玉树Ms7.1级地震甘达村段构造地球化学特征

为探究地震对断层带气体逸出的影响和震后气体地球化学特征随时间的变化,以及地震动力学特征,利用土壤气地球化学方法,于2010年4月14日青海玉树Ms7.1级地震断层甘达村段测量地表破裂特征和震后断层气氡和汞浓度,发现断层带土壤的气氡和汞浓度的平均值分别为9246 Bq/m3和4.2 ng/m3。破裂带中Rn浓度变化幅度大,而Hg的浓度变化较小。断层主滑面附近Rn浓度相对降低,为地表破裂后断层气逃逸所致。泉水气氡观测发现,震前氡浓度增高,表明地震断层活动性增强。因此巴颜喀拉地块向东不均匀挤压,使深部气体沿地震断裂逃逸至地表,这也是造成断层带气氡、汞浓度的增高的原因。     

汶川M_s 8.0地震破裂带CO_2、CH_4、Rn和Hg脱气强度

地震活动断裂带能够向大气释放大量的温室气体、放射性气体和有毒气体(CO_2、CH_4、Rn和Hg),并对大气环境的影响产生复杂的影响。利用静态暗箱法,对汶川M_s8.0地震破裂带CO_2、Rn和Hg脱气强度进行实地测量,并计算了CO_2和Hg脱气对大气的年贡献量。结果表明:(1)破裂带土壤气中CO_2、CH_4、Rn和Hg异常浓度最大值分别可以达到7.98%、2.38%、524.30k Bq/m~3和161.00ng/m~3;破裂带CO_2、Rn和Hg脱气平均通量是34.95g·m~(-2)d~(-1)、36.11m Bq·m~(-2)s~(-1)和26.56ng·m~(-2)h~(-1),最大值分别达到259.23g·m~(-2)d~(-1)、580.35m Bq·m~(-2)s~(-1)和387.67ng·m~(-2)h~(-1);(2)汶川Ms8.0地震破裂带向大气脱气的CO_2年贡献量是0.95Mt,Hg的年贡献量是15.94kg。汶川Ms8.0地震破裂带破裂CO_2、CH_4、Rn和Hg等的脱气强度,不仅与破裂带渗透率有关,还与断裂带浅部存在的气藏、煤层以及磷矿层等气体源有重要的联系。     

2010年玉树地震(Ms7.1)地表破裂特征、破裂机制与破裂过程

2010年4月14日,青海省玉树地区发生Ms7.1级地震,造成大量人员伤亡和财产损失.地震发生后,我们对地震地表破裂带进行了详细的考察,并对同震位移量进行了精确的测量.根据野外考察和测量的结果,对玉树地震的地表破裂特征、同震位移量及其分布特征进行了分析,并对地震的破裂机制和破裂过程进行了探讨,取得如下认识:(1)玉树地震形成了沿鲜水河断裂带西北段(甘孜-玉树断裂)分布的东、西两条地表破裂带,西段破裂带分布在微观震中附近的隆宝湖拉分盆地中,长约19km;东段破裂带沿扎曲河南岸及巴塘河西岸山坡展布,长度约31km;上述两条破裂带之间存在约15km的地表破裂空区;(2)野外测量获得玉树地震的最大同震位移量为2.3m,位于东段地表破裂带中部郭央烟宋多附近;(3)地表破裂和野外构造地貌特征均反映了发震断层处于走滑伸展环境,断层左旋走滑过程中伴随正断作用;(4)地震波反演结果和地表破裂分布特征表明,玉树地震的破裂过程包括两次子事件,分别在地表形成了隆宝湖破裂带和扎曲河、巴塘河破裂带,隆宝湖及玉树县城西侧的山间谷地是在甘孜-玉树断裂长期活动的破裂带阶区转换拉张过程中形成的两个拉分盆地.     

海原断裂带土壤气与地下水地球化学特征研究

选取海原断裂带曹洼(CW)、菜园(CY)、万家水(WJ)、水泉(SQ)、三塘(ST)、松山(SS)和安远(AY)7个测区进行土壤气测量与地下水地球化学检测,依据海原断裂带不同构造部位的土壤气浓度、水化学组分和同位素组成等,分析了海原断裂带的构造活动性分段特征。结果显示：研究区内土壤气Rn释放量较高的区域主要集中于ST、SQ测区,且断裂带中部区域气氡浓度相对较低;氦浓度及其同位素检测结果表明ST、SQ和CY测区土壤逸出气中含有幔源气体;泉水化学组分及氢氧同位素分析结果显示SQ和ST测区地下水与围岩介质之间的水岩相互作用程度较高、水岩反应平衡状态较高、地下水循环深度较大;泉水氚活度分析结果显示水泉（SQ）测区地下水补给区较远、水循环周期较长、新老水体的交换作用缓慢。综合分析认为,相比其他区段,海原断裂中西段（SQ ST）接近1920年8.5级地震破裂段,其断裂带闭锁程度较弱、与地壳深部的连通性较好,更有利于地下流体的扩散与运移。     

汶川地震地表破裂影响带调查与建筑场地避让宽度探讨

5.12汶川Ms8.0级地震沿龙门山中央断裂带形成长度约270km的地表破裂带,破裂带垂直和水平位移一般为1.0～5.0m,最大可达9.8m。在地表破裂带附近,建筑物破坏严重。笔者系统调查了龙门山中央断裂带地表破裂的垂直和水平位移以及地震地表破裂影响带宽度,并采用物探测试方法对部分影响带宽度进行了验证。统计结果表明,汶川地震地表破裂影响带宽度主要集中在16～60m,影响带宽度(D)与垂直位移(H)具有较好的线性关系,即D=10.11H+16.0。对于逆冲性质为主的地震地表破裂而言,上盘影响带宽度与下盘的比值一般为3:1～2:1,据此可确定地表破裂带上、下盘的避让带宽度。笔者根据现场调查并借鉴国外经验提出,上盘避让宽度下限一般不应低于15m,下盘避让宽度下限不应低于10m。本项研究对于汶川地震灾后重建场地选址具有重要的实际意义。     

四川芦山2013年Ms7.0地震发震构造初步研究

2013年4月20日8时2分,四川龙门山断裂带的雅安芦山发生Ms7.0级地震,震中位于芦山县太平镇和双石镇之间,震源深度13～14km,震中最大烈度达IX级。震中区野外调查发现,尽管房屋建筑损坏较严重,但这次地震没有产生明显的地表破裂构造,仅见少量的地裂缝和喷砂冒水现象。高分辨率遥感图像解译、主余震分布、震源机制解等综合分析认为,该地震是龙门山断裂带西南段一次独立的破裂事件,属于逆冲型地震,沿双石-大川断裂中南段发生破裂,主破裂面西倾,倾角33°～43°,推断芦山地震与龙门山构造带底部滑脱带(13～19km)断坡构造活动有关。历史上,沿双石-大川断裂发生至少2次Ms6～6.5级地震,由此认为芦山地震是龙门山断裂带西南段特征型地震,与汶川地震不同。原地地应力测量和监测数据表明这是汶川地震后龙门山断裂带西南段应力释放的结果。     

活动断裂带附近地下水中的氢同位素变化与地震关系研究

本文主要研究活动断裂带附近地下水中的氢同位素变化与地震的相关性。2009年1月初,我们在汶川地震的发震断裂带——龙门山断裂带南缘的雅安进行考察,并开始采集地热深井的地下水样品,到5月初结束。在采样期间,龙门山断裂带发生4~5级余震多次。对所采地下水样品氢同位素δD值的分析结果表明,发震断裂带附近地下水中的氢同位素异常与该断裂带上4.0级以上地震有一定相关性。从氢同位素δD值随时间变化曲线可看出,(1)震前氢同位素δD值由背景值逐渐降低,震后升高,然后再逐渐回归背景值;(2)地震的级别越大,氢同位素δD值变化越显著;(3)从氢同位素δD值开始系统地降低到地震发生,这个过程大约可持续一周左右时间,属于临震预报的时间范畴。从本研究结果可得出地下水中氢同位素δD值异常能够反映断裂带的地震活动性,可作为5.0级以上地震临震预测的一种方法。     

土壤CO_2浓度变化特征及其水文地质意义研究

利用EGM-4便携式环境气体检测仪,在野外现场及室内开展沙柱试验,检测土壤不同深度的CO_2浓度。结果表明:土壤中CO_2浓度具有明显的差异性,具有随着植被发育程度增高而升高的趋势。(1)土壤中CO_2浓度比当地大气及地表CO_2浓度显著偏高;(2)野外现场测试得到,随深度增加,土壤温度及CO_2浓度逐渐升高,于深度210cm处土壤CO_2浓度似存在极大值;(3)不同坡度时,坡度较小者的土壤CO_2浓度偏高;相同坡度时,植被条件好的土壤CO_2浓度偏高;(4)在单棵树株周围,具有随着与树干距离增加,同样深度土壤CO_2浓度逐渐减小的趋势。文章讨论了土壤(包气带)CO_2浓度变化与水的溶滤能力及地下水化学性质之间的关系等水文地质意义。     

断裂带土中氡浓度影响因素分析及特征曲线应用

土壤中的氡气（Rn）是研究断裂的一个有效手段,通过氡浓度变化曲线可以大致确定断裂带的位置、范围和产状等。一般而言,断裂带上方呈现Rn峰值异常,远离断裂带逐渐衰减至正常水平。土壤中氡浓度变化取决于断裂的规模、倾角、岩性、破碎带宽度、充填物透气性、覆盖层、地下水、稀释效应和放射性平衡等因素。     

活动断裂带工程地质研究

活动构造带工程地质问题是工程地质和岩土工程界长期关注的难点,主要涉及断裂剧烈活动(地震)产生的地表破裂、隧道震害、斜坡地质灾害、非震期活动断裂带隧道应力异常、碎裂岩带大变形,以及活动断裂长期演化过程中对地形地貌、斜坡岩体结构和局部地应力场的影响等。本文简要回顾了国内外活动断裂带工程地质研究从模糊到逐渐清晰的过程,重点梳理总结了地面工程避让活动断裂、隧道工程穿越活动断裂带的稳定性评价、活动断裂带斜坡地质灾害效应等方面的主要进展,结合作者以往研究认为：①不同类型活动断裂的影响带宽度或避让距离有所差异,逆断型地表破裂影响带宽度(D)与垂直位移(H)基本符合线性关系D=10H+16. 0m,可据此确定避让距离,走滑型地表破裂的避让距离取15m为宜。②结合复杂艰险山区铁路选线和施工过程,给出了隧道工程穿越活动断裂带的合理角度,以及地震期和非地震期活动断裂带附近的隧道变形破坏特征。③从活动断裂带对地形地貌和岩体结构的影响、断裂剧烈活动(地震)诱发崩塌滑坡灾害、断裂蠕滑作用对斜坡应力场和稳定性的影响、断裂活动为地质灾害链提供大量物源等方面,揭示了活动断裂带地质灾害效应的主要表现形式。综合以上研究进展和存在的问题,提出了今后值得关注的主要研究方向,对于活动构造区工程地质研究和防灾减灾具有指导意义。     

龙门山中段彭灌断裂带汶川Ms8.0地震同震破裂断层识别及其浅、表构造特征

2008年汶川Ms8.0地震在龙门山中段的彭灌断裂带产生的地表破裂,是该地震产生的第二大地表破裂带.综合应用地质、钻井以及二维、三维地震数据,利用横贯前山带的多条人工地震反射剖面,对彭灌断裂带产生同震破裂的断层进行准确识别和解释.研究表明,龙门山中段的彭灌断裂带是一套由3条主要断层和次级广泛发育的断裂组合构成,浅层表现...     

汶川八级地震滑坡高速远程特征分析

汶川地震触发的高速远程滑坡主要沿龙门山主中央断裂带汶川映秀安县高川北川县城平武南坝青川一线地震破裂带展布。由于获得了1.5g以上的抛掷加速度,具有明显的气垫效应,估计最大滑动速度一般大于70ms-1,滑动距离一般为滑体启动时长度的数倍甚至10多倍,堆积成坝形成多处堰塞湖,最大滑行距离达3.2km。本文重点解剖了位于地震破裂带南西段(初始震中)的汶川映秀牛圈沟滑坡碎屑流、位于地震破裂带中段的北川城西滑坡和位于地震破裂带北东段青川东河口滑坡碎屑流3个典型实例,认为具有如下特征:(1）岩性条件:母岩遭受长期构造动力作用,呈碎裂岩体,后期被强烈风化,岩体极为破碎;(2）抛掷效应:位于汶川地震主断裂带或附近,垂直加速度大于水平加速度,强地面运动持时长,岩体发生振胀和抛掷;(3）碰撞效应:上部滑坡体发生高位剪出和高位撞击,致使岩体碎屑化;(4）铲刮效应:撞击作用导致下部山体被铲刮,形成次级滑坡,为碎屑流体提供了足够展翼和抛洒物源体积;(5）气垫效应:碎屑化岩体快速抛掷导致下部沟谷空气迅速谷状圈闭和向下紊流,形成气垫效应,或者,在下部地形开阔地带压缩空气呈层流状态致使滑体凌空飞行。     

影响土壤中二氧化碳浓度分布的因素分析

探究CO2地质储存泄露的安全性问题,研究CO2在土壤包气带中浓度分布的影响因素。用不同浓度的CO2气体输入试验筒中,并监测土壤中CO2浓度,将测量结果与温度及土壤含水率变化曲线对比。结果表明,输气速度不变情况下,土壤中CO2浓度变化较小,基本保持平衡,由深到浅 CO2浓度依次降低,不同浓度试验组的CO2气体的浓度小幅变化与日温变化规律相同;土壤中CO2浓度大小的对含水率基本无影响,但雨水入渗增大了土壤含水率,CO2浓度较原来相比有所上升,在土壤深约1．5 m处形成一个较小的峰值。     

东昆仑活动断裂带秀沟盆地段晚第四纪构造变形与地貌特征研究

秀沟盆地是发育在东昆仑走滑断裂带上的一级拉分盆地,位于该断裂带西大滩-东大滩段与托索湖段的左阶连接部位.本研究通过解译分析高分辨率遥感影像和数字高程模型(DEM)数据,并结合野外高精度实时差分GPS(RTK-GPS)测量数据,对秀沟盆地第四纪构造活动及其地貌特征进行了研究.研究结果表明,沿东昆仑活动断裂带秀沟盆地段发育了晚第四纪地表地震破裂带、次级走滑拉分盆地、错断阶地陡坎、错断冲积扇等典型走滑构造地貌特征.其中秀沟盆地东北部发现约50km长,而且保存完好的地表地震破裂带,很可能是1902年秀沟盆地东北部M7.0级的地震地表破裂带.在破裂带的长度上,它与1963年发生在其东部阿拉克湖段的M7.0所产生的40km长的地震地表破裂带相近.高分辨率遥感影像的解译结果表明,冲积扇上发育的河流T3阶地与T4阶地之间发生了90m左右的水平断错累积位移,根据同一海拔高度沉积物的宇宙成因核素暴露年代测定资料得出的T3和T4阶地的形成年龄分别是6276±262a和8126±346a,估算出东昆仑活动断裂带秀沟盆地段全新世以来的平均走滑速率为12.9±2.9mm/a.此外,遥感影像解析和野外测量指示晚第四纪冲积扇发生的累积错断距离为2970±30m,根据这些推测冲积扇形成年代约为297±19kaB.P.,由此估算出秀沟盆地段晚更新世以来的长期平均走滑速率为10.1±0.8mm/a.两者结果接近,表明东昆仑活动断裂带秀沟盆地段晚第四纪以来有比较一致的走滑速率.     

2011年3月24日缅甸7.2级地震对云南地区的影响研究

利用2011年1—6月云南地区的连续波形资料,采用背景噪声和波形互相关方法分别反演该地区的速度结构以及2011年3月24日缅甸7.2级地震前后60d的速度变化图像。同时,根据云南地区中小地震计算缅甸地震前后应变能释放响应比空间分布,并利用缅甸地震的震源参数,计算了缅甸地震对云南地区主要断裂产生的库仑破裂应力影响。结果显示:(1)禄劝至华坪一带、永定至泸水区域和通海至建水地区震后波速增加,同时该地区地震活动增强,相应断裂上库仑破裂应力增加,说明缅甸地震对这些区域具有加速构造活动的正影响;(2)小江断裂带以东马龙至宣威地区和南汀河断裂带以南临沧至景洪地区震后波速降低,地震活动减弱,断裂上库仑破裂应力降低,说明缅甸地震对该区域具有减缓构造活动的负影响。     

2011年3月24日缅甸7.2级地震对云南地区的影响研究

利用2011年1-6月云南地区的连续波形资料,采用背景噪声和波形互相关方法分别反演该地区的速度结构以及2011年3月24日缅甸7.2级地震前后60 d的速度变化图像。同时,根据云南地区中小地震计算缅甸地震前后应变能释放响应比空间分布,并利用缅甸地震的震源参数,计算了缅甸地震对云南地区主要断裂产生的库仑破裂应力影响。结果显示：(1) 禄劝至华坪一带、永定至泸水区域和通海至建水地区震后波速增加,同时该地区地震活动增强,相应断裂上库仑破裂应力增加,说明缅甸地震对这些区域具有加速构造活动的正影响;(2) 小江断裂带以东马龙至宣威地区和南汀河断裂带以南临沧至景洪地区震后波速降低,地震活动减弱,断裂上库仑破裂应力降低,说明缅甸地震对该区域具有减缓构造活动的负影响。     

东昆仑活动断裂带强震地表破裂分段特征

东昆仑活动断裂带是青藏高原内部一条长度达到1000km以上的活动断裂带。在近100年期间,沿该断裂带曾发生过4次M_S7.0以上地震。最新一次强震是2001年昆仑山口M_S8.1地震。本文综合前人资料,通过东昆仑活动断裂带的几何展布、活动速率、历史强震及古地震地表破裂带展布,讨论了该断裂带的强震破裂分段特征、强震破裂端点障碍体的稳定性,强调了从断裂带演化过程认识断裂带的几何展布与现今强震地表破裂分段的异同,并讨论了该断裂带未来的强震破裂危险地段。      

汶川地震断裂带结构、岩性特征及其与地震活动的关系

文章以龙门山中央断裂带映秀-北川断裂带为研究对象,重点对汶川地震破裂带南段虹口乡八角庙地区地表断裂带进行了详细研究,并结合汶川地震科学钻探1号孔(WFSD-1)岩芯部分研究成果,探讨龙门山中央断裂带的物质组成及其结构特征.研究表明,映秀-北川断裂带由很多次级小规模断裂(破碎带)以及夹持其中的块体所构成,其中断层泥的厚度由几毫米到25cm不等,与WFSD-1岩芯记录的地震断裂现象基本一致.从虹口乡八角庙露头来看,映秀-北川断裂带整体宽约120m,分布有近80条含有断层泥的次级断裂带.以台湾车笼埔断裂钻探项目(TCDP)和汶川地震科学钻探(WFSD)研究来看,一次大地震只能形成几毫米至约2cm厚的断层泥,推断映秀-北川断裂带中每层断层泥至少发生过1次到13次地震,该区总厚度约150cm的断层泥中发生地震次数至少为183次,说明沿着映秀-北川断裂带重复发生过多次强地震活动.每次地震活动并不完全沿袭老的地震断裂主滑移带滑动,而是沿着断层泥边部区域滑动.从整个断裂带中断层泥分布特征来看,地震断裂活动具有向断裂下盘迁移的趋势,并且断层泥的厚度与断裂活动性成正比关系,表明断裂带宽度与地震活动次数及其演化历史有着成因上的直接联系,多次地震活动叠加可能是龙门山形成的主要成因.     

夏垫活动断裂CO_2、Rn、Hg脱气对环境的影响

为明确夏垫活动断裂排气的环境效应,采用土壤气测量方法,连续3年对北京东北部的夏垫活动断裂带CO_2、Rn和Hg的脱气浓度及通量进行重复原位测量,并计算了CO_2和Hg脱气对大气的年贡献量。结果表明,夏垫断裂土壤气浓度及通量的最大值出现在三河平谷大地震震中附近的潘各庄与齐心庄测区。潘各庄剖面土壤气中Rn、CO_2浓度异常明显,与震中附近岩体构造裂隙更发育有关,表明三河-平谷大地震对夏垫断裂脱气具有促进作用。夏垫活动断裂带通过脱气作用每年向大气排放CO_2约0.23 Mt、Hg约1.3 kg。其中,CO_2浓度较低,无窒息风险,部分测点Hg浓度高于18.32 ng/m~3,属一般程度污染,大东关、潘各庄部分测点Rn浓度高于50 k Bq/m~3,需对附近建筑物采取综合防氡措施。     

地表探槽断裂岩岩石磁学揭示汶川地震断裂带不同滑移机制

岩石磁学能揭示岩石的磁性矿物组合,通过断裂岩不同的磁性矿物组合可揭示地震过程中磁性矿物变化、地震摩擦温度及地震滑移机制等基础地震地质问题。2008年Mw 7.9级汶川地震使两条断裂带同时发生地表破裂,包括映秀-北川和灌县-安县断裂地表破裂带,破裂带上地震断裂岩为岩石磁学提供了大量的研究对象。本研究主要以汶川地震地表破裂带上两个探槽内断裂岩为对象,包括映秀-北川地表破裂带上的八角庙探槽和灌县-安县地表破裂带上的九龙探槽,结合目前已发表的地表及WFSD-1孔的研究成果,从岩石磁学角度探讨汶川地震断裂带经历的地震滑移机制:1综合映秀-北川地震断裂带上八角庙探槽和其它位置的断裂岩岩石磁学研究,结果显示该地震断裂带附近断层泥的高磁化率源于新生的亚铁磁性矿物,如磁铁矿和磁赤铁矿等,故映秀-北川地震断裂曾经历高温快速热增压地震滑移机制;2灌县-安县地震断裂带上九龙探槽内断层泥略低的平均磁化率源于其铁的硫化物含量比断层角砾及侏罗纪砂岩多,铁的硫化物可能源于地震过程或断裂岩抬升到地表后的地表作用,如果断层泥中铁的硫化物多含量源于地震过程,则灌县-安县地震断裂带曾经历低温慢速机械润滑地震滑移机制;3两条断裂经历的不同地震滑移机制可能受控于断裂深部结构,如断层产状,映秀-北川地震断裂带的陡倾角易产生高温快速地震滑移,而灌县-安县地震断裂带的缓倾角更易产生低温慢速地震滑移。