郯庐断裂带中南段地壳厚度与泊松比研究

郯庐断裂带中南段与西太平洋板块俯冲以及华北克拉通破坏密切相关,研究其深部结构对于了解郯庐断裂带构造演化过程、强震的孕震机制具有重要意义.本文利用密集台阵波形资料,采用接收函数H-κ叠加方法获得郯庐断裂带中南段的地壳厚度和泊松比.结果显示,郯庐断裂带中南段的地壳厚度分布以庐江和新沂为分段点呈现出与地质构造相关的南北向分段特征:南段的断裂带西侧的地壳厚度比东侧厚约5 km,中段的断裂带两侧厚度差异减小至约3 km,而北段则表现为断裂带下方隆起特征.郯庐断裂带沿线的地壳泊松比较高,推测是地幔物质的热侵蚀和化学侵蚀所致.根据艾里地壳均衡理论,南段地壳厚度与地表高程相关,基本符合艾里地壳均衡模型;而中段两侧地表高程基本相同,两侧地壳厚度差异表明不符合艾里地壳均衡模型,可能与断裂带西侧的华北克拉通岩石圈比东侧扬子克拉通岩石圈具有更高密度有关,高密度岩石圈产生向下“拖拽力”导致莫霍面相对理论值偏深;北段的莫霍面也偏深,与中段断裂带西侧情况类似,该区域基本位于华北克拉通块体.在郯城地震破裂范围内,存在莫霍面的不平滑过渡、活动块体的边界带以及断裂的分叉与交汇这三类结构特征.在上述结构特征的区域应力更集中,从而孕育产生了1668年郯城8.5级地震.

郯庐断裂带中南段闭锁特征与地震危险性分析

利用华北地区1999~2007、2013~2017两期GPS水平运动速度场数据,采用块体负位错模型,分别反演了郯庐断裂带中南段不同段的断层闭锁程度和滑动亏损速率分布;结合地表应变结果,综合分析了郯庐断裂带前后两期的变形差异特征,并探讨了其与日本3·11地震间的可能关系。研究结果表明:日本地震后,郯庐断裂带中南段郯城以北的段落闭锁程度有所减弱,中南段东部地区主张应变率增强,处于拉张状态;日本大地震的发生对郯庐断裂带中南段的应变积累起到一定的缓解作用。2013~2017最新一期反演结果显示莒县以北断层闭锁程度仍较高,闭锁深度较深,为右旋挤压亏损,是1668年郯城地震的未破裂段;莒县以南到泗洪附近断层闭锁程度较低,无滑动亏损积累;泗洪以南到嘉山段断层闭锁程度较高,是历史地震的未破裂段,同时该地区小震不活跃,易于应力积累,地震危险性值得关注。

郯庐断裂带中南段及邻区基于背景噪声的瑞利波群速度层析成像

本文收集了郯庐断裂带中南段及邻区省属和市县地震台网共261个宽频带地震台站2015年1月至2016年12月间的垂直向连续波形资料,利用长时间序列背景噪声互相关法提取台站对之间的经验格林函数,采用时频分析法提取瑞利面波混合路径频散曲线.通过质量控制和严格筛选后得到了15627条路径上的群速度频散曲线,重新构建了郯庐断裂带中南段及邻区瑞利波5~50s、分辨率为0.75°×0.75°的群速度分布图像.分析研究了6个周期的群速度分布图像和3条不同方向的纵向周期剖面,这些图像揭示了郯庐断裂带中南段及邻区地壳上地幔速度结构具有横向分块和纵向成层的非均匀性特征.结果表明,短周期(6s、10s)的群速度分布与地表地质和构造特征密切相关.拥有较厚沉积层的苏北盆地、合肥盆地及河淮盆地等显示为低速,而基岩广泛出露的鲁西隆起、大别-苏鲁造山带、扬子克拉通及华南褶皱系则呈现出大面积的高速异常.随着周期的递增(15s、20s),群速度分布受地表地质构造的影响逐渐弱化.受地壳厚度和莫霍面附近的速度差异影响,大别和苏鲁地区在较长周期(25s、30s)群速度图上表现出相对较低的速度,这可能与这些地方Moho面埋藏较深有关.纵向剖面显示,苏鲁-大别造山带及其高压、超高压变质带不仅在浅地表具有基本相同的地形地貌和构造特征,地壳内也有着极为相似的Rayleigh波群速度分布特征.壳内群速度分布总体上表现为上凸下凹状,形状似一"哑铃".上地壳具有上凸下凹的形态、相比邻区具有较高的群速度值;中地壳低速;下地壳上凸下凹且埋藏较深,反映出具有陆陆碰撞造山的残留山根特征.苏鲁及大别两地自浅地表至上地幔具有相似的Rayleigh波群速度分布不仅为二者被左旋走滑的郯庐带平移错开提供了佐证资料,同时也为郯庐带的形成与演化提供了地震学依据.

郯庐断裂带中南段及邻区Rayleigh波相速度与方位各向异性

与方位各向异性郯庐断裂带中南段及邻区处于华北克拉通和扬子克拉通的结合带,是研究陆内碰撞、大陆聚合及生长、地球动力学和岩石圈形变等问题的天然实验场。为获取研究区内更为精细的壳幔S波速度和方位各向异性的分布,文中利用郯庐断裂带中南段及邻区范围内共261个固定宽频带地震台站2a记录的连续波形数据,利用时频分析法提取了5~50s周期的Rayleigh面波相速度频散曲线。之后,将研究区域划分为0.25°×0.25°等间隔的网格点,并采用Tarantola方法反演获得了研究目标区内的二维Rayleigh波相速度与方位各向异性的分布图像。此外,还分析研究了6个具有代表性周期的相速度及方位各向异性分布图像,这些图像揭示出郯庐断裂带中南段及邻区壳幔速度结构的横向非均匀性及方位各向异性的空间差异特征。研究结果表明,相速度的分布特征与地质构造单元有着较好的对应关系。在地壳浅部(6~10s),拥有较厚松散沉积层覆盖的盆地和基岩出露的造山带分别呈现为低速异常和高速异常。随着周期递增(15~20s),地壳介质受浅部沉积层的影响有所减弱,河淮盆地、苏北盆地等平原地区局部出现了高速异常。下地壳至上地幔(25~30s)的相速度分布受地壳厚度的影响,总体上与莫霍面埋深呈负相关,如莫霍面厚40km的大别造山带由短周期高速转为低速分布。由于研究区内各个地质构造单元所处的构造环境存在差异,Rayleigh波相速度的方位各向异性也存在较为明显的空间差异性。总体上,各向异性的强度随着周期(深度)的递增而有所增强,快波方向更具规律性。综合苏北盆地自地壳浅部至岩石圈地幔的连贯低速分布及方位各向异性的一致性,我们认为其下方可能存在着壳-幔强耦合的现象。

日本M_(W)9.0地震前后郯庐断裂带中南段构造应力场动态变化特征

本文以郯庐断裂带中南段及周缘为研究区,计算和收集了1970—2016年1148次地震震源机制解,采用阻尼应力张量方法反演了构造应力场,通过分析应力场时空动态变化过程和地震活动性特征,探讨了2011年3月11日日本9.0级地震对郯庐断裂带中南段及周缘的影响.结果显示:9.0级地震对郯庐断裂带中南段及周缘造成了显著影响,表现为应力场出现扰动变化和地震活动显著增强.以挤压为主的背景应力场呈现出一定的拉张作用,应力结构及应力方向发生变化,最大主应力σ_(1)轴倾伏角增大,中等主应力σ_(2)轴倾伏角减小,最大主应力σ_(1)轴方向发生小幅逆时针偏转.包括研究区在内的中国陆地东部地区地震活动显著增强,中强地震丛集活动.应力场扰动变化和地震起伏活动存在较好的相关性,并先后呈现出3个不同阶段,扰动导致的构造应力作用方式的阶段性改变是地震活动增强的动力机制.结果还显示,应力场扰动变化和地震活动增强开始于9.0级地震前1~2年,揭示了9.0级地震的影响不仅限于同震和震后,在其孕震后期已经对远场的中国陆地东部产生了影响.本文结果可以为日本俯冲带大震对中国陆地构造活动影响的相关研究提供参考依据.

郯庐断裂带中南段应力场及变形特征

收集郯庐断裂带中南段及附近区域2009年以来的小震初动资料,利用格点尝试法求得51个台站的综合机制解和167次小震的震源机制解,采用Michael的应力张量求解方法获得区域应力场分布;同时利用震源机制三角形分类方法,对51个台站综合机制解的变形形式进行分类,探讨其空间分段特征。结果表明:研究区域的主压应力方向以NEE和近EW向为主,沿郯庐断裂带中南段由北往南,主压应力方向由NEE向逐渐偏转为近EW向;郯庐断裂带中南段变形特征存在局部差异,山东段以走滑型机制为主,兼有部分正断层震源机制;江苏段及安徽北段,郯庐断裂带带内及其东侧集中表现为逆冲断层类型,西侧则以走滑型为主;安徽段南端,郯庐断裂带东西两侧,震源机制分别以走滑型和正断型机制为主。

用ECRS方法对郯庐断裂带中南段地震的跟踪研究

基于地震学多参数的地震对应概率谱(ECRS)方法及此前研究成果,对郯庐断裂带中段和南段(中南段)至2015年9月份的地震异常特征进行了跟踪研究。时间跟踪研究结果表明,目标地震均在震前出现多参数的综合高值异常,且目前其综合指数处于异常上升状态。空间跟踪研究结果同样显示,研究区目标地震发生前大多有高值异常出现并逐渐增强,地震多发生在异常区域内或者附近。

郯庐断裂带中南段5级以上地震时空迁移规律分析

郯庐断裂带是大华北地区一条南北纵贯的活动地震带,这些地震活动在时空特征上表现出活跃、平静和迁移这三大特点。在整个大陆区域内部,强震常常表现出沿着一条活动断裂带边迁移发生的特点,地震活动期内断裂带附近的板块构或板块边界相继发生大地震的情况也很常见,因此地震目录表现出规律性以及沿断裂带迁移的现象。该课题通过分析选取特定段内地震目录,对该地震活动进行统计分析,从M-T图、频度图和累计频度、能量释放曲线、发震时间间隔、震中迁移等,对华东地区未来的地震趋势进行预测。

安徽地区跨断层流动水准测量与区域地震关系研究

收集安徽地区沿郯庐断裂带及“霍山窗”布设的6个场地流动水准测量近30 a的观测资料,应用“形变速率累加分析”法进行处理,研究异常时段与周边地震的关系,分析相同时段所有场地形变速率累加整体特征。结果表明:1)形变速率累加分析能够有效提取每条测线超过2倍标准差的数据,同时速率较小的趋势性变化可得到压制。2)形变速率累加分析在提取形变速率时,原始数据的转折变化也能得到一定程度保留,曲线转折时期形变速率累加出现的频次明显增多。3)连续的形变速率累加时段映震效果较好,但并不能一一对应,需结合测线进行具体分析。4)研究区各测线形变速率累加在不同时段出现的频次不同,说明断裂活动均具有一定的分时特征,分时活动整体上具有群体性特点。5)当该区域跨断层水准资料的形变速率累加出现较为密集的群体性变化时,华东地区发生M_(S)5.0左右地震的可能性会增大。