地震波传播理论与地震“孕育”、发生和发展的深部介质和构造环境

地震灾害是人类生存、社会与经济发展所面临的重大自然灾害之一,由于地震震源和其周边介质在力源作用下可产生微破裂并逐渐形成“破裂链”,而震源区介质的质点震动则以地震波动和辐射为“载体”,且向四周传播.为此,可通过研究地震波传播波场的运动学和动力学响应探索地震“孕育”、发生和发展中的深部介质和构造环境,地震波动的轨迹和其发生的力源机制以及强烈地震活动的深层过程和动力成因,此乃是探索防震减灾和地震预测的核心所在.因此,研究地震波在复杂介质中的传播和响应,地球内部物质与能量的交换和其深层动力过程将必制约着地震的活动和“孕育”空间.这是防震减灾和地震预测中必须深化研究的重要领域.

中国地震学会第14次学术大会各专题分会场交流纪要 (二)中国大陆地震构造与深部结构环境专题

本专题共收到论文49篇，考虑到提交论文的参会作者多为青年学者，专题召集人为了让青年学者有更多锻炼和交流的机会，决定分成两个会场，两个分会场共进行了22个口头报告，内容涵盖了中国大陆活动构造、应力场、活火山等，特别是对青藏高原和川滇地区的深部结构、介质各向异性、介质衰减特性、地震定位、地球深部热流及岩石实验方面的研究成果进行了交流。

汶川—映秀M_S8.0地震的介质破裂与深部物质运移的动力机制

2008年5月22日14时28分在龙门山造山带发生了震惊世界的汶川—映秀MS8.0大地震。这次大地震形成了迄今为止在三维空间分布最为复杂、在水平方向(NE)延伸最长的逆冲型破裂带。笔者分析和讨论了大地震发生后在地表引发的破裂现象和震源深处与其周边地域介质在受力作用下的破裂与'破裂链'的逐步形成和辐射效应。基于该大地震'孕育'、发生和发展的深部介质和构造环境与深层动力过程的研究提出:汶川—映秀8.0级地震的发震断层是龙门山断裂系地表以不同角度西倾的3条断裂带向深部汇聚,青藏高原东北缘松潘—甘孜地域下地壳与上地幔盖层物质向东南减薄,在受到四川盆地'刚性'壳、幔介质阻隔下而沿龙门山断裂系抬升,二者在震源深处,即(15±5)km处强烈碰撞而形成的一条NE向的深部汇聚断裂带。汇聚断裂带即为MS8.0地震和一系列余震的发震断裂带,而不是简单地、形式地将地表的某一条或某两条断裂带视为发震断裂带,因为震源是一个体积。大地震发生后的地表破裂、次生灾害等,即浅层过程的调查和分析对恢复生产、重建家园有着重要意义。显然,在地表和深井中若能长期进行破裂效应的观测,以捕捉地震强烈活动地区震源深处介质与结构发生的初始微破裂和其形成'破裂链'的深层动力过程,这对短临地震预测很可能是一个十分重要的途径。这里必须指出:强烈地震'孕育'、发生和发展的深部介质和环境与其深层动力过程乃是厘定强烈地震成因的关键所在。

青藏高原东北缘现今构造变动与地震活动特征

笔者利用青藏高原东北缘20世纪70年代以来的精密水准网和跨断层流动形变网监测资料和近10a来高精度GPS观测结果,结合地质构造和地震活动,研究和探讨了该区现今构造变动和强震活动的一些特征和初步机理。结果表明:①研究区现今构造变动具有空间分布的不均一性和随时间演化的非平稳性,其总体趋势呈现为新构造时期以来的继承性;②构造变动过程中的快速隆升异常区和与之相伴生的高梯度变形带、以及显著地断层活动异常,是较强地震孕育的标志,地震往往发生在具有较高应变积累的区域附近;③印度板块对青藏高原的强烈挤压是该区构造变动与地震活动的主动力环境;构造变动和地震与块体活动及区域构造应力场变化密切相关。

2021年玛多M_(S)7.4地震的深部构造背景

2021年5月22日,巴颜喀拉块体内部的玛多地区发生M_(S)7.4地震,震源深度约为8km,发震断层为江错断裂。文中利用玛多地区的深地震测深结果,对玛多M_(S)7.4地震震源区的地壳速度结构和深部构造背景进行了研究。结果显示:1)玛多地震震源在深度上位于上地壳脆性层内,具体位于上地壳局部高速体的边缘,上地壳特殊的上下分层结构和局部的高速异常体为玛多地震的孕育提供了介质环境。2)玛多以南地区的深部地壳存在楔状低速体,为深部软弱物质向NE运动提供了环境,而玛多地区高速的下地壳阻挡了软弱物质的运移而使其垂向上涌,导致了玛多地区上地壳应力的集中,这可能为此次玛多地震的孕育提供了深部动力。3)江错断裂在深部归并到东昆仑断裂上,在剖面上构成以东昆仑走滑断层为主的反向逆冲断裂构造样式,因此玛多地震的发生与东昆仑断裂的左旋走滑运动存在一定联系;此外,下地壳流的上涌也可能在一定程度上促进了玛多地区上地壳的水平滑动以及地震的发生。综上所述,此次玛多M_(S)7.4地震的孕育和发生,与玛多上地壳特殊的介质条件、中下地壳物质的挤压流动和垂向上涌以及东昆仑主走滑断裂的水平运动密切相关。

新疆阿图什7级地震和伽师震群介质参数讨论

利用区域地震体波振幅传播特征,研究测定地震波源初始振幅辐射状态,企图得到中强震孕育的前兆信息。按这一思路,在北纬38.0°～42.0°,东经74.5°～79.0°(南天山西段的乌恰至柯坪)计算了1992～1999年的介质参数地震波初始振幅偏离系数。讨论了1996年3月阿图什7.1级地震和1997年伽师震群前后该介质参数在时空演化过程中的可能前兆。结果表明,强震发生在介质性质变化的过渡区,也是应力环境变化梯度大的地点;从时间上讲,强震往往发生在介质参数由低值回升到高值时或以后。文中还依据参数的物理意义,对强震和震群发生的构造应力环境进行了讨论。

强烈地震孕育与发生的地点、时间及强度预测的思考与探讨

进入21世纪以来,全球范围内强烈地震频频发生,势已进入到一个新的地震活动时期.我国大陆内部、周边和台湾岛内一系列强烈地震(Ms≥6.5)的发生,特别是2008年5月12日汶川M_s 8.0大地震的突发与其震前的异常平静表明:地表与上地壳均未见有明显的或确切能构成短、临强烈地震预测的浅表层活动过程,大地震由深部壳、幔物质运动,即深层动力过程所致.基于对强烈地震孕育、发生和发展的初步研究提出:(1)面对强烈地震的预测必须强化震源深部介质和构造环境的研究与探索,以达对未来地震发生地点的预测.(2)在地震强烈活动地区长期坚守介质破裂效应及其派生物理响应的井中观测,即"抚模"震源区介质与结构的动态"脉搏",以达对地震发生时间的逐步逼近或预测.(3)深入剖析强烈地震活动区、带、点的深、浅层空间结构与动力过程,历史地震在地震活动地域的纵向和横向的分布特征及可靠前兆信息的同步性经验和统计效应与发展态势,以对未来强烈地震发生强度的估计.这三个方面均必须以地壳深部信息的采集和研究为前提,是地震学和地震预测深化研究与探索的必经之途!

长宁地震前应力变化及震前触发过程探索研究

地震预测预报工作中,判断地震孕育处在哪个阶段是非常重要的研究内容之一。基于目前对地震成因的认识,地震是地壳介质在构造动力的作用下,当应力累积到破裂极限时发生快速而强烈的破裂或者已有断层重新错动所致,前人已经作了大量的研究工作,但是强震何时被触发仍是一个难题。整个过程的系统研究可能对地震孕育发生的理解更有意义。

华北与东南沿海地区岩石介质差异性研究

通过地震活动性特征研究了华北与东南沿海地区岩石介质差异性 ,以唐山、海城及福建地区为例 ,计算了上述地区的视应力降和环境应力背景值 ,并用分形理论中的标度揭示了这种差异性的定量特征。结果表明 ,在华北地区 (唐山与海城 ) ,环境应力值有强烈的涨落 ,而东南沿海地区 (福建 )其涨落并不明显 ,从而揭示了华北与东南沿海地区地壳岩石介质的差异性。这意味着上述地区的动力学特征在板块构造力作用下存在明显的差异。最后 。

青藏高原及邻区密度的重力反演与孕震环境的研究

本文利用不同时空尺度的重力异常资料,以青藏高原及邻区的密度结构为主要目标,结合固体地球物理、构造学等的新成果与新认识,研究青藏高原及邻区的现今构造格架,推断其形成及演化、壳幔相互作用、地震孕育和深部动力学过程,具有重要的科学意义。本文系统地讨论了重力学在青藏高原及邻区的密度结构和孕震环境问题研究中的理论和方法,充分体现了大地测量学与地球物理、地质学互相结合,相互渗透的特点。主要内容如下。

龙门山中段及两侧地壳结构与汶川地震构造

2010年完成了由四川盆地中部向西北方向、近垂直穿越龙门山中段5·12汶川特大地震极震区和川西北高原、总长500 km的深地震宽角反/折射测深野外工作,沿测线建立了较为完善的地震测深观测系统,取得了丰富观测记录.对反映不同构造单元的震相记录、特别是强震构造区复杂震相信息的详细分析和模拟追踪计算,得到龙门山中段褶皱造山带及两侧的二维非均匀地壳速度结构模型.揭示了稳定的四川盆地地壳结构与被改造增厚的川西北高原地壳结构性质差异;探测到高原壳内介质由上向下的岩性变化,特别是下地壳介质速度大幅降低、岩性强烈弱化的塑性流变性质;发现了四川盆地与川西北高原之间褶皱造山带下地壳存在由西向东、下缓上陡的巨型铲式上升流以及上升流与龙门山中段断裂构造体系的关系;上升流沿褶皱带东部边缘在龙门山中段上中地壳以陡倾角度向上逆冲,造成龙门山上地壳中央断裂带附近强烈上隆并使结晶基底突出地表大幅抬升.综合区域构造应力场和现有地质成果进一步研究青藏高原东缘龙门山中段盆山耦合与造山构造,壳内断裂体系与强震孕育环境构造.

三江地区地壳结构及动力学意义:云南遮放-宾川地震反射/折射剖面的启示

位于中国云南省的三江地区的断裂主要包括金沙江-红河断裂、澜沧江断裂和怒江断裂(三江断裂带). 通过解释跨过滇西构造域中腾冲与保山地块的遮放-宾川宽角反射/折射地震剖面, 文中以地震波旅行时层析成像方法获得了地壳纵波速度结构, 以地震散射成像方法获得地壳反射结构, 从而重建了研究地区的地壳、上地幔反射结构. 给出的研究区地震P波速度和反射结构图像表明:该剖面的地壳结构可以划分为3个块体, 各块体间地壳速度与反射图像具有明显差异, 保山段地壳速度较东西两段为低, 莫霍界面反射强. 该地区地壳厚度为40 km左右, 并具有从西向东增厚的趋势. 腾冲南, 即剖面上80～115 km地段, 在8～10 km深处存在一组亮点形式的强反射带, 莫霍界面反射波场在横向变化明显. 对三江断裂地带地壳增厚的方式, 地震孕育的构造环境及腾冲、保山地块、潞西海槽之间的接触关系等问题进行了讨论.

冈瓦纳型和扬子型地块地壳结构:以滇西孟连-马龙宽角反射剖面为例

滇西孟连-马龙宽角反射地震剖面切过保山地块(冈瓦纳型),思茅地块和扬子地块(扬子型)西南部.通过解释宽角反射地震资料,获得了这3个地块与昌宁-孟连和墨江缝合带的壳/幔纵波速度结构及相应的地壳和上地幔反射结构图像.结果表明:思茅地块的地壳P波速度较之保山和扬子地块西南部低,地壳厚度由保山地块、思茅和扬子地块西南部逐渐增厚.这三个地块的地壳反射图像也具有明显的差异.冈瓦纳型地块内上地壳反射发育,而中下地壳反射很弱.扬子型地块内地壳反射发育.思茅与扬子地块西南部反射图案有明显的特殊性.研究区地壳厚度为40km左右.最后对滇西三个地块的地壳增厚的方式、地震孕育的构造环境冈瓦纳型和扬子型地块的相互作用进行了讨论.