汶川8.0级地震发震断层的累积地震位错研究

2008年5月12日,四川省汶川县内发生MS8.0地震。此次地震沿龙门山中央断裂产生1条长达200km的同震地表破裂带。文中选择位于地震地表破裂带北段的南坝镇、凤凰村以及南段的映秀镇这3个地点,以被断层错断的河流阶地为研究对象,对多级阶地面上的地震地表破裂及断层陡坎地貌进行了野外实测工作。经过测量数据的计算和分析,得到了各级阶地上断层陡坎的高度,该值即为该阶地记录的地震断层的累积垂直位错量。若以本次地震的垂直位错量作为古地震位错量的均值,则可计算得到每级阶地累积的地震次数。研究结果表明,各点T1阶地形成以来仅经历过1次事件,即本次地震事件;T2阶地形成以来约经历了5次事件;T3阶地形成以来约经历了9～11次事件;T4阶地形成以来约经历了20次事件。在本文研究的基础上,结合前人的阶地测年数据,则可获得古地震复发间隔的可靠数据     

Dynamic link between the level of ductile crustal flow and style of normal faulting of brittle crust

In a rheologically layered crust, compositional layers have an upper, elasto-plastic part and a lower, viscous one. When broken, the upper elastic part undergoes flexure, which is upward for the foot-wall and downward for the hanging wall. As a consequence of bending, stresses will develop locally that can overcome the strength of the plate and, therefore, impose the migration of active fault. In the lower, viscous part of each compositional layer, rocks can potentially flow. Numerical modelling of the behaviour of a crust made up of two compositional layers, during and following extension, shows that flow can take place not only in the lower crust but also, and more importantly, in the lower part of the upper crust. The ability of crustal rocks to flow influences the style and kinematics of rifted regions. When no flow occurs, subsidence will affect the extending areas, both hanging wall and foot-wall will subside with respect to an absolute reference frame such as sea level, and there will be a strict proportionality between extension and thinning. In addition, the downward movement of the fault blocks will decrease the local stresses created in the foot-wall and increase those of the hanging wall, thereby imposing a migration of fault towards the hanging wall. This is the behaviour of extensional settings developed on stabilised crust and which evolved in a passive margin. When flow does take place, middle crustal rocks will move towards the rifting zone causing isostatically driven upward movements that will be superimposed on movements associated with crustal and lithospheric thinning. Consequently, fault blocks will move upwards and the crust will show more extension than thinning. The upward movements will decrease the stresses developed in the hanging walls and increase those of the foot-wall. Faults will then migrate towards the foot-wall. Such a mode of deformation is expected in regions with thickened crust and has its most apparent expression in core complexes.     

山东郯城麦坡中更新世地震事件记录*

山东郯城麦坡被命名为典型地震活动断层遗址,其最醒目的标志是郯庐断裂带主干断层(F₂)东盘的紫灰色下白垩统逆冲到断层西盘的红棕色第四系之上且界线截然。野外调查和试验分析表明,郯城麦坡第四系于泉组中发育液化砂涌管、液化砂脉、震裂缝充填构造和同沉积断层等地震引发的软沉积物变形构造——地震事件记录。根据软沉积物变形构造的砂质黏土光释光测年分析,推断这些软沉积物变形构造所记录的地震事件属郯庐断裂带主干断层F₂在中更新世晚期发生的强构造与地震活动。这些地震事件记录为研究郯庐断裂带新构造运动与地震活动提供了新资料,也丰富了该地震活动断层遗址的内涵。     

Coal mining along the Warfield Fault, Mingo County, West Virginia: a tale of ups and downs

Mine development along a 15-mile (24 km) section of the Warfield Fault in Mingo County, West Virginia has broadened the geological understanding of the fault and its related structures. The fault has been exposed in two new road cuts, one in the northeast-trending segment at Neely Branch and one in the eastern east-trending segment at the head of Marrowbone Creek. Both exposures show a well-defined normal fault with a 45° to 55° N dip, juxtaposing sandstone/shale packages from the roof and the floor of the Coalburg seam. The fault is associated with a thin gouge zone, some drag folding, and parallel jointing. Its trace tends to run parallel to the crest of the adjacent Warfield Anticline. Based on underground mine development and detailed core drilling, the vertical offset along the fault plane ranges from a maximum of 240 ft (73 m) in the central part of the area near the structural bend to less than 100 ft (30 m) in western and eastern directions. The fault is located along the relatively steeply dipping (locally in excess of 25%) southern limb of the Warfield Anticline, and appears related to a late phase of extension involving folded Pennsylvanian strata. On a regional scale, the lithological variations across the fault do not suggest any appreciable strike-slip component.Underground room and pillar mines in the Coalburg seam north and south of the fault have been greatly impacted by the Warfield structures. Due to the combined (and opposite) effects of the folding and faulting, the northern mines are located up to 400 ft (125 m) higher in elevation than the southern ones. Overland conveyor belts connect mining blocks separated by the fault. The practical mining limit along the steep slopes toward the fault is around 15%. Subsidiary normal faults with offsets in the 5- to 15-ft (1.5–4.5 m) range are fairly common and form major roof control and production hurdles. Overall, the Warfield structures pose an extra challenge to mine development in this part of the Appalachian Coalfields.     

断层厚度的地震效应和非对称地震矩张量

本文导出了具有厚度和滑动弱化区域的断层的非对称地震矩张量表示式,指出要求地震矩张量具有对称性不是一个绝对必要的限制.在非对称地震矩张量中,位错项对应于对称地震矩张量,拉力项对应于非对称地震矩张量.由于拉力项等效于单力偶,所以在非对称地震矩张量解的两个节面上,沿滑动矢量方向的力偶强度不再相同,与较大力偶相联系的节面为断层面,与较小力偶相联系的节面为辅助面.这一性质可用以从两个正交的节面中判断哪一个节面是断层面.如果忽略拉力项,会高估与位错对应的标量地震矩.只有满足相应的约束条件的非对称地震矩张量才能表示具有厚度和滑动弱化区域的断层模型,并从中分离出与位错和拉力对应的地震矩张量.     

低序级断层波动方程正演及特征分析

低序级断层是复杂断块油藏勘探开发的重要研究内容,对油田开发后期落实剩余油分布、解决注采矛盾具有重要意义.本文采用声波方程有限差分正演模拟,对以下几种情形进行了研究:(1)低序级断层与埋深、主频以及信噪比之间的关系;(2)观测系统对断层的影响;(3)物性差异产生的假断层问题;(4)大断层衍生出小断层的正演问题;(5)断层破碎带的影响以及断层封堵带含流体的影响.在上述理论模型正演分析的基础上,根据胜利油田典型构造带的地震剖面建立速度模型,研究了不同组合模式的低序级断层的识别能力,最后分析了波动方程正演模拟和褶积合成地震记录的区别.通过对低序级断层正演模拟特征的分析,得出了不同资料质量、不同地质情况以及不同组合模式下,能够准确识别的断层的极限.理论上能够识别的断层最小断距为7 m左右,最小可能会达到5 m,子波主频适当提高,数据采集时炮点和检波点越密集,道间距越小,多个断层的横向或纵向间隔越大,断层的落差越大时,越能够准确地定位断点并确定断层位置.本文研究成果对油田科研生产中低序级断层的正确判别以及提高断层检测方法的可信度方面具有重要意义.     

用卫星热红外信息研究关联断层活动的时空变化——以南北地震构造带为例

断层活动不是孤立的,一条断层的活动可能影响其他断层,并引起这些断层的活动,这些相互作用的断层称为关联断层.本文利用卫星热红外信息以南北地震构造带为例,分析了关联断层活动的时空变化,所使用的信息是经过处理的地表亮温残差低频分量TLOW.结果表明,在一定时段内研究区一些断层间除地震活动表现出相互呼应关系外,其地表亮温残差低频分量TLOW曲线相似,相关系数高,说明热红外信息与地震信息共同反映一个地区断层的关联活动.此外,也存在单独由地表亮温残差低频分量TLOW相关表现断层关联活动的情形,即断层间无地震活动的呼应关系,但也存在TLOW曲线的相关性,同样显示关联断层的相互作用.对TLOW的时空过程分析表明,关联活动组合可随时间发生变化.例如,1988～1994年间红河断裂与澜沧-耿马断裂、金沙江断裂等构成关联活动组合,1994～1998年又与小金河断裂、安宁河-小江断裂构成关联活动组合,这样的时空变化过程可能是地壳应力场重新分配的反映.本文的研究结果证明,卫星热红外信息有望成为研究断层相互作用的一个新的独立物理量,并将对地震动力学和构造物理学的发展有重要意义.     

华北平原西南部石垄地貌的成因机理与古环境意义

华北平原西南部的石垄地貌位于河北省邯郸市西北10km的黄土台地区,由沿北东方向延伸的1条大石垄和9条小石垄组成。野外调查、测量资料和室内分析数据表明,垄岗状地貌由钙质胶结的古洺河入宁晋泊的河口三角洲分流河道沉积沙体组成,形成于晚更新世晚期的玉木Ⅱ与玉木Ⅲ之间的间冰阶,距今约2.86万年。垄岗上的"V"型裂口是在玉木盛冰期期间,三角洲上的分流河道沙体暴露于气下,在脱水干缩过程中形成的横切裂隙,与泥裂的成因类似。沿分流河道沙体下泄的富含碳酸钙的地下水在此渗出或溢出,形成了裂隙两侧脊状突起和大石垄左侧的分支状钙板堆积体。伴随邯郸断裂在晚更新世末期以来的强烈活动,紫山断块快速隆升,由此阻断了南洺河向东的自然流路,使其在清化附近被迫改为向北流,在大油村汇入洺河干流。邯郸断裂的正向滑动所引起的地层旋转,使得局部地层倾向逆转,由此造成了垄状沙脊整体向北东方向以5°的仰角翘起。     

郯庐断裂带合肥—宿迁段及邻区大地电磁三维成像

本文利用覆盖郯庐断裂带合肥—宿迁段及邻区的大地电磁阵列数据, 应用大地电磁三维反演技术和印模重构方法, 获得了测区可靠的三维电阻率模型.该电性模型中, 郯庐断裂带东西两侧在浅部均有高阻分布, 在深部电性结构显著不同, 具有西低东高的特征, 而郯庐断裂带则是两侧高低阻明显分界带; 在南北方向, 电性结构也存在较大不均匀性, 嘉山地区呈现低阻特征, 是断裂带上的电性分界点, 郯庐断裂带在此处由北部的四条主断裂变成南部的两条.结合研究区地质、大地测量和地震学等资料, 综合分析结果表明: 郯庐断裂带作为苏鲁造山带和张八岭隆起高阻体陡立的西边界, 切割深度超过莫霍面.嘉山地区相对低阻分割了张八岭高阻条带与苏鲁高阻体, 阻碍了断层上应力的传递, 造成了嘉山北、南两侧断裂带构造变形强、弱的变化, 从电性结构上证实了郯庐断裂带具有分段性的特征; 苏鲁高阻体南端向西偏转穿过郯庐断裂带, 阻碍断层滑动, 致使泗洪—嘉山段存在应力积累和断层闭锁的地震孕育环境, 其地震危险性值得关注.

     

利用断层应力积累探讨大地震发生的地点——以日本2011年东北9级大地震为例

大地震在哪里发生是地震预报首先要解决的问题.利用反演GNSS观测数据得到的2011年日本东北9级大地震前7年（2004—2010年）断层上的应力变化,我们发现了这次地震断层的孕震区.为了进一步研究该孕震区的演化过程,本文继续反演这次大地震在1997—2003年间的断层应力变化过程.通过这两期的反演工作,我们看到,在这14年中,断层应力的年变化图案的主要特征基本是稳定的,并存在明显的应力增加区和降低区.前者与地震的破裂区吻合,后者与前震、重复小地震和无震滑动的区域一致.显著的剪切应力增加区不但与主震,而且还与大余震的破裂区相符合.我们发现断层面上高应力积累区的零剪应力和零正应力变化的等值线不重合,前者在断层面上的深度大于后者,这意味着在剪应力增加区存在着正应力降低区或剪切强度降低区（由于剪切强度与正应力成正比）.断层初始破裂点似乎更偏好零正应力等值线附近的位置,这是因为该处不但靠近剪切强度降低区,而且位于剪应力积累最显著的地方.研究结果表明,正应力变化对大地震的初始破裂有影响;本文所使用的断层应力变化反演方法,可以用来作为预测大地震发生位置的一种手段.