汶川MS8.0地震：地壳上地幔S波速度结构的初步研究

2008年5月12日我国四川省汶川地区发生了震惊世界的M_S8.0地震.历史上,同类地震在大陆内部极为罕见.该地震深部构造背景的研究对理解其成因极为重要.本文利用中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室在川西地区布设的大规模密集流动宽频带地震台阵记录的远震P波波形数据和接收函数非线性反演方法,得到了沿北纬31°线的19个台站下方120 km深度范围内的S波速度结构及台站下方地壳的平均泊松比.该观测剖面穿越了主震区,总长度约为420 km. 我们的结果揭示了川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地三个不同地块构造差异.上述三个地块的地壳结构特征可以概括为：（1）四川盆地前陆壳幔界面向西侧倾斜并有较为明显的横向变形,地壳厚度存在46～52 km的横向变化,中下地壳S波速度存在横向变化,地壳平均泊松比值较高（0.28～0.31）,但在龙门山断裂带附近,显示了坚硬地壳的特征,地壳平均泊松比仅为0.2;（2）松潘-甘孜地块地壳厚度由西侧靠近鲜水河断裂的60 km,向东减薄为52 km,在14～50 km深度范围内存在S波速度2.75～3.15 km/s的楔状低速区,其厚度由西侧的～30 km向东逐渐减薄为～15 km,相应区域的地壳平均泊松比高达0.29～0.31; （3）鲜水河断裂西侧,川滇地块地壳结构相对简单,地壳厚度为58 km,并在26 km深度存在约10 km厚度的高速层,地壳内平均泊松比约为0.25;（4）汶川大震区在12～23 km深度上具有近乎4.0 km/s的S波高速结构,而其下方的地壳为低速结构,地壳平均泊松比0.31～0.32,汶川大震的余震序列主要分布在高速介质区域内. 本文的结果表明松潘-甘孜地块的地壳相对软弱;而且并不存在四川盆地向西侧的俯冲.我们认为在青藏高原东向挤压的长期作用下,四川盆地强硬地壳的阻挡作用可导致松潘-甘孜地块内部蓄积很大的应变能量以及上、下地壳在壳内低速层顶部边界的解耦,在龙门山断裂带附近形成上地壳的铲形逆冲推覆.汶川大地震及其邻近区域所具有的坚硬上地壳和四川盆地的阻挡作用为低应变率下的高强度应力积累创造了必要条件,而松潘-甘孜地块长期变形积累的高应变能构成了孕育汶川大地震的动力来源.     

天然含水率状态下原状黄土动强度特性研究

通过对不同天然含水率状态下兰州原状黄土的室内动强度试验,得出了相应破坏振次为10和20次时原状黄土的动强度参数.根据试验所得动强度参数,分析了原状黄土的动强度参数随天然含水率和破坏振次的变化规律.探讨了天然含水率、破坏振次对该地区原状黄土动强度指标的影响,并对原状黄土的动强度参数与天然含水率之间的关系曲线进行了拟合,给出了其数学表达式.结果表明,动凝聚力与动内摩擦角随天然含水率变化规律,较好地符合乘幂函数关系和线性关系.     

首都圈地区的地壳厚度及泊松比

利用2002~2003年中国地震局地质研究所台阵实验室以唐山大震区为中心布设的40个流动宽频带地震台站和首都圈数字台网的107个固定台站的远震数据,采用接收函数叠加搜索方法测定了首都圈地区地壳厚度和平均泊松比.综合利用首都圈数字地震台网的宽频带和短周期台站,以及流动地震台阵的观测数据,使我们的结果具有较前人更好的空间分辨率,为我们研究首都圈地壳的变形及其与地震的关系提供了重要的数据平台.结果表明: (1)首都圈地区地壳厚度和泊松比具有明显的横向分块特征,并与断层切割的地质块体有较好的相关性,地壳厚度变化形成了由涵盖北京—三河—唐山的NE向地壳厚度变化过渡带与张家口—北京—天津的NW向壳幔界面凹陷带构成的交汇构造,后者与所谓的张家口—渤海地震带基本吻合,而且本文给出的深部构造背景与首都圈地区的NE向和NW向地震带的交汇特征相吻合;(2)首都圈地区地壳厚度具有较大的差异,区域内地壳厚度的变化达15 km.其中,台站SZJ下方地壳厚度达到43.8 km,而台站BDH下方地壳厚度仅为28.8 km,总体上研究区西北侧的张家口—怀来地区的地壳厚度较大(~40 km),而唐山以东地区地壳较薄(28~32 km);(3) 研究区地壳的平均泊松比值为0.26左右,其最大值偏离泊松介质（σ=0.25）21%以上,而最小值偏离标准泊松比值9.6%,北京周边地区被高泊松比的介质环绕,而唐山东侧为低泊松比介质,地壳泊松比的分布特征反映了华北克拉通裂解过程中地幔物质的侵入;(4)研究区中强地震大多发生在地壳厚度和泊松比变化的陡变带,且偏于低泊松比的一侧,首都圈地震的成因仅考虑由于板块作用引起的水平应力场是不够的,有必要充分重视由于上地幔变形引起的地壳垂直变形和上地幔物质侵入造成的地壳变形运动与热效应.     

随机地震荷载作用下黄土动强度的试验方法

本文将APPLE—Ⅱ微机与国产动三轴仪联机,对黄土试样直接施加随机地震荷载时程进行动强度试验,提出了在随机地震荷载条件下,从黄土的动应力与积累残余应变关系曲线确定动强度的动三轴试验方法。进而用这种方法做出的动强度参数对1920年海原8.5级大震所引起的回回川黄土滑坡进行了反演,反演结果与宏观震害相符合。     

大型内陆拗陷湖盆层序结构充填特征及其分布规律——以鄂尔多斯盆地延长组为例

近年来层序地层学的发展为我们进行盆地分析提供了新思路,应用沉积学和高分辨率层序地层研究方法,将盆地晚三叠世延长组划分出4个长期、22个中期基准面旋回。整个盆地在延长期的"沉积-层序-构造"演化史表现为:LSC1构造初始沉降、湖泊形成:LSC2湖盆快速坳陷,晚期湖泊进入鼎盛期;进入LSC3,盆地周缘构造趋于稳定、盆地开始填平补齐期,湖泊开始充填淤浅; LSC4期河流沉积作用增强,盆地进入超补偿沉积阶段,湖泊被淤塞并进入残余湖泊沉积期。提出并定义了层序结构动力学概念,认为层序结构动力学是在研究层序充填过程中由于构造运动、海平面变化、物源供给、气候、沉积作用等因素控制影响层序结构发育特征及其分布规律的一门学科。在对鄂尔多斯盆地延长组层序地层综合划分基础上,根据一个基准面变化周期中所形成的层序结构变化特征,将层序结构划分出5种基本层序结构单元类型,即A型、B1型、B2型、B3型和C型等5种。针对对鄂尔多斯盆地延长组不同地理位置、不同沉积体系单元具体分析了层序充填结构特征、结构类型、层序充填动力学过程,层序结构发育类型及充填过程,探讨了大型内陆拗陷盆地层序结构动力学特征。首次提出了"层序结构分布律",建立了鄂尔多斯盆地延长组大型内陆拗陷湖盆层序结构分布模式,认为在没有重大构造事件、突发沉积事件发生的情况下,只有那些相邻的层序结构类型才能相互重叠地分布。     

基于广义S变换的地震资料振幅谱补偿和相位谱校正方法研究（英文）

由于地下介质对地震波振幅的影响和地震波频散因素,地震波振幅和相位随时间、空间及频率的变化而发生改变,本文提出一种基于广义S变换的振幅谱补偿和相位谱校正新方法。该方法在S域中分为振幅谱补偿和相位谱校正两个步骤进行处理:振幅谱补偿是在地震记录可靠频带范围内恢复反射系数的振幅谱,其具体实现是在S域中利用谱模拟技术来拟合时变子波振幅谱,从而补偿由地层吸收所引起的振幅衰减;相位谱校正是消除子波剩余相位的影响,其具体实现是在S域中利用相位扫描来拾取随时间、空间和频率而变化的相位校正量,并由Parsimony准则来进行最佳相位判别。本文方法不需要直接求取Q值,能够适用于变Q值情况。理论模型和实际资料处理表明,该方法不仅能恢复地层反射系数的振幅谱,还可以有效消除子波剩余相位的影响,使子波接近或达到零相位,从而提高地震资料分辨率。     

Study on liquefaction of saturated loess by in-situ explosion test

Liquefaction testing at a saturated loess site was performed under the simulated earthquake ground motion induced by artificial explosions with micro-time intervals. The time histories of ground acceleration, pore water pressure and the ultimate value of residual strain were recorded and measured. The modified FEQdrain computation software was used to analyze the liquefaction. Both the test and the analysis confirm the objective occurrence of loess liquefaction. Furthermore, the reliability of the method of the loess liquefaction analysis based on FEQdrain and the model of pore water pressure development of saturated loess are examined. Supported by: China Ministry of Science and Technology (Granted No.2000-35), Registration No.for Publications of Lanzhou Institute of Seismology, CSB:LC2002-001.     

黄土抗震陷变形的酸改性方法及其微观结构分析

低黏性粉质黄土的架空弱胶结微结构,导致这种黄土在动荷载作用下呈现出强度低、震陷变形大的现象,为黄土场地地基处理提出了挑战性的技术难题。黄土结构改性是通过改变其微观结构,达到有效降低震陷变形和湿陷性等为目的。本文采用酸改性方法处理黄土,即通过加入有较强分散和胶结效果的硼化合物作为主要改性物质;加入轻质碳酸钙等填料,调整原状土的颗粒粒径级配;以磷酸稀释液调解土的pH值。对改性土样进行震陷等试验测试对比,确定最佳配方,同时分析改性前后微观结构和能谱的变化。结果表明,酸改性方法能有效改善黄土的微观结构,使得土样的震陷变形系数明显降低。并且所添加的改性原料无毒,不会对土层产生污染。     

1976年唐山大地震的孕震环境:密集地震台阵观测得到的结果

1976-07-28唐山地区发生了震惊中外的7.8级大地震。为什么在华北古老克拉通内部的唐山地区能够发生如此的大地震一直是一个令人费解的问题。是否会在唐山地区再次出现同样的破坏性地震值得认真研究。利用流动地震观测台阵数据和接收函数反演方法,我们研究了唐山地区60 km深度范围内的三维地壳上地幔速度结构。结果表明:(1)由活动断裂切割的唐山断块与周围介质存在明显差异,围限唐山断块的断裂均为超壳的活动断裂;(2)唐山大震区中上地壳具有明显的非均匀壳内低速体;(3)该地区壳幔界面表现为明显的断块式隆升,与两侧相比,唐山菱形地块下方的上地幔顶部异常隆起的高度达到10 km左右,下伏的上地幔具有异常的非均匀结构;(4)唐山大震区可能有幔源物质较大规模的侵入,形成了中、上地壳内的低速体。由于较已往的研究结果有更高的空间分辨率,我们得到了一些以往尚未发现的有关唐山地区深部结构的异常特征;(5)首都圈地区内破坏性地震发生的地点绝非偶然,它们均与其相应的深部构造背景密切有关,这为强震发生地点的预测提供了可能。根据本文结果,我们认为,1976年唐山大地震的主因源于上地幔的垂向运动变形及壳幔之间物质及能量的交换,区域水平向应力场为次要作用。这有助于解释为什么能够在我国华北古老克拉通地区发生7级以上强震,在唐山地区再次发生7级以上大地震的可能性值得给予进一步的研究和关注。     

基于模糊数学的农村砖木民房震害预测研究

基于模糊数学方法及其应用理论对农村地区砖木民房进行震害预测研究。建立了适用于砖木民房的震害影响因子集及其与震害等级的模糊关系,进一步研究出基于模糊综合评价方法的砖木民房震害预测模型。初步研究表明,该震害预测模型条理清晰,计算简便,可进一步研究推广应用。