基于多参数组合分析海原—六盘山—宝鸡断裂带地震危险性

1 研究背景近年来,易桂喜等(2006,2007)、武敏捷等(2013)利用以b值为主的地震活动性参数空间分布,结合历史及现今地震活动背景,分析活动断裂带现今活动习性,综合判断处于相对高应力和闭锁状态下活动断裂带的强震危险性。这种组合分析方法比单个活动性参数值能更好地反映断裂现今活动习性,且对地震样本需求不高,适用于地震监测能力一般、地震活动性中等地区的地震危险性判定。

海原-六盘山断裂带现今构造变形特征

基于1999—2007年GPS水平速度场资料,利用块体模型和跨断层速度剖面,并结合断裂带两侧应变场的分布,分析了海原-六盘山断裂带分段及整体运动变形特征。结果表明:托莱山与冷龙岭断裂的滑动性质为走滑兼挤压;金强河断裂变形最显著,剪切应变积累程度最高;毛毛山-老虎山断裂中的毛毛山段比老虎山段应变积累大;海原断裂(狭义)左旋走滑速率为5 mm/a,海原地震至今仍以蠕滑调整为主;六盘山北段有2.4 mm/a的挤压量,其挤压应变积累相对显著,而六盘山中南段变形不明显。海原-六盘山断裂带由西向东整体呈现出走滑兼挤压-走滑-挤压的构造转换样式。

海原-六盘山弧型断裂及其附近最新构造变形演化分析

利用两时段GPS速度场,用三维非线性有限元方法研究了海原-六盘山弧型断裂带及其附近最新构造变形演化特征。研究得到：1）海原-六盘山断裂带整体表现为左旋运动,海原断裂带左旋活动速率在（2~5.5）mm/a之间,六盘山断裂左旋活动速率约为1.0 mm/a;2）海原断裂带与六盘山断裂带的交接处目前处于强闭锁状态,亦是运动变形差异相对强烈、应变能积累较快的区段,存在强震孕震背景。

基于GPS数据的海原-六盘山断裂带滑动速率亏损时空分布

利用青藏高原东北缘及周缘地区1999—2007年和2009—2014年2个时段的GPS水平运动速度场做约束,反演获取了海原-六盘山断裂带的闭锁程度和滑动速率亏损的时空分布演化。结果表明,海原断裂带以左旋走滑亏损为主,六盘山断裂北段以逆冲倾滑速率亏损为主,南段则以正向倾滑为主。其中,毛毛山断裂和老虎断裂西段在2个时段的闭锁深度都达到25km,最大左旋滑动亏损为6mm/a。老虎山东段和海原断裂(狭义)闭锁程度低,主要处于蠕滑状态。六盘山断裂2个时段的闭锁深度可达35km,最大逆冲滑动速率亏损为2mm/a。汶川地震后,六盘山断裂上逆冲滑动速率亏损高值区由中段迁移至北段且范围减小,南段则变成正倾滑速率亏损。毛毛山、老虎山西段和六盘山断裂的地震危险性要明显高于海原-六盘山断裂带其他断层段。

海原-六盘山断裂带现今地震危险性的数值模拟分析

基于正交各向异性理论表征断层的变形行为,将平行断层面的剪切模量和周围介质剪切模量的比值作为反演参数,以海原-六盘山断裂附近现今GPS观测地壳水平运动速度场作为约束,通过构建三维有限元模型,采用遗传算法,反演了海原-六盘山断裂平行断层面的剪切模量分布。结果显示:六盘山断裂中南段平行断层面剪切模量与周围介质接近,且沿断层面地震动活动较为稀疏,反映六盘山断裂两侧近场差异变形较小,和汶川地震前龙门山断裂的情况类似,可能断裂带处于强闭锁状态。整个狭义的海原断裂带平行断层面剪切模量比周围介质要小的多,在0.4以下,且0~5 km要比深部大,可能反映了1925年海原8.5级地震之后,该断裂仍然处于震后调整状态。西段金强河断裂、毛毛山断裂、老虎山断裂浅部0~5 km剪切模量较小,而在5~20 km剪切模量相对较高,结合沿断层面地震活动分布特征,认为金强河、毛毛山断裂浅部可能存在蠕滑,而深部5~20 km存在应变能积累特征,具有强震发生的背景,而老虎山断裂由地表至深部地震活动较为密集,可能存在贯通性蠕滑,强震发生的可能性较小。

联合GPS和InSAR研究海原-六盘山断裂现今的地壳变形特征

海原—六盘山构造区为青藏高原东北部构造变形最为显著的区域之一,历史强震活动频繁,是研究青藏高原NE向扩展的重要窗口和地震孕育过程的理想场所。文中处理了跨海原-六盘山断裂2014—2020年期间2个轨道的时序Sentinel-1A/B SAR数据,获得了该区域InSAR视线向现今的地壳形变场。融合公开发表的近十多年时间尺度的水平GPS地壳运动速度场,获得了研究区高密度地壳水平形变场。对比GPS、水准和InSAR观测结果,以及GPS-InSAR融合的高密度水平形变场,分析讨论了该区域的地壳形变、应变场特征及其与构造之间的对应关系。主要结论如下:1)GPS和InSAR观测表明,1920年海原8.5级大地震的震后黏弹性松弛效应在海原断裂南侧至今仍较为明显;2)GPS-InSAR高分辨率水平形变场表明,狭义海原断裂左旋滑动速率的递减主要发生在中东段,而中西段递减并不显著,可能与海原断裂向六盘山断裂之间由左旋走滑向逆冲推覆构造转换有关;3)六盘山断裂中—南段的地壳垂直形变和水平形变场特征均显示,该段断裂可能处于强震孕育的中晚期,根据反演得到的断层运动参数和地震地质资料,估算六盘山断裂中—南段发生强震的最大矩震级约达7.5级;4)研究区应变积累较快的区域主要集中在海原断裂附近和海原断裂—香山-天景山断裂之间的左旋剪切区,香山-天景山断裂东南段的应变率场和周围相比明显偏小,存在应变不匹配现象,可能与强震孕育有关。

基于背景噪声成像研究海原—六盘山地区地壳三维速度结构及其构造意义

海原—六盘山地区地处青藏高原东北缘,是青藏块体东北向挤压的前缘地带,地质构造活动活跃,历史上曾发生过多次7级以上地震.但该区域已多年未发生6级以上强震,是一个具有发生强震危险性的地震空区.精细的速度结构能够为认识海原—六盘山地区的构造活动性和地震危险性提供帮助.本文以布设在该区域的50个流动台站和38个固定台站为基础,提取Rayleigh波相速度频散曲线,通过面波直接成像方法获得了研究区地壳三维精细横波速度结构,再结合区域2010年至2023年地震精定位的结果,得到以下认识:(1)研究区以海原—六盘山断裂为分界线,东西两侧结构差异显著.东侧鄂尔多斯块体浅部以大范围的低速沉积层为主,对应较低的地震活动性;西侧为高速异常,对应较高的地震活动性.(2)精定位结果显示,大部分地震发生在高低速异常体边界线上,分布特征与地表构造单元表现出较好的一致性.(3)六盘山和鄂尔多斯西缘靠近西秦岭北缘断裂带呈现明显的高速异常,推测该区域地处祁连造山带,反映了深部致密的基底结晶.(4)海原—六盘山地区的地壳厚度自南西向北东逐渐减薄,且在本研究区域的中下地壳未发现低速异常体“通道”.

青藏高原东北缘海原-六盘山断裂带现今地壳应力环境的数值分析

海原-六盘山断裂是青藏高原东北缘的大型边界断裂带,是中国大陆典型的地震危险区。地壳构造加载特征的定量研究有助于分析区域孕震环境,参考青藏高原东北缘GPS形变和岩石圈精细结构等资料,本文建立海原-六盘山断裂带周缘的三维岩石圈分层模型,分析现今构造加载作用下区域地壳形变和应力演化特征。数值计算结果显示:青藏高原东北缘现今处于以北东-南西向的水平挤压为主导和北西-南东向的水平引张的变形特征。青藏高原东北缘中-下地壳流变性质影响上覆脆性地壳应力环境,中地壳较低粘滞系数对应的模型地壳应力计算值与研究区实际地壳应力场相近。海原断裂中-西段构造加载作用显著,具有相对较高的库仑应力积累和最大剪应力分布;而六盘山断裂周缘地壳应力和最大剪应力小于海原断裂带。构造应力积累的空间分布差异说明六盘山断裂具有较弱的构造孕震环境,而研究区走滑型断裂的孕震加载作用显著。尽管六盘山处于较低的应力状态,但仍不能轻易忽视其长期存在的强震空区所暗示的发震潜力。

宝鸡地区主干断裂的遥感图像识别方法研究

六盘山地区的断裂带众多,对中国的影响深远。宝鸡地区作为六盘山最重要的一段,断裂的存在影响着整个地区的稳定。前人对宝鸡地区断裂的研究限于各种条件,主要是通过野外考察以及精度较低的遥感图像得到断裂的情况,对于断裂的位置判断并不完全准确,所以选取多波段遥感图进行融合与解译,识别断裂在遥感图上的特征,得到断裂的准确位置,对地质图上的断裂进行修正。研究结果表明,宝鸡地区的断裂利用断层三角面、水系的弯曲等标志解译后,能很好地得到断裂的特征,对比得到断裂的实际位置。

利用GPS资料反演海原-六盘山断裂带闭锁程度与滑动亏损分布

利用中国大陆GPS水平速度场数据,基于块体旋转与块体边界断层闭锁模型,反演了海原-六盘山断裂带中各断裂的闭锁程度与滑动亏损分布,并结合反演结果对该断裂系统的强震危险性进行了分析。结果显示:海原-六盘山断裂带中的金强河断裂、毛毛山断裂和六盘山南段闭锁程度最强;滑动亏损高值出现在金强河断裂、毛毛山断裂和老虎山断裂,而六盘山断裂整段滑动亏损均较小,应变积累缓慢;其他断裂闭锁程度与滑动亏损均相对较小,其中,海原断裂(狭义)闭锁程度最弱,滑动亏损也仅分布于断层浅部。结合历史地震情况,分析认为金强河断裂、毛毛山断裂以及六盘山南段在未来一段时间内强震危险要高于其他断层段。

鄂尔多斯西南缘六盘山-宝鸡断裂带最新活动性及大震危险性

六盘山-宝鸡断裂带位于鄂尔多斯地块的西南缘和南北地震带的中段，在大地构造上，它位于青藏高原东北缘和华北地块交界的位置，是分割中国大陆内部稳定的鄂尔多斯地台与强烈隆升的青藏高原东北缘之间的边界活动构造带，是第四纪地壳构造变动十分强烈的变动带。该断裂带与南北地震带中南段的龙门山断裂带隔秦岭相望，两者具有相似的大地构造位置。

鄂尔多斯地块西南缘宁夏固原地区原位地应力测量结果及其成因

鄂尔多斯地块西南缘新构造活动强烈、地震频发,具有复杂多样的构造变形模式和活动特征。为了解鄂尔多斯地块西南缘地壳浅部地应力分布规律及断层稳定性,利用宁夏固原地区的水压致裂地应力测量数据,结合其他实测及震源机制解资料,分析了鄂尔多斯地块西南缘构造应力场特征。结果表明:①研究区2个钻孔的主应力关系整体表现为S H>S v>S h,水平应力起主导作用,属于走滑型应力状态,钻孔附近最大水平主应力方位平均为N59°W,与震源机制解获得的青藏高原东北缘主压应力方位有差异,推断鄂尔多斯地块西南缘现今NWW向走滑剪切应力环境的形成可能主要受到海原断裂带和六盘山断裂带的影响,应为局部构造和区域构造应力场共同作用的结果。②利用Mohr-Coulomb准则及Byerlee定律,摩擦系数取0.6~1.0,对研究区的现今地应力状态分析后发现,鄂尔多斯地块西南缘海原断裂带和六盘山断裂带的地应力大小未达到地壳浅部断层产生滑动失稳的临界条件,处于较稳定的应力状态。该研究成果为鄂尔多斯地块关键构造部位的断裂活动性分析和地质环境安全评价提供了参考依据。

利用GPS数据研究南北地震带北段近期地壳水平形变特征

采用中国地震局"陆态网络"GPS基准站和流动站观测数据,利用MIT的开源软件GAMIT/GLOBK解算南北地震带北段(33°~42°N,97°~110°E),特别是六盘山地区、祁连地块、银川地堑1999年以来在欧亚框架下、以鄂尔多斯块体作为参考的GPS速度场。计算南北地震带北段5条断裂两侧50~350km范围内各站垂直/平行于断裂走向的速度投影,以及14个基准站18条基线2010年以来的长度时间序列,试图进一步估计关心区域的应力积累情况,探索断层闭锁段。结合地震活动性,认为南北地震带北段未来50年有发生M8地震的可能性;该段1900年以来的第4个M6、M7地震活跃期可能已经拉开序幕,未来2年有发生M7以上地震的可能性;祁连断裂带、海原断裂、西秦岭北缘地震带具备发生M6和M7地震的优先条件,尤其是海原断裂。

青藏高原东北缘岩石层结构:高原横向生长的机制

青藏高原东北缘及其周边亚洲板块(北部到阿拉善块体,东部到鄂尔多斯块体)岩石层结构的探测对了解青藏高原的抬升和横向生长具有重要的意义。本研究利用布设在青藏高原东北缘和周边区域的高密度地震台阵所记录的波形,计算S波和P波接收函数,研究岩石层结构。结果表明,鄂尔多斯块体和阿拉善块体下方的地幔岩石层中存在较强、相对稳定的负速度梯度,其深度范围在70~150km,这与典型稳定的大陆岩石层类似;相比之下,在青藏高原东北部下方地幔岩石层的速度梯度相对较弱和较模糊,这可能是由于地幔岩石层高温和存在部分熔融物质造成的;青藏高原与鄂尔多斯块体和阿拉善块体边界之间的岩石层结构变化剧烈,这两个块体作为刚性边界限制了青藏高原的横向变化。此外,在青藏高原东北角到银川地堑区域的地幔岩石层结构是相似的,这可能意味着从青藏高原东北角到鄂尔多斯块体和阿拉善块体之间的过渡间隔区内存在横向地幔流。这个过渡带的地壳结构为青藏高原横向生长提供了证据。特别是,在海原断裂和天景山断裂之间出现了地壳增厚和双地壳的证据,该区域可能是青藏高原在东北缘横向生长的前沿。