邻时段中张家口-渤海断裂带的水平形变速率和应变率,据此研究了该断裂带的活动性演化特征。结果表明,在5个时段中,张家口-渤海断裂带的总体形变速率平均为1. 74mm/a,左旋走滑速率平均为1. 59mm/a,压缩速率平均为-0. 59mm/a。张家口-渤海断裂带各时段的左旋走滑速率均大于压缩速率,说明其活动性以左旋走滑活动为主,兼有压缩运动。在5个时段中最小主应变率均小于0,为压性,最大主应变率>0,为张性。张家口-渤海断裂带的主压应力方向均为NEE-SWW向,主张应力方向NNW-SSE向;正应变率均为负数,为压性;断裂带的剪应变率值相对于正应变率较大,表明剪应力较强,各时段均以左旋剪切应力作用为主。张家口-渤海断裂带的构造活动具有继承性,在日本3·11大地震后,其构造活动性呈现逐步减小的趋势。     

郯庐断裂带中南段重磁综合剖面探测研究

郯庐断裂中南段在第四纪以来活断层最发育,历史上曾发生过多次中强以上地震,是中国目前主要地震活动区域之一。汶川8.0级地震发生后,地下流体观测井多测项震后效应在郯庐断裂带中南段部分地区一直持续存在,同时速度结构研究表明该区域存     

西-海-固地区垂直形变分析及地震趋势研究

通过对西（吉）-海（原）-固（原）地区垂直形变场的演化分析表明:①90年代以来,垂直形变场升降差异运动减弱;②现今青藏亚板块对鄂尔多斯地块西南缘（西-海-固地区） 的 NE 方向挤压应力有所减弱,华北亚板块 SW 方向挤压应力有所加强;③鄂尔多斯块体周缘小震出现的活跃状态,可能是由于青藏亚板块挤压应力的减弱而造成鄂尔多斯块体水平挤压应力场的“失稳”,以及华北亚板块挤压应力相对增强的结果。     

地质观测、地震剖面和重力测量的综合方法在前陆褶皱冲断带的应用：以天山北麓呼图壁河剖面为例

褶皱逆冲带的几何学研究是造山带研究的热点,但是无论是传统构造地质学方法还是地球物理学方法都在研究褶皱逆冲带几何特征时存在多解性.为了制约这种多解性,本文以天山北麓的呼图壁河剖面为列,介绍一种地质与地球物理相结合的研究方法.该方法首先沿呼图壁河剖面进行详细的地表观测,获取地表的构造地质数据形成初步的地质模型,其次结合地表构造和钻井分层数据,对收集到的石油地震剖面进行重新解释.然而,地震反射数据只分布在盆地内部,在盆山结合带缺失或者不清晰,因此对该剖面进行了重力测量并计算出布格重力异常.结合盆地各沉积地层和基底密度值,用重力正演方法模拟呼图壁河剖面的密度结构.研究结果显示沿呼图壁河剖面并不存在天山北缘断裂,盆地的沉积盖层可以从准噶尔盆地连续过度到天山内部并不整合覆盖在天山古生代基底之上.这一结果与西段金钩河剖面的天山基底逆冲到准噶尔盆地显然不同,说明了天山北缘盆山结合带构造的多样性.利用平衡剖面技术,恢复的呼图壁河平衡剖面缩短量约为4.8 km,对比前人研究,说明了天山北缘的缩短量沿东西方向存在显著的不均一性.本研究也说明这种构造地质与地震及非震地球物理相结合的方法可以广泛地被应用于褶皱逆冲带.     

地质观测、地震剖面和重力测量的综合方法在前陆褶皱冲断带的应用:以天山北麓呼图壁河剖面为例

褶皱逆冲带的几何学研究是造山带研究的热点,但是无论是传统构造地质学方法还是地球物理学方法都在研究褶皱逆冲带几何特征时存在多解性.为了制约这种多解性,本文以天山北麓的呼图壁河剖面为列,介绍一种地质与地球物理相结合的研究方法.该方法首先沿呼图壁河剖面进行详细的地表观测,获取地表的构造地质数据形成初步的地质模型,其次结合地表构造和钻井分层数据,对收集到的石油地震剖面进行重新解释.然而,地震反射数据只分布在盆地内部,在盆山结合带缺失或者不清晰,因此对该剖面进行了重力测量并计算出布格重力异常.结合盆地各沉积地层和基底密度值,用重力正演方法模拟呼图壁河剖面的密度结构.研究结果显示沿呼图壁河剖面并不存在天山北缘断裂,盆地的沉积盖层可以从准噶尔盆地连续过度到天山内部并不整合覆盖在天山古生代基底之上.这一结果与西段金钩河剖面的天山基底逆冲到准噶尔盆地显然不同,说明了天山北缘盆山结合带构造的多样性.利用平衡剖面技术,恢复的呼图壁河平衡剖面缩短量约为4.8km,对比前人研究,说明了天山北缘的缩短量沿东西方向存在显著的不均一性.本研究也说明这种构造地质与地震及非震地球物理相结合的方法可以广泛地被应用于褶皱逆冲带.     

祁连—海原断裂带库仑应力演化及地震危险性

祁连—海原断裂带是青藏高原东北缘重要的活动断裂带,调节着青藏高原北东向推挤作用和阿拉善地块的东西向运动.已有地震地质和数值模型结果显示,祁连—海原断裂带目前存在几个强震破裂空段且其上应力积累显著、断层闭锁程度高,2022年1月8日门源MS6.9地震即发生在祁连—海原断裂带西段的断层高闭锁、应力积累显著的破裂空段.为进一...     

Spatiotemporal patterns of fault slip rates across the Central Sierra Nevada frontal fault zone

Patterns in fault slip rates through time and space are examined across the transition from the Sierra Nevada to the Eastern California Shear Zone–Walker Lane belt. At each of four sites along the eastern Sierra Nevada frontal fault zone between 38 and 39° N latitude, geomorphic markers, such as glacial moraines and outwash terraces, are displaced by a suite of range-front normal faults. Using geomorphic mapping, surveying, and ¹⁰Be surface exposure dating, mean fault slip rates are defined, and by utilizing markers of different ages (generally, ~ 20 ka and ~ 150 ka), rates through time and interactions among multiple faults are examined over 10⁴–10⁵ year timescales.At each site for which data are available for the last ~ 150 ky, mean slip rates across the Sierra Nevada frontal fault zone have probably not varied by more than a factor of two over time spans equal to half of the total time interval (~ 20 ky and ~ 150 ky timescales): 0.3 ± 0.1 mm year^? 1 (mode and 95% CI) at both Buckeye Creek in the Bridgeport basin and Sonora Junction; and 0.4 + 0.3/?0.1 mm year^? 1 along the West Fork of the Carson River at Woodfords. Data permit rates that are relatively constant over the time scales examined. In contrast, slip rates are highly variable in space over the last ~ 20 ky. Slip rates decrease by a factor of 3–5 northward over a distance of ~ 20 km between the northern Mono Basin (1.3 + 0.6/?0.3 mm year^? 1 at Lundy Canyon site) to the Bridgeport Basin (0.3 ± 0.1 mm year^? 1). The 3-fold decrease in the slip rate on the Sierra Nevada frontal fault zone northward from Mono Basin is indicative of a change in the character of faulting north of the Mina Deflection as extension is transferred eastward onto normal faults between the Sierra Nevada and Walker Lane belt.A compilation of regional deformation rates reveals that the spatial pattern of extension rates changes along strike of the Eastern California Shear Zone-Walker Lane belt. South of the Mina Deflection, extension is accommodated within a diffuse zone of normal and oblique faults, with extension rates increasing northward on the Fish Lake Valley fault. Where faults of the Eastern California Shear Zone terminate northward into the Mina Deflection, extension rates increase northward along the Sierra Nevada frontal fault zone to ~ 0.7 mm year^? 1 in northern Mono Basin. This spatial pattern suggests that extension is transferred from more easterly fault systems, e.g., Fish Lake Valley fault, and localized on the Sierra Nevada frontal fault zone as the Eastern California Shear Zone–Walker Lane belt faulting is transferred through the Mina Deflection.     

长乐-南澳断裂带两侧地壳结构差异的地震-重力联合反演

长乐-南澳断裂带出露于福建沿海地区,由于海陆过渡带的特殊性,地球物理探测受到许多限制,难以获得由陆到海的清晰而准确的深部构造形态.2014年福建省地震局采集了横跨长乐-南澳断裂带的广角反射/折射剖面（HX-6）,由于观测系统的缺陷和原始资料信噪比等问题,单纯使用地震数据反演长乐-南澳断裂带的深部地壳结构有很强的不确定性,无法解答断裂带两侧地壳结构存在何种差异,影响了对断裂带构造属性和区域构造演化的正确认识.基于岩石波速和密度有良好的对应关系,地震-重力联合反演可以有效降低多解性.本文采用地震走时拟合和重力异常拟合同步进行的方法,利用最新采集的高质量P波地震走时数据与高精度实测重力数据,反演得到了连城-厦门-金门外海剖面的二维地壳波速-密度结构模型.联合反演结果显示：长乐-南澳断裂带两侧地壳厚度差约3 km,壳内分层结构和上地幔顶部波速-密度无显著变化,推断长乐-南澳断裂带是华南地块正常陆壳和台湾海峡减薄陆壳的分界.本研究结果为进一步研究该区深部构造环境和长乐-南澳断裂带的地球动力学意义提供了新的地球物理学证据.

     

2016年以来门源2次6级地震的应力触发及其对祁连—海原断裂带地震危险性的指示

祁连—海原断裂带是青藏高原东北缘的边界断裂带,调节着青藏高原北东向的推挤和阿拉善地块的东向运动.前人动力学模拟指出,该断层有效摩擦系数可低至0.05,远小于通常在库仑应力计算及相关地震危险性分析中采用的0.4.本文基于库仑应力理论讨论了2016年门源6.4级对2022年门源6.9级地震的应力触发,并讨论了其对青藏高原东北缘地震危险性的指示意义.结果显示：随着有效摩擦系数降低,断层面最大库仑应力加载可达0.013 MPa,表明2016年门源6.4级地震可以增加2022年门源6.9级地震震源区的地震危险性.库仑应力随着有效摩擦系数的降低而增加,暗示祁连—海原断裂带的低有效摩擦系数可以促进2016年门源6.4级地震对2022年门源6.9级地震的应力触发.本文同时给出了祁连—海原断裂带两个库仑应力增强的区域,即西段的托莱山断裂和中段的天祝空段,这两个区域同时也是历史大震破裂空段和断层高闭锁段,预示着这两个断层段未来地震危险性高,值得进一步关注.

     

跨安宁河断裂带浅孔综合地球物理测井成果分析

利用综合地球物理测井技术测得跨川西安宁河断裂带冕宁—西昌段两个钻孔的电阻率、声波速度、自然电位、自然伽马等4种综合测井曲线,并结合钻孔取芯资料得到了钻孔周围所钻遇岩土层的综合物性参数．本文得到的综合测井解释成果客观真实地反映了安宁河断裂带东、西两盘的介质物性和岩性特征,揭示了断层东、西两盘地层的纵波速度变化、视电阻率值等物性变化特征,为研究安宁河断裂带的物质组成、介质物性、断层结构及其活动状态提供了基础资料．综合地球物理测井技术有望成为监测活动断裂带附近介质物性参数动态变化的一种新手段．      

华蓥山断裂带地震活动特征分析

通过对华蓥山断裂带5级以上地震以及现今中小地震活动性的分析,认识了该地区背景性和区域性的地震活动特征,认为该断裂带南段是地震活动的主体,尤其是宜宾地区地震活动较频繁,中段、北段次之。总结得到的5级以上地震的“平静—活跃”时段分布特征,3级以上地震的“弱活动—增强”规律,以及2019年长宁M_S6.0地震发生后应变能释放速率加速现象,均可为该地区5级以上地震预测预报提供参考依据。      

跨断层隔震管道分析

埋地管道在断层错动作用下的内力分析及其抗震措施一直是生命线工程的一个重要问题与研究热点。对地下管道在断层错位下的响应计算,取得的成果较多,比较经典的有Newmark-Hall方法和Kennedy方法。后来又出现基于壳模型的简化方法,如高田至郎提出的简化计算方法等。相对来讲,关于管道抗震措施的研究成果较少。本文提出一种抗震措施,进行了基于壳模型的有限元动力数值模拟,并与4种松到中密场地土条件下的埋地管道断层错位响应进行对比分析。计算结果表明,本方法中三种长度管道的最大轴向拉应变远小于埋地管道的最大轴向拉应变,而且最大轴向压应变亦不大。     

2008年汶川8.0级地震前横跨龙门山断裂带的震间形变

利用区域GPS和水准测量资料,结合地震构造背景的分析,本文研究2008年汶川8.0级地震前横跨龙门山断裂带地区的震间地壳形变,探讨引起这种形变的活动构造与动力学模式,并由此认识汶川地震的孕育与成因机制.主要结果表明：1997～2007年期间,自龙门山断裂带中段朝北西约230 km的地带内存在垂直于断裂的水平缩短变形、以及平行于断裂的水平右旋剪切变形,缩短率为1.3×10-8/a （即：0.013 mm/km/a）,角变形速率为2.6×10-8/a;同一地带在1975～1997年期间还表现出垂直上隆变形,上隆速率在龙门山前山断裂与中央断裂之间仅0.6 mm/a,而至龙门山后山断裂及其以西达2～3 mm/a.这些反映了在汶川地震之前至少10～30余年,龙门山断裂带中段的前山与中央断裂业已闭锁、并伴有应变积累.造成这种形变的主要原因是：以壳内的低速层为“解耦”带,巴颜喀拉地块上地壳朝南东的水平运动在四川盆地西缘受到华南地块的阻挡、转换成龙门山断裂带中段的逆冲运动;由于该断裂段的震间闭锁,致使西侧的巴颜喀拉地块的上地壳发生横向缩短以及平行断裂的右旋剪切变形.然而,龙门山断裂带北段在1997～2007年期间除了有大约0.9 mm/a的右旋剪切变形外,横向的缩短变形极微弱,这可能与该断裂段西侧的岷江、虎牙、龙日坝等断裂带吸收了巴颜喀拉地块朝东水平运动的大部分有关.另外,汶川地震前,横跨龙门山断裂带中段与北段的地壳形变特征的差异,与汶川地震时能量释放的空间分布吻合.     

二十年来蠕变和短基线观测反映的鲜水河断裂带活动特征

利用鲜水河断裂带1990年1月-2009年12月的蠕变与短基线数据,采用小波变换与断层运动学分析方法,获取构造活动产生的断层形变速率.结合近场断层形变测量与GPS资料,分析了该断裂带的分段活动特征及时空演化.结果显示:(1)不同段落断层活动方式存在差异性.鲜水河断裂带分段活动现象显著,以道孚县为界,以北的炉霍、道孚断层走滑量相对较大且活动方式稳定,显示张性和左行走滑;以南的乾宁、折多塘断层活动微弱,走滑量小,且滑动状态复杂,其中,乾宁断层为压性和左行走滑,折多塘断层为微弱的右行走滑.这种分段活动特征可能与断层几何及巴颜喀拉块体内部次级块体的差异运动有关.(2)不同时期断层走滑方式存在交替性.鲜水河断裂带虽以左行走滑为主,但在汶川地震前一些断层段出现过逆向走滑现象.汶川地震前2年,炉霍、道孚断层左行走滑减弱,乾宁、折多塘断层在2007年出现过逆向走滑,至2009年底,逆向走滑区域保持扩展态势.(3)不同测点间距得到的断层错动速率和变形带空间分布特征不同.不同测量方法的分析结果表明,鲜水河断裂带不同段落和跨距宽度的走滑速率有所不同:测点间距18.7~65.1 m的蠕滑速率为0.01~0.78 mm/a;测点间距72~288 m的短基线测量为0.02~2.46 mm/a,点距十几至几十公里的GPS观测为6~11 mm/a;地质滑动速率5~15 mm/a.随测点间距的增加,平行断层的位移速率按对数函数增长,视剪应变率按幂函数衰减.我们推测,大间距测点的数据中既包含了跨断层的错动,也包含了断层两侧块体的分布变形;现今的断层形变测量与地质调查之间的差异,说明断层错动速率在时间上不是常数.     

有限元数值模拟龙门山断裂带地震循环的地壳变形演化

现今地壳变形数据显示横跨龙门山断裂带的地壳缩短速率低于3 mm·a^-1,如此小的地壳缩短速率与龙门山断裂带附近的长期地质造山（平均高程约4.5 km）形成强烈对比.我们构建并使用了一个二维平面应变黏弹塑性有限元模型来模拟龙门山断裂带的地震循环位移变化,从而探讨了短期变形与长期变形之间的关系.模型模拟了地震循环的各个阶段（震间加载期、同震瞬间和震后黏性松弛调整期）以及多个地震循环（万年尺度）的地表变形,揭示了变形在地震循环中是如何累积、释放、调整以及最终形成永久变形导致了造山.模拟结果显示,岩石圈流变结构以及断层几何形态均对地震循环的地表位移变化有着显著的影响.经过多个地震循环,青藏高原东缘整体产生水平缩短与增厚抬升,而四川盆地基本保持稳定,区域的水平缩短主要由断层位错及青藏东缘的缩短抬升来调解,造成了青藏东部与川西盆地的差异抬升.研究结果将地震循环时间尺度的短期变形与长期地质造山联系起来,帮助我们理解青藏高原东部的隆升机制.