应力增量触发断层岩体能量释放模拟与地震成因探讨—以龙门山断裂带为例

本文以龙门山断裂带为背景,基于岩体应变能基本理论,使用FLAC软件模拟地震能量源和能量释放形式,计算结果显示:在0.01 MPa水平应力增量作用下,龙门山断裂带及附近区域可释放的应变能约为3.24×1013 J;使得断层面之间发生滑移,克服断层面滑动摩擦所需消耗的能量约为2.10×1013 J;岩体在重力方向上产生位移,克服重力做功所消耗的能量约为1.14×1013 J。由此可推断:在一定区域内,应力触发释放能量值与克服断层面滑动摩擦和克服重力做功所消耗的能量之和大致相当;应变能可能会在某一区域范围内集中释放,形成地震效应。本次应力增量触发断层周围岩体能量释放事件中,在映秀—北川断裂与灌县—安县断裂之间的局部区域集中释放的能量为7.67×1012 J,相当于一次M_S5.39地震发生所释放的能量。      

郯庐断裂带安丘-莒县断裂江苏段全新世活动的新证据

安丘-莒县断裂是郯庐断裂带内活动时代最新、地表形迹最明显、地震危险性最大的断裂,也是1668年郯城M8 1/2地震的发震断层。前人对郯城地震的地表破裂向S终止的位置存在多种观点,对该断裂江苏段的全新世活动情况也存在较大争议。文中通过在重岗山西侧和宿迁合欢路北侧开展的探槽开挖工作,发现了该断裂全新世活动的新证据,并对其最新活动时间进行了探讨。重岗山西侧后陈村探槽和宿迁合欢路北侧探槽都表明安丘-莒县断裂江苏段在全新世有过明显活动,推测最新一次古地震事件的发生时间为(4. 853±0. 012)～(2. 92±0. 3) ka BP。最新活动性质以走滑逆冲为主,剖面上获得的最大断错量为1m。未发现1668年郯城M81/2地震的地表破裂带到达江苏段的明确证据。     

唐山断裂带南西段和北东段土壤气Rn和CO2浓度特征

本文通过测量唐山断裂带南西段王兰庄和北东段巍峰山的土壤气Rn和CO₂浓度, 探讨了Rn和CO₂浓度的空间分布特征及其与断裂活动的关系。 测量结果显示, 王兰庄剖面和巍峰山剖面土壤气Rn浓度范围分别为691~57 671 Bq/m³和471~32 739 Bq/m³, CO₂浓度范围分别为0.17%~7.21%和0.08%~1.71%。 两个剖面Rn和CO₂浓度均高于区域背景值, 这与唐山断裂带断层的开放状态有关。 Rn和CO₂释放强度(K_Q)在王兰庄剖面分别为2.90和4.04, 在巍峰山剖面释放强度分别为0.90和0.99。 王兰庄剖面测线中部土壤气浓度明显高于两端, 而巍峰山剖面测线中部与两端浓度平均值相近, 这种浓度空间分布特征的差异主要是断层破碎程度不同所致。 巍峰山剖面土壤气Rn浓度水平较高, 地球物理学研究发现此区域应力值高, 断层活动性较强, 表明土壤气Rn浓度与断层活动性有着密切的关系。     

廊固凹陷深部剪切破裂构造的地震学证据

基于区域地震台网观测数据,采用近震波形反演方法,确定2018年2月12日河北永清M4.3地震的最佳双力偶源震源机制解为:节面Ⅰ走向297°,倾角58°,滑动角-32°;节面Ⅱ走向45°,倾角63°,滑动角-144°;是一个略带正断分量的右旋走滑地震.结合近震转换波测定主震的震源深度在19km附近.地震序列的双差定位结果显示:永清地震序列震中呈北东向窄带展布,表明此次地震主要向北东向破裂;深度集中分布在17～19km,整体形态近于铅直,显示发震断裂具有走向北东、倾向南东、倾角陡立的特征,与节面Ⅱ的性质比较吻合,推测节面Ⅱ为发震断层面.将发震断层面参数与震源区附近断裂性质进行对比分析,形成了关于廊固凹陷附近区域地震构造的一些认识:(1)推测永清地震的发震构造不是地壳浅部发育的先存正断裂,而是震源区下方一条地壳尺度的深断裂,该深断裂为新生断裂,具有右旋走滑正断性质,倾角陡峭、近于直立、宽度较大,向上与夏垫断裂相通.(2)综合震源区附近多条深地震反射剖面探测结果,推测永清地震的发震断裂与新夏垫断裂同属一条断裂,称为:新夏垫深断裂.该断裂从夏垫向西南方向延伸至文安,并可能与霸县—束鹿—邯郸断裂带相联系,总长度超过150km.(3)基于2006年文安M5.1地震与2018年永清M4.3地震在震源机制上的相似性及震源位置上的关联性,结合区域构造条件,认为两次地震的发震构造均为新夏垫深断裂.(4)根据研究区几次显著地震的震源深度分布特征,参考区域断层构造、电性结构和流变学模型,推测活化克拉通块体新生断裂的脆韧性转换界面深度在15km附近.     

芦山地震断层的滑动分布与汶川地震断层的关系

本文利用2013年芦山M_S7.0级地震同震GPS数据反演了芦山断层几何与断层滑动分布,结果表明:芦山地震发震断层具有南陡北缓、上陡下缓的特征,低倾角的区域位于发震断层北段且靠近映秀断层的一侧;滑动分布模型的最大滑动量为0.82m,其深度为13.67km与小震发生集中平均深度12.5km接近.我们选取1998—2014年龙门山断裂带区域地壳形变观测数据,拟合获得了龙门山断裂带走向方向上的速度分量,发现在汶川M_S8.0地震与芦山M_S7.0地震之间宽度约30km破裂空区,龙门山断裂带西南段与东北段的形变分量以破裂空区为界方向相反.断裂带东北段(汶川地震主要发震断层)的形变分量方向与断层右旋走滑运动方向一致,而在断裂带西南段(芦山地震发震断层)的形变分量方向与断层左旋走滑运动方向一致.芦山地震走滑方向与汶川地震走滑方向相反是因为该断裂带构造运动在特有几何构造下受青藏高原东南向挤压,遇龙门山中段岩石圈楔状构造的阻挡,在汶川M_S8.0地震与芦山M_S7.0地震间的地震空区,形成了构造运动向其两侧分流的结果.     

利用重复微震估算红河断裂带北段深部滑动速率

利用云南数字地震台网1999—2015年的波形资料,通过识别在断层同一位置发生的重复微震来估算红河断裂带北段不同孕震深度的断层滑动速率.针对研究区台站分布稀疏的客观情况,采用基于子采样条件下S-P相对到时差约束地震相对位置,从而确保震源位置一致性的方法,在红河断裂带北段及其附近区域识别出23组重复微震,其复发间隔变化明显.重复微震的时空变化初步分析表明,研究区频繁的背景地震活动和相邻较近的重复微震之间的相互作用都会对重复微震的复发间隔产生影响.利用重复微震的震级和复发间隔,估算得到红河断裂带北段6.0～13.4km孕震深处的滑动速率为2.3～10.0mm·a-1,显示不同孕震深度的滑动速率存在差异.     

郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区上地幔顶部Pn波速度与各向异性

为着重探讨郯庐断裂带鲁苏皖段的分段特征及其深部结构特征,本研究搜集增加了研究区内近几年的Pn震相数据.经挑选后采用了由2163个地震和301个台站构成的9156条射线,重新反演构建了郯庐断裂带鲁苏皖段及邻区上地幔顶部Pn波速度及方位各向异性分布.尔后,将速度反演结果与地形地貌、大地热流、强震活动及地壳厚度等进行了综合对比和分析;此外,还将Pn波各向异性与地震各向异性其他观测手段的结果展开了对比和讨论.反演结果的可靠性和分辨能力较前文有所提高,研究区上地幔顶部的非均匀性特征揭露得更为清楚,尤其是由Pn波速度揭露的郯庐断裂带分段特征与地质构造特征吻合得更佳.结果表明:(1)Pn波高、低速的分布与地形地貌呈负相关的关系,即山地隆起区呈低速分布,而平原地区表现为高速异常.(2)Pn波速度沿郯庐断裂带的分布具有明显的分段特征,本文的研究结果支持郯庐断裂带在研究范围内的上地幔顶部可细分为4个亚段.由上地幔顶部Pn波速度揭示的郯庐带分段特征与前人根据郯庐断裂带各段的地表地质构造特征给出的分段结果吻合,深、浅耦合的现象表明郯庐断裂带是一条贯穿地壳、深抵Moho面的幔源深大断裂带.(3)Pn波速度与大地热流呈负相关的关系.(4)Pn波速度的分布与强震的发生具有一定的关联性,强震大部分发生在Pn波高、低速过渡地带或者低速区域的地壳内.(5)在南黄海海域新发现一条NNE-SSW向展布的弱高波速异常带,该异常带被强震震中清晰地勾勒了出来,据此推测其下方存在一条切割Moho界面的幔源深大断裂.(6)Pn波各向异性的强弱与地质构造的活动性相关,活动性越强则各向异性强度越大.(7)由地震台站的时间延迟分布可以看出,研究区地壳厚度总体上自SE往NW逐渐增厚;最大厚度位于渤海湾盆地的北西部和西部.     

丽江—小金河断裂带现今断层运动特征

本文利用GPS观测对丽江—小金河断裂带的现今断层运动和变形状态进行了分析和探讨.丽江—小金河断裂带两侧地块地壳变形差异显著,GPS速度剖面结果显示断裂带两侧存在地壳变形不连续现象;进一步以GPS速度场为约束,基于负位错模型反演的丽江—小金河断裂带的断层闭锁空间分布结果显示,以木里为界,北东段断层强闭锁从地表向深部延伸至15km左右,西南段断层闭锁程度较高的区域位于5～15km范围内,浅层表现为弱闭锁的状态;滑动亏损速率结果显示,两闭锁段的滑动亏损速率相差近4mm·a~(-1),说明丽江—小金河断裂带西南段的背景滑动速率明显高于北东段.基于数值模拟分析了西南段浅层蠕滑运动对周边断层的影响,结果表明西南段的浅层左旋滑动对北东段闭锁区和西南段深部强闭锁区均为正影响.