GPS观测的2001年昆仑山口西MS8.1级地震地壳变形

2001年11月14日17时26分,在昆仑山口西青海和新疆交界处发生了M_S8.1级强烈地震。震后利用 GPS开展了相对密集的地壳形变观测。计算获得的同震位移表明,地震地壳形变影响范围大致为88°～97°E, 32°～38°N,断层运动具有明显的左旋兼挤压的特点。在昆仑山口附近GPS观测获得的地表破裂两侧的相对左旋 位移量约为2.6m,与地表野外调查获得的该处的地震破裂位移值符合的很好。断裂南侧垂直断裂走向同震位移 量逐渐衰减,位移方向相对稳定。而断裂北侧,同震位移主要集中分布在柴达木盆地南缘,位移方向变化较大,盆 地内部位移量迅速衰减,表明东昆仑断裂北侧柴达木盆地地壳介质性质与其南侧高原腹地有明显不同。GPS观测 得到的震后断层蠕动结果表明,最初两周内断层蠕动位移量就占了观测期(近1年时间)总位移量的47%还要多, 其后半年多的时间内断层蠕动位移量不到观测期总位移量的40%,而余下的近5个月时间断层蠕动位移量只占观 测期总位移量的13%。断层蠕动速率在最初两周内超过130cm/a,到2002年3月11日迅速下降到26cm/a,其后 则逐渐呈线性衰减。区域GPS观测的初步结果同时表明,尽管地震破裂附近断层两侧有较大的相对位移,但东部 甘青川一带相关断层上相对运动不明显,可能说明这一区域仍处在     

新疆塔里木—西昆仑宽频地震观测实验研究

利用获取的宽频地震数据，采用接收函数方法，获得了塔里木块体与青藏高原北缘西昆仑山结合部位的地壳及上地幔结构新信息。塔里木块体的地壳结构相对简单，其块体南缘的莫霍界面深度为42km，且向南倾斜，在西昆仑山前深度增加到50km左右。接收函数图象清晰地显示出，塔里木块体南缘和西昆仑山下存在南倾和北倾的构造特征，这些构造特征可以用地壳和上地幔相互穿插和变形的岩石圈碰撞模型来解释。     

地壳脆塑性转化带非稳态流变与震后松弛变形机制

大陆浅源地震密集分布层称为地震层,该深度处于石英脆塑性转化带,其变形除受温度控制外,地震周期各阶段变形随应变速率和应力发生变化,从间震期的稳态蠕变转化为同震破裂和震后松弛阶段非稳态蠕变。与间震期长期蠕变相关的野外塑性变形和稳态流变实验研究非常多,而与震后松弛相关的地壳深部脆塑性转化和非稳态蠕变研究非常有限,更缺少非稳态流变的本构方程。震后松弛阶段的断层滑动研究和基于GPS观测数据反演地壳形变研究都依赖于非稳态蠕变实验数据及其流变模型。本文介绍了野外断层脆塑性转化带非稳态流变和高温高压非稳态流变实验研究进展,分析震后松弛阶段断层脆塑性转化带的变形特征与变形模式,讨论了非稳态流变与脆塑性转化带强度定量化研究中存在的问题。     

从同震和震后形变分析1668年M8.5级郯城地震对周边地震活动性的影响

以山东郯城1668年大地震为例,以前人地表地质调查结果为约束,利用弹性位错理论初步获取了该地震的同震破裂模型;在此基础上,基于粘弹性分层模型分析了该地震的同震和震后形变,同时以主震断层为接收断层计算了库仑应力分布,进一步讨论了地幔不同粘滞性系数对地表形变和库仑应力变化的影响。计算结果显示,该地震是一个右旋走滑为主兼有一定逆冲性质的地震,其同震位移巨大,能量释放较彻底;同震破裂造成震中郯城县西北、东北和南部部分断层库仑应力增加,而震后形变使得这些断层库仑应力进一步增加,在单县、宿迁和日照等地,地震后350 a库仑应力变化量达到+1bar-+1MPa量级;地幔粘滞性系数不同,形变量和库仑应力变化达到稳定的时间不同,但最终趋于稳定的数值基本一致。     

芦山地震同震和震后地表形变及重力变化的理论模拟

为了研究芦山地震的孕震过程和震源区的长期构造过程以及解释实测的震后形变和重力资料, 采用分层介质模型, 利用数值模拟的方法, 考虑区域流变系数, 计算了地震引起的地表同震、震后的形变和重力变化以及区域内部分GPS与重力连续观测台站的震后形变和重力变化的时间序列.结果表明: 芦山地震的地表同震形变显示出发震断层明显的逆冲特性; 粘弹性松弛效应引起的震后地表形变和重力变化比同震形变和重力变化的范围明显扩大, 但随着粘滞系数的增加, 变化量明显减小; 观测台站的震后变化时变曲线显示震后形变和重力变化在震后50 a间变化显著, 100 a后基本平缓, 趋于稳定; 模拟计算的GPS台站中除了MEIG台和MYAN台以外, 其余台站的震后观测必须考虑粘弹性松弛的影响.      

汶川、芦山地震前龙门山断裂带地壳形变特征对比分析

为研究2008年汶川地震和2013年芦山地震前地壳形变特征,本文利用1999—2015年四期GPS速度场和1990—2017年跨断层短水准资料,对跨断层GPS速度剖面、GPS应变率场、断层闭锁程度和滑动亏损、跨断层年均垂直变化速率等进行了分析讨论,总结了汶川和芦山地震前后龙门山断裂带三维地壳变形演化特征。结果表明,汶川地震前龙门山断裂带中、北段处于强闭锁状态、断层面应力应变积累水平很高,而龙门山断裂带西南段闭锁较弱、变形速率明显高于中北段、依然可以积累应力应变,汶川地震震源位于闭锁相对弱的部位,这可能是导致汶川地震自初始破裂点沿龙门山断裂带向北东方向单侧破裂,而震中西南方向断层并没有发生破裂的原因之一。汶川地震的发生引起龙门山断裂带西南段应力应变积累速率加快、断层闭锁程度增强、闭锁面积增大,这在一定程度上促进了芦山地震的发生,而芦山地震震源位于汶川地震前强闭锁和弱闭锁的高梯度过渡部位。因为芦山地震只释放了龙门山断裂带西南段有限的应变能,并没有显著缓解该段的地震危险性,所以汶川和芦山地震之间的地震空段以及芦山地震西南方向的地震空段,依然需要持续关注。此外,本文还收集和对比分析了多次6～9级地震前地壳变形特征,同样显示地震成核于闭锁高梯度带区域而非完全闭锁区域内部,并且随着震级升高闭锁断层面的长度也在增大,这一现象还需在高分辨率形变数据的帮助下进行深入研究和分析。     

GPS观测与数值模拟揭示的滇西北地区地壳形变特征及主要断层运动变化

滇西北地区地质构造复杂,强震孕育背景显著.本文利用滇西北地区不同期次(1999～2007期、2013～2018期)GPS观测数据解算地壳应变率场,分析地壳应变率场的动态演化特征.以不同期次GPS观测数据作为边界约束,利用二维有限元接触计算,模拟给出滇西北主要断裂带运动学特征与应力积累速率的变化;并结合汶川、芦山等历史强震和近场跨断层观测等资料,探讨滇西北地区地壳变形特征及其变形机理.结果表明:滇西北地区现今地壳变形特征表现为近东西向的拉张和近南北向的挤压,同时还叠加了南西—北东向的剪切变形,地壳应变率场在不同时段经历了动态调整,但最大主压应变方向在两个时段未发生改变,为NNW向.汶川地震前,滇西北地区主要断裂带的运动速率、运动性质与现有地质、形变结果较为一致;汶川、芦山等地震后,部分断裂带的运动性质与受力状态发生变化,本文分析认为与汶川等远场强震及断裂带近场中强震的发生有关,这些地震对滇西北地区局部应力场产生一定的影响,是部分断层运动性质发生变化的原因之一.     

利用雷达差分干涉测量技术获取汶川MS 8.0地震形变场

利用ENVISAT/ASAR和ALOS/PALSAR数据,结合两路差分干涉测量技术获得了汶川地震的同震形变信息和震前、震后地面在卫星视线(light of sight,简称LOS)方向上的形变特征。结果表明,汶川地震引起的地面形变范围广,程度大,地震形变沿断层向北北东向扩展,所形成的差分干涉条纹明显。地面的形变特征对于推断断层的性质,研究地震形变和地震发育特征具有重要的参考价值。另外,将同震雷达差分干涉测量的结果与利用USGS发布的汶川地震有限元断层模型(finite fault model)反演的LOS方向的形变进行了对比验证,发现二者在断裂带的上盘具有较好的一致性,但在下盘却有较大的误差。通过不同传感器干涉结果的对比发现,L波段的雷达干涉结果更能够反映汶川大地震在龙门山断裂带附近的地面形变信息。     

福建地区流动定点形变异常与该地区中强地震(1992-1999,MS≥5.0)活动关系的初探

运用地壳形变的垂直变化趋势 ,对福建地区跨断层流动场地资料定点形变资料进行分析 ,提取断层带形变异常特征 ;并对福建及其沿海地区若干次中强地震进行研究 ,认为各断层带形变手段在福建及其沿海地区进行中短期或短期的震情预测是可行的。     

汶川Ms8.0地震后龙门山断裂带地壳应力场及其构造意义

2008年5月12日在青藏高原东缘龙门山断裂带中段发生汶川8.0级特大地震。大震发生时释放应力并对震源区及外围构造应力场产生影响,受汶川地震断层破裂方式和强度空间差异性的影响,震后龙门山断裂带地壳应力场也应表现差异特征,至今鲜有针对该科学问题深入的分析和讨论。经过系统收集、梳理汶川地震后沿龙门山断裂带水压致裂地应力测量数据与2008年汶川地震中强余震序列震源机制解资料,对汶川地震后龙门山断裂带中上地壳构造应力场进行厘定,通过与震前构造应力场对比,深入探讨了汶川8.0级地震对龙门山断裂带地壳应力场的影响,进而对汶川震后应力调整过程及青藏高原东缘龙门山地区深部构造变形模式进行研究,研究结果表明:受汶川8.0级地震的影响,震后龙门山断裂带地壳构造应力场空间分布具有差异性,近地表至上地壳15 km深度范围,映秀—青川段最大主应力方向为北西西向、地应力状态为逆走滑型,青川东北部最大主应力方向偏转至北东东向、应力状态转变为走滑型;15~25km深度范围,龙门山断裂带最大主应力方向仍为北西—北西西向、应力状态以逆冲型为主。汶川8.0级地震后,龙门山断裂带中地壳北西西向逆冲挤压的构造应力特征进一步支持了青藏高原东缘龙门山地区东西两侧刚性块体碰撞挤压、逆冲推覆的动力学模式。     

东昆仑大地震的深部构造背景

本文以深地震测深剖面资料揭示的地壳结构形态为切入点 ,探讨东昆仑 8.1级大地震的深部构造背景。沱沱河—小柴旦长 5 0 0km的剖面范围内发现两处大的莫霍面错断 ,分别位于东昆仑 柴达木结合带之下和金沙江断裂之下。青藏高原北部的地壳厚度 6 1～ 75km :莫霍面具有一致南倾 ,逐步加深的产状及弱反射性特征 ;下地壳明显增厚 ,但速度未见明显降低 ;上地壳发育逆冲、走滑断裂 ;地壳中部存在低速层。北邻的柴达木盆地地壳相对刚性 ,厚 5 2± 2km。东昆仑及邻区的壳幔结构有利于强地震孕育。在印度板块向北推挤和柴达木地块的向南插入的区域挤压应力场中 ,青藏高原北部较弱的下地壳缩短增厚 ,变形过程中的蠕滑引起地壳浅部的应力放大。但NE向主压应力的作用不是大地震形成的唯一要素 ,与青藏高原北部各地体侧向运动有关。侧向运动速率和幅度的差异使应力在各地体的边界断裂积累并使其复活。而低速层对形成孕育大地震需要的“立交桥式”的局部应力环境是必不可少的条件。     

西秦岭晚新生代构造变形的几何图像、运动学特征及其动力机制

西秦岭位于东西向展布的秦岭-大别-苏鲁中央造山带与南北向展布的贺兰山-龙门山-川滇地震带构成的巨型"十字"构造区的交汇点,是中国大陆中部"西秦岭-松潘构造结"的重要组成部分.西秦岭晚新生代的构造变形与青藏高原的侧向扩展过程密切相关.该区构造变形的几何图像、运动特征及其深部动力学机制对于揭示青藏高原东北部的动力过程及强震...     

东昆仑、玉树、汶川地震的发生规律和形成机理:兼论大陆地震成因与预测

青藏高原东北部东昆仑、汶川、玉树等强震的同震地表破裂不对称发育,伴随余震有规律地分别向东、南东和北北东方向迁移,很可能是源于恒河盆地流经亚东、当雄、安多、库赛湖、治多、玉树、甘孜、汶川的弧形下地壳“热河”的流速和流向变化形成的,下地壳热流物质正在向云南及邻区汇聚形成下地壳“热海”,导致长时间跨季度构造热干旱,其影响超过大气环流的作用。地表破裂不一定受断层控制,震源也不在断层面上,下地壳流动导致中地壳发震并进一步影响上地壳形成同震脆性破裂系统。大陆板内盆山过渡带地震密集,大陆板内地震是在下地壳层流的热动力作用下导致活动地壳分层变形的产物。在大陆盆山耦合、圈层耦合的非线性开放系统中,从大洋底部的软流圈层流进入大陆底部使得地幔软流圈加厚,底辟上升为大陆下地壳流动,为地震活动提供了巨量热能;热软化的下地壳缓慢的韧性流动孕育了大陆板内地震;中地壳韧 脆性剪切带易于积累能量,发生热能与应变能的转化,产生地震,形成震源层;上地壳脆性断层活动和地表破裂是地震释放深部能量的载体和方式之一。地壳稳定性评价的依据应当是地壳的活动性而不是断层的活动性。大陆活动构造区地震活跃期与平静期交替实际上是下地壳地震能量的聚散过程,体现在下地壳热主导的韧性流动构造与上地壳应力主导的脆性破裂构造之间的相互作用。下地壳热软化物质流动过程中流速、流向等突然改变触发地震,并产生共振波。大陆下地壳流层在厚度、温度、粘度、流速、流向上的变化产生一定程度的温度异常、流体异常及与其相关的大气层、电场、磁场、重力场、地球化学场、应力场、应变场、生物场等异常。合理布置天空网、地面网、地下网,综合立体监测有效的地震前兆,系统地开展长期、中期和短临地震预测,能够不断地提高地震预测水平。     

Crustal structure of the Paleozoic Kunlun orogeny from an active-source seismic profile between Moba and Guide in East Tibet, China

We herein present a new seismic refraction/wide-angle reflection profile that crosses the Songpan–Ganzi terrane, the Animaqing suture zone and the eastern Kunlun mountains (comprised of the South Kunlun and Middle Kunlun blocks separated by the Middle Kunlun fault). The profile is 380 km long and extends from Moba to Guide in eastern Tibet. The crustal thickness is about 62 km under the Songpan–Ganzi terrane, 62–64 km under the South Kunlun, and 60 km under the Middle Kunlun block. The Songpan–Ganzi flysch seems to be present up to a depth of 15 km south of the Animaqing suture zone, and up to a depth of 10 km in the Middle Kunlun block, with thicknesses elsewhere that depend on assumptions about the likely lithologies. The profile exhibits clear lateral variations both in the upper and lower crust, which are indicative of different crustal blocks juxtaposed by the Kunlun fault system. Whether or not the Songpan–Ganzi flysch was originally deposited on oceanic crust, at the longitude of our profile (100°E) it is now underlain by continental crust, and the presence of continental crust beneath the Songpan–Ganzi terrane and of a continental arc under the South Kunlun block suggest Paleozoic continent–continent arc collision in the eastern Kunlun Mountains. Comparison of crustal velocity columns from all wide-angle seismic profiles across the eastern Kunlun mountains indicates a remarkable west-to-east change in the Moho topography across the Kunlun fault system (15–20 km Moho step at 95°E, but only 2–5 km along our profile at 100°E). Lower-crustal thickness of the Kunlun terranes is rather uniform, about 35 km, from 80°–95°E, which suggests that similar thrust-thickening processes have played a role where the Qaidam Basin abuts the Kunlun fault, but thins to 20–25 km at 100°E, east of the Qaidam Basin. The increased crustal thickness from 93° to 98°E compared to that at 100°E may be due to the differences in the thickness of the crust of the two plates before their collision, and/or largely achieved by thickening of the lower crust, perhaps indicating a crustal flow mechanism operating more strongly in the western region.     

青藏高原东北缘岩石圈缩短变形——深地震反射剖面再处理提供的证据

青藏高原是由印度板块和亚洲板块于50～60 Ma碰撞而形成的全球最高最大的高原,已成为多数国内外学者的共识.然而,关于它的岩石圈变形机制却是长期争论的问题.深地震反射剖面是精细揭示岩石圈结构、分辨变形样式的有效技术.重新处理的松潘地块一西秦岭造山带深地震反射剖面揭示出岩石圈变形的细节,以地壳上部的双重逆冲构造、地壳中部...     

华北中地壳滑脱面及其活动分区的天然地震研究

华北的上部地壳以脆性变形为主,下部地壳以韧性伸展为主,两种截然不同的变形状态却有着相同伸展方向、相同伸展量,使得上下地壳之间因差异运动而形成一个区域性界面-华北中地壳顶部滑脱面。以这个滑脱面为底边界发育起来的上地壳的结构构造,是控制华北盆山格局、基底构造发育形成的直接原因。华北构造是地壳脆性域“薄皮”伸展变形。滑脱面在华北基本上是连续分布的,呈断坡-断坪状,南北分带、东西分片,深度为12~22 km,一般为15~18 km,可识别出11个层状拆离区;上地壳以断块方式变形,断块的位置、形态及活动方式受滑脱面的断坡-断坪产状、与滑脱方向垂直的断叉线和与滑脱方向平行的调整断裂的组合控制,可识别出3个主裂陷轴、2条主断叉线和3条主调整断裂带。     

Numerical simulation of dynamic mechanisms of the 2008 Wenchuan Ms8.0 earthquake: implications for earthquake prediction

The sudden and unexpected Wenchuan earthquake (Ms = 8.0) occurred on the Longmen Shan Fault, causing a large number of casualties and huge property loss. Almost no definite precursors were reported prior to this event by Chinese scientists, who made a first successful prediction of the 1975 Haicheng earthquake (M = 7.3) in China. Does the unsuccessful prediction of the Wenchuan earthquake mean earthquake prediction is inherently impossible? In order to answer this question, the paper simulated inter- and co-seismic deformation, and recurrence of strong earthquakes associated with the Longmen Shan listric thrust fault by means of viscoelastic finite element method. The modeling results show that the computed interseismic strain accumulation in the lower crust beneath the Eastern Tibet is much faster than that in the other regions. In particular, the elastic strain energy density rate accumulates very rapid in and around the Longmen Shan fault in the depth above ~25 km that may explain why the great Wenchuan earthquake occurs in the region of such a slow surface deformation rate. The modeled coseismic displacements around the fault are consistent with surface rupture, aftershock distribution, and GPS measurement. Also, the model displays the slip history on the Longmen Shan fault, implying that the average earthquake recurrence interval on the Longmen Shan fault is very long, 3,300 years, which is in good agreement with the observed by paleoseismological investigations and estimates by other methods. Moreover, the model results indicate that the future earthquake could be evaluated based on numerical computation, rather than on precursors or on statistics. Numerical earthquake prediction (NEP) seems to be a promising avenue to a successful prediction, which will play an important part in natural hazard mitigation. NEP is difficult but possible, which needs well supporting.     

柴达木新生代成盆动力学过程及对油气的控制

利用天然地震环境噪声成像研究柴达木盆地及邻区的岩石圈结构,利用工业地震剖面研究新生代构造变形的几何学与运动学特征,在此基础上讨论柴达木盆地新生代的成盆动力学过程与演化。柴达木盆地及邻区的岩石圈表现出向南和向北挠曲的特征。其中,东昆仑-可可西里地区地壳深度30～40 km 的低速层向北抬升,可与柴达木盆地内部深度15 km 左右的低速区相连接,反映了东昆仑-祁漫塔格山向柴达木盆地的逆冲推覆作用,因此在岩石圈尺度上,柴达木新生代成盆动力学过程与前陆盆地是相似的,表现为构造负荷引起的挠曲沉降。柴达木盆地新生代构造变形受控于柴西南和柴北缘两期冲断系统,柴北缘冲断系统形成于古新世-始新世路乐河-下干柴沟期,主要记录于祁连山山前、阿尔金山山前北段及冷湖和鄂博梁深层;柴西南冲断系统形成于早中新世下油砂山期以来,现今盆地南部的北西向构造带和盆地北部的冷湖和鄂博梁浅层构造都属于这期冲断系统。由于柴西南冲断系统的前锋构造已扩展至柴达木盆地北缘,并受到阿尔金山和祁连山的阻挡,缺少稳定的台盆区,因而使得柴达木盆地新生界不发育前陆盆地特有的楔状沉积结构。柴西南和柴北缘两期冲断系统的叠加,不仅使得柴达木新生代构造变形在时间和空间上呈现有次序的分布,也使得新生代盆地呈现出开启到封闭的演化格局,从而对新生界油气生成和聚集产生了重要影响。     

阿尔金断裂带东段地区深浅部构造综合分析

阿尔金断裂带东段地区的地质构造特征及其动力学机制一直是地学工作者关注的焦点。近年来小震资料越来越多应用到活动断裂空间展布、深浅构造分析及动力学机制研究领域。本文应用双差定位法获得研究区域2008～2017年间6013次地震事件的精确定位数据,通过多条小震深度剖面清晰刻画出断裂系统的空间展布形态。综合石油地震剖面、人工地震宽角反射/折射剖面、人工地震深反射剖面,充分利用小震精确定位信息以及浅表活动构造研究成果,建立研究区断裂系统的深浅部构造模型。研究区莫霍面由北往南逐渐加深,存在三处断错,呈阶梯状展布,地壳内存在一条厚约10km的低速层,在该层以上为地震多发区,断裂系统总体呈"Y"字型,上部为一系列叠瓦状逆冲断裂,造成祁连山的隆升,向下并入一条主干断层。最后探讨了青藏高原东北缘地区构造运动的动力学机制,亚洲板块俯冲至祁连山前,上地壳以逆冲推覆构造模式造成上地壳增厚现象,而中下地壳主要为亚洲岩石圈地幔下插,上地幔的拖曳作用下发生流动引起地壳增厚,上下地壳整体增厚。     

Modeling vp and Q on Explosion Seismology Data in NE Tibet

MODELING v_P AND Q ON EXPLOSION SEISMOLOGY DATA IN NE TIBET