2015年尼泊尔Ms8.1地震构造成因及对青藏高原及邻区未来强震趋势的影响

2015年尼泊尔Ms8.1地震的余震分布、震源机制解、震源破裂过程反演结果和喜马拉雅造山带地质构造特点表明,此次大震是印度板块沿喜马拉雅主前缘逆冲断裂向欧亚板块进行低角度俯冲的结果。地震破裂从北西向东南方向传播,累计长度达170km,最大倾向滑移量5-7m。其发震断裂全新世活动强烈,历史地震活动频率高、强度大,M≥7.5地震的原地复发平均间隔在500年左右,而在地震活跃阶段分段破裂的平均间隔只有10年左右,并且历史地震活动在最近1800年期间显示出比较明显的从西向东迁移规律。历史地震活动过程揭示,喜马拉雅主逆冲断裂带上目前存在兴都库什、尼泊尔西部、锡金-不丹和印缅交界区4个地震空区段,特别是位于此次地震东部的两个空区,未来地震危险性较显著。由于印-欧大陆俯冲碰撞作用是中国大陆现今地壳变形的主要动力来源,也是中国大陆强震频发的主要地质构造原因,这决定了喜马拉雅、青藏高原及邻区的大震活动之间存在明显的时空关联性,主要表现为大地震活跃阶段在时间上的交替出现和大地震沿垂直喜马拉雅造山带的纵向迁移过程。进一步结合青藏高原及邻区历史地震活动及未来地震危险性的分析成果推断,在喜马拉雅地震带的新一轮活跃过程中,中国大陆必将面临更为严峻的地震形势,尤其是青藏高原及邻区晚第四纪活动性显著的区域性活动构造带或断裂带的潜在强震危险性比较突出,主要包括：藏南的近南北向裂谷带与北西向右旋走滑断裂带,川滇地块中的安宁河-小江断裂带与大凉山断裂带、南汀河断裂带与畹町断裂带、澜沧-景洪断裂带和滇西北大理-丽江裂陷带,西北地区的西昆仑山前逆冲-褶皱带、阿尔金断裂带和天山的主要逆冲-褶皱变形带等。但当前活动构造调查研究的不足限制了对区域大地震危险性做出更准确的地质评估,这也是目前城镇化与重大工程规划建设过程中地壳稳定性评价的＂瓶颈＂所在。

尼泊尔Ms8.1地震构造背景及对周边地区地震活动趋势的影响

分析印度板块与欧亚板块俯冲带、尼泊尔Ms8.1地震震中区地震构造及地震发震构造,讨论主震对余震触发及余震的时空强特征和地震对周边地区地震活动趋势的影响。初步分析认为,主边界断裂为本次地震的发震构造,属于低角度逆冲断层地震;余震分布范围与震源破裂面积和方式基本一致,具有向东迁移的时空特征;西藏定日Ms5.9、聂拉木Ms5.3地震不属于尼泊尔地震余震,是应力扰动的结果;沿俯冲带向东至喜马拉雅东构造结是大震发生的危险地段。

青藏高原及周缘深部结构的重力异常解释与尼泊尔Ms8.1地震

利用离散小波变换获得青藏高原布格重力异常不同尺度的总水平梯度(HGM)和横向、纵向、对角分量平方和的平方根(HVDM)图像。结果表明:1)4、5阶小波细节之和的HGM高值区域存在于尼泊尔喜马拉雅地区、喜马拉雅东构造结和阿尔金断裂带中段,即青藏高原周缘较为活跃的构造带;2)尼泊尔喜马拉雅地区和阿尔金断裂带西段存在5阶小波逼近高值HGM,较高值HGM带呈现环青藏高原形态,反映了青藏高原与周缘构造块体地壳深度变化和岩石圈地幔顶部物质性质的差异性变化特征;3)HVDM高值带分布于喜马拉雅地区、喜马拉雅东构造结地区、阿尔金断裂带和龙门山断裂带,体现了青藏高原周缘构造带形态特征;4)2015尼泊尔Ms8.1地震发生在地壳深部的HGM高-低-高分布形态的低值区和HVDM高值带的边界,是印度板块和欧亚板块持续汇聚及周缘大型走滑断裂带的调节作用、累积能量释放的结果。

云南地区水位、水温对尼泊尔Ms8.1地震的响应特征研究

通过统计2015年4月25日尼泊尔MS8.1地震和5月12日MS7.5余震发生时云南地区水位、水温的空间分布、异常形态、变化幅度、起始和结束时间等远场响应特征,分析认为:同震响应主要集中在川滇菱形块体东南部、滇缅弧形块体东部和小滇西一带,即云南地区中西部;同井观测的水位、水温同震响应异常形态多样,单井同测项的同震响应异常形态具有一致性,与地震震级、震中距、方位无关;观测井的记震能力与观测仪器的分辨率、井孔含水层条件等有关,同震响应的异常幅度(ΔH、ΔT)与震级(M)、震中距(D)之间有一定的数量关系;近来云南区域地震活动整体呈现"平静—活动—平静"特征,小震活动有丛集特点,未来一段时间需注意滇西—滇西北和滇西南地区中强地震的危险性。

尼泊尔Ms8.1级地震触发定日县次生地质灾害规律及防治建议研究

尼泊尔Ms8.1级地震触发西藏定日县次生灾害较严重,主要为泥石流、崩塌和不稳定斜坡。统计分析地震触发的次生地质灾害数量在各乡(镇)分布差异较大,且此次地震触发的次生地质灾害主要是中小型灾害,灾害类型主要为泥石流。基于次生地质灾害分布特征,将定日县灾害防治划分为重点防治区、次重点防治区和一般防治区。结合不同分区的灾害分布特点,提出了针对性的次生地质灾害防治措施,研究成果将有助于相关主管部门合理、高效、快捷的实现灾后重建及防灾减灾人力、物力和财力的合理使用。

甘肃地区分量钻孔应变仪记录的尼泊尔MS8.1地震同震变化特征分析

通过对甘肃地区分量钻孔应变观测资料进行相对标定的校正,发现两水台面应变的相关性较差,达不到四分量应变仪的自检特性。通过对甘肃地区7个分量钻孔应变台站记录的尼泊尔MS8.1地震的同震变化特征的统计与分析,发现同震的最大振幅和应变阶均不满足四分量应变仪的自检特性。而且,同震应变阶的产生与张压性变化没有一定的规律。因此,利用分量钻孔应变仪观测资料进行研究时,需要对观测数据的可靠性进行分析。

用连续GPS与远震体波联合反演2015年尼泊尔中部M_S8.1地震破裂过程

由于印度-欧亚板块碰撞,位于板块边界带的喜马拉雅地区大震频繁,但对其活动性的认识仍十分有限.2015年4月25日尼泊尔中东部地区时隔80年再次发生8级地震,为研究板缘地震提供了一次难得机遇.本文用西藏和尼泊尔的GPS连续观测数据和全球分布的远震地震波记录联合反演此次特大地震的破裂过程,结果显示此次地震发生在印度板块与青藏高原接触边界面——喜马拉雅主滑脱断层上.北倾11°、近东西（295°）走向的断层面破裂约100km长（博卡拉到加德满都）,130km宽（从加德满都深入我国西藏吉隆县）,破裂以逆冲滑动为主,平均幅度达到2.4m,释放的地震矩高达9.4×1020 N·m.反演结果还显示,震源体主要破裂分布深度范围为5~25km,应无地表破裂,属于一次盲地震.基于GPS资料推测的地壳现今运动速率及1833年地震的震源位置,我们推测地震在此次地震破裂区域复发的周期可能为150~200a,而极震区以南的深部滑脱断层仍保持闭锁,未来仍有导致灾害性大震的可能性.

2015年尼泊尔M_S8.1地震引起的井水位与井水温同震效应及其相关性分析

尼泊尔MS8.1地震引起中国大陆大量地震观测井水位和水温的同震响应.从宏观结果看,在54个同时存在水位和水温同震效应的观测井中,有51口观测井的变化类型为水位上升-水温上升、水位下降-水温下降、水位振荡-水温上升或下降(以下降为主),井水位与井水温同震效应表现出良好的相关性,这可能与地下水动力学作用有关;有3口观测井的水位变化与水温变化方向相反,且水温变化均为震后效应.另外,有1口观测井水位无变化而水温同震效应明显.这些不同类型的同震变化与井孔条件、水温梯度、传感器位置及水位埋深等多种因素有关.从微观结果看,井水位同震效应出现的时间及变化幅度与井水温同震效应出现的时间及变化幅度之间的关联性比较复杂,这与井孔条件和温度梯度等因素有关.

2015年尼泊尔M_S8.1地震的地壳重力均衡背景与地表形变响应特征

对2015年尼泊尔MS8.1地震的地壳均衡背景及其引起的地表形变特征进行了研究,结果表明：（1）尼泊尔MS8.1地震震中以南的印度板块岩石圈有效弹性厚度大约为9km,加载主要来自地幔;地震以北的拉萨地块岩石圈有效弹性厚度大约为2km,加载主要来自地表.（2）尼泊尔MS8.1地震震中以南地区的地壳均衡异常大约为-100mGal（10-5 m·s-2）,但其北部的地壳均衡异常则为300~400mGal,尼泊尔MS8.1地震发生在地壳均衡负异常向正异常过渡的高梯度带上.（3）尼泊尔MS8.1地震使震中周围地区的地壳整体向南运动,最大水平位移超过1.5m,分布在震中东南.震中以北的同震垂向位移总体为负值,最大下降幅度超过0.5m,同震重力变化总体为正值,最大超过60μGal（10-8 m·s-2）;震中以南的垂向位移总体为正值,最大升幅超过0.7m,同震重力变化总体为负值,最大降幅超过-120μGal.（4）尼泊尔MS8.1地震使＂世界屋脊＂喜马拉雅山脉产生沉降,最大同震降幅超过120mm,震后松弛效应将使＂世界屋脊＂持续缓慢下降.该强震使世界最高峰珠穆朗玛峰降低了2~3mm,有可能被GPS、InSAR等现代大地测量工具检测到.

西藏林芝地应力测量监测与尼泊尔M_S8.1级强震远场响应分析

为查明川藏铁路林芝段现今地应力状态和附近主要断裂运动学和动力学活动特征,在西藏林芝北侧开展了300 m深度钻探工程和随深度系统水压致裂现今原位地应力测量与压磁法地应力实时监测工作。原地应力测量结果表明:(1)三个主应力大小之间关系为SH>Sh≥SV,表明区域构造作用水平应力起主导作用,易于发生逆断活动;(2)现今最大水平主应力方向为北北东向,反映区域内北东—近南北向断裂带现今活动具有顺时针走滑的特征;(3)基于实测数据得到剪应力相对大小μ_m=0.11~0.23,反映了该区域应力积累较低,区域内断层活动的危险性较小。地应力实时监测结果表明2015年尼泊尔M_S8.1级强震在该地应力实时监测站点具有显著的远场效应:(1)尼泊尔地震前,最大与最小水平主应力值分别增加了0.35 MPa和0.24 MPa,最大水平主应力方向基本保持不变;(2)尼泊尔地震时同震应力变化表明,地震导致最大与最小水平主应力值分别减小了0.05 MPa和0.04 MPa,最大水平主应力方向基本保持不变;(3)尼泊尔地震4个月后,最大水平主应力减小了0.05 MPa,而最小主应力增加了0.01 MPa,最大水平主应力方向基本保持不变。基于钻孔原地应力测量与实时监测数据分析尼泊尔地震前、震时、震后该站点地应力变化情况,对于区域内断裂活动、地震危险性、地壳稳定性等研究具有重要意义。

2015尼泊尔M_S8.1地震中等余震震源机制研究

本研究利用西藏台网记录的波形数据,采用gCAP方法反演了2015年4月25日尼泊尔MS8.1大震5次中等余震(5.0≤MS≤6.5)及西藏定日MS5.9地震震源机制解.结果显示,6次地震包含2个正断、2个走滑及2个逆冲型地震.其中2个正断型地震位于主震的东北方向,即发震断层的上盘,表明该区域受到主震同震位移的影响,表现出应力拉张的变化特征;2个走滑型地震在主震破裂的东南方向上,说明随着破裂往东南方向延伸,余震的走滑分量增强;另外2个逆冲型地震位于5月12日MS7.5强余震区域,与MS7.5地震的滑移状态一致,可能与主震同震位移引起该区域处于应力挤压状态密切相关.这些结果表明,尼泊尔MS8.1主震发生后,由于同震位移的影响,不同区域处于不同的应力状态,从而使中等余震表现出不同的震源类型.

利用视震源时间函数反演尼泊尔M_S8.1地震破裂过程

以2015年4月26日MS7.1余震为经验格林函数事件,利用全国和全球的宽频带记录提取了2015年4月25日尼泊尔MS8.1地震的P波视震源时间函数和Rayleigh波视震源时间函数,并通过联合反演这些视震源时间函数获得了这次地震的时空破裂过程图像.无论是P波视震源时间函数还是Rayleigh波视震源时间函数都呈现出很强的方位依赖性,表明震源断层具有相当的尺度且破裂朝东南方向扩展.时空破裂过程图像清楚地证实了这一特征,并更清晰地显示,破裂几乎是纯粹的单侧破裂,从破裂起始点开始,沿断层面向东南方向扩展~100km,同时沿断层面向深部扩展~80km,形成~125°的破裂优势方向和~5.8m的最大位错.地震的破裂时间历史相对简单,呈非间断性扩展,持续时间约50s.

2015年尼泊尔M_S8.1地震红外特征分析

本文利用改进的红外异常鲁棒估算(RETIRA)法对2015年尼泊尔MS8.1地震震区2007年1月—2015年8月共104个月的NOAA长波辐射日数据进行了处理,获得了该地震前后的红外辐射变化.结果显示,在长达3 158天的时间尺度内,尼泊尔地震破裂面区域的长波辐射值仅在震前半年内呈现显著的异常变化.进一步对喜马拉雅构造带的分段研究表明:震前长波辐射异常出现在尼泊尔地震震中以西区域,说明地震孕育过程中喜马拉雅构造带西侧的应力积累高于东侧,这与前人利用GPS观测资料所得到的该区域应变积累特征一致;长波辐射异常的空间分布主要集中在喜马拉雅构造带南部,这一结果与地震震源机制所显示的发震断层南部区域为断层压缩区、北部为断层拉张区的应力状态相吻合.因此,综合考虑检测到的长波辐射异常所呈现的空间和时间特征,本文认为该异常与尼泊尔MS8.1地震有关.

2015年尼泊尔M_S8.1地震在喀什—乌恰交汇区的动态触发活动

基于新疆区域数字地震台网台站的观测资料,采用离散波数法、包络函数分析和β统计值检验的方法,初步研究尼泊尔M_S8.1地震对喀什—乌恰交汇区小震活动的动态触发作用。结果表明:尼泊尔8.1级地震在喀什—乌恰交汇区接收点产生的动态应力变化超过触发阈值;并检测到该地震面波到达后在此交汇区出现了8次小震事件。β统计值结果显示,8.1级地震后此交汇区的地震活动性发生了较明显的改变,特别是地震25天后地震活动率增强较为明显。综合分析认为,尼泊尔8.1级地震对喀什—乌恰交汇区的小震活动具有动态触发作用,触发时间既存在面波通过后即刻触发,也有滞后一段时间的延时触发。

基于GRACE数据的尼泊尔M_S8.1地震北向重力梯度变化

利用德克萨斯大学空间研究中心发布的GRACE RL05月重力场模型数据,采用300 km扇形滤波,得到2015年尼泊尔M_S8.1地震北向重力梯度的时空分布,之后利用最小二乘拟合方法分析尼泊尔及其邻近区域北向重力梯度的长期变化趋势及研究区内6个特征点的北向重力梯度月变化时间序列,并结合黏弹性分层位错理论对GRACE检测尼泊尔M_S8.1地震北向重力梯度同震变化的可能性进行分析.研究结果表明:在尼泊尔M_S8.1地震发生前北向重力梯度表现出比较明显的正负异常变化,而该地震即发生在北向重力梯度正负变化的零值线附近;研究区北向重力梯度年变率在印度板块边界及其垂直方向所形成的四象限呈正负相间分布,6个特征点的北向重力梯度在2012年4月出现比较明显的跳变.由此推断,北向重力梯度的动态变化过程反映了震前区域物质迁移和震后壳幔物质黏滞性调整等问题.

基于Newmark模型的尼泊尔M_s8.1级地震滑坡危险性快速评估

在研究分析地震灾区地形地貌、地层岩性、地质构造、气象水文和典型地区滑坡的基础上,采用Newmark斜坡累积位移模型对2015年4月25日尼泊尔M_s8.1级地震诱发的滑坡危险性的空间分布状况进行了快速评估,通过典型地区的滑坡遥感解译结果验证表明评估结果具有较好的可信度,初步反映了尼泊尔地震诱发滑坡危险性分布的基本特征。然后考虑降雨作用对震后滑坡危险性的影响,对地震叠加降雨诱发滑坡危险性分布进行了快速预测。研究结果对地震应急救灾中的地质灾害防灾减灾具有重要的参考意义。

GPS观测的2015年尼泊尔M_S 8.1级地震震前应变积累及同震变形特征

2015年4月25日,在印度板块与欧亚板块交界区的喜马拉雅地震带上发生了尼泊尔MS 8.1级大地震.震前GPS速度场和应变率场显示,喜马拉雅地震带整体表现为15.94±1.82 mm/a的压缩特征,同时还具有分段活动特征.此次地震发生在速度场顺时针旋转和逆时针旋转的分界带,该处最大主压应变率的量值在喜马拉雅地震带并非最大.GPS观测的同震位移场揭示了尼泊尔MS 8.1级地震引起的地壳变形特征,分别有9和6个测站观测到明显的水平向和垂向同震位移,其水平分量的运动方向整体表现为南向运动,位于震中东南侧的3个测站垂直分量表现为上升,其余测站为下降.中国境内距离震中最近的5个测站的垂向同震位移显示,此次地震造成珠穆朗玛峰的沉降量约为4mm.依据GPS观测到的同震位移场,利用非负最小二乘方法反演震源断层面上的滑动分布.反演结果表明最大滑动量为6.84 m,滑动量较大的区域分布在加德满都附近及其以北区域的下方,这可能是造成加德满都地区具有较大破坏的原因之一,该滑动分布模型能够很好地解释GPS观测到的同震位移.利用此滑动分布模型计算的地震矩为8.21×1020 N m,对应的矩震级为MW7.9.

“泛西南”地区加卸载响应比异常及大震活动预测与追踪

21世纪初,在中国西南及周边地区(本文称为"泛西南")开始出现大面积的加卸载响应比(以下简称LURR)异常,根据LURR异常演化,我们于2008年首次提出该地区正在孕育着"超大地震"。追踪研究结果显示,孕震积分It于2012年7月达到峰值。根据LURR与量纲分析方法结合得到的预测地震时空强的新方法,我们预测:2015年7月前后(±25月),在"泛西南"地区将发生8级左右"超大地震"。我们在2014年参加的两次会议上交流了这一预测结果,2015年4月25日尼泊尔M_S8.1强震发生在预测范围内。尼泊尔M_S8.1地震后,"泛西南"地区的加卸载响应比大尺度异常不仅没有消退,反而更加增强。It于2015年7月达到新峰值,超过了尼泊尔地震前的水平,因此,"泛西南"地区可能仍面临非常严重的地震灾害。

我国西南地区电离层垂测网数据应用研究

本文基于我国西南地区电离层垂测网普洱站和乐山站的基础数据,结合空间天气事件指数,通过限定不同阈值的滑动平均方法,提出靠近南部的普洱站应选取中值M±1.5σ(标准差)作为限定阈值,靠近北部的乐山站应选取中值M±IQR(四分位距)作为限定阈值.在此基础上,利用本文提出的扰动识别方法,对2015年4月25日尼泊尔MS8.1地震予以分析.研究结果显示,震前1天普洱站和乐山站均出现了正向扰动,震前3小时乐山站持续出现负异常.根据规划,我们还将在西南地区建立1—2个垂测台站,架设数台被动接收垂测仪信号的电离层斜向探测仪,通过组网对西南地区上空的电离层进行监测,为分析震前电离层扰动提供数据支持.