Co-seismic displacements associated to the Molise (Southern Italy) earthquake sequence of October–November 2002 inferred from GPS measurements

The 2002 earthquake sequence of October 31 and November 1 (main shocks Mw = 5.7) struck an area of the Molise region in Southern Italy. In this paper we analyzed the co-seismic deformation related to the Molise seismic sequence, inferred from GPS data collected before and after the earthquake, that ruptured a rather deep portion of crust releasing a moderate amount of seismic energy with no surface rupture. The GPS data have been reduced using two different processing strategies and softwares (Bernese and GIPSY) to have an increased control over the result accuracy, since the expected surface displacements induced by the Molise earthquake are in the order of the GPS reliability. The surface deformations obtained from the two approaches are statistically equivalent and show a displacement field consistent with the expected deformation mechanism and with no rupture at the surface. In order to relate this observation with the seismic source, an elastic modeling of fault dislocation rupture has been performed using seismological parameters as constraints to the model input and comparing calculated surface displacements with the observed ones. The sum of the seismic moments (8.9 × 10¹⁷ Nm) of the two main events have been used as a constraint for the size and amount of slip on the model fault while its geometry has been constrained using the focal mechanisms and aftershocks locations. Since the two main shocks exhibit the same fault parameters (strike of the plane, dip and co-seismic slip), we modelled a single square fault, size of 15 km × 15 km, assumed to accommodate the whole rupture of both events of the seismic sequence. A vertical E–W trending fault (strike = 266°) has been modeled, with a horizontal slip of 120 mm. Sensitivity tests have been performed to infer the slip distribution at depth. The comparison between GPS observations and displacement vectors predicted by the dislocation model is consistent with a source fault placed between 5 and 20 km of depth with a constant pure right-lateral strike-slip in agreement with fault slip distribution analyses using seismological information. The GPS strain field obtained doesn't require a geodetic moment release larger than the one inferred from the seismological information ruling out significant post-seismic deformation or geodetic deformation released at frequencies not detectable by seismic instruments. The Molise sequence has a critical seismotectonic significance because it occurred in an area where no historical seismicity or seismogenic faults are reported. The focal location of the sequence and the strike-slip kinematics of main shocks allow to distinguish it from the shallower and extensional seismicity of the southern Apennines being more likely related to the decoupling of the southern Adriatic block from the northern one.     

流体饱和多孔隙介质弹性波方程边界元解法研究

基于流体饱和多孔隙各向同性介质模型,本文首先推导了流体饱和多孔隙介质中弹性波传播的频率域系统动力方程及边界积分方程,然后给出了流体饱和多孔隙介质弹性波方程的基本解,最后,利用本文给出的边界元方法对流体饱和多孔隙各向同性介质中的弹性波传播进行了数值模拟.结果表明：不论是从固相位移,还是液相位移的地震合成记录都能看到明显的慢速P波,本文提出的流体饱和多孔隙介质弹性波边界元法是有效可行的.     

弹性波数值模拟的非规则网格差分法

基于应力、速度混合变量弹性波方程及任意四边形网格差分算子,给出了交错计算应力及速度的非规则网格弹性波应力一速度差分法该方法融合了有限元法能适应复杂形状边界及差分法无需计算刚度阵的特点,具有较高的计算精度,所需计算机存储空间较少,计算效率也很高．基于积分平衡方程引入了任意形状自由表面的边界条件,且通过局部滤波改善了自由表面边界条件的稳定性,使得该方法可应用于考虑地表形状影响的地震波数值模拟     

"构造研究进展与趋势"专辑特邀主编寄语

构造研究是地球系统科学研究中最具有交叉学科性质的领域,是长期经久不衰的学科,尤其涉及到解决对人类社会至关重要的问题时凸显它的重要性,如青藏高原形成演化过程对资源能源、地表作用及其环境气候与灾害的影响,以及地震活动对人类社会的冲击等等。地质学家们经过长期的持续研究,在地质学、地球物理学方面,包括岩石圈流变学、实验岩石学和青藏高原构造变形等方面取得了一系列重大成果与重要认识。《地球学报》集中在2019年第1期刊发16篇文章作为"构造研究进展与趋势"专辑,专辑涵盖了四个方向的研究成果:(1)大陆岩石圈流变学;(2)青藏高原形成与构造过程;(3)断裂作用与地震活动;(4)地区构造样式与效应等。这些工作主要涉及目前大陆岩石圈流变学的发展现状与前景、青藏高原形成演化和帕米尔及喀喇昆仑断裂带等重要构造带的研究进展,以及目前人们关注的与地震活动相关的断裂活动、岩石记录和物理化学性质变化等方面的研究,包括8篇综述性文章和8篇研究性成果。本文将从这4个研究方向简要介绍收入本专辑论文的研究工作,呈现构造研究成果与趋势,为深入研究和认识地球系统科学提供重要的基础。     

华北第四纪火山作用研究

根据地层与同位素年代确定华北第四纪火山的时代为更新世 (Qp) ,距今 0 4Ma为火山活动高潮期。山西大同火山群东部火山为拉斑玄武岩 ,西部为碱性玄武岩 ;山东火山岩石碱性最强 ,为橄榄玄武岩 ,Sr同位素87Sr- 86Sr为 0 70 347～ 0 70 4 6 1,推测岩浆为地幔部分熔融的原始岩浆。对玄武岩中幔源包体的矿物进行了大量的电子探针分析 ,计算出其平衡温度为 880～ 110 0℃ ,平衡压力为 0 8～ 2 0GPa。由此推导的上地幔地温线低于由第三纪玄武岩中包体推导的地温线。上地幔的差异应力为 13～ 31MPa ,并随温度的升高而降低 ;应变速率为 7 78× 10 - 2 0 ～ 1 2 1× 10 - 14 s- 1,并随温度的升高而增大。研究结果表明 ,第四纪时期仍然存在上地幔底辟上涌 ,但其规模和活动强度均变弱     

基于波场分离的弹性波逆时偏移

尽管叠前逆时偏移成像精度高,但仅针对单一纵波的成像也可能形成地下介质成像盲区,由于基于弹性波方程的逆时偏移成像可形成多波模式的成像数据,因此弹性波逆时偏移成像可提供更为丰富的地下构造信息.本文依据各向同性介质的一阶速度-应力方程组构建震源和检波点矢量波场,再利用Helmholtz分解提取纯纵波和纯横波波场,使用震源归一化的互相关成像条件获得纯波成像,避免了直接使用坐标分量成像而引起的纵横波串扰问题.针对转换波成像的极性反转问题,文中提出一种共炮域极性校正方法.为有效节约存储成本,也提出一种适用于弹性波逆时偏移的震源波场逆时重建方法,在震源波场正传过程中,仅保存PML边界内若干层的速度分量波场,进而逆时重建出所有分量的震源波场.本文分别对地堑模型和Marmousi2模型进行了弹性波逆时偏移成像测试,结果表明：所提出的共炮域极性校正方法正确有效,基于波场分离的弹性波逆时偏移成像的纯波数据能够对复杂地下构造准确成像.

     

超高压变质岩中柯石英-石英相变动力学研究的评述

含柯石英超高压变质岩的发现是陆过 幔深部俯冲的岩石学语气也揭示了深部变质深种物折返地表的可能性。超高压变质岩的开 折返机制是当前地球科学中最有挑战性的前沿课题之一,具有深刻的大陆动力学意义。     

基于循环加卸载的矿物定向排列致各向异性岩石损伤演化规律——以黑云母石英片岩为例

黑云母石英片岩是一种典型的各向异性岩石,为研究其损伤演化规律及各向异性表现特征,针对含0°,45°,90°3种片理角度的试样,开展了等塑性应变循环加卸载试验。结果表明：不同片理面角度试样的破坏模式有所不同,0°片理面试样中的张拉破裂现象与45°片理面中的剪切破坏现象尤为明显。随着塑性应变增加,黑云母石英片岩的弹性模量表现出先强化、后弱化的现象,这一现象在高围压下更为明显。在弱化阶段中,弹性模量演化的转折点与裂纹起裂强度σ_ci稳定时对应塑性应变一致。弹性模量作为岩石损伤劣化过程的评价指标较完整性系数受片理面角度的影响更小。在岩石内部能量演化过程中,耗散能大小与片理面角度的关系为0°>90°>45°,耗散能、弹性能下降的速率大小关系为45°>90°>0°,其降至稳定时与岩石损伤强度σ_cd稳定时对应塑性应变一致。该研究借助弹性模量和能量演化规律分析,探究了黑云母石英片岩的损伤演化力学行为。

     

基于应力偏量的横波纯应力逆时偏移成像方法

基于弹性波解耦延拓方程的波场分离方法不仅可以得到解耦的纵、横波质点振动速度场,还可以获得纵、横波应力场.针对横波纯应力场在利用单一分量成像时不具有明确物理意义的问题,本文将应力偏张量引入到横波应力场中,基于应力偏量第二不变量构建得到横波应力不变量并将其用于应力场的逆时偏移成像中,获得了可完整表征横波应力场的成像结果.模型试算表明,本文构建的横波应力不变量可以有效利用横波应力张量中的波场信息,并得到准确的弹性逆时偏移成像结果.     

煤层流变研究现状及发展趋势

近些年来,岩石流变已成为大陆岩石圈研究的前沿和热点之一,受到国内外越来越多的科学家的重视。由于浅、表岩石圈层中煤岩是含气、含水的多相介质有机岩,具有低杨氏模量和高泊松比的岩石力学性质,因此其流变行为与无机岩类存在很大的差异。当前,国内研究者主要通过在天然条件下的煤层流变不同尺度的观测,并进行高温高压变形实验与天然条件下煤岩流变的对比研究,用以阐明煤层流变的特征;通过观测、实验与模拟分析,获取流变参数,探讨煤层流变过程,建立流变模式,进而揭示煤层流变的机理与制约因素。在分析国内外煤层流变研究现状的基础之上,探讨了煤层流变研究存在的问题及今后的发展趋势。并认为对煤层流变的研究既可进一步丰富和发展对地球层圈构造和地球物质流动的认识,也可为煤层的合理开采、煤层气勘探开发与煤矿瓦斯突出防治提供科学依据．