Analysis of Spatial and Temporal Variation Characteristics of the bvalue in the Hetao Seismic Belt

Focusing on the b-value as the research target and under the theoretical framework that the b-value is determined by stress state and medium properties, the variation characteristics of the b-value in the Hetao seismic belt are analyzed. Earthquakes with ML≥1. 5,which have occurred in the Hetao seismic belt since 1970 are selected to conduct the quantitative detection of the non-uniform temporal change of Mcusing the EMR method. Based on the actual situation of seismic activity,the lower limit magnitude is set as ML2. 0 to calculate the b-value. The temporal variation of the b-value is calculated and scanned using the least square method. The results show that there is a good corresponding relationship between the temporal variation of the b-value,strong earthquake activity,network distribution and aftershock deletion. We also calculate and scan the spatial variation of the b-value by using maximum likelihood. The results show that the spatial difference is possibly caused by stress state and crustal medium properties. The tectonic dependence of the b-value is obvious. In addition,the sufficient earthquakes samples in each magnitude interval are still a key step to improve the calculation accuracy of the b-value.

中亚造山带南部—鄂尔多斯盆地北部的壳幔结构特征及其构造意义

鄂尔多斯盆地北部至中亚造山带的广大地区,经历了早前寒武纪华北克拉通的形成、古生代古亚洲洋闭合、中生代陆内造山、新生代裂陷等系列重大地质事件,且该区赋存大规模能源和矿产资源、发育河套地震带,因此该区壳幔结构特征对其地质演化过程、资源富集机制、地震孕育机理均具有重要指示意义.本文基于内蒙古满都拉—陕北延川宽频带线性地震台阵资料,开展同剖面人工源地震测深结果约束下的多频接收函数和面波频散联合反演、接收函数共转换点叠加成像研究,构建了纵跨中亚造山带南部—阴山造山带—河套地堑—鄂尔多斯盆地北部一线的地壳上地幔精细结构.研究结果显示:沿剖面Moho面存在较大起伏,深度变化范围为35~48 km,整体上呈现以河套地堑为中心,相向汇聚、分段加深的近似对称图案;河套地堑地段,Moho面以穹窿形上隆的方式完成过渡,Moho面上隆、上地幔低速区的分布范围与孔兹岩带分布之间具有较好的一致性;大青山、乌拉山、色尔腾山交汇部位的地震活动分布,在空间上呈现速度结构迥异、相对独立的花状构造特征.以上特征指示研究区地壳在古元古代鄂尔多斯—阴山地块碰撞拼合、古生代中亚造山带造山的构造格架基础上,主要记录了中生代燕山运动B幕的强烈南北向挤压变形,并叠加了新生代以来,特别是新近纪至今鄂尔多斯北缘的强烈伸展断陷作用;渐新世河套地堑的初始发育是基于古元古代鄂尔多斯—阴山地块的碰撞拼合带启动的,意味着克拉通陆核的早期结合带在后期演化中依然保持着构造薄弱带的属性;大青山山前断裂、色尔腾山山前断裂是交汇区的主干断裂,它们均具备正断和走滑性质,而乌拉山山前断裂、北缘断裂分别在两者之间起到调节作用,推测1996年包头6.4级地震的发震断层对应北部色尔腾山山前断裂东段沿南倾方向在地壳深部的延伸.

基于震源机制资料分析河套地震带的应力场变化特征

从地质构造运动和1970年以来Ms≥4．0地震的震源机制资料分析认为，垂直差异性和水平剪切运动共同控制河套地震带的应力场，使其表现出左旋剪切并具有较多的正走滑型断层机制解。根据平均力轴张量计算和自助线性反演结果，河套地震带的最大主压应力方位为47°～52°，作用方向NE-SW；最小主压应力方位313°～322°，作用方向NW-SE。平均力轴张量计算结果显示，所辖次级块体的应力场特征并不完全一致，临河盆地的应力场与河套地震带相协调，呼包盆地的应力场表现出区域性差异，压应力方向在包头地区出现顺时针偏转，作用方向NEE；这种非均匀性的应力场分布特征可通过历史中强地震和近期中小地震的应力轴水平投影分布图像得到证实。2003年以来，河套地震带的震源机制一致性参数的时序曲线趋势下降，这种有序变化更多地是由临河至乌海地区的震源机制一致性引起的，表明该构造部位有可能成为未来应力高度积累和加速释放的优先场所。

河套地震带的震源机制类型时空分布特征

基于地质构造背景分析,收集2000年以来发生在河套地震带的ML≥2.8级地震作为研究对象,综合运用基于P波初动的振幅比方法(APAS)和基于波形拟合的CAP反演方法求出256次地震事件的震源机制解。以断层节面滑动角作为判定指标,分区域给出了河套地震带的震源机制类型空间和时间分布图像,从断层滑动角度呈现河套地震带应力场时空变化过程。结果显示:临河盆地断层节面滑动角主要在水平±20°方向存在优势分布,走滑型特征显著;具体来讲,狼山—色尔腾山山前断裂带、临河断裂、乌拉山山前断裂等主要以纯走滑型地震为主,巴彦乌拉山断裂与磴口—本井断裂之间的区域多分布正走滑型地震。呼包盆地断层节面解虽然也呈现出走滑型为主的特征,但滑动角分布较为离散,优势分布方向不明显;呼包盆地西侧的包头至西山咀凸起一带表现出以走滑为主的小范围震源应力场特征,呼包盆地内部及东侧由于显著的区域垂直差异运动,正断层和逆冲型地震所占比例较大,震源机制类型整体呈现出与构造相依的分布特点。分析认为,2000年以来,河套地震带的应力场存在一定的时空非均匀性变化,研究结果更多表现了河套地震带的震源应力场变化过程,而研究资料时间不够长和震级不够大是引起这种应力场非均匀性暂态特征的主要因素。

河套带、汾渭带中等地震活动平静对中强地震的指示意义

以相邻2次地震的时间间隔作为统计量,对河套带、汾渭带1976年以来的地震活动平静异常进行了统计检验。结果表明河套带、特别是汾渭带中强地震之前大范围内中等地震活动的异常平静现象是明显的,河套带、张渤带发生的5次6级以上强震有4次发生在平静异常结束或在平静过程中。目前该区域中等地震平静时间已远远超过历史统计的最长时间间隔,未来一段时间河套带、张渤带及邻区存在发生强震的可能性。

多方法联合评估河套地震带的台网监测能力

使用删除余震后的地震目录,综合运用多种方法进行Mc值的定量计算和对比分析,对河套地震带的台网监测能力的时空变化进行分析判定。结果表明,1970年以来,河套地震带的台网监测能力整体呈现逐步增强趋势。在Bootstrap次数为200的条件下,MAXC方法确定的研究区整体Mc值为ML2.7±0.07,δMc的分布基本控制在ML0.1~0.4之间,EMR方法给出的Mc时序变化范围是ML1.6~2.8;多方法联合测定的Mc值变化范围为ML1.8~3.3,R/S检验给出的结果是ML3.4。对比发现,余震删除对最小完整性震级的计算有一定影响,R/S检验求取的最小完整性震级在余震删除前后相差ML0.9;整体来看,Mc值随时间演化逐渐减小,较小时空范围内的Mc值仍有显著的非均匀性变化现象,不同时段内台网布局的空间调整以及地震事件的时空非均匀性活动可能是主要原因。

河套地震带的b值时空变化特征分析

本文以b值作为研究对象,在b值由应力状态和介质性质共同决定的理论框架下,开展了河套地震带的b值时空变化特征分析。选取1970年发生在河套地震带的ML≥1.5地震作为考察对象,运用EMR方法定量检测了最小完整性震级Mc的时序非均匀变化,并根据研究区地震活动实况,确定b值的起算震级为ML2.0。运用最小二乘法进行了b值时间扫描计算,结果显示,b值时序变化较好地对应了研究时段内的中强地震活动、台网分布和余震剔除等变化因素。运用极大似然法进行了b值空间扫描计算,结果显示,河套地震带的b值空间差异可能由地壳介质体性质和应力环境共同引起,相对来讲,b值的构造相依特征更为明显。此外,满足各震级档有足够多的地震样本依然是提高b值计算精度的关键环节。

河套地震带中小地震的震源机制测定及应力场特征

运用振幅比和CAP方法测定224次地震的震源机制解,进行归一频度统计和震源机制类型时空分析,以考察河套地震带的应力场在模式转换和应力作用方式两方面的变化形态。河套地震带的压应力方位在北东向存在优势分布,张应力方位在北西向存在优势分布,滑动角主要分布在近水平方向,应力场整体表现出继承性运动特征,表明水平剪切拉张运动总体控制了带内断裂的作用模式而多产出走滑型地震,并贯穿整个研究时段,属稳态应力作用模式。在太平洋板块向西俯冲和青藏块体向北运移的联合作用下,河套地震带两侧的阴山隆起和鄂尔多斯块体作相对旋性扭动,最终驱使带内众多北东-近东西向展布的断裂产生水平旋性剪切,构成相对稳定的应力场演化模式。

河套地震带Pg波速度过渡区的地震空间相关长度幂律变化

基于Pg波速度反演和地震重新定位,运用单键群算法对Pg波速度过渡带的地震空间相关长度进行了幂律拟合分析.Pg波速度反演结果表明,其速度的横向变化表现出构造相依的特征,速度高低与地壳厚度呈正相关,并在包头—西山嘴凸起和岱海凹陷两个区域形成Pg波速度过渡带.利用重新定位的地震数据计算了这两个速度过渡区的地震空间相关长度,结果显示其幂律拟合曲线均呈一定的增长趋势,表明2008年以来两个Pg波速度过渡区域的应力作用不断集聚、增强,断层有逐步进入协同化阶段的可能,加之速度过渡带通常是地壳运动强烈区域,未来将成为孕育中强地震的有利场所.在有效控制定位误差的条件下,重新定位可以明显减小地震空间相关长度的离散形态,提高计算精度.

河套地震带波速比分区特征

以构成河套地震带临河盆地和呼包盆地为研究区域,收集整理2000年以来ML≥1.5地震事件的观测报告,经过到时校正,运用和达法求解多台单震平均波速比。结果显示:1呼包盆地2000年以来波速比平均值为1.723,计算方差±0.023 07;空间分布显示,在呼包盆地周缘地质构造体过渡地带存在多处波速比高低值转换区域,特别是大青山山前断裂东段尤为显著;2临河盆地2000年以来波速比平均值1.733,计算方差±0.022 64,空间分布显示,在狼山山前断裂和杭锦后旗断裂间的NE向凹型区域,及从鄂尔多斯北缘断裂中部横贯临河断裂和色尔腾山山前断裂的NW向区域,表现为较连续的低值区域。分析认为,河套地震带的平均波速比在空间分布上表现出与构造相依的变化特点,平均波速比受到区域地震活动水平及地下介质体构成的影响而产生空间上的高低值差异分布。另外,波速比求解过程中的主要参数之间是否具有严格的相关性似乎较难确定,区域地震台网布局和参与计算的地震样本数可能是影响统计结果的主要因素。

鄂尔多斯地块深部岩石圈电性结构研究

近年来新的研究成果反应出鄂尔多斯地块岩石圈并不是一个具有深根的完整的刚性块体,尤其在鄂尔多斯北部以及河套地堑发现有大范围的下地壳-上地幔低速低阻物质,如果这一情况属实,那么人们对鄂尔多斯地块的认识将发生大的变化.为此,我们在华北克拉通西部布设了一条穿过鄂尔多斯地块、河套地堑和阴山造山带的南北向大地电磁剖面,试图通过深部电性结构的探测提供更多信息.该剖面全长约850 km,共布设54个宽频测点和17个长周期测点.二维和三维反演结果均表明:鄂尔多斯地块内部以38°N为界,南部和北部电性结构存在明显差异.鄂尔多斯地块南部地壳至上地幔150 km深度范围内整体表现为高阻,具有刚性克拉通的特征;鄂尔多斯地块北部到河套地堑之间下地壳出现低阻层,特别是鄂尔多斯北端与河套地堑接壤地段,深部存在一个规模较大的下地壳-上地幔低阻异常体,该异常体从河套地堑开始,横向上向南延伸到鄂尔多斯地块内部约200 km,纵向上从下地壳向下延伸到上地幔(约100 km深度).根据该异常体的空间特征,参考该区地震波低速异常体的分布,我们认为鄂尔多斯北部及河套地堑中下地壳到上地幔存在热物质,其原因与深部的构造活动有关(软流圈热物质上涌、侧向流动等),这一情况可能反映出鄂尔多斯地块北部岩石圈深部正处于被改造(或者破坏)阶段,这对进一步认识青藏高原东北缘与华北克拉通之间的深部关系具有一定的启示作用.

河套地震带中强地震前的小震活动图像分析

选择应力场特征相对统一的河套地震带作为研究区域,选取1970年以来的6级以上中强地震作为研究对象,根据中强地震的孕震尺度,利用1970年以来记录相对完备的小震记录,对中强地震发生前中小地震的时空演化图像进行分析。结果表明,1970年以来,河套地震带6级以上中强地震发生前,其孕震尺度内的中小地震活动均呈现出不同形态的异常活动特征;1976年和林格尔6.2级地震发生前出现中小地震的长期平静异常和地震围空、1976年巴音木仁6.2级和1979年五原6.0级地震发生前均出现中小地震的丛集活跃和密集增强现象、1996年包头6.4级地震发生前则表现为不同震级的嵌套平静异常特征。在划定的孕震尺度范围内,河套地震带6级以上中强地震发生前的中小地震时空演化规律可为该地区未来的中强地震预测提供参考依据。

鄂尔多斯地块北部至阴山造山带深部电性结构特征研究

在SinoProbe-01项目的资助下,完成了一条跨越鄂尔多斯地块北部、河套断陷盆地和阴山造山带的大地电磁剖面,剖面长约440 km,共包括24个宽频测点和4个宽频一长周期联合测点.采用NLCG算法对TE和TM模式数据进行了二维反演,获得了该剖面的二维电性结构模型.结果表明:鄂尔多斯地块北部由浅至深电性结构比较简单,成层性较好,大体可分为低阻沉积盖层-高阻上地壳-低阻下地壳和上地幔顶部三层;河套断陷盆地和阴山造山带电性结构相对复杂,电阻率高低相间.鄂尔多斯地块北缘、河套断陷盆地以及阴山造山带区域的壳幔高导体可能与硫化物和部分熔融作用有关,而鄂尔多斯地块内部大规模的壳幔高导层可能是由高导矿物引起的.河套断陷盆地的沉降、阴山造山带的地势抬升和鄂尔多斯地块北缘东胜一杭锦旗一带的的隆起之间有着紧密的关系,它们的形成可能与区域伸展构造环境条件下的软流圈物质上涌有关.

河套盆地吉兰泰构造带形成演化及控藏作用

研究河套盆地吉兰泰构造带油气成藏规律。基于新采集的三维叠前深度偏移和部分二维地震资料,结合钻井岩心、薄片及古生物资料,开展了吉兰泰构造带构造特征、形成演化及控储、控藏作用分析。结果表明,河套盆地经历了白垩纪早期挤压上冲构造和固阳组沉积以来4期伸展成盆演化,形成了现今东西分带、南北分区的构造格局。白垩系固阳组底界面为由区域挤压向伸展转换的重要构造变革界面,吉兰泰构造带为新生代以来的山前转换带,提出了“古隆控储、走滑控圈、立体输导、多域聚集”油气成藏新模式,勘探发现了浅层变质岩高效益块状潜山油藏和碎屑岩多油水系统复式聚集的高丰度断鼻构造油藏。

河套地震带分区地震空间相关长度变化特征

以河套地震带作为研究区域,选取2001年以来小震事件作为研究对象,采用单键群(SLC)方法,计算研究区地震空间相关长度,并分区域讨论其时序变化特征。计算结果表明,2001年以来,河套地震带5个子区域地震空间相关长度表现出不同变化特征,且无持续性变化,多在约3年时间尺度上表现出增长现象,表明地震空间相关长度的增长变化不太可能反映区域应力场的长期变化,而可能携带应力场的中期变化信息。通过设定不同计算窗长和滑动步长来考证计算结果,发现地震事件时空分布的非均匀性、空间窗形状和大小等因素,可能影响地震空间相关长度的数据变化幅度,但不影响整体变化趋势。

基于双差定位法的鄂尔多斯块体西北缘地震精定位研究

针对鄂尔多斯块体西北缘地震活动的复杂性及目前台网定位方法存在偏差的问题,采用双差定位法对2009—2019年发生在鄂尔多斯块体西北缘的地震事件进行重新定位。经研究表明,双差定位之后地震分布更集中,鄂尔多斯块体西缘的地震沿银川吉兰泰断陷带分布,北缘的地震沿河套断陷带分布,地震定位精度明显提高,这与块体周缘复杂的地质构造背景和动力学过程密切相关。定位结果可为进一步研究该区域的地震活动性等提供参考。

河套盆地纳林湖构造带油气富集主控因素分析

河套盆地纳林湖构造带被两条断层分割形成“两洼夹一垒”的结构特征,目前已在古近系临河组、乌拉特组和白垩系固阳组发现了三套含油气层系。该构造带为多油源、多层系含油、多类型油藏共生的复式油气聚集,具有较大的勘探潜力。通过分析该构造带的油气成藏条件,结合已钻井分析,认为近油源、晚期弱构造、晚期地层反转是该地区油气富集的主控因素。研究结果为下步勘探提供了方向。