青藏高原东缘虎牙断裂带南北段运动方式差异性机理:来自数值模拟的约束

虎牙断裂带作为青藏高原物质东向扩展的前缘断裂之一,其运动方式和强震活动类型表现出显著的南北差异.研究虎牙断裂带运动方式的差异性机理,对于认识地震发生机制与高原东向扩展模式有着重要意义.本文构建包含虎牙断裂带的三维黏弹性有限元模型,研究介质流变性差异与断层几何形态对区域地壳变形及断层三维滑动速率的影响.数值实验结果表明,在青藏高原物质东向挤出的动力学背景下,在虎牙断裂带南段,中下地壳介质流变性横向差异控制着断层以逆冲性质为主的运动,且随着中下地壳断层两侧流变性差异的增大,断层西侧物质的水平运动更易发生向垂向运动的转换.在断层两侧流变强度差1~2个数量级时,断层倾向滑动速率与走向滑动速率的比值达3.3~4.0,表现出显著的逆冲运动,与松潘—平武强震所反映的断层运动特征基本一致.相反,在断裂带北段,考虑断层两侧中下地壳较小的流变性差异时,断层即表现出明显的逆冲运动,这与九寨沟MS7.0等强震反映的断层以走滑性质为主的运动明显不符,表明虎牙断裂带北段可能不存在中下地壳介质流变性的横向差异,断层以走滑为主的运动方式主要受断裂带几何展布控制.研究结果为认识青藏高原东缘同一构造区内断层运动方式差异与发震机制以及高原东向扩展模式提供了理论依据.

九寨沟M_s7.0地震的InSAR观测及发震构造分析

2017年8月8日四川省九寨沟县发生M_s7.0地震.本文基于Sentinel-1 SAR影像,利用InSAR技术获取了此次地震的同震形变场,反演获得同震滑动分布,计算了同震位错对余震分布和周边断层的静态库仑应力变化,并对发震构造进行了分析讨论.结果表明:①InSAR同震形变场显示,九寨沟地震造成地表形变最大量级约为20 cm(雷达视线方向),同震形变存在非对称性分布特征.②同震位错以左旋走滑为主,主要发生在4~16 km深度,最大滑动量约为77 cm,位于9 km深处.反演得到的矩震级为Mw6.46.同震错动未破裂到地表.③大部分余震发生在库仑应力增加区.此次地震增加了震中周边地区一些断裂的库仑应力,如东昆仑断裂带东段、龙日坝断裂、虎牙断裂等.④东昆仑断裂东段的未来地震危险性值得关注.⑤九寨沟地震的发震断层为树正断裂,可能是虎牙断裂的北西延伸隐伏部分,此次地震是巴颜喀拉块体南东向运动受到华南块体的强烈阻挡过程中发生的一次典型构造事件.

岷山隆起边界断裂构造活动初步研究

岷山隆起西以岷江断裂为界,东为虎牙断裂。该地区构造活动强烈,地震活动频繁,是重要活动区。岷山隆起是岷江断裂和虎牙断裂由西向东的推覆逆掩运动差异运动导致的。GPS及地质研究表明岷江断裂、虎牙断裂现今仍在活动。岷江断裂为左右旋走滑断裂,运动速度大于2mm/a;虎牙断裂整体速度2.55mm/a,断裂性质为右旋走滑断裂,而震源机制解为左旋走滑断裂。这一结果,可能与GPS观测时段、位置及断裂面结构、几何特征有关。

2017年8月8日九寨沟M_S7.0地震构造与震区三维断层初始模型

2017年8月8日在四川省九寨沟县发生1次MS7.0地震。震后的野外地质调查没有发现同震断层破裂带;初步认为发震断层是1条隐伏的活动断层。文中根据九寨沟小震重定位结果,基于SKUA-GOCAD软件平台对发震断层进行三维模拟和刻画,初步给出了发震断层的三维模型。发震断层三维结构显示九寨沟主震发生在断层面弯折部位,这与1973—1976年松潘强震序列的断层几何结构相似,表明强震活动可能与断层面的非均一性密切相关。同时收集并整理了九寨沟震区的历史强震(M≥6.5),以及活动断裂地表分布几何学、运动学特征,构建了震区10条主要活动断裂的三维断层初始模型,并分析和探讨了三维活动断层建模存在的局限性。九寨沟震区活动断层地下三维空间模型的建立,可以为分析历史地震的发震构造、探讨地震与活动断层之间的属性和关系、以及强震预判等提供依据。

岷山隆起的构造地貌学研究

岷山隆起为一第四纪强烈抬升区，构成川西高原的西界。岷山隆起的东、西边界分别受岷江断裂与虎牙断裂的控制，为地震活动带，南部向龙门山构造带过渡。岷江断裂北段的第四纪活动始于距今２Ｍａ以前，为一逆走滑断层，观测到的左旋位移量为２．４ｋｍ，左旋滑动速率为１ｍｍ／ａ。岷江断裂控制了沿隆起西界分布的地震活动，包括１９３３年叠溪和１９６０年漳腊地震。

2017年九寨沟Ms7.0地震揭示青藏高原东缘岷山地区一条新的左旋走滑断裂

2017年8月8日,青藏高原东缘川西九寨沟地区发生Ms7.0地震。基于震源机制解和余震分布特征,结合历史地震和区域新构造分析,揭示了一条新的左旋走滑断裂:九寨沟-虎牙断裂,该断裂斜切岷山隆起,呈弧形展布,北接塔藏罗叉断裂,南连虎牙断裂,是东昆仑左旋走滑断裂的最新东延。新构造研究结果表明,第四纪以来,青藏高原东部巴颜喀拉地块向东挤出,在其东缘岷山地区边界运动学性质发生了明显的转换:早-中更新世之交的昆黄运动时期(1.0～0.6Ma),向东挤出运动主要转换为地壳缩短变形和块体隆升,沿岷山隆起东西两侧发生逆冲断裂作用;而自晚更新世晚期以来(ca 120ka),地块向东挤出伴随着块体顺时针旋转,构造变形以左旋走滑活动为主,主要集中在塔藏-九寨沟-虎牙断裂带。新构造运动性质的转换使得一些早期强烈活动的断裂,如岷江断裂、漳扎断裂等,其现今活动性明显减弱,而新的左旋走滑断裂正在孕育诞生。这一活动断裂演化图像的新认识为本地区未来强震评估和预测提供了新的视角。

涪江上游流域地貌特征及其对断裂活动性的响应

对涪江上游流域地貌特征及其与断裂活动的相关性进行分析,有助于深入理解青藏高原东缘晚新生代以来的地貌演化过程,也可为该区域构造活动和河流发育历史研究提供参考依据。基于经空间叠加处理的海拔高程数据和地势起伏度数据,在涪江上游流域划分出15种地貌形态组合,在此基础上结合区域断裂活动状况,从研究区地貌类型、海拔高程、地势起伏度、干流下切深度、河道水平扭错等方面探讨流域地貌特征对断裂活动性的响应,结果表明:(1)虎牙断裂和龙门山断裂带逆冲活动驱动区域性间隙抬升使中海拔地貌区成为涪江上游流域地貌类型的主体;(2)虎牙断裂逆冲作用导致位于上盘的西侧块体具有更高的隆升幅度和海拔高程,并加剧了外营力侵蚀,形成了相对较高的地势起伏形态;龙门山断裂带三条主干断裂的上盘叠瓦式向上推移,使虎牙断裂东侧区域海拔高程和地势起伏度均自北向南逐级降低;(3)涪江上游流域一系列逆断层的差异活动导致位于断裂上盘区域的河道下切深度、下切速率总体上大于下盘区域。涪江干流对流经区域地表的切割,内、外营力的贡献比值大致为1.95∶1;(4)横跨断裂的涪江河道因断裂平移走滑而沿断裂走向发生同步弯曲,龙门山断裂带的区域性右旋作用使涪江干流及其支流的流向在龙门山地区发生系统性转变。

近震全波形反演2017年九寨沟M7.0地震序列震源机制解

搜集了四川地震台网的波形资料,采用全波形反演2017年8月8日九寨沟M7.0地震序列震源机制解.反演结果显示,九寨沟主震矩震级为M_w6.36,震源深度为22 km,节面Ⅰ走向为150°,倾角为80°,滑动角为-20°;节面Ⅱ走向为244°,倾角为70°,滑动角为-169°.余震主要分布在14~22 km深度范围内,震源机制以走滑型为主,其中正断型地震2个,逆冲型地震2个,走滑型地震24个,混合型地震8个.断层面优势方向为SSE向,与塔藏断裂和虎牙断裂走向基本一致,但与塔藏断裂最南段存在明显差异.倾角变化集中在60°~80°,滑动角主要分布在0°附近,表明九寨沟地震序列主要受SSE走向、近似直立的左旋走滑断层控制.P轴优势方位为SEE向,仰角主要分布在30°以内,与区域应力场基本一致.震源区的机制类型和应力状态均存在空间分段差异.本文推测此次九寨沟M7.0地震序列可能发生在虎牙断裂向北延伸的隐伏断裂上,但不排除地震引起了塔藏断裂南段和虎牙断裂以北隐伏断裂同时破裂的可能.

涪江流域河流地貌特征对虎牙断裂带活动性的响应

青藏高原东缘岷山东边界的虎牙断裂带强震频发,但因第四系保留有限,目前对于该断裂的活动性仍认识不清。而基岩山区河流地貌与活动构造关系研究发现,河流地貌特征能够很好地记录构造活动信息。虎牙断裂带横跨涪江流域,这为通过河流地貌研究虎牙断裂的活动特征提供了条件。文中选择涪江流域SRTM 30m精度数字高程模型(DEM)数据,利用GIS技术提取了涪江流域坡度(slope)、局部起伏度(local relief)、标准化陡峭指数(ksn)、面积-高程积分值(HI)等地貌指数,并对跨虎牙断裂带小流域盆地的平均陡峭指数(ks)和面积-高程积分值进行对比,结合野外调查、岩性、降水与现代侵蚀速率等特征,分析讨论了涪江流域地貌特征与虎牙断裂带活动特征的关系。研究表明:1)涪江流域基本处于稳态状况,区内仅有跨雪山断裂带的河道剖面显示明显的裂点,其余跨断裂河道剖面无明显裂点存在;2)虎牙断裂带两侧地貌指数差异明显,整体上表现为西高东低,这应与虎牙断裂的逆断活动有关;3)断裂两侧的小流域地貌指数差异分析表明,沿虎牙断裂带自北向南抬升作用逐渐增强,反映了虎牙断裂带北段以走滑为主,南段以逆断为主。该研究有助于提高对青藏高原东缘隆升变形机制的理解。

青藏高原东缘虎牙断裂晚第四纪活动特征

虎牙断裂展布于岷山隆起的东边界一带,属于东昆仑走滑断裂向南东帚状撒开的尾部转换构造。通过高分辨率遥感解译、地质地貌和震害调查、微地貌测量、古地震探槽开挖及小震反演相结合的方法,对虎牙断裂的晚第四纪活动特征进行了研究。结果表明1∶20万地质图上所示虎牙断裂局部形成断错山脊、槽谷地貌等现象,属于断裂早期构造运动、岩性差异及外动力侵蚀共同作用的结果。断裂沿线第四纪断错微地貌不发育,地表未见其晚第四纪最新活动迹象。根据小震精定位及其反演的结果,结合野外地质调查结果,以雪山断裂和王朗为界,将虎牙断裂分为南段、中段和北段。断裂性质南北变化较大,自北向南表现为由隐伏走滑断裂向逆冲盲断裂逐渐转换。

2017年四川九寨沟M_s7.0地震的地震学特征

2017年九寨沟M_s7.0地震位于巴颜喀喇地块东边界带附近的虎牙断裂NNW方向的延长线上,震源深度20km,震源机制解为左旋走滑型,矩震级为M_w6.5.震后6 d内共记录到3000多次余震,最大震级为M4.8,余震活动强度偏低但衰减正常.主震位于余震区中部,为双侧破裂.余震区呈NNW向线性分布,断层面近乎直立,长度超过30 km,破裂宽度约15 km.余震区中部、东南部余震的震源机制大多与主震震源机制一致,而西北部余震的震源机制均为逆冲型,可能与岷江断裂有关.余震区中部、东南部的应力也较西北部释放充分.九寨沟地震最大烈度为9度,记录的峰值加速度值NS向最大,EW向次之,垂直向最小,最近的强震台是九寨百河台,其加速度反应谱低于九寨沟地区的8度设防烈度.静态库仑应力研究表明,汶川地震对九寨沟地震具有较明显的触发作用.沿虎牙断裂发生的1973年松潘东北M_s6.5地震,1976年松潘M_s7.2地震和本次九寨沟地震的余震区沿NNW方向相连.结合主震破裂位移分布、余震的震源机制及应力降分析认为,九寨沟地震余震区中部、东南部发生强余震的危险性不大,但需注意余震区西北部及岷江断裂地震活动的发展.