山西带中北部地区中小地震震源机制解特征

利用山西地震台网记录的数字地震波形,采用基于P波初动极性和S/P振幅比(HASH)方法,反演了2008年10月-2013年4月期间发生在山西带中北部ML2.0级以上地震的震源机制解。结果表明,山西带中北部地区中小地震震源机制解种类较多,分布散乱。震源机制解除走滑型外,还有一定数量的正断层和逆断层类型,表明小地震的发生具有一定的随机性,华北构造应力场对研究区域的小震控制作用较弱,局部活动断裂对地震具有一定的控制作用。

山西带近期水平运动状态

以山西带10期GNSS复测资料(2002—2011)为基本依托,借助GAMIT/GLOBK/QOCA软件计算了山西带2002—2010年的平均水平运动速率及2011年3月11日日本9.0级特大地震之后至8月的总体偏离位移,同时利用多核函数对该震的同震位移进行了数值解析。结果表明:①2002—2010年水平运动速率普遍小于1.0mm/a,有一定的随机性,一致性和规律性较差;②日本地震的同震位移方向近于正东向,其中最大值达到6.3mm,位于山西带北端,最小值为3.4mm,位于山西带南端;③震后偏离位移在山西南部表现为以北向为主的运动,平均位移约4.0～5.0mm;中部为北东向运动,平均位移约1.0～3.0mm;北部则向北北东、北东向运动,平均位移是3.0～4.0mm。

山西带形变监测场地情况调查

对山西带跨断层短水准流动测量场地、定点台站跨断层水准场地和区域流动GPS场地及分布情况进行了调查、汇总和分析。调查了10个流动水准测量场地和4个定点台站水准测量场地,所跨断层绝大多数走向为北北东至北东向,多具有右旋正走滑活动性质,反映了山西带总体构造特征。同时发现,偶有近东西向断裂或北西向断裂与其互相切割,应该是容易造成应力集中的地方。整个山西带布有区域GPS观测点40个,每年正常观测1次的有39个,点距多为几公里到几十公里不等,在整个断层带上的分布比较均匀,并已积累了十几年的流动观测资料。结合地质资料和历史地震的活动特点,认为山西带再次孕育强震的可能性较大,这些多手段形变测量场地的布设情况、时间和空间上的相互联系及多年复测资料的积累对强震预测研究有重要价值。

山西带断层形变特征研究

本文基于山西带跨断层形变测量的全部历史资料,通过对1989年大同—阳高6.1级和1998年张北6.2级二次地震前断层形变群体性异常变化的分析,对山西带断层形变特征及与强震孕育发生之间可能存在的关系进行了系统研究,指出了断层形变在空间上和时间上存在的相对性特征,可供用震例中总结出的断层形变规律跟踪预测和研究未来震情的趋势时参考,同时对当前华北震情,特别是山西带震情的跟踪研究工作提出了建议和看法。

山西带基于地震对应相关谱的多参数综合方法的应用研究

应用基于地震对应相关谱的多参数滑动极值相关度方法对山西地震带及邻区进行时间和空间扫描计算,定量识别和提取该区中强地震前的综合异常时空特征。时间扫描结果显示绝大多数目标地震前均有高值异常出现;空间扫描结果表明中强地震前1年左右震区及其附近区域多参数滑动极值平均概率出现高值异常现象,且异常区域逐渐扩大增强,地震多发生在异常区域内或者附近。中强地震发生后高值异常区逐渐缩小,震后1-2年异常区域基本消失;若高值异常区仍持续发展,可能是后续中强地震的异常反映。

汶川地震前后山西断陷带的地壳运动

依据GPS结果,采用"块体加载"有限元方法对汶川地震前后山西断陷带的地壳运动进行数值模拟。结果显示:震前该区呈相对均一的NW向拉张,震后以构造挤压为主,南端为强烈拉张,主压应力最高值为前期5～6倍,主张应力最高值为前期的2倍,主压应力方向自北而南由NW向转为NEE向。这些与跨断层短水准、长剖面水准、GPS长基线时序曲线等解算结果一致,表明汶川地震后鄂尔多斯与华北平原块体之间相对挤压、扭错增强,并导致山西断陷带地壳形变与构造应力场变化明显。

山西断陷带的近期位移和应变率特征

根据山西GPS局域网观测资料计算的应变位移场和主应变率结果,研究山西断陷带内各个盆地的小尺度形变和应变,以及山西断陷带的整体变化。同时利用网络工程区域网的观测资料计算了在鄂尔多斯块体和太行山块体相互作用下,山西断陷带上产生的差异活动和应变率,这是空间大尺度的变化。不同尺度的应变场和位移场存在着显著差别,它们在地震预测分析中的含义也不同。中小地震分布的随机性较大,与空间小尺度的形变应变有关联,大震主要发生在块体边界带上,与块体的整体运动有关,所以,空间小尺度的形变应变场是评估中小地震活动的依据,块体间的运动和应变场是评估大震活动的依据。2006—2009年的应变显示,大同盆地和忻代盆地"南压北张",太原盆地主应变率"内小外大",临汾盆地"北压南张"。各个盆地的水平运动都具有张扭或压扭特征。大尺度变化说明山西断陷带存在一定的应变积累。

山西地震带中小震精确位置及其显示的山西地震构造特征

利用山西1981—2001年模拟观测台网和2002—2008年间数字地震台网的震相数据,采用绝对定位方法和双差相对地震定位方法对山西及其周边地区中小地震进行了精确重新定位.结果表明:(1)重新精确定位后,震中水平误差≤5km的地震由原来65.8%提高到86.2%;7498次原始无震源深度的地震取得了深度结果.(2)精确定位后震中分布格局与原始结果相比变化不大,绝大多数地震集中在中部断陷盆地带内,两侧隆起区则相对较少,与山西地质构造的区域性和成带性相吻合;震源深度北浅南深,存在由北向南逐渐加深的特点.(3)重定位结果可以大致勾勒出各构造盆地发震层下界,较清晰地分辨出断陷盆地、盆间隆起的位置.(4)地震深度分布与盆山构造形态有较好的相关性.

张家口—渤海地震带与山西地震带交汇区的地壳剪切波分裂

张家口—渤海地震带(简称张渤地震带)与山西地震带交汇区域(113°E～117°E,39°N～42°N)是华北地区北部三个构造单元华北沉降、燕山隆起和太行山隆起的交界处.本文采用张渤带西端的流动地震台网和华北地区北部的区域数字地震台网的地震波形数据,使用SAM方法对该区域地壳介质剪切波分裂参数进行研究.结果表明,北部的燕山隆起地区的快剪切波偏振方向为近EW向,这与华北地区北部的区域应力场方向基本一致.南部的太行山隆起地区,快剪切波偏振方向为NE—NNE,可能与太行山隆起的断裂带走向有关,与山西地震带北部NNE—NE向的断层走向一致.位于研究区域中部的隆起与沉降边界区,快剪切波偏振方向则表现的比较复杂,可能是复杂的局部地质构造引起的.

山西断陷带地壳结构的接收函数研究

利用2006年8月到2008年3月北京大学在山西断陷带南部架设的两条东西向流动观测地震台阵记录的远震资料,提取各台站接收函数,然后进行倾斜叠加(Slant stack)和台阵偏移成像,获得了沿台阵横穿山西断陷带的地壳和上地幔的精细结构变化.研究结果显示,山西断陷带下面莫霍面存在明显不连续,莫霍面上隆约4～6 km,纵横波速比从两侧的1.75上升为山西断陷带内部2.0左右,且中、下地壳可能存在一个低速层.山西断陷带的构造模式沿相距140 km的两条剖面表现出明显差异:南端的临汾盆地为拉张作用下的纯剪切模式,向北转化为太原盆地的简单剪切模式.

绝对重力控制下的山西地震带2009—2012重力场动态变化

通过对山西地震带区域重力测网2009—2012年的绝对与相对重力资料的联合平差,获得了以太原绝对重力点为基准的区域重力场动态变化图像,并分析了太原绝对重力点起算值的选取问题。

汶川M8.0地震前后山西地震带水平形变场变化特征研究

通过分析汶川 M 8.0地震前后山西地震带 GPS 速度场以及由此计算得到的现今构造应变率场,结果显示：（1）汶川 M 8.0地震后,山西地震带各区域的运动方向均不同程度向西偏转,太原盆地及其以北的区域由1999-2007年的 SW 或 SSW 向转为 SWW 向,且运动速率由平均约2 mm/a增加到约4 mm/a,太原盆地以南的区域由之前的 SSE 向转为 SW 向。（2）汶川 M 8.0地震后,山西地震带的应变率场显著增强,大同盆地、太原盆地北段和临汾盆地西南段形成了三个压性应变集中区,2010年在这三个区域内分别发生了大同 M 4.5、阳曲 M 4.6和河津 M 4.8地震,可能由于这种压性应变积累的区域应力场环境有利于山西地震带中强地震的孕育和发生。（3）2009-11年,受日本 M 9.0地震的影响,山西地震带向西运动的速率有所减弱,应变率场张性变化明显,太原盆地及其以北区域平均速率下降为约2-3 mm/a,太原盆地以南的区域由 SW 向转为整体向南运动的格局,有恢复到1999-2007年背景运动状态的迹象。

2001年昆仑山口西地震前后山西构造带的应力状态变化

运用应力状态定量化参数反演方法(CAM),对发生在山西构造带(简称山西带)1967—2010年期间的地震震源机制数据进行了应力状态反演。按这个时段中国发生的强震和山西省中强地震发生时间对数据进行了分时段研究。研究表明,在2001年昆仑山口西8.1级地震前后山西构造带的最大主压应力轴方向发生了明显变化。该地震前山西带最大主压应力轴方向以NW向分布为主;该地震后山西带的最大主压应力轴转变为NE向分布为主。值得强调的是,在1967—2001年11月各时间段中主压应力轴方向没有明显区别,说明该地震对山西带应力状态变化起了重要作用。当最大主压应力轴为NW向分布时,山西带内的SN向构造段与NE向构造段的应力状态均以水平剪切为主;而当最大主压应力轴转为NE向分布时,山西带内SN向构造的应力状态分布表现为水平剪切,而NE向构造的应力状态分布表现为水平拉张。文中对产生应力主轴方向变化的原因进行了分析。与此同时,对山西带强震分布与构造条件的关系也进行了讨论。

山西地震带热流体对强震活动的影响

以山西地震带热水点为基础资料 ,计算每个热水点的年热释放量 ,分析山西地区热水点的年热释放量与地震活动的关系。结果表明 ,热释放量低值区中小地震不活跃而强震活跃 ,高值区强震不活跃 ,而中小地震活跃。通过研究 ,还表明山西地区地壳活动所积累的能量 ,每年以热能形式释放的能量相当于一个 7.3级地震 ,这对强震的孕育起到了缓解的作用 。

背景噪声面波与布格重力异常联合反演:山西断陷带三维地壳结构

讨论了利用面波与布格重力异常联合反演三维地壳速度结构的新方法,并利用该方法联合反演获得山西断陷带地壳S波速度结构.通过建立速度与密度之间的经验关系,利用非线性迭代反演方法获得最终速度模型.结果显示,联合反演获得的速度模型可以同时提高对面波及重力数据的观测拟合程度,而面波单独反演得到的速度模型则无法很好的拟合重力观测数据.相比较,联合反演速度模型中的大同火山区中下地壳的低速异常幅值小于面波单独反演模型中低速异常体的幅值.联合反演速度模型结果揭示,吕梁山地区在中下地壳存在低速异常,并且和北部的大同火山区低速异常相连接,说明可能导致新生代以来大同火山区岩浆活动的上地幔构造活动(上地幔局部上涌,地幔柱)可能对山西断陷带的形成和构造活动起到了一定的控制作用,并且导致了吕梁山地区中下地壳的低速异常.

山西裂谷带形变应变场演化特征及与地震的关系

利用山西及邻近地区的地壳形变测量资料,给出山西裂谷带形变场(垂直、水平)演化图像、重力场演化等信息;研究山西裂谷带拉张、挤压、地面沉降等受力状况与地震活动之间的关系,结合多次中强地震震例,探讨地震预报的方法。

山西断陷北部北东东向断裂带晚第四纪活动性探讨

五台山北麓断裂、灵丘盆地南缘断裂和牌坊断裂为北东东走向,呈行斜列式展布于山西断陷内。以该3个断裂为例,运用地貌学原理、地质构造学方法及卫星照片判读手段,描述和分析了该断裂带的新构造运动表现、运动方式及活动分段性。初步研究结果表明:(1)3条断裂均为右旋滑动的晚第四纪活动断裂;(2)由山西断陷中部向外,五台山北麓断裂、灵丘盆地南缘断裂和牌坊断裂3条断裂的活动性在同期是逐渐减弱的;(3)晚更新世以来,3条断裂的活动性均具有分段性,且都表现出中段活动性最强、西段活动性弱于东段的特征。研究结果揭示了同一大地构造背景下不同构造活动性的复杂性和关联性。

利用GPS资料研究山西裂谷带的水平形变

基于山西及邻近地区的GPS测量资料,给出山西裂谷带水平形变场演化图像,研究山西裂谷带拉张、挤压等受力状况与地震活动之间的关系,探讨预报地震的方法。

山西断陷盆地带及其邻区1999—2008年地壳物质密度变化

为了解山西断陷盆地及其邻区地壳内部物质迁移特征,基于山西地区1999—2008年重力场累积变化,采用考虑深度加权和模型粗糙度的反演方法,获得了地壳物质的密度变化。结果揭示了吕梁山区和临汾盆地中部地区地壳物质的累积,以及太行山与山西带中南部之间物质迁出的基本特征。

基于水准剖面的山西断陷带现今活动性研究

根据跨山西断陷带的水准剖面观测资料,计算其垂直形变量和垂直形变速率,研究其现今垂直活动性。2006年以来的垂直形变揭示,山西断陷带东北段延怀盆地和蔚县盆地呈掀斜上升活动,北段阳原盆地和大同盆地以下降活动为主,晋中盆地为上下波动,临汾盆地呈现上升活动。2013年山西断陷带活动出现转折性变化,蔚县盆地大幅度下降,大同盆地、代县-定襄盆地、晋中盆地和临汾盆地均呈现不同程度的上升。