汶川地震和九寨沟地震断层作用及动力学过程研究进展——纪念汶川地震十周年

2008年5月12日汶川地震（MS8.0）发生后,各部门组织开展了一系列汶川地震相关的地学研究,包括国家科技专项"汶川地震断裂带科学钻探"项目.经过十年的持续探究,在地震地质、震源物理、地震实验、地震动力学、深部地球物理和长期监测等方面研究取得了一系列重大突破与重要成果.在汶川地震十周年之际,《地球物理学报》集中在2018年第5期刊发39篇文章作为汶川地震十周年专辑,专辑涵盖了汶川地震和九寨沟地震断层作用与动力学过程以及相关领域的一批最新研究成果.这些工作涉及汶川地震断层作用、地震参数及地震动力学数值模拟、汶川地震前地震活动性与多参数异常、晚第四纪构造与地震活动及其地表作用、青藏高原东部壳幔结构与龙门山断裂带深部构造和九寨沟地震等六方面的研究.本文将从这六个研究方向简要介绍收入本专辑论文的研究工作,呈现地震断层作用及动力学过程等研究成果,为深入认识大地震孕育和发生过程提供重要的基础.     

福岛——为了忘却的纪念

大地震前的福岛美景位于日本东北福岛县的五色沼(Lake Goshikinuma),也有日本九寨沟的美誉,湖水洁净无瑕,随不同的气候和时间,而呈现变幻莫测的颜色。五色沼是磐梯火山于1888年爆发所形成的火山湖。由于湖中含有丰富的矿物质,湖水随不同的气候而产生化学变化,经阳光折射而出现翡翠、钻蓝和鲜绿等神秘色调,湖水中还有很多硕大的鲤鱼游弋,悠然自得。     

四川九寨沟M_S7.0地震序列视应力时空特征

利用中国测震台网记录到的数字地震波形资料,通过波形分析和反演,获得了2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震序列的视应力。研究表明:(1)在震后早期阶段九寨沟地震序列视应力水平较高,主震发生后不到1天视应力开始下降,主震发生1周后基本稳定,略有起伏;(2)震源区应力状态存在时空分段差异,余震区东南段视应力下降较快,而西北段下降较缓,最大余震发生前,东南段视应力水平略高或相当于西北段,最大余震发生至震后70天,西北段视应力水平高于东南段,这可能与余震区东南段比西北段破裂充分有关;(3)最大余震发生在主震震中东南侧视应力较高的区域,高视应力余震位于主震震中两侧靠近端部,与主震双侧扩展端部应力相对集中的结果一致。     

采用IDS方法反演强震数据确定2017年8月8日九寨沟地震的破裂过程

近场强震数据是地震观测的主要数据类型之一,但尚未广泛用于震源参数快速和常规测定.作者利用2017年8月8日九寨沟地震的近场强震数据,分别基于中国地震台网中心和美国地质调查局的定位结果,采用迭代反褶积和叠加（Iterative Deconvolution and Stacking,IDS）方法反演得到了两个破裂模型.反演结果显示,两个破裂模型除在时间上存在大约2.5 s的偏移外,在其他破裂特征上都极其相似,表明强震数据反演并不严重依赖地震定位结果.破裂过程大约持续8~10 s,释放的地震矩在6.9×10¹⁸ Nm左右,对应的矩震级约为M_W6.5.走向方向上,破裂覆盖了震中西北15 km至震中东南10 km的区域,整体表现为不对称的双侧破裂模式,其中西北方向的破裂略占优势.深度方向上,主要破裂集中在0~10 km的较浅区域.这些特征与目前的地震学和大地测量学结果基本一致,表明在当前的数据条件下,即使定位结果存在不确定性,通过反演强震数据也能够独立可靠地确定中强地震的破裂过程.特别地,未来强震数据的数据质量和获取效率得到进一步改进和提升后,这一工作有望成为震后快速确定破裂过程的主要方式之一,在震后应急工作中发挥积极作用.

     

2017年8月8日九寨沟MS7.0地震震源谱及震中区域品质因子

2017年8月8日四川省九寨沟县发生M_S7.0地震,国家强震动台网中心正式发布了此次地震中收集的66组强震动记录,采用其中震源距不超过150 km且台站场地反应已确定的8组记录,基于S波傅氏谱反演方法确定了此次地震的震源谱及震中区域的地壳介质品质因子.结果为：品质因子Q（f）=84.9f^0.71,说明该区域的S波非弹性衰减较为强烈;根据ω^-2震源谱模型,确定该地震的地震矩为9.42×10¹⁸Nm,其对数标准差为0.12,相应的矩震级M_W=6.616±0.079,拐角频率为0.131±0.011 Hz,应力降为3.854 MPa,该值明显低于全球板内地震的应力降平均水平（4.89 MPa）,但高于2013年芦山M_W6.6地震的应力降.

     

GNSS观测的九寨沟7.0级地震同震位移初步结果

2017年8月8日四川省九寨沟县发生了7.0级地震,中国大陆构造环境网络与北斗地基增强系统的GNSS连续观测共同监测到了此次地震的同震位移（坐标：东向为正,北向为正）,结果显示：3个站点记录到了明显的同震位移,距离震中43 km的九寨沟台站（SCJZ）在东西向的位移为-9.8±1.5 mm,在南北向的位移为3.3±0.7 mm;距离震中65 km的松潘站（SCSP）在东西向的位移为-1.8±0.7 mm,在南北向的位移为-7.7±0.6 mm;距离震中77 km的舟曲站（GSZQ）在东西向的位移为0.4±1.2 mm,在南北向的位移为3.6±0.8 mm.通过同震位移分布特征,可以推测此次地震为一次左旋走滑型事件,引起水平向同震位移大致不超过150 km范围,地震对东南侧的龙门山断裂带影响非常小,对北侧的塔藏断裂和西侧的岷江断裂处引起的同震位移为厘米级.同震位移的反演结果显示：断层面上滑动量主要集中在7 km深度,最大量值约为0.4 m,平均滑动角为-15°,利用滑动分布计算的相应矩震级为M_W6.4,与地震波反演结果相当.结合同震滑动分布、同震主应变分布、余震分布和震源机制解等特征,推测此次地震破裂极值区累积的能量得到较充分释放,进一步分析得出此次地震在塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂处产生了一定的应力变化,值得持续关注.

     

川西山区低频泥石流形成条件分析——以九寨沟县香扎沟泥石流为例

近年来川西山区屡次暴发低频泥石流灾害,造成大量生命财产损失,危害性较大.通过对九寨沟县香扎沟泥石流进行深入调查、访问,分析了沟域地形地貌特征以及泥石流物质组成和暴发特征,揭示了泥石流的物质大多源于沟床启动,且与早年林木采伐、木材腐朽密切相关.另外,集中强降雨及陡峻的地形也是泥石流形成的有利条件.通过对比中、高频泥石流,提出低频泥石流具有隐蔽性、突发性、危害大的特点.川西山区有过采伐史且具备相应地形条件的沟域,应作为低频泥石流灾害的重点调查研究和防治对象.     

东昆仑断裂带东端和2017年九寨沟7.0级地震区深部电性结构探测

东昆仑断裂带是青藏高原北部一条近EW走向的巨型断裂,其东南尾端发生分叉形成了复杂的马尾状断裂系统,2017年在该区域发生了九寨沟M_S7. 0地震。文中对跨过东昆仑断裂带东端和九寨沟地震区的3条剖面上的大地电磁探测数据进行处理分析,采用三维电磁成像反演技术获取了三维深部电性结构图像。所得结果表明,东昆仑断裂带东端及周边区域内的东昆仑断裂、白龙江断裂和光盖山-迭山断裂表现出向SW倾斜的电性差异带,这些断裂向下延伸并合并于中下地壳的低阻层中,共同组成了由南向北扩展的花状构造。在马尾状构造中,隐伏的虎牙断裂带(北段)在深部表现为明显的低阻边界带;塔藏断裂的规模明显小于虎牙断裂(北段),并与虎牙断裂(北段)组成单侧花状结构;白龙江断裂和光盖山-迭山断裂依然表现为由南向北扩展的花状构造,2组花状结构在深部衔接并统一归并于壳内的低阻层中。2017年九寨沟7. 0级地震的震源区位于高、低阻交界区域,处于松潘-甘孜地块壳内低阻层向NE涌动的端点附近,根据震源区的电性结构和流变结构推测震源深度≤11km。虎牙断裂(北段)的延伸深度和规模大于东侧的塔藏断裂,是2017年九寨沟地震的发震...     

判识水氡地震前兆的方法——以甘肃清水温泉水氡异常为例

地震前兆异常性质的准确判断是提高地震预测水平的前提。据国内外相关统计,真正具有地震预测意义的地震前兆异常数量十分有限。因此,厘清震前异常与地震的关系对今后异常识别意义重大。2017年8月8日九寨沟M_S7.0地震前4个月,甘肃清水温泉水氡出现大幅波动异常变化。为了判断这次异常与九寨沟地震的关系,在异常持续期间,通过抽水实验、水化学组分以及氢氧同位素组成分析,并结合九寨沟地震发震构造以及其他前兆异常空间分布特征,对水氡异常成因机理进行了深入分析。结果表明:对于水氡与水位的变化关系,实验与实际观测结果一致,都呈正相关变化;实验中水氡变化幅度与实际观测的相当;水化学组分以及氢氧同位素测试结果显示清水温泉水氡异常期间,来自地壳深部的流体并未增加;清水温泉区其他前兆没有出现明显的短期异常变化;在空间上清水温泉与九寨沟地震震源区被两条深大断裂隔开。因此,清水温泉水氡大幅异常变化并非九寨沟地震的短期前兆异常,而是企业抽水开始时间、持续时间以及用水量不固定引起的。该实例为地震前流体前兆异常性质的准确判定提供了更为可靠的方法和思路。     

青藏块体东北缘跨断层异常场地比指标及其在地震预测中的应用

为了客观反映跨断层形变资料在地震前出现的异常程度,减弱场地布设不均匀性造成的影响,本文基于以往典型震例归纳跨断层异常场地比指标并进行了实例检验。结果表明:①震例统计显示,异常场地比随震中距增加快速降低,在青藏块体东北缘5.8级及以上中强地震前,距震中200 km范围异常场地比约为0.5。②异常场地比等值线高值区对地震震中位置有较好的指示意义,可以作为中强地震预测的一种定量判定依据,为区域地震危险性的地点判定提供支持。③多期异常场地比空间分布特征能够较好地刻画跨断层异常随时间的增强、减弱或迁移特征,可为地震紧迫性判定提供一定帮助。