基于高分辨率DEM的裂点序列提取和古地震序列的识别--以霍山山前断裂为实验区

以霍山山前断裂为实验区,基于高分辨率IRS-P5DEM数据提取了横穿断裂的冲沟,在23条冲沟纵剖面上识别出断裂活动诱发裂点。在其中5条冲沟上识别出1级裂点,裂点几乎位于断裂上;在2条冲沟上识别出2级裂点,最新裂点也位于断裂上。这些位于断裂上的裂点,高度达4～9m,推测它们形成之后并未向上游明显迁移,并可能接受了多次事件的叠加。在其他16条冲沟上识别出2～3级裂点,最新一级裂点自断裂向上游迁移了40～70m,次新一级裂点主要分布在距断裂150～250m的河段内,第3级裂点距断裂300～500m。设定最新裂点形成于1303年洪洞8级地震(事件Ⅲ)发生时,再假定全新世中晚期以来研究区内河流溯源侵蚀速率基本不变,则推算出次新裂点对应的古地震事件(事件Ⅱ)发生在距今3336～2269a之间,最早一次事件(事件I)发生在距今5618～4504a之间,霍山山前断裂强震重复周期为1500～2600a。这与前人通过探槽揭露的古地震事件序列和强震重复周期基本一致。

利用分形参数进行地貌定量分区研究——以鄂尔多斯块体及周边为例

地貌分区是地学研究的基础内容之一。传统的地貌分区大多是定性的划分,随着数字地形技术以及分形分析方法的成熟,利用分形参数进行定量化的地貌分区成为可能。本文利用水平分辨率为90m的SRTM数据,采用元分维模型,通过变差函数法计算了鄂尔多斯块体及周边地形的分形参数。在65×65,129×129以及257×257等3种尺度滑动窗口中得到的分形参数的特征表明了研究区地形分形特征的尺度不变性至少在2.97km到11.61 km范围内是存在的,而且分形参数分布具有明显的区域差异。结合地表分维值和截距值用K-Means非监督分类法进行综合地貌定量分区,所得结果与地貌类型有很好的吻合关系,每一地貌分区都具有特征的分形值组合。河套盆地和银川盆地是地表分维值高值区和截距值低值区,分维值主要为2.8～3.0,截距值主要为0～1;鄂尔多斯块体南部陕北黄土高原区地表分维值主要为2.5～2.7,截距值主要为2.5～3.5;吕梁山、贺兰山、乌拉山等山区也是截距值高值区,主要为2.5～3.5,但地表分维值较低,主要为2.4～2.6。鄂尔多斯块体北部库布齐、毛乌素等沙漠区与渭河、山西盆地带都是地表分维值低值区,地表分维值大部分低于2.5,但两区域的截距值差异明显。沙漠区地形起伏较缓,截距值主要为0～1.5,而渭河盆地和山西盆地带的截距值没有明显的优势范围。分形值组合所显示的分形特征与地质构造、地貌类型等具有明显的相关性。因此,利用分形参数进行地貌分区是一种可行的定量方法。

霍山山前断裂带冲沟纵剖面数学拟合函数的构造响应特征

处于不同构造环境以及不同发育阶段的冲沟会呈现出不同的数学函数形态特征,常见的有线性函数、指数函数、对数函数以及乘幂函数等。它们反映了冲沟演化对发育时间、区域气候特征、河床基岩性质和构造运动等因素的响应。基于DEM数据提取了横跨霍山山前断裂带的64条冲沟,分析了冲沟纵剖面的拟合函数及其所反映的冲沟对断裂活动的响应特征。结果显示,横跨霍山山前断裂带的冲沟均表现为幼年期的线性函数形态或轻微下凹的指数函数形态,这反映了上新世以来霍山山前断裂带持续而强烈的正断层作用,尤其是全新世以来时间间隔较短的多次强烈活动。

山西霍山山前断裂冲沟S-A双对数图、凹曲指数与陡峭指数的构造响应特征

利用能够反映构造隆升作用与河流下切侵蚀作用之间关系的河流水力侵蚀模型,以小流域性的霍山山前断裂为实验区,基于高分辨率DEM数据,分析了64条横跨断裂发育的冲沟的S-A双对数图、凹曲指数(θ)与陡峭指数(logks);研究了它们对霍山山前断裂构造活动的响应特征:1)冲沟的S-A双对数图基本都呈现出明显的上凸特征,这是对断裂区域构造隆升速率大于河流下切侵蚀速率的直观响应;2)冲沟的凹曲指数θ值均<0.35,平均值仅为0.223,远低于均衡河道的经验平均值(0.49),这是冲沟纵剖面下凹程度低的直接的量化表达,反映了冲沟的发育是很年轻的,而其原因主要是霍山山前断裂频繁而强烈的构造运动使冲沟没有足够的时间通过下切侵蚀作用来调整剖面形态;3)冲沟的陡峭指数logks值呈现出老爷顶一带最高,南北两侧较低,而且北部比南部高的分布特征;这在一定程度上指示了霍山山前断裂在老爷顶一带隆升速率最大,南北两侧较低,而且北部隆升速率比南部高。

基于航磁资料解释的珠江三角洲地区深部断裂

珠江三角洲地区航磁异常场具有明显的分区性,并且在以近EW向为主体的磁场背景下,同时存在NE、NW向磁场体。经过对其航磁资料进行系统处理、分析、解释,确认珠江三角洲地区地壳深部存在近EW向、NW向、NE向三组断裂系。近EW向断裂是主要断裂,大部分深及30 km以上。NW向断裂较发育,但切割深度较浅,大部分在10 km左右。NE向断裂的切割深度亦不大,特别是一些以往被称为是深部断裂者大多数只有10 km左右,不超过20 km。三组断裂间相互切割,但近EW向与NW向断裂活动性较强、活动时代较新。这些成果与重力资料系统处理结果基本一致,与传统认识的珠江三角洲地区深部断裂格局则有较大改变。最后,本文提出"新构造期深部断裂"的新概念和理论。

基于高密度钻孔揭露的广州城区软土分布特征及震陷预测

以面积达270km2的广州城区为研究区,利用高密度分布的近12 000个钻孔,综合各行业规范对软土的定义,判别出广州城区的软土层,并详细分析其空间分布特征,结果为:研究区内近80%的面积其下伏地层有软土分布,软土层在广州城区埋藏较浅,其顶板埋深约6.0m以浅,并呈现中部浅、南北两侧深的特点;另外,软土层在广州城区沉积厚度差异较大,厚度不足1.5~13.5m者皆有分布,其中厚度大于3.0m的地区占了研究区面积的32%,同时软土的厚度分布呈现出研究区南部、西部的厚度大,中部、北部的厚度小,河流岸边的厚度大,远离河流的厚度小的特点,并且呈现出两个沉积中心。结合上述结果,初步预测出研究区内近1/3的面积在强烈地震时可能产生软土震陷,软土震陷区主要集中在研究区的西部和南部。

基于高密度钻孔分析广州城区的软土空间分布特征及其震陷情况

以面积为270 km2的广州城区为研究区,利用高密度分布的近12 000个钻孔,判别出广州城区的软土层,详细分析了其空间分布特征。结果表明:广州城区内的软土主要为淤泥、淤泥质土,大部分地段为单层,埋藏深度小于6. 0 m,且中部较浅,南北两侧较深。软土的沉积厚度较大,并呈现出研究区南部、西部的厚度大,中部、北部的厚度小,靠近河流岸边的厚度大,远离河流的厚度小的特点,同时还存在2个沉积中心。在强烈地震时广州城区内相当一部分面积可能产生软土震陷,软土震陷区主要集中在研究区的西部和南部。由于软土的厚度与埋深、液性指标和孔隙比等指标不同,震陷性在空间上呈现出轻微、中等、严重等不同危害程度。

基于重力资料从深部断裂系统讨论湛江湾地区的发震构造

湛江湾地区的新构造基本都是推测断裂,地表并无较大规模的断裂构造显示,这给研究湛江湾地区的发震构造特征带来了困难。文中利用能够反映深部断裂的重力资料,通过解释、分析并结合地质构造与地震活动对湛江湾地区的发震构造予以讨论。湛江湾构造区位于粤桂琼交界沿海地区一条规模宏大的NEE向高重力梯度带内。经过逐图详细分析解释80多幅成果图像,得出湛江湾构造区就位于NEE向与NW向2个巨型断裂系内一个范围不大的交会区间,而规模亦较大的NE向断裂斜贯中部。这3组断裂带在重力资料成果图像中都有较明显的表现,尤其是NEE向断裂和NW向断裂,其重力异常等值线或梯度带明显,浓黑条带显著,重力结构好,规模大,切割深。NEE向断裂起区域控制性作用,具有明显的主导地位,切割NW向和NE向断裂的频次高,力度大; NW向断裂规模也大,活动性也强,但仍受NEE向断裂的控制,多被其截断; NE向断裂截切NEE向、NW向断裂仅限于局部段,频次低,深度浅。结合地质构造特征及地震活动分析认为,湛江湾地区以NEE向断裂为控震构造,发震断裂以NEE向断裂为主,NW向断裂为辅,两者共轭活动,其具备发生6. 5级地震的构造条件。

大凉山断裂带南段滑动速率估计

大凉山断裂带是川滇活动块体东边界的重要组成部分,其活动速率的估计不仅对评价青藏高原东南边缘的地壳运动和变形模型具有重要理论意义,还对大凉山地区的地震危险性评价和地震中长期预测具有重要的应用价值。通过对大凉山断裂带南段交际河断裂和布拖断裂的详细野外调查、典型构造地貌GPS精细测量以及断错地貌的时间约束,获得大凉山断裂带南段全新世以来的滑动速率为2.5～4.5mm/a,交际河断裂平均滑动速率略大于布拖断裂的滑动速率。对比滑动速率发现,大凉山断裂带南段与鲜水河-小江断裂系中段西支的安宁河、则木河断裂带的水平滑动速率相当,表明大凉山断裂带活动强度不低于安宁河和则木河断裂带,随着大凉山断裂带逐渐取代安宁河和则木河断裂在鲜水河-小江断裂系中的作用,大凉山断裂带的活动强度将增强。

利用基岩断层面形貌定量特征识别古地震--以霍山山前断裂为例

基岩断层面形貌特征的定量分析方法是研究断层活动历史和识别古地震的有效手段,是对探槽技术的有力补充,可以弥补在基岩区开展古地震研究技术手段的严重不足。文中以山西霍山山前断裂上的断层面（崖）为例,采用各向同性变差函数法计算了断层面形貌的2D分维值,并通过沿断层走向逐条平均的方式获得了2D分维值在断层倾向上的分布特征,结果显示断层面形貌在倾向上具有显著的分带性特征,由此获得的每个分带的特征分维值随断层面高度的增加呈阶跃式增加。这种断层面形貌在倾向上的显著分带性特征、特征分维值的阶跃式增加反映了断层面的出露方式不是渐进式,而是不连续的间歇式;这种间歇式分带性出露方式与断层的周期性地震活动相关,每个分带的特征值与每个分带的出露时间相关,即与地震发生时间相关。因此：1）可以通过每一个断层面分带的特征分维值估计该分带出露的时间;2）断层面分带的宽度可以用来估计每次破裂地震的同震位移量。霍山山前断裂带上3个基岩断层面形貌分带揭示出3次地震事件;3个2D特征分维值不仅显示3个分带自上而下由老变新的阶跃特征,而且3个阶跃之间大致相等的特征分维值差显示了3次地震发生间隔是大致相等的;断层面分带的宽度反映出破裂地震的倾向同震位移量大约为3.5m。此外,在阶跃式分带之间还存在宽0.5~1m的较窄分带,这些窄分带的特征分维值是随断层面高度增加而逐渐增大的,显示在间震期基岩断层面被逐渐剥露的特征。

渤海海域历史上发生过地震诱发海啸吗?

历史文献中有许多关于渤海"海溢"的记录,但"海溢"是否就是现代意义上的海啸还存在疑问,而且渤海海域基本不存在发生重大海啸的海沟型地震构造背景,因此,渤海地区是否发生过海啸的争论从未停止.本文在分析历史地震和古籍资料的基础上,通过数值模拟分析历史地震引发海啸的可能性,结合对渤海沿岸海啸堆积物的地质调查,认为渤海海域历史上基本没有发生过破坏性海啸事件,即使存在过海啸,到岸浪高也不会高于0.5m,而且仅限于东营—潍坊一带.

珠江三角洲西缘西江断裂鹤山-磨刀门段的活动性

西江断裂是位于珠江三角洲西缘的一条重要的NW向断裂,以鹤山为界可划分为南、北2段。其南段为鹤山—磨刀门段,大部分呈隐伏状,由于缺乏系统性的深、浅部探测工作,对于该段断裂的活动性存在着不同的认识,影响了断裂沿线的地震灾害风险评估及防治工作。文中通过地震地质调查、浅层地震勘探、钻孔联合剖面探测、第四纪沉积物年代测试等,对该段断裂的展布与活动性进行了研究。在浅层地震勘探的断点附近,基于有代表性的2个跨断层钻孔联合剖面的探测结果开展了相关分析,均发现了存在基岩断裂。构造岩以断层角砾岩、碎裂岩为主,断层物质已固化。后期沿断层带的部分地段被侵蚀形成凹槽,其上覆晚更新世河流堆积或全新世海侵沉积层内未见断错或地层扰动变形。根据地貌、断层产状以及横向断裂的发育,以竹排岛南的五指山断裂为界将西江断裂划分为南、北2段,没有发现北段晚更新世晚期以来、南段至少自全新世以来活动的证据。

马尼拉海沟地震海啸对中国大陆的影响

分析可能影响中国的地震海啸发生的构造环境,查明中国大陆沿海历史上有没有遭受过海啸的袭击,对于预测和预防将来可能发生的海啸灾害具有重要意义。中国大陆以东受宽阔的大陆架和一系列岛弧保护,只有南海马尼拉海沟俯冲带具备发生可能引发海啸的逆冲型地震的条件。文中在分析史料和马尼拉海沟俯冲带构造环境的基础上,利用数值模拟技术,认为对中国沿海可以产生最大达4.0m浪高的海啸威胁。历史文献记录也支持这一结论。这些结果都表明,马尼拉海沟潜在地震海啸对中国大陆影响很大,值得我们重视和预防。

二维分形参数与构造活动关系研究--以滇西南块体为例

构造地貌能够记录构造运动的长期积累,并能通过相关参数定量表达。但是,由于地貌还受到气候和岩性等因素的影响,所以如何利用相关参数来表达地貌与构造之间的关系是一个研究热点。文中利用水平分辨率为90m的SRTM数据,采用元分维模型,通过变差函数法计算了滇西南地区的二维分形参数。并对比了在不同岩性不同气候条件下分形参数的分布特征。结果显示,二维分形参数与岩性、气候因素相关性不强。而分维值与构造活动因素相关性很好,在构造活动强烈区域分维值较低,在构造活动不强烈区域分维值较高。这说明分维值能在一定程度上反映构造活动的强弱,为研究区域构造活动提供了一种新的手段。

地形中的特征空间尺度与非分形构造的频谱信号

地形有时被认为是不随尺度发生变化或是随机的面,然而定性的观测结果却表明它们含有特征空间尺度。我们通过分析从加利福尼亚州北部两个地形高分辨率地形图中提取的二维傅里叶功率谱,定量研究了存在于这两个地区的特征地形空间尺度。发现两处地形的谱能量在大致对应于斜坡长度的频率都迅速衰减,意味着地形在较小的尺度上都相对光滑。功率谱图还显示两处地形均具有准周期的脊-谷构造,从中我们也得到了脊-谷构造波长的精确测量结果。通过该频谱与随机生成的地形面的统计频谱特征的比较,我们发现这种均匀的谷间隔不可能产生在随机面上。除了特征空间尺度的识别外,我们还论述了多种谱分析在地貌学上的潜在应用,包括可用于测量诸如在特定尺度或特定方位上局部起伏等地形属性的滤波技术。

山西霍山山脉河流地貌定量参数及其构造意义

河流地貌形态定量研究是了解构造活动与地表过程耦合作用的重要途径之一。霍山山脉位于山西地堑系中部,介于临汾盆地和太原盆地之间,以发育霍山山前断裂带和1303年洪洞M_S8级地震而著名,通过分析跨断裂带及周边的48条河流的纵剖面形态、SL参数、Hack剖面、面积高程积分曲线以及HI值等,得到以下认识:1)跨断裂带的河流,其纵剖面在断层两侧的形态具明显差异,反映其受断层活动控制,而其他河流,除极少部分在上游存在局部陡变外,纵剖面为近似下凹的指数曲线形态显示近均衡状态;2)河流的HI值及积分曲线显示了霍山地区新生代以来整体处于强抬升弱侵蚀状态,即所有河流均处于壮年或幼年期;3)48条河流一致上凸的Hack剖面也表明霍山地区新生代以来处于强烈的构造抬升阶段,跨断裂带的Hack剖面形态以陡变下降而区别与其他河流的近似圆弧形;4)跨断裂带河流的SL/K参数在断层附近出现异常高值,反映了SL/K参数与断层垂直差异运动的相关性,周边其他河流的SL/K参数反映了没有差异运动的准均衡状态,局部的异常高值可能对应不同基岩的抗风化能力差异。河流地貌定量参数与构造环境存在显著的相关性,河流地貌定量参数特征揭示霍山山前断裂带在新生代以来的强烈垂向运动特征。