汶川地震震前与同震断层滑移的比较分析

本文利用GPS观测的1999-2007年汶川震前3期地表变形数据和2008年汶川同震地表变形数据,结合地震位错理论,通过高斯变换和坐标旋转建立断层模型,运用遗传算法,反演了龙门山断裂带断层震前3期和同震滑动参数。结果表明龙门山断层震前3期平均走滑位移为-5.39mm,倾向位移为2.66mm,与同震断层滑移相比较,发现震前断层的滑移趋势与同震断层滑移一致,均为逆冲兼右旋的挤压运动。比较震前3期逆冲方向的滑移量,发现逆冲滑移有加速的现象。并根据震前和同震的断层滑动量估算了汶川地震复发周期。     

汶川地震同震滑坡物质在震区的滞留和运移及其对龙门山地形演化的影响

2008年M_W7.9汶川地震导致龙门山断裂发生强烈地壳变形,同时引发的巨量同震滑坡加速了该地区的地表剥蚀和河流侵蚀.然而,目前尚缺少系统的数据定量研究滑坡物质的运移以及河流侵蚀速率随时间的演化规律,这些对理解龙门山前缘物质的再分配以及强震对活动造山带地形塑造的作用至关重要.为此,本研究在汶川地震后的6年间,对震区沱江上游3条支流湔江、石亭江、绵远河流域进行了多期次的定点现代河沙采样.通过系统测量河沙中的石英¹⁰Be浓度,并与震前已发表的数据进行对比,发现如下基本特点：（1）震后河沙¹⁰Be浓度均有明显降低,表明同震滑坡物质对河沙的稀释作用;（2）震后河流对河沙的运移量增加为震前的1.3~18.5倍,因此震后龙门山地区侵蚀速率短期显著增加;（3）初步估计得到汶川地震产生的滑坡物质被完全运移出造山带所需要的时间至少为100~4000年,接近龙门山地区强震复发周期;（4）震间和同震产生的构造变形和地表剥蚀在空间上具有互补性.考虑到地表剥蚀引起的地壳均衡反弹效应,认为类似汶川地震的强震有利于龙门山的隆升.认识震前、震时和震后的地壳变形及侵蚀过程有助于更好地理解单次强震事件对高原边界龙门山地形演化的作用.     

中国海-西太平洋地区典型剖面的重-磁-震联合反演研究

重-磁-震联合反演是获取地壳结构的重要方法.此次研究,我们主要基于全球最新的水深、重磁异常、沉积物厚度等数据,结合实测地震数据和前人研究成果,分析了中国海-西太平洋地区的莫霍面展布特征,并利用重磁震联合反演方法获得了跨越中国海-西太平洋典型剖面的地壳结构和异常体分布,揭示了陆壳到洋壳的典型变化规律.结果表明,从浙江地区到马里亚纳俯冲带,地壳结构大致呈现由厚到薄、由老到新、由复杂到简单的特征.浙江地区（扬子块体和华夏块体）地壳结构复杂,三层结构明显,地壳内断裂带发育,并伴有广泛的岩浆侵入;东海地区莫霍面起伏剧烈,地壳厚度变化较大,冲绳海槽地壳明显减薄,是其过渡壳性质的体现;西菲律宾海盆、九州-帕劳海脊、帕里西维拉海盆、马里亚纳俯冲带等构造单元地壳结构相对简单,二层结构明显.其中,西菲律宾海盆和帕里西维拉海盆地壳内部磁异常变化较为剧烈,海盆扩张过程中形成的磁异常体分布广泛,地壳厚度（5~8 km）明显小于陆壳;九州-帕劳海脊地壳厚度可达~20 km,缺失中地壳,表现为岛弧地壳结构;同源的西马里亚纳岛弧和东马里亚纳火山弧地壳结构相似,浅层磁异常体分布广泛,西马里亚纳岛弧地壳厚度（~17 km）略小于东马里亚纳火山弧（~20 km）,体现了裂离的不对称性;马里亚纳海槽具有正常的洋壳结构（~7 km）,但扩张中心未发生明显破裂.对比各构造单元地壳结构的异同点,我们进一步认识到,陆壳与洋壳之间不是孤立的,陆壳可能会演化出洋壳的结构或组分,板块的演化总是处于动态循环过程中.此研究加深了我们对中国海-西太平洋深部构造特征的整体理解,促进了我们对大陆边缘演化与板块相互作用的认识,深化了我国管辖海域及邻近地区的基础地质调查.     

基于BSWT-DDTFA方法的地球天然脉冲电磁场震前信号时频分析研究

地球天然脉冲电磁场（ENPEMF）信号,可理解为地球天然变化磁场的瞬间扰动,携带了大量有用的地质构造及其动力学信息.研究ENPEMF信号所蕴含的时间-频率联合分布特点,有利于深入了解目标对象的地球物理现象及其地质动力学原理.本文针对ENPEMF信号的非平稳特点,在数据驱动时频分析方法（DDTFA）的基础上提出了基于二值化同步压缩小波变换的改进算法（BSWT-DDTFA）.该算法可以实现数据驱动初始相位自动赋值的功能,具有自适应性.实验仿真和实际数据均证明了该改进算法不仅能够得到较为精确的频率曲线和更加清晰的时频分布,而且具有较强的抗噪声能力.以2013年芦山M_S7.0地震为例,利用BSWT-DDTFA方法提取ENPEMF信号的时频特性,结果表明ENPEMF信号的时间-频率-幅度分布在震前有明显的异常特征.     

2017年四川九寨沟MS7.0强震的余震重定位及主震震源机制反演

本文采用双差定位法对2017年8月8日至10月31日期间四川九寨沟M_S7.0主震及5200个余震序列进行相对定位,得到4036个重定位地震事件.采用中国区域地震台网观测到的宽频带垂直分向波形数据和W震相反演方法,得到了主震震源机制解.重定位结果显示,余震序列分别沿NNW和SSE两个方向扩展,展布长度约58 km,且这些余震主要集中在22 km深度之上.余震分布的另一个重要特点是具有分区特性,即在主震NNW方向约5 km处存在明显的西北和东南两区余震活动分界线;西北区的余震由深至浅具有较好连续性,而东南区却在约10 km深度处存在不连续性.余震分布的这种分区特征,说明九寨沟地震震源区的地壳结构存在强烈的不均匀性.余震分布与主震破裂特征的一致性,证实了我们定位结果的可靠性.主震的震源机制解展示出节面Ⅰ的走向/倾角/滑动角分别为246°/83.7°/-177°,而节面Ⅱ的走向/倾角/滑动角为155.7°/87.1°/-6.3°,最佳质心深度为15.5 km,矩震级M_W为6.5.根据余震分布较为垂直和主震震源机制解两节面的倾角均在80°以上,并结合野外地质调查结果,推测此次九寨沟地震为与节面Ⅱ参数相近的一次高角度的左旋走滑型事件.     

历史大地震断层滑动模型的建立及其对同震数值计算的影响——以1920年宁夏海原MS8.5大地震为例

大地震的发生会引起区域位移场和应力场发生变化,进而改变区域内及临近断层的应力状态和地震活动性.目前,研究学者可据已有的断层滑动模型来计算分析大地震同震应力变化,同时采用库仑应力触发理论来进一步分析震后余震分布和断层危险性.然而,历史上曾经发生过不少大地震,例如,1920年的海原M_S8.5大地震,是全球范围内少见的特大地震之一.局限于无确切的地震台站地震波等资料,前人在研究历史地震的影响时往往给出一些简单的断层滑动模型,将断层面上错动量视为均匀分布.为更准确地了解历史地震对后续地震的影响,基于前人研究和一般地震滑动形态分布规律及地震反射剖面等资料,以海原M_S8.5大地震为例,探讨了如何建立海原大地震断层滑动模型,并分别搭建了简单断层滑动模型和复杂断层滑动模型的全球同震横向不均匀并行椭球型地球模型.通过对海原M_S8.5地震的同震位移场和应力场的计算,发现采用复杂断层滑动模型比简单断层滑动模型地表位错分布更切合实际.同时,进一步计算和分析了此次大地震对青藏高原东北缘近100年历史地震和周围断层的应力触发作用,得出断层滑动模型对同震计算结果的影响集中在发震断层附近而对远场影响较小.     

2001年昆仑山口西MS8.1地震对周围断层的应力影响数值分析

大地震的发生往往会引起周围区域形变场和应力场变化,且对临近断层上的应力状态也有影响.2001年11月4日,昆仑山口西发生了半个世纪以来中国最大的M_S8.1级地震.本文基于已有的滑动模型,建立了三维含地形高程的横向不均匀性椭球型地球有限元模型,采用等效体力方法,分析了此次M_S8.1地震产生的全球同震位移和应力场变化.与解析方法相比,该模型考虑了地形、Moho面起伏和地球介质横向不均匀性;与一般的有限元数值模拟相比,该模型考虑了地球曲率和椭率,合理地规避了有限块体模型假定边界位移为零所引入的误差.计算得出同震位移与GPS观测数据可以很好地吻合.据库仑破裂应力准则和震源参数,计算得出昆仑山口西M_S8.1地震的发生造成了汶川、芦山、改则和当雄地震的发震断层上库仑应力增加,对这些地震的发生起促进作用;而造成玉树和德令哈地震发震断层上的库仑应力变化为负值,在一定程度上抑制了这些断层的地震活动性.此外,计算结果显示地球地形高程、介质非均匀性和椭率对昆仑山口西M_S8.1地震同震变化计算有一定的影响,其中地形和椭率造成的同震位移场相对误差约10%.     

深度神经网络拾取地震P和S波到时

从地震波形数据中快速准确地提取各个震相的到时是地震学中的基础问题.本文针对上述问题提出了利用深度神经网络拾取到时的新方法,建立了用于地震到时提取的17层Inception深度网络模型,在对原始三分量数据进行高通滤波和归一化处理后输入网络直接输出到时信息.整个过程基于神经网络自适应提取波形特征,自动输出结果.通过对100组加了不同强度的噪声数据进行了可靠性检验,相比于其他方法神经网络方法对于噪声具有较高的容忍度以及稳定性,并且与地震目录数据有较高的相似性.相比于AR-AIC+STA/LTA,深度神经网络虽然运算速度稍慢,但整个过程不需设定时窗与阈值,同时具有更高的可用性,并且可以迭代升级以提高精度.此方法作为人工智能方法,为波形到时拾取提供了新思路.     

InSAR大气误差改正及其在活动断层形变监测中的应用

为了获取青藏高原东北缘老虎山断裂带精确的震间形变速率场,通过对短时间基线干涉图大气改正效果的评价,从3种外部大气数据(MERIS, ERA-Ⅰ, WRF)中确定出最优的大气改正方法,用于长时间基线干涉图中的大气信号改正;然后利用层叠法(stacking)累积平均经大气和轨道改正后的干涉图,获取了研究区的震间形变速率场.结果显示:海原断裂系统区域内,MERIS和ERA-Ⅰ的大气改正效果优于WRF;MERIS和ERA-Ⅰ的改正结果给出了相似的形变速率场,断层两盘相对形变速率为视线向2.5 mm/a,转换成平行于断层方向为6.5 mm/a,与GPS结果一致;在近断层5 km的范围内,出现了较大的形变梯度,揭示了浅层蠕滑的存在.      

基于遥感和重力多源数据研究沂沭断裂带南段及周边断裂的交切关系

以沂沭断裂带南段(沂水县—郯城县)及周边地区为研究对象,收集该地区的遥感影像、数字高程模型和布格重力数据,研究区域构造地貌和地壳深部构造特征,进一步对沂沭断裂带南段与周边断裂的交切关系予以分析.研究结果显示:在遥感影像中,蒙山山前断裂和苍尼断裂的构造地貌特征明显,断裂沿线发育水系转弯、河流错断、断层陡坎、断层崖、断层三角面等地貌现象,反映了两断裂正断兼左旋走滑的活动性质,其中蒙山山前断裂向东延伸至莒南县附近,苍尼断裂向东延至郯城一带,两条断裂在地貌上均截切了沂沭断裂带;在重力细节场中,两断裂形成了不同尺度上的重力梯度带,切割至下地壳深度,在地壳浅层至深层均交切于沂沭断裂带,且交切处出现扭曲、断折、串珠状等重力异常现象,证实其在地壳深部切穿沂沭断裂带.因此,两条断裂的遥感和重力场解译结果具有明显的一致性,在地貌及深部均截切沂沭断裂带南段,使其出现分段性特征.此外,在临沭县附近发现了一条新断裂,即相庄—沙岭断裂,该断裂在地貌上呈北高南低,沿线水系发生左旋同步转弯,且在1—3阶重力细节场中形成线性梯度条带,故推测该断裂下切至中地壳深度,在临沭县附近截切沂沭断裂带交切于东地堑,并未延伸至西地堑.