白鹤滩水库蓄水前后邻区地震活动与应力场变化特征

水库诱发地震是水利水电工程和区域构造稳定性研究的重要内容.白鹤滩水库位于金沙江下游河段,地处小江断裂、则木河断裂和大凉山断裂等多条大型断裂交汇区域,属于地震高烈度区.2021年4月6日白鹤滩水库开始蓄水,本文利用小江断裂带中北段巧家台阵2020年1月—2021年12月地震记录,确定了水库邻区11477个地震事件,采用广义极性振幅技术反演获得了1.5级以上地震震源机制解654个.对水库蓄水前后地震活动和震源机制解分布特征的分析表明：整体而言研究区地震活动时序与水库水位密切相关,水位抬升时地震活动增强,水位维持不变或回落时,地震活动减弱,白鹤滩水库蓄水约6个月后,地震数量基本恢复至蓄水前平均水平.沿水域线附近主断裂带区域,蓄水后地震活动显著增强,数量和震级增大,深度减小,蓄水前地震类型以走滑为主,蓄水后以正断层为主;主断裂带以外以及距离水域线较远的某些区域,蓄水后地震活动受到抑制.基于震源机制解,采用区域应力场阻尼反演方法计算获取了研究区应力场时空分布,结果显示主拉应力轴方向稳定,随时间波动很小,主压应力轴方向随时间波动较大,尤其位于大坝附近的主断裂带交汇区域,蓄水前应力场为走滑型,蓄水后应力场变为正断型.这些结果揭示了水库诱发地震活动和应力场改变的更多细节特征,可进一步为水库诱发地震危险性评估提供重要参考.

     

鄂尔多斯东缘地震重定位及拉张盆地过渡区的地震分布特征

利用双差地震定位方法对鄂尔多斯东缘地区（34°N—41°N,110°E—115°E）2008年1月—2012年12月的中小地震进行了重新定位.重定位后,定位精度得到改善,震中分布更加集中.鄂尔多斯东缘拉张盆地内部震源深度较浅,大多小于13 km,向盆地两端震源深度有加深的趋势,特别是太原盆地北端,临汾盆地北端,以及运城与临汾盆地之间的峨眉台地,震源深度可达20~25 km左右.我们认为盆地内部地壳减薄,上地幔上隆,热作用导致地壳内部脆性层减薄,致使最大震源深度变浅;盆地之间的横向隆起区受区域应力场挤压剪切作用以及盆地内部上地幔上拱产生的水平向挤压力作用等,在横向隆起区与盆地接触带易产生应力集中,导致地震的发生,由于受脆性层厚度变化等的影响,在盆地向横向隆起区过渡部位出现震源深度加深的现象.鄂尔多斯东北缘地区地震分布弥散、震源深度相对较浅,可能与源自地幔的大范围深部热作用以及地壳脆性层厚度减薄有关.根据地震的空间分布特征,对部分盆地内部的断层特征进行了讨论.     

太原盆地及周边地区双差层析成像

山西断陷带位于鄂尔多斯与华北地块交汇处,是我国著名的历史强震活动带之一,尤其是断陷盆地中部区域,6级以上地震频发.本研究旨在揭示忻定盆地中南部、太原盆地及临汾盆地中北部交汇处的深部结构特征,分析盆地的形成和演化,探讨该区域孕震环境.利用山西地震台网观测数据以及固定地震台站融合流动台站得到的地震数据,共7455个地震事件,采用双差层析成像方法,反演得到了太原盆地及周边地区的三维P波速度结构及精定位结果.层析成像结果显示,忻定盆地、太原盆地的中上地壳为明显的低速异常,被高速的石岭关隆起隔开,深部结构特征相对简单.太原盆地、临汾盆地及灵石隆起之间的深部结构特征较为复杂,反映了两个盆地演化过程的复杂性.穿过忻定盆地的速度剖面显示,在中地壳存在明显的低速异常体,且大部分地震都发生在该低速体上方;穿过太原盆地北部的剖面显示,该区域在20~25 km深度范围内有较密集的地震分布,并勾画出交城断裂呈犁形的断层特征;穿过太原盆地中部的剖面显示,太原盆地自西向东沉积层逐渐减薄;穿过临汾盆地的剖面揭示,汾东断裂在浅部倾角较陡,随深度增加倾角逐渐变小,倾向向东.

     

玉树地震震源区速度结构与余震分布的关系

利用玉树震区21个应急流动地震台站和青海省地震台网固定地震台站的观测数据,采用双差层析成像方法,对2010年4月14日至6月15期间发生的地震进行了重定位,并反演得到了玉树地震震源区的三维速度结构.重定位结果揭示余震主要沿NW向成窄带状分布在断层的两侧,表明脆性破裂应力释放主要集中于一个狭窄的区域内.在西北端,余震偏离玉树—甘孜断裂分布,在SW向也有分布,推测可能与南西向次级断裂有关.双差层析成像得到的速度结构在浅部与地表地质构造相一致,中上地壳的速度结构显示巴颜喀拉地块为高速异常,羌塘地块为低速异常.玉树地震余震分布与特定的速度结构存在相关性：主震发生在高低速过渡带偏高速体的一侧,余震主要分布在高速体外围,高速体内部几乎没有余震分布.一般说来,中上地壳的高速体通常具有较高的强度,可以积累较强的孕震能量.主震发生后,高速体内积累的弹性能量向周边释放,可能是导致高速体周边余震发生的主要原因.     

青藏高原东北缘及周边地区基于程函方程的面波层析成像

利用"中国地震科学台阵探测"在南北地震带北段布设的670套宽频带地震台站记录到的面波资料,使用新近发展的程函方程面波层析成像方法,获得了青藏高原东北缘及周边地区12~60 s周期范围比以往成像结果具有更高分辨率的瑞利面波相速度分布图像.青藏高原东北缘的祁连褶皱系西段、秦岭褶皱系西段和松潘—甘孜褶皱系,在16~60 s周期范围内均显示出明显的低速异常分布,表明该地区的地壳力学强度较低,在强烈的构造应力作用下易发生形变.与西段不同,祁连褶皱系东段和秦岭褶皱系中段的相速度分布特征揭示,其中下地壳的速度明显高于高原内部区域.鄂尔多斯块体整体上表现为稳定块体具有的高速特征,但其西部边缘在中上地壳的速度比块体中部地区偏低,且存在一定的不均匀性.鄂尔多斯块体西北缘的临河断陷盆地和西缘的银川断陷盆地,在较短的周期范围内（12~20 s）表现为局部低速特征,但与银川断陷盆地不同,临河断陷盆地的低速特征可一直延续至60 s周期以上,表明该盆地下方地壳及上地幔速度明显偏低,可能与深部热作用有关.阿拉善块体与其北部地区的速度差异主要表现在中上地壳,这一现象值得今后进一步探讨.基于程函方程面波层析成像方法给出了青藏高原东北缘及周边地区高分辨率的成像结果,揭示了以往面波层析成像难以获得的深部细节特征,为该地区的深部构造研究提供了新的信息.     

新疆天山地区壳幔S波速度结构特征及变形分析

天山地区地质构造复杂,地震活动频繁,其壳幔变形和深部结构一直受到学者们的高度关注.然而,由于天山地区地震台站资料较少,致使壳幔变形研究结果与解释存在诸多争议.本研究利用在天山地区（40°N-46°N,78°E-92°E）新布设的11个流动宽频带地震台站和该地区39个固定台站的观测资料,采用接收函数与面波联合反演方法,获得了研究区地壳厚度及壳幔S波速度结构.反演结果显示天山地区（41.5°N-44°N,78°E-88°E）平均地壳厚度为56 km,塔里木盆地（40°N-41.5°N,79°E-90°E）、准噶尔盆地（44°N-46°N,82°E-90°E）和吐鲁番盆地（42°N-43°N,88°E-90°E）具有较厚的沉积层,地壳平均厚度为43 km、53 km和46 km,整体表现为天山厚、盆地相对较薄的特征;在研究区南天山的最高峰（42°N,80.5°E）及北天山的最高峰（43.5°N,86°E）附近,中下地壳存在较厚的低速层,我们认为在强烈挤压作用下低速、低强度的中下地壳强烈变形可能是导致该区域快速隆升的主要原因.在研究区中部,位于塔里木盆地与准噶尔盆地之间的天山地区,中下地壳及上地幔均存在低速层,且盆地莫霍面向天山倾斜明显.结合前人的研究成果推测,在南北向构造挤压应力作用下,塔里木盆地与准噶尔盆地发生了向天山造山带方向的双向壳幔层间插入俯冲.在研究区东部,塔里木盆地东北缘与天山东部接触带的地壳内没有明显的低速层,推测应处在早期挤压变形状态,该区域的壳幔边界为缓变的速度梯度带,可能与上地幔热物质侵入或渗透有关.

     

华北地区地壳上地幔三维P波速度结构

利用华北地震科学台阵和首都圈地震台网记录的4511次近震和625次远震的P 波到时数据,采用纬度和经度方向分别为0.5deg;times;0.5deg;的网格划分,反演得到了华北北部地区（111deg;E——120deg;E,37deg;N——42deg;N）深至400km 的地壳上地幔三维P 波速度结构.层析成像结果表明,研究区的速度存在明显的横向不均匀性,随着深度增加横向不均匀性总体呈现减弱趋势.燕山隆起带在60——120km 深度内存在明显的高速异常,这与较大的岩石圈厚度有关;山西裂陷盆地、华北平原下方60km 深度存在明显低速异常,与软流圈的出现有关.燕山隆起带岩石圈厚度在120km 以上,明显比太行山隆起的岩石圈厚度大,与稳定大陆地区的岩石圈厚度一致.太行山山前断裂已切穿莫霍面,贯入岩石圈.研究区上地幔顶部大范围的低速异常反映了软流圈上隆的特点.在华北平原及燕山隆起下方200——300km 存在高速异常可能与太古代大陆板块岩石圈的残留体有关.     

用远震接收函数研究滇西地区的深部结构

滇西地区地处欧亚板块碰撞或俯冲的边界地带,曾受到多期构造运动的影响,其地质环境和构造背景十分复杂,是我国地震活动比较活跃的地区之一. 本文选用国家、地方和流动数字台网的16个台站的远震记录. 其中PASSCAL甚宽频带流动地震台站4个,提取有效接收函数近2 000条. 两条测线的直线距离分别为650 km和450 km, 横切了滇西地区的一些主要构造单元. 研究表明,怒江断裂可能是一条具有俯冲性质的缝合线. 川滇菱形块体东西两侧的分界线¾红河断裂和小江断裂可能是直立的缝合线或碰撞带. 攀西构造带仍具有大陆裂谷的特征,即地表凹陷、上地幔隆起. 滇西地区的构造格局具有一定的规律性,造山带与缝合线相间分布. 滇西地区由北向南地壳厚度渐次减薄,S波速度整体偏低.     

遗传算法中的光滑约束反演及其在青藏高原面波研究中的应用

光滑约束技术在线性反演中具有重要的作用,但在遗传算法的反演中则很难直接施加于模型参数,其原因是采用光滑处理后的模型参与迭代后,模型的多样性受到很强的压制,并在少量的迭代过程中使种群的各个模型趋向一致,从而得不到满足条件的最优解．本文给出了一种可用于遗传算法反演的间接光滑约束方法．该方法将遗传算法迭代过程中产生的模型经处理后得到的光滑模型,作为误差函数计算的输入模型．迭代过程仍采用原模型,避免了模型的多样性损失,在面波反演和接收函数反演的试验中取得了良好的效果．我们利用该方法对青藏高原地区的瑞利波相速度资料进行了反演,揭示了青藏高原中部地区S波速度结构的横向变化特征．结果表明,青藏高原北部地区地壳Ｓ波速度较南部地区低;大多数路径在15～40ｋｍ 深度范围内,存在12～25ｋｍ 厚的地壳低速层;上地幔低速层位于100ｋｍ 深度以下,厚度主要在40～80ｋｍ 范围内变化,个别路径可达100ｋｍ 以上．安多台以北、玛沁和玉树以西之间,在上地幔90～230ｋｍ 深度范围存在明显的低速层,最低速度约4.2～ 4.3km／s．根据不同路径的S波速度结构和前人的资料,我们认为印度板块的俯冲可能以雅鲁藏布缝合带附近为界．     

青藏高原Q值结构反演

利用中美合作在青藏高原布设的11台PASSCAL宽频带数字地震记录的瑞利面波资料,测定了青藏高原东部地区周期为10～130 s范围内的平均瑞利波相速度和衰减系数R;反演了该地区地壳、上地幔的平均S波速度结构和Q结构．结果表明,该地区平均Q值偏低,并在地壳中存在地震波强吸收层．地壳中的低Q层(Q=93～141)位于16～42 km的的范围内,它与S波低速层(21～51 km)基本一致.从地壳下部63 km后,Q值由114随深度逐渐低至上地幔180 km处的34.由地壳内低速层与低Q层相对应可以推测,在该深度范围内可能存在岩石的熔融或部分熔融现象.在反演的S波速度结构中,地壳的平均厚度为71 km,51 km处的下地壳存在一明显的速度界面,96～180 km处的低速层(4.26 km/s)可能与软流层相对应.