蒙古-贝加尔裂谷区地壳应变场及其地球动力学涵义

蒙古-贝加尔地区是现今构造最活跃的大陆地区之一,其地壳构造运动及变形对我们理解大陆动力学问题具有重要的科学意义.基于融合的这一区域的GPS速度场,本文计算了该区应变率场和应变能变化率场.结果显示,蒙古褶皱带以南区域表现为NNE-SSW方向的压缩状态,主压应变率约为-2.0×10^(-9)/a,剪应变及面膨胀均较弱,表明蒙古褶皱带比较稳定.贝加尔裂谷整体处于拉张状态且伴有较强的剪应变和面膨胀,暗示可能有多种机制控制裂谷的张裂过程.蒙古高原西部有两条高应变率的构造带,结合深部存在地幔热柱等证据,我们认为这两条构造带及所围限的区域共同构成Amurian板块的西部边界—一条弥散变形的边界带.蒙古-贝加尔地区剪应变分布与0～40 km的地震活动性基本一致,表明该地区形变在地壳尺度耦合程度较高.地幔对流拖曳力场与主应变轴方向及应变率场的一致性表明,地幔对流可能是蒙古贝加尔地区区域构造动力学过程主要控制因素之一.

地壳运动速度场插值方法研究

分析了构建速度场的统计模型和函数模型法,提出利用两种模型逼近原始观测速度的综合逼近法,以减少剩余误差。计算和比较了各种方法,结果显示,综合法优于单独利用统计模型和函数模型法。

利用区域宽频带数据反演鲁甸M_s6.5级地震震源破裂过程

基于有限断层模型反演方法,我们利用区域宽频带数据反演得到了2014年8月3日鲁甸M_s6.5级地震的震源破裂过程.反演结果显示:此次地震的发震断层走向为北北西向,破裂主要以左旋走滑为主,位移主要发生在震源左上方,最大滑动量为0.7 m,模型显示断层破裂可能接近地表,破裂长度约10 km.此次地震释放的标量地震矩为1.97×10^(18)N·m,相当于矩震级为M_w 6.1,地震能量主要在前15 s释放.鲁甸地震有四个显著的特点:(1)位移主要集中在浅部,从11 km起破点开始迅速向上传播,大部分位于10 km以上且最大位移位于深度3 km处,从模型来看,破裂可能接近地表,因此地表震动较为强烈;(2)应力降比较大,计算显示释放的同震静态应力降约为2.8 MPa;(3)破裂速度较快,在地表附近超过了2.5 km·s^(-1);(4)主震可能发生在一个共轭断层系上.这四个特点可能是导致此次地震造成如此重大人员伤亡和财产损失的最重要的原因.

运用SDM方法研究2001年昆仑山口西MS8.1地震破裂分布:GPS和InSAR联合反演的结果

2001年11月14日昆仑山口西MS8.1地震是有现代仪器记录以来发生在青藏高原区域最大地震之一,对研究青藏高原的运动学模式具有重要意义.从地震发生至今,不同研究者运用不同资料和方法获取的地震破裂分布还存在一定差异.基于此,本文采用GPS和InSAR资料数据,参考最新研究成果,构建更为合理的断层几何模型,运用SDM方法反演本次地震的破裂分布.在反演中充分考虑不同数据权重的影响及InSAR数据中存在的整体偏移.结果显示本次地震断层性质以左旋走滑为主,最大破裂位错为-6.9m,分布在35.76°N、93.40°E附近,地震较大破裂区域主要分布在地下20km以内.同时,反演的位错分布在断层浅部与地质考察得到的地表破裂分布较为吻合.在与前人相关研究的对比中,显示本文结果的可靠性是较高的,例如,近地表破裂包络线与地表考察结果相近,地下破裂分布特征与前人提出的3次子地震事件相一致等,再一次佐证了此次地震由多次子地震事件组成的研究结论.

地壳运动速度场的数据融合研究

针对速度场融合中公共点的筛选对求解参数的影响、转换参数随公共点个数的变化，以及六参数转换和七参数转换对结果精度的影响等问题进行了较为深入的研究。针对东亚地区的地壳运动问题，给出了合理的速度场融合方案，并对1997-2005年间的GPS观测结果进行了速度场融合，获得了东北亚地区现今地壳运动的统一速度场。

基于地下水位观测的震后孔隙回弹:以2000年冰岛地震为例

以2000年两次MW 6.5冰岛地震为例,利用近场地下水位的同震响应和震后响应约束孔隙模型参数,分析了孔隙回弹效应造成的地表变形大小和时间演化过程。首先利用数值模拟方法获得地震造成的孔隙压力变化和测井水位响应的时间序列,并以测井水位的同震阶跃幅值和震后水位恢复速率分别约束孔隙模型中的Skempton系数和扩散系数;然后基于孔隙弹性模型使用最优孔隙参数模拟震后孔隙回弹效应引起的地壳变形。结果显示:孔隙压力的同震响应控制着孔隙回弹引起的地壳变形,其变形速率与流体扩散系数呈正相关关系;孔隙回弹造成的变形以垂直向为主,且随时间快速衰减。因此,利用近场地下水位的同震响应和震后响应可以约束孔隙模型参数,为获取震后孔隙回弹机制所致的地壳变形提供依据。

东昆仑断裂的震后粘弹性松弛效应对地壳变形的影响

通过构建粘弹变形模型,对东昆仑断裂带附近近百年来发生的6个M≥7地震的震后粘弹性松弛效应进行数值模拟,分析该效应对区域地壳变形的影响。结果表明:1)离逝时间较短的1997年玛尼7.5级地震和2001年昆仑山口西8.1级地震造成的震后松弛效应对现今地壳变形的影响最为显著,在2次地震发生10~20 a后(2010~2020年)仍能造成最大约7.6 mm/a的地壳变形,跨断层变形速率最大约8.4 mm/a;2)2021年玛多7.4级地震震后粘弹效应在未来10 a内(2021~2030年)预计能造成最大约3.9 mm/a的地壳变形,2025~2030年跨断层变形速率可达2.6 mm/a。模拟结果表明,强震的震后粘弹性松弛效应对长期地壳变形和相关断层参数反演的影响不容忽视;3)考虑震后粘弹性松弛效应,采用跨断层GPS速度剖面反演的东昆仑断裂中段的滑移速率与地质学研究结果具有更好的一致性,若不考虑震后粘弹性松弛效应,则会明显高估30%的断层滑移率。

中国大陆活动地块边界带主要断层的强震震间晚期综合判定

由于中国大陆强震主要分布在活动地块边界带上,所以活动地块边界带主要断层成为我国大陆型强震研究的重要目标,各强震孕育阶段的判定是大陆型强震原地复发的动力学过程研究主要内容,而目标断层是否处于震间晚期也是强震时间预测的重要研究基础.虽然地震短临预测仍存在诸多科学难题,但最近20年来全球若干强震相关研究表明,如果放宽预测时间尺度的要求,有些方法也可用于强震震间晚期的判定.本文以中国大陆活动地块边界带的391条断层段为研究目标,利用地震地质的强震破裂空段、大地测量的断层运动闭锁段、地震活动的中小地震稀疏段、数值模拟的库仑应力增强显著段等方法,综合判定中国大陆活动地块边界带可能处于震间晚期的主要断层段.本文结果仅是初步结果,该结果的可靠程度有赖于监测条件,其科学性有赖于大陆型强震孕育发生动力学过程的认识水平,虽然本文尝试给出中国大陆活动地块边界带主要断层的震间晚期判定结果,但其结果可靠程度、精细程度等均存在巨大的改善空间.最后,从断层孕震阶段判定需求的角度,本文尝试给出大陆型震源物理模型的具体基础模型,期望起到抛砖引玉的作用,也期望更多地震学家关注大陆型强震的物理机制及其预测基础研究.

基于地壳变形观测资料分析广义海原断裂运动状态

广义海原断裂包括冷龙岭断裂、金强河断裂、毛毛山断裂、老虎山断裂、海原断裂等几段,地震地质研究认为该断裂不同断层段处于不同的孕震阶段.利用大地测量观测的地壳运动速率做约束,通过反演确定现今上述各断层的运动状态.首先基于黏弹性地震周期变形模型计算广义海原断裂不同断层带的位移累积速率,然后根据获得的结果与海原大地震的同震位移进行对比分析,最后讨论该区域断裂带上不同孕震阶段的活动特征和运动状态.反演结果表明,1920年海原8.5级地震发震断层闭锁程度整体较低;"天祝空段"的闭锁程度较高,断层累积速率较小;1888年景泰7级地震发震断层的闭锁程度也相对较高;1990年景泰—天祝6.2级地震发震断层的闭锁程度相对较低;广义海原断裂的整体速率由西向东呈阶段性分布,位移累积速率与大地震的发震地区呈对应关系.

基于黏弹模型的鲜水河断裂震间闭锁状态研究

断层滑动速率和闭锁状态是定量评估区域地震危险性的关键依据,然而相对于同震破裂或震后余滑来说,断层闭锁引起的地表变形较弱,利用地壳变形资料获取可靠的断层闭锁状态具有一定的挑战性.本文考虑地震周期过程中的黏弹松弛效应和其他模型参数(如块体内部应变等)的影响,融合了新增的13个近场GPS测站和区域内已有测站的观测资料,研究了鲜水河断裂的滑动速率和闭锁状态.结果显示,弹性模型会显著高估断层的闭锁深度,导致地震矩的积累速率被明显高估;同时,弹性模型得到的断层滑动速率(8.9~9.9mm a^(-1))略低于黏弹模型的结果(10.5~11.6mm a^(-1)),与理论模拟结果一致.根据获取的鲜水河断裂的闭锁强度,沿断层走向圈定了四个潜在的凹凸体.重要的是,圈定的凹凸体与断层上历史地震的破裂分布存在明显的空间相关性,暗示凹凸体的空间特征可能控制了地震的破裂范围和震级.另外,发现2022年M6.8泸定地震仅破裂了一个潜在凹凸体的部分区域,未破裂区域积累的能量相当于一个M_(w)6.9的地震,潜在的地震危险性值得重点关注.

利用GPS位移反演日本M_w9.0仙台地震及M_w7.9强余震静态位错模型

基于GPS观测的Mw9.0日本仙台地震同震形变及震后8h的地表形变,考虑分层介质模型的影响,反演了主震及震后8h的断层的位错分布.结果显示,主震位错对应的矩震级为Mw8.98,最大同震位错量可达23.3m,在震中区显示出纯逆冲特性,震中两侧断层错动显示出一定的走滑分量.另外,约90%的地震能量发生在40km深度以上.而由震后8h的地表形变反演的结果显示,这一期间释放能量约相当于一个Mw8.13的地震,位错主要分布在主震破裂的西南区域,最大位错量约1.5m,破裂峰值区与Mw7.9强余震有明显的对应关系,暗示震后8h的断层错动主要是由Mw7.9强余震引起的.另外,主震破裂的深部延伸面在震后0.2～0.4m的滑动可能主要是无震余滑.

M_w9.0日本Tohoku大地震静态位错模型:陆地GPS资料和海底GPS/Acoustic资料联合反演的结果

采用分层介质模型,联合陆地GPS资料和海底GPS/Acoustic资料反演了Mw9.0日本Tokohu大地震的静态位错模型.反演中,根据先验信息引入更切合实际的断层几何构型,即倾角随深度增加,而走向角则随海沟的走向而变化.结果显示,这次地震的地震矩为3.68×1022Nm,对应的矩震级为9.01,最大同震滑移量约为45.8m.位错主要分布在从39.6°N延伸至36.97°N约240km的范围,并且绝大部分位移在小于40km的断层浅部.检测板测试结果显示,相对于仅使用陆地GPS资料的情况,联合反演能更好地分辨断层的位错分布情况,联合反演结果更真实地反映了断层的破裂情况.

利用GPS观测反演Tokachi-Oki地震(日本)及强余震的同震滑移分布

根据GPS观测的Tokachi-Oki地震及强余震引起的地表位移,采用基于敏感性探测的方法反演了两次地震分别引起的断层滑移。反演过程中,考虑了更切合实际的分层地球模型和断层面几何形状。主震和强余震滑移量的最大值分别为3.07m和0.33m,相应的矩震级分别为Mw7.94和Mw7.1,与地震波形反演的结果基本一致。另外,从主震和强余震的滑移分布来看,强余震的滑移主要分布在主震破裂较小的区域,一种合理的解释是,主震的破裂过程增加了邻区断层面上的能量积累,导致了强余震的发生。

2008年5月12日Mw7.9汶川地震导致的周边断层应力变化

2008年5月12日,四川龙门山断裂发生Mw7.9强烈地震,导致重大的人员伤亡和经济损失.据预测,汶川地震余震将持续至少1年,并且不排除发生强余震可能.因此,判断余震可能发生区域,圈定震区周边未来可能发生地震活动的范围,对灾区人员安置、灾后恢复重建以及加强震灾及次生灾害防御具有重要的参考价值.同时,汶川地震及邻区地震活动性为将来研究板内逆冲型地震的同震应力变化,并检验地震的应力触发作用提供了一个非常难得的机会.根据地震的静态触发原理,利用弹性位错理论和分层地壳模型计算了汶川地震引起的周边断层同震应力变化,分析了汶川地震对龙门山及周边各主要活动断层地震活动性的作用和影响.结果表明,汶川地震增加了鲜水河断裂(道孚-康定段)、东昆仑断裂(玛曲-南坪段)、青川断裂、岷江断裂南端以及彭县-灌县断裂、江油-广元断裂、江油-灌县断裂上库仑应力的积累,将提升这些断层上地震发生的概率.由于这些地区人口密集,应加强这些地区的地震监测和灾害预警.青川断裂上记录到的余震表明主震已经触发了该断层的地震活动,余震有向该区迁移的趋势,应密切关注地震向北迁移的态势.彭县-灌县断裂、北川-映秀断裂南段目前发生的余震很少,所积累的构造应力未充分释放,同震库仑应力的加载有可能在今后触发该区较强余震,应对该区实施重点监测.汶川地震有效降低了抚边河断裂、虎牙断裂、哈南-青山湾断裂、龙泉山断裂以及迭部-白龙江断裂上库仑应力的积累,这些区域的地震发生概率将因库仑应力减小而降低.汉中一带、西秦岭北缘断裂上库仑应力变化微小,汶川地震的静态触发效应不足波及此处.

基于GPS资料约束的2021年玛多地震发震断层的滑动速率

地震学和大地测量学观测结果显示,玛多M_(w)7.4地震发生在巴颜喀拉块体主边界内侧的一条次级断裂上,而不是发生在昆仑主断裂上,其孕震机理引发广泛关注.断层的滑动速率是描述其运动学特征的关键参数,也能为地震危险性评估提供定量的依据.但是由于缺少观测资料,此次玛多地震发震断裂的滑动速率还缺乏定量研究.文章以横跨发震区的震间GPS观测为约束,考虑发震断裂和昆仑主断裂的共同作用,估算了发震断裂的滑动速率.结果显示,玛多地震发震断层的现今滑动速率为(1.2±0.8)mm a^(-1),昆仑断裂托索湖段的滑动速率为(5.4±0.3)mm a^(-1).结合现有震源破裂模型给出的平均滑动量,我们推算发震断层上的地震复发周期为1800_(-700)^(+3700)年(1100~5500年).基于前人研究和本文结果,推测昆仑断裂的滑动速率可能从托索湖段至尾端逐渐减小,发震断裂及其附近平行的次级断层和昆仑主断裂共同分担了两侧块体之间的相对运动.