喜马拉雅东构造结地震精定位及其区域应力场研究

喜马拉雅东构造结地处印欧大陆碰撞前缘,主要受喜马拉雅、拉萨、羌塘、川滇等地块和印度板块相互作用,区域构造变形强烈,是喜马拉雅造山带变形最强烈的地区之一,地震频发且主要呈条带状展布.为揭示该地区地震活动及发震机制、断裂现今运动状态和区域应力应变模式,本文以喜马拉雅东构造结及周缘地区为研究区,采用双差定位法对2008—2018年间65663个M≥1.0的地震事件进行重定位,应用CAP方法对2009—2021年间163个M≥3.5的地震事件进行震源机制解反演.在此基础上,收集研究区前人所得震源机制解共1156个,使用区域阻尼应力张量反演获得了中上地壳(0~35 km)区域应力场.研究结果显示,区内地震主要沿断裂展布,其中喜马拉雅东构造结、高原中部拉张裂谷、川滇地块和滇缅地块地震活动频繁.地震深度主要分布于5~25 km,川滇和滇缅地块内部地震相对于拉萨、羌塘地块的数量和优势深度有明显增大.不同类型的震源机制分布具有明显规律性,东构造结处各种机制类型地震频发;走滑型震源机制主要沿大型边界断裂分布;正断机制地震发生于川滇地块的西边界断裂;逆断地震发育于印欧大陆碰撞前缘.研究区主压应力轴水平方向从喜马拉雅、拉萨、羌塘、川滇、滇缅地块大致以东构造结为中心近顺时针旋转,且东构造结顶部、川滇地块北西部等地区呈现出强烈的局部不均匀性.

基于区域地震波形的2017年新疆精河MS6.6地震破裂方向性及发震构造研究

2017年8月9日的新疆精河MS6.6地震是近年来天山北缘发生的最大地震,震中位于由多条逆冲断层组成的库松木契克断裂带内.由于震源较深、构造形变复杂、区域地震台站相对稀疏,仅根据震源机制解、余震分布和InSAR观测结果等难以直接判定发震构造.本文针对倾滑型地震发展了一种基于区域地震波形的破裂方向性测定方法,利用余震作为参考地震进行路径校正,根据主震和参考地震的波形时移差和Pn-Pg到时差分别确定主震在水平方向和深度方向的破裂尺度,进而推断同震破裂的延展方向和延伸尺度.本文在反演了主震的点源参数后,应用新发展的方法测定了地震的破裂方向性.点源反演结果显示,精河地震是一个发生在中地壳的高角度逆冲地震,矩震级约6.2,质心深度21km,震源持续时间5.5s,两个双力偶节面分别为102°/45°/106°(NP1)和259°/47°/74°(NP2).破裂方向性分析结果显示,地震的破裂面为南倾的NP1节面,地震沿着破裂起始点向西南方向、向下破裂,总破裂长度约11.5km,其中,沿深度的破裂范围约7km,沿水平的破裂范围约9km,平均破裂速度约2.1km·s-1.综合区域地质资料、卫星影像等判定本次地震的发震断层为精河南断层,地震可能只破裂了断层的下段(17~25km),并未破出地表.

地震动模拟过程中断层参数的敏感性分析

地震发生后通常无法快速获取较准确的断层参数,这可能会对采用地震动模拟方法进行地震动强度快速评估产生影响。选取美国西部两次地震,采用两种地震动模拟方法,通过改变断层走向、滑移角、倾角和震源深度等主要断层参数进行模拟计算,分析不同参数对地震动参数和反应谱值的影响以及不同方法计算结果的准确性。结果表明:GP方法模拟的结果比EXSIM方法更接近观测值;在参数误差范围内,相比于模拟方法本身的误差,各参数对模拟结果的影响较小,地震动强度快速评估时可以利用较合理的快速反演断层参数进行地震动模拟。

柴达木盆地北部2021年6月16日青海茫崖M_(S)5.8地震发震构造分析

青海茫崖M_(S)5.8地震发生在祁连山与柴达木盆地交界的部位。对于此次地震开展研究,不仅有助于理解柴达木盆地与祁连山之间的现今构造变形、应力状态及动力学过程,也将为该区未来的强震趋势预测提供依据。文中首先利用CAP方法反演得到该次地震的震源深度约为13km,震源机制解为逆冲性质。结合地表地质、卫星影像和地震反射剖面解译,认为该地震发生在冷湖逆断裂-褶皱带的东南端,发震构造可能为冷湖七号东背斜之下控制背斜生长的2条倾向相反的隐伏逆冲断裂之一。此次茫崖5.8级地震仅使冷湖七号东背斜下伏逆断层发生了部分破裂,并未破裂至地表,为典型的褶皱地震。震区发育多条第四纪活动褶皱及下伏逆断层,这些构造均具备发生M^(W)5.9~7.2地震的构造条件,并有可能因级联地震破裂而引发7级以上强震。因此,震区未来的地震危险性不容忽视。

2021年5月21日云南漾濞6.4级地震序列重定位及震源机制研究

2021年5月21日21时,云南省大理州漾濞县先后发生M_(S)5.6和M_(S)6.4地震,两次地震震中位置相距约7 km,均位于滇西地区,该地区地处青藏高原东南缘、南北地震带南段,地质构造复杂.地震序列跟踪结果显示漾濞M_(S)6.4地震类型为前震-主震-余震型,M_(S)5.6地震为M_(S)6.4地震的前震.本文基于云南地震台网的震相报告,采用双差定位方法对漾濞M_(S)6.4地震早期序列(2021年5月18日至25日,M L0.0以上)进行重定位,同时,利用Cut-And-Paste(CAP)震源机制波形反演方法,获得了序列中截止至5月25日31次M_(S)≥3.0地震的震源机制解和矩心深度,对该序列的发震构造进行了初步分析.结果显示:(1)重定位后获得的2159个地震事件呈NW-SE向展布,长约25 km,宽约5~10 km.M_(S)6.4主震的震源深度为8.9 km,序列震源深度主要集中在4~10 km,深度均值约7.5 km.(2)前震序列具有从中间开始破裂,然后向北西向破裂,继而向东南向破裂的特征,漾濞M_(S)6.4主震位于余震区的北西端,最大余震M_(S)5.2地震位于余震区的东南端.(3)CAP波形反演获得的31次M_(S)≥3.0地震的震源矩心深度在4~11 km范围,深度均值约6.5 km,与重定位结果接近,仅相差1.0 km,说明重定位的震源深度分布是合理可靠的.(4)震源机制多为右旋走滑型,部分地震具有较为明显的正断分量,反演的区域应力场与目前已知的构造应力场水平主压应力方向一致,反映区域内构造活动主要受区域构造应力场控制.根据重定位后的序列空间分布、震源机制解及震源区构造特征,综合分析认为,此次漾濞地震序列的发震构造可能是维西—乔后—巍山断裂中段附近的次级断层.

基于地震活动特征的鄂尔多斯西缘现今构造变形模式的限定

文中针对1990—2018年间发生在鄂尔多斯西缘的地震事件,采用双差定位法获得其中4417个事件(M≥1.0)的精确定位结果;利用CAP方法求解了54个地震(M≥3.5)的震源机制解,并收集了15个前人获取的震源机制结果,综合研究了区域内地震事件的空间分布规律、主要活动断裂的深部几何结构和区域构造应力场特征。小震精定位结果揭示M≥3.5地震震中位于主要活动断裂的边缘,刻画出较为清晰的断裂几何学特征。震源机制解反映海原断裂、香山-天景山断裂和烟筒山断裂以压扭性质为主;黄河断裂以伸展为主;西秦岭断裂表现为压扭性质。综合小震精定位和震源机制解结果,并结合研究区内已发表的活动构造和地球物理资料,证实了鄂尔多斯西缘受青藏高原、阿拉善和鄂尔多斯3个地块的共同作用,表现出不同的构造变形模式,同时活动断裂之间的次级块体也存在明显的运动差异。香山-天景山断裂以南的区域自第四纪早期整体向SEE运动,而银川盆地以及黄河断裂东缘的块体向SE运动。

2019年夏河M5.7地震的余震序列重定位及发震构造

甘肃夏河M5.7地震的震中位于临潭-宕昌断裂与西秦岭北缘断裂之间。文中采用g CAP方法及P波初动方法求解了主震的震源机制解,并利用双差定位方法对夏河地震及其余震序列进行了重定位,分析了地震的发震断层。结果显示:节面Ⅰ的走向、倾角和滑动角分别为185°、56°和127°;节面Ⅱ的走向、倾角和滑动角分别为312°、48°和48°。重定位后,余震序列的震源呈NE倾、宽2~4km的条带状分布,深度集中于3~9km。余震的分布特征与主震震源机制解的节面Ⅱ相符,由此推断夏河M5.7地震的发震断裂为临潭-宕昌断裂的次级断裂,该断裂的走向为312°,倾向NE。最后,初步探讨了该次地震的发震模式。

2009年7月9日姚安M_S6.0地震破裂方向性研究

2009年7月9日19时19分,云南姚安发生M_S6.0地震。10日17:02、13日00:01又相继发生M_S5.2、M_S4.7地震。利用近震CAP方法反演震源机制解发现,此次地震震源破裂方式以走滑为主,主震震源机制解2个节面走向分别为203°、295°。已有的考察资料尚未显示活动,故难以确定实际发震面。为此,采用相对质心震中确定破裂方向性的方法,利用主震与参考地震之间的P波到时差和CAP反演输出的波形时移,计算得到姚安地震起始震中与质心震中间的差异,推断震源机制解中走向为295°的节面为实际发震面,并对定位误差、发震时刻不准确以及机制解差异等因素进行了分析,发现这些因素对确定发震断层影响不大。

2022年青海门源Mw 6.6地震的发震断层及孕震构造模式

2022年1月8日青海门源盆地北缘发生Mw 6.6地震,震源机制反演表明此次地震属于左旋走滑事件.震后10 d内,近600个余震被检测到,最大余震为M 5.1级.此次地震发生在祁连-海原左旋走滑断裂系统的冷龙岭段,该断裂段全长127 km,由古地震研究确定的特征地震大小在Mw 7.3~7.5.为了更为全面理解此次地震的震源机制以及当地孕震模式,我们分析了地震波形,获取了主震和17个Ms≥3.0余震的震源机制与矩心深度.利用升、降轨道SAR数据获取的像元偏移数据和同震干涉相位(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)确定了两条地表破裂带的位置,并利用InSAR数据反演了主震的滑动模型.研究发现,此次地震破裂带对应于冷龙岭断裂西段和托莱山断裂的阶区,发震断层存在3个形变中心,最大滑动量约为4 m,出现在冷龙岭断裂上,形变中心深度为4 km.滑动模型显示释放了累计能量~1.58×1019 Nm,约合矩震级Mw 6.68,与本文利用地震学方法得到的Mw 6.58接近.结合区域活动构造特征、1986和2016年两次门源地震的位置及震源机制,推断祁连-海原断裂非对称花状构造结构可能是祁连山地区一种重要的应变卸载模式.同震滑动驱动下的库仑应力变化分析显示72.2%的余震分布符合同震触发效应.考虑到当前余震主要向东南扩展,库仑应力升高的破裂区西南部仍存在相对较高的地震风险,需要进一步关注.

2014年8月3日云南鲁甸M6.5地震破裂方向性研究

2014年8月3日云南鲁甸发生了M6.5地震,造成了严重的人员伤亡与经济损失.基于近震波形CAP方法反演得到的震源机制解表明此次地震主要为走滑型地震,两个断层节面的走向分别为70°及160°左右.由于震源区构造复杂,分布着不同尺度及走向的断层,仅根据地震断层面解难以确认发生破裂的实际断层.利用主震和参考地震之间的P波到时差及CAP反演过程中得到的时移信息,测量得到了鲁甸地震质心位置与破裂起始位置的差异,确定了地震断层面解中走向为160°的节面为真实破裂面.本文得到的鲁甸地震破裂方向性可为进一步研究该震发震成因提供参考.

2008年汶川地震ScS波是否触发了首个6级余震?

2008年汶川7.8级地震的15 min后,发生了首个6级强余震.由于该余震的发生时刻接近主震的ScS到达时,有学者认为此次地震是由主震的ScS波动态触发的.作为第一个核幔反射震相触发强余震的案例,需要进行细致研究.为了更准确地探讨ScS的触发作用,基于射线理论计算了合成地震图,并分析主震ScS的波形特征.首先,计算主震近距离ScS的到达时,推导该震相的几何扩散因子并估计其振幅,合成理论ScS波形.通过与实际观测波形的对比发现,主震ScS尚未到达时,首个6级强余震已经发生.而且主震ScS波形引起的长周期应力变化不足1 kPa,低于余震触发阈值.此外,青藏高原周边另外两次大地震的余震序列也未发现ScS触发强余震的现象.因此认为大地震的ScS也许难以触发大陆内部强余震,但是否适用于俯冲带地区还需进一步研究.

中强地震破裂方向性测定方法及其在发震断层判定中的应用

中强地震(M 5.5~7)数量多,复发周期短,空间分布广,有时会造成严重的灾害,因此快速准确地测定中强地震的震源参数是防震减灾研究的重要内容之一.基于点源近似的矩张量解是常用的震源描述方式,然而,在此理论框架下,断层面与辅助面是等效的、无法区分.引入破裂方向性(Rupture directivity),可以描述地震的破裂过程有限性(包括破裂面、破裂方向、破裂长度、破裂速度等),区分发震断层面.确定地震破裂方向性主要有野外地质调查、大地测量观测及反演、地震学观测及反演等三大类方法;前两种方法更为直观,而地震学方法的数据获取更为迅速、时间分辨率更高.通过余震空间分布、地面震动强度分布、震源时间函数的时频特征、破裂起始点与质心点的相对位置以及地震波形反演等,可以确定地震的破裂面、破裂方向等破裂方向性参数.对于大地震或者浅震,对地表破裂的野外地质调查以及大地测量观测反演提供了对发震断层的直观约束.台站密集地区的精定位余震分布、场地效应已知地区的地面震动强度分布可以用于推测破裂面、破裂方向等.基于不同方位角震源时间函数的持续时间或频谱特征差异的方法,一般适用于有比较密集地震观测台网的地区,能够较好约束地震的双侧破裂特征.基于破裂起始点与质心点的相对位置差异的方法,在稀疏台网下仍有较好的适用性,但是主要适用于单侧破裂的地震.利用地震波形直接反演,对于较大的地震或者三维速度结构较好地区,可以获取更丰富的破裂过程信息.需要综合不同测定方法使之流程化,并在重点研究区建立历史地震及噪声互相关函数等数据库,快速提供三维速度结构路径校正.在此基础上,仍然需要继续发展方法利用地震的早期波形确定破裂面、破裂方向等,为地震预警提供关键信息.结合密集经济型的地震观测、连续GNSS观测等数据,对中强地震的破裂方向性参数提供更好的约束.

2016年1月21日青海门源MS6.4地震破裂方向性研究

2016年1月21日青海省门源县发生MS 6.4级地震,震中及周围地区震感明显,大量房屋损坏.虽然地震发生在人烟稀少地区但仍有9人受伤.本文开展了门源地震震源参数及破裂过程参数的研究,以期为理解门源地震的发震机理,完善震中区域震后灾害评估体系,进一步探究中等强度逆冲地震的破坏程度空间分布等提供基础信息.首先,利用青海、甘肃省固定台站和部分青海省流动台站记录的地震波形数据,拾取近震震相Pg、Pn、Sg到时,并使用HYPOINVERSE-2000和Pn/Pg相对定位方法,以2016年8月13日门源MS 4.7余震作为参考事件对主震进行重新定位.然后,结合两次地震CAP方法反演过程中的质心深度和时移信息,利用最小二乘法拟合得到门源地震沿走向和倾向的破裂方向性特征.结果显示主震沿断层走向破裂长度为9.6 km,呈现单侧破裂特征;主震质心深度和起始破裂深度分别为9 km和10 km,沿断层倾向方向上属于双侧破裂.对于门源地震的深部孕震过程,推测可能是青藏高原东北缘受到印度板块与欧亚板块碰撞和阿拉善地块与鄂尔多斯地块刚性阻挡作用下,经过长期应力积累导致地震的发生.