中国地震局地壳应力研究所与俄罗斯科学院西伯利亚分院地壳研究所开展交流合作

一、交流背景 中国人陆的汾渭地堑系与俄罗斯的贝加尔湖地堑系是全球2个非常典型的正倾滑活动断裂系（图1）。两者的活动构造研究有很多可对比之处。我所科研人员长期在汾渭地堑从事活动断裂研究。在汾渭地堑系己开展的20条活动断裂填图工作中，我所承担了其中9条活动断裂的填图。我所一室的科研人员以此访问为契机，通过前往俄罗斯地壳研究所的交流和野外考察，拟于今后双方建立共同合作研究。访问前双方就合作项目、访问交流内容进行了多次沟通。

关于提高科学事业单位科研竞争力的研究——以中国地震局地壳应力研究所为例

进入21世纪以来,因为国家的扶持,属于地震公益事业的研究单位越来越多,并取得了很多研究成果。对于国家资助项目,内部研究机构之间存在竞争。中国地震局地壳应力研究所面临众多单位竞争,如各大院校、各省地震研究机构,以及国外地震研究机构。如何在众多单位的竞争中保持自己的特色与专长,如何使得本所发展壮大,成为新的课题。因此,在事业单位分类改革的背景下,以中国地震局地壳应力研究所为例,探讨国家公益事业型科研单位的科研竞争力体现在哪些方面,以及如何提高国家全额拨款的事业型科研单位的科研竞争力等问题。

基于原地应力测量数据的中国大陆地壳上部应力状态研究

在两个水平主应力随深度呈线性增加的前提下,通过数学推导,建立了侧压系数、水平最大与水平最小主应力之比(σH/σh)以及剪应力相对大小μm等应力参数随深度变化的关系式.在此基础上,依据中国大陆1780条二维水压致裂和应力解除的原地应力测量数据,对多个应力参数随深度的变化进行了回归分析.结果显示,中国大陆地壳浅部的侧压系数随深度的变化呈完整的双曲线形态,通过稳定性检验说明,即使缺少较深的原地应力实测数据,只要有一定数量的测试深度超过1500m的数据,仍然可以得到比较可信的侧压系数回归分析结果,在整个脆性上地壳的物性参数没有本质变化的前提下,可以利用地壳浅部的侧压系数回归分析结果推断脆性上地壳的2个水平主应力的取值范围;相对于侧压系数,在中国大陆地表以下几千米深度范围内,σH/σh和μm的变化不大,更接近线性分布,σH/σh的拟合值在1.5左右,μm的拟合值在0.2左右,并且μm的线性集中程度更好.利用μm的大小来判断活动断裂的地震危险性具有一定合理性.

中国大陆地震视应力空间分布研究

利用1900～2005年的中强震地震资料计算了中国大陆地震的平均视应力。中国大陆平均视应力为0.67MPa,略高于全球平均水平,中国东部平均视应力为0.32MPa,西部为0.97MPa。研究表明:利用地震震级计算的中国大陆地震视应力大小与利用数字地震波资料测定结果相差不大,其空间分布基本一致。

第五届国际岩石应力研讨会对地壳应力与地震研究探索与实践的推动作用

第五届国际岩石应力研讨会（The 5th International Symposium on In-situRock Stress）由国际岩石力学学会发起,中国地震局地壳应力研究所、中国岩石力学与工程学会、中国地震学会承办，国家自然基金委员会等10个单位协办，于2010年8月25—27日在北京召开。共有来自国内外21个国家和地区的195位代表参加会议，

中国大陆与各活动地块、南北地震带实测应力特征分析

本文以"中国大陆地壳应力环境基础数据库"为基础,补充了迄今为止查阅到的中国大陆水压致裂法与应力解除法的实测地应力数据,在1474个测点上得到3586条数据,研究区经度范围75°E-130°E,纬度范围18°N-47°N,深度范围0～4000m,基本覆盖了中国大陆的各活动地块与南北地震带各段等研究区.本文采用等深度段分组归纳的方法解决了实测地应力数据样本数量沿深度分布的不均匀问题,给出了中国大陆与各研究区地壳浅层测量深度范围内应力量值、方位特征.结果显示:(1)中国大陆地壳浅层最大水平应力、最小水平应力、垂直应力随深度呈线性增加;(2)中国大陆地区侧压系数随深度的变化特征为:浅部离散,随着深度增加而集中,并趋向0.68,D=465m是水平作用为主导向垂直作用为主导的转换深度,Kav=1;(3)中国大陆水平差应力在地表为3 MPa左右,随深度增加以5.8MPa/km的梯度增大;(4)在测量深度范围内,中国大陆各研究区最大水平应力中间值(深度为2000m时的统计回归值)从大到小的顺序是:青藏地块63.6MPa、南北带北段57.3MPa、华南地块51.4MPa、华北地块50.5MPa、南北带中段47.9MPa、西域地块47.5MPa、南北带南段45.4MPa、东北地块44.8MPa,总体表现为"西强东弱"的基本特征,反映了印度板块与欧亚板块的强烈碰撞是中国大陆构造应力场强度总体特征的主要来源;(5)与其他研究区相比较,青藏地块地壳在从南向北的挤压作用下呈现出明显的"浅弱深强"特点;(6)最大水平应力方向的总体特征,基本以青藏高原为中心,呈辐射状展布,由西向东,从近N-S方向逐步顺时针旋转至NNE-SSW、NE-SW、NEE-SWW、NW-SE方向,与深部的震源机制解研究结果有一致性.

利用原地应力实测资料分析芦山地震震前浅部地壳应力积累

龙门山断裂带南段的芦山Ms7.0级地震给雅安地区人民群众和当地社会带来巨大的损失,如何从地壳应力积累的角度来研究该次地震对于深入认识孕震发震机理将有很大的帮助.项目组在过去21年中在该区域积累了22个钻孔的应力实测资料,这些应力资料显示该区域的应力状态为逆冲断层应力状态,最大水平主压应力方向为N44＆#176;-64＆#176;W,而且在过去20多年里,该区域的应力状态是稳定的.文中提出利用平均差应力和平均有效应力之比μm来表征地壳应力积累的能力和水平.通过理论分析可知μm的物理意义与μ是近似的,完全可以用μm代替μ来开展分析.利用实测应力数据计算得到的μm范围为0.39～0.56,接近于Byerlee定律所定义的μ=0.6的下限值,该范围与龙门山断裂带震后断层泥稳态摩擦系数的范围完全吻合,芦山地震的发生说明研究区的地壳应处于摩擦极限平衡或者亚平衡状态.芦山地震的震源机制解反应的应力状态为逆冲断层应力状态,主压应力轴方向为122°,与该区域的应力测试数据所反应的应力状态一致.通过与他人的研究成果对比分析可知,芦山地震可看作汶川地震对龙门山断裂带南段区域的断层加载而诱发产生的一次地震.

中国东部海域及其邻区现代构造应力场研究

中国东部海域是指渤海、黄海和东海地区。前人利用震源机制解、井壁崩落和水压致裂等资料,分别对有关海区的现代构造应力场作过不同程度的研究。文中根据前人的工作并结合海陆地区新构造运动及其动力条件分析,对东部海域及邻区的现代构造应力场进行较深入的研究。该区现代构造应力场以水平至近于水平挤压作用为主要特征,压应力方向从北到南由NE逐渐转为NEE、EW、SEE至SE向,总体呈向东发散的扇形分布。构造应力作用强度具有非一致性,北强南弱。海域具有与大陆统一的现代构造应力场,相应可划为东北、华北和华南3个应力区。中国东部大陆和海域在青藏高原东部被印度板块挤出的构造块体往NE—SE方向滑动推挤及东边太平洋和菲律宾海板块向NWW俯冲推挡的共同作用下,形成现代构造应力场,且青藏高原东部被挤出块体东向滑动的推挤是现代构造应力场产生的主要动力。

中国大陆地壳应力环境基础数据库

本文介绍了国际上有关地应力环境研究与数据库建设的相关情况;重点阐述了“中国大陆地壳应力环境基础数据库”的构成,包括基本数据类型、数据来源以及数据覆盖范围等基本情况;阐述了本数据库管理系统的基本设计思想、主要功能及其特色;扼要介绍了以数据库资料为基础开展了中国大陆构造应力分区以及应力场的数值模拟研究成果.

中国大陆及邻区海域地壳上地幔各向异性研究

利用分别由Love波和Rayleigh波得到的S波速度结构的差值(VSH-VSV)对中国大陆及邻区海域(70°E^145°E,15°N^55°N)地壳上地幔中的偏振各向异性进行研究.初步研究结果表明,各向异性在空间分布上存在不均匀性:(1)在小于150km的深度范围内,VSH>VSV的各向异性体占主导地位,反映出在地球的浅部岩石圈内的水平应力作用及软流圈顶部物质的水平向流动对各向异性的形成起主导作用.在大陆地区,各向异性的强度随深度有显著变化.上地壳和上地幔盖层中的各向异性普遍较弱,而在流变性较强的下地壳和软流圈存在较大范围的各向异性.这一现象说明下地壳在岩石圈变形中可能有解耦作用.(2)在大于200km深度的软流圈下部主要表现为VSH<VSV的各向异性,说明地幔物质垂直运动相对占优势地位.(3)在中国大陆东部可以看出一个大致趋势:在构造比较稳定的地区,岩石圈中VSH>VSV的各向异性比较显著,而软流圈中VSH<VSV的各向异性较弱;在构造活动比较强烈的地区,软流圈中VSH<VSV的各向异性占主导地位.(4)印度板块低角度向青藏高原下俯冲影响了中国大陆西部地区各向异性的特征.印度板块向北运动水平挤压中国西部大陆,使得物质定向重结晶,从而在岩石圈下部产生显著的VSH>VSV各向异性.

中国强震前兆地震活动图像机理的三维数值模拟研究

建立了含有母体岩石、硬包体和随机分布的小裂纹的三维有限元模型,计算了包体和各层实体中的应力分布.利用最高应力破裂准则、释放破裂单元刚度生与死的方法,模拟强震前岩石的破裂和小震的空间分布特征.结果表明,文中三种模型都显示出强震前在孕震体即包体附近出现了高应力集中单元.它们是形成小震空区、条带和地震空间丛集图像的基础.随机裂纹的存在,有利于在孕震体(包体)外的裂纹端部应力集中,先发生小震,形成包围孕震包体的前兆地震活动图像,而包体中的应力逐渐增加,为发生强震提供了条件.包体的形状和几何位置是影响强震前兆地震活动图像形态的重要因素.引入材料的黏弹性,导致了其中应力随时间迅速减小和弹性层某些部位应力随时间的增加.但在本文设定的构造模型框架和介质参数下,下层黏弹性的存在对上层母体的应力随时间的增加影响不大.

中国大陆东部及海域地壳-上地幔结构研究

中国大陆东部及海域 ( 98°～ 1 5 0°E,5°～ 5 0°N)位于欧亚大陆和太平洋两大板块的衔接地带 ,且深受来自印度洋板块活动的影响 .本文利用该区域内的 35个数字地震台记录的面波资料 ,采取多重滤波技术等时频分析方法 ,求得了 1 2 5 2条路径上基阶瑞利波的频散曲线 ,然后将研究区域划分为 1°× 1°的网格 ,通过 Occam反演方法求得了 1 0～ 1 5 8s周期范围内基阶瑞利波群速度在研究区域内的分布 .这些速度分布大致反映了不同深度范围介质 S波速度的横向变化情况 .利用求得的纯路径频散 ,进一步反演得到了青藏高原东部—太平洋、南海—蒙古两个剖面的 S波速度随深度的变化 ,发现研究区内的横向不均匀性直到 40 0 km仍很明显 。

中国东部海域地壳-上地幔瑞利波速度结构研究

为了进一步了解中国东部沿海及相邻海域的地壳－上地幔结构特征，对该区域的构造演化历史、地震活动及深部构造等方面研究提供一些基础资料，利用３１个数字地震台记录的高质量瑞利波资料，采用一种新的混合路径频散的网格反演方法（Ｏｃｃａｍ方法），对中国东部海域瑞利波群速度横向不均匀分布进行了初步研究．根据反演得到的１０—１５０ｓ共３６个中心周期的群速度分布特征，以及几个典型地点的剪切波速度结构的深度变化，对研究区域内各构造单元的划分以及它们在速度结构和上地幔低速层埋深等方面的特征进行了讨论。

利用地震矩张量与GPS资料推算中国大陆现今地壳运动能量分布特征

在一次地震轮回时间段内,对于某个相对统一和完整的体系,应变能的积累与释放基本等量。地震资料得到的地壳变形场是现今地壳应变能已得到释放后的一种表现,而GPS资料得到的地壳变形场中则既包含地壳应变能量的释放量,也包含积累量。结合中国大陆及其邻区的地质构造与活动地块分布特点,将研究区划分为32个独立的分区。在此基础之上,利用地震和GPS资料分别计算得到了两组单位体积能量积累率,并对其进行了比较分析。研究表明,本次地震轮回中大多数区域的地壳应变能量已基本释放完毕,我国境内只有青藏北部、川滇、昆仑、阿尔金等几个地区的地壳应变能量积累偏高,仍具有发生较强地震的可能性,是今后地震预测研究应该重点关注的地区。

地震视应力在中国大陆西部强震趋势预测中的应用

以中国大陆西部（20^o～50^oN，73^o～105^oE）为例，以中国地震台网中心月报目录为基础，参照美国哈佛大学（CMT）逐个筛选出1990年1月1日至2005年12月31日中国大陆191个地震作为样本，对用哈佛大学提供的地震矩和震级能量公式计算的视应力值σapp1与完全由震级经验公式估算出的地震矩和地震辐射能量计算出的视应力值σapp2。进行了对比分析。在此基础上，通过对1970年以来中国大陆7级以上强震的震例总结，对地震视应力异常区与强震发生地区的关系进行了研究。并结合钻孔应力、应变学科在年度预测中对中国大陆西部强震发生地区的预测情况进行了尺值评分。结果表明：①当震级上限固定时，σapp1与σapp2的差值序列之方差，表现出随着震级下限增大而增大的特征。在3．5≤Ms≤6．0区间内，以圳与σapp2拟合程度较好。②地震视应力异常区的变化与迁移可能是构造大区应力、应变场中显著应力变化区的变化与迁移的反映，具有图像直观、量化、预测区间有限等优点，可用于强震发生地区的预测，尺值约为0．35。并对强震发生地区趋势预测的总体思路进行了有意义的讨论。

利用震源机制解对中国西南及邻区进行应力分区的初步研究

将滑动方向拟合法引入应力分区的研究中， 以地震震源机制解反演出的断层面上剪应力的方向和相对大小作为判定条件， 对一地区的地震震源机制解进行逐一筛选， 确定受各个不同构造应力场控制的地震， 然后再根据地震的震中分布划分应力分区， 我们称之为逐次收敛法． 通过对２９７ 个地震震源机制解的反演分析， 认为中国西南及邻区可分为５ 个应力分区，并计算出５ 个应力分区相应的３ 个主应力的方向和应力形因子Φ的大小．

中国大陆井水温对汶川8.0级、玉树7.1级、芦山7.0级和岷县6.6级地震响应特征的对比研究

收集和统计了2008年汶川MS8.0地震、2010年玉树MS7.1地震和2013年芦山MS7.0、岷县MS6.6地震引起的中国大陆井水温同震响应现象,分析了其特征。结果显示:这4次地震对中国大陆地下流体影响显著,井水温同震响应特征有很大差异,后三次水温同震响应范围、幅度和持续时间远不及汶川地震,即使震级相差不大的玉树和芦山地震,同震响应的特征也不尽相同。最后探讨了这种现象的成因机理。

华北地区地震活动与地壳热结构关系研究

本文应用双差定位法对2009—2015年华北地区发生的地震进行了重新定位,共得到6 225次地震的精确定位结果.结果显示,重定位后的小震更加集中分布于断裂附近,震源深度多为5—15km.利用基于三维分形磁化模型的中心点法获得了华北地区的居里点深度并计算了磁性层的平均地温梯度,进而利用随温度变化的热导率一维稳态热传导方程获得了华北地区的地壳温度结构.结果显示:1除张渤地震带中东部地区以外,大多数地震均发生在地温梯度较小的地方;2 1966年邢台M_S7.2地震和1976年唐山M_S7.8地震均发生在地温梯度较小的地方,二者发生的温度约为200℃—300℃;3大多数M≥2.0地震发生的温度为100℃—500℃,M≥4.0地震发生的温度多为200℃—400℃.这些温度与实验室地壳岩石脆-塑性变形过渡区的温度测量值相当,表明华北地区的地震多发生在地壳脆-塑性变形过渡区.

中国大陆现今构造应力场的回归分析研究

叙述了应用有限元方法和回归分析理论,依据实际应力观测资料,结合中国大陆构造地质资料反演中国大陆现今构造应力场的研究成果。计算中考虑了地壳结构在纵向上和横向上的非均匀性和现今活动断层的影响,采用接触分析方法模拟了板块边界的作用。计算结果表明,通过回归分析得到中国大陆现今构造应力场特征与实际观测结果是一致的:(1) 在中国大陆现今水平最大主压应力轴走向以青藏高原为中心,呈辐射状分布;(2) 在中国大陆现今水平最大主压应力总体表现为由西向东逐渐降低的趋势;(3) 中国大陆东南的台湾海峡区域水平最大主压应力有局部升高的现象。

数值模拟方法在应力场演化及地震科学中的研究进展

本文对数值模拟方法(主要针对有限单元法)在应力场演化及地震科学中的应用和发展做了回顾与总结,主要包括构造应力场模拟、地震活动性模拟、地震危险性模拟等部分,并对数值模拟方法的发展趋势、方法的优势及其所存在的主要问题做了探讨.