2020年伽师MS6.4地震前震活动研究

2020年1月19日新疆伽师发生M_(S)6.4地震,震前约45小时震源区曾发生M_(S)5.4地震,构成典型的前-主-余型地震序列,显著且丰富的前震活动为研究主震成核过程提供了宝贵的基础数据.本文收集了M_(S)6.4地震震中100km范围内6个地震台站的波形数据,以重定位后的地震目录作为模板,利用匹配定位方法(Match&Locate)对M_(S)6.4地震前后(2019年12月1日至2020年1月31日)的小地震进行了检测和定位,检测得到4664个地震事件,其中261个事件发生在伽师M_(S)6.4地震之前,序列目录的完备震级从M_(L)1.6降低到M_(L)1.1.基于检测目录,利用修正的大森公式计算M_(S)5.4前震序列的p值偏低,表明前震序列衰减缓慢.根据地震活动时空分布,伽师M_(S)5.4地震前26天内和伽师M_(S)6.4地震前2天内,发震断层附近存在由地震活跃转为相对平静的过程.另外,伽师M_(S)6.4主震前2天内的地震活动存在向主震位置迁移、收缩的现象,可能标志着断层已进入亚失稳阶段.

漾濞6.4级地震前后云南地区GNSS应变场变化分析

利用GAMIT/GLOBK软件对2018~2021年以来云南地区43个GNSS连续观测站数据进行处理,获得时间序列,采用克里金插值方法计算获取应变率场,分析漾濞M_(S)6.4地震前后区域应变场变化。结果表明,地震危险区应重点关注面应变压缩区域和最大剪应变高低值转换区域;漾濞M_(S)6.4地震发生在前期面应变压缩区域,震后又迅速转变为拉张状态;漾濞一带长期处于最大剪应变率高值区,剪切活动较强,震中附近的最大剪应变率在震前出现短期区域应变积累速率快速降低的现象。

基于GNSS资料分析漾濞M_(S)6.4地震前应变时空演变特征

基于云南省内及邻区2009-2020年GNSS观测数据解算结果,在各个测点时间序列和速度场的基础上,采用克里金插值方法估计区域应变率场;以连续基准站时间序列为约束,获取漾濞M_(S)6.4地震近场区域的块体应变时间序列.分析发现:漾濞地震发生在前期最大剪应变高值区以及面应变高梯度带的张压转换区,发震的时间处于区域应变积累速率逐渐降低的过程之后.震中近场区域均以NW向断层的右旋走滑应变积累为主,且大多呈现持续增强趋势,与漾濞地震的发震断层走向及其破裂特征一致.震前震区东部块体出现了短期应变趋势转折及反向加速的异常现象,反映了应力-应变积累在接近临界破裂状态时的非线性调整.

2020年新疆伽师M_(S)5.4、M_(S)6.4两次中强地震发震构造探讨

2020年1月,新疆伽师连续发生M_(S)5.4、M_(S)6.4两次中强地震,震中分别位于天山南麓和塔里木盆地交界的推覆构造前缘。基于地震精定位和震源机制解揭示褶皱和逆冲带的深部几何结构对于理解这两次中强震发生机理具有重要的作用。本文利用18个区域固定地震台站资料,对2009年1月1日至2021年7月31日期间的地震展开重定位研究,并对伽师M_(S)5.4前震、M_(S)6.4主震以及7次4级以上余震开展震源机制求解,进一步反演得到震源区构造应力场。地震定位结果显示,整个地震序列呈NNW和EW2个优势方向分布,前震序列和余震序列在时空分布上存在明显差异,前震序列主要沿着NNW向展布,而余震主要在近EW向的奥兹格尔他乌断裂上展布,并表现出双层分布特征;震源机制反演结果表明,2020年1月18日伽师M_(S)5.4前震为一次走滑型地震事件,而伽师M_(S)S6.4主震和7次余震均为逆冲型事件;另外,应力场反演显示主震震源区为近NS向挤压特征,与该区域地表应力状态基本一致。结合上述结果以及周边地质构造背景,我们认为M_(S)5.4前震和M_(S)6.4主震的发震构造不同:1月18日M_(S)5.4前震发震构造为NNW向具有走滑性质略向W倾的隐伏断层,为“类转换断层”;而M_(S)6.4主震的发震构造为柯坪塔格推覆体中的EW向隐伏推覆盲逆断层,且触发了不同深度的发震断层面。M_(S)5.4前震和M_(S)6.4主震发震断层面走向和倾角的差异,反映了天山地区近NS向不均匀的构造挤压作用。。

2021年漾濞M_(S)6.4地震序列前后震源参数

利用漾濞地区共22个固定和流动台站记录到的数字地震波形资料,在扣除地震波衰减与台站场地响应后,联合反演计算得到2021年漾濞M_(S)6.4地震序列前后共819次M L≥1.0地震的震源参数,并对M L2.9~3.8地震应力降的时空演化过程进行分析。结果显示:①漾濞地震序列的地震矩与震级相关性较好,与破裂尺度之间存在一定的正相关关系,与拐角频率之间呈现出负相关关系,对于M L≤2.8的地震,应力降随震级增大而增大,而对于M L>2.8的地震,其应力降随震级的变化趋势并不明显;②漾濞M_(S)6.4地震序列前后的应力降受漾濞区域复杂构造环境背景的控制表现明显的分段特征,在前震序列阶段,震源区中段应力降有逐渐增强的趋势,处于应力加速积累的过程,一系列高度丛集的中小地震活动所造成的应力扰动可能导致了震源区北段漾濞M_(S)6.4主震的发生;M_(S)6.4主震发生以后,其余震序列活动自北西段向南东向破裂了整个余震区,余震区北西段由于主震的发生,该区域应力背景快速调整,应力降的时空分布表现为高值-低值起伏的状态;余震区中段至最大前震震中附近区域可能由于前震活动频繁,应力释放较多,表现为应力降相对低值区域;余震区南段则余震活动丰富,为应力降高值分布区域。漾濞地震序列中震级较大的地震活动与应力降高值区域一致性较好。

2021年5月21日漾濞M_(S)6.4地震及周边的构造应力场特征和动力学意义

文中利用CAP方法计算了2021年5月21日漾濞地震序列M_(S)≥4.0地震的震源机制解,再结合收集到的周边历史地震的震源机制解,反演计算了漾濞地震及周边区域的构造应力场,并根据反演得到的应力张量模拟了漾濞地区的相对应力值大小和震源机制解分布情况。研究结果表明:1)研究区以走滑型地震为主,其次是正断型地震,地震集中分布于15km以浅的深度范围,主要发生在脆性上地壳。2)漾濞震源区的构造应力场属于典型的走滑应力结构,最大主应力方位为NNW-SSE向,与区域构造应力场基本一致。研究区的分区反演结果显示,最大主应力轴和最小主应力轴的方位从东北至西南呈现出顺时针旋转的趋势。区内川滇菱形块体、腾冲和保山等地块内部的应力方位分布一致性较好,块体边界带是应力发生偏转的部位,表现出一定的差异性,区域构造应力场受到不同块体间相互作用的影响。3)应力形因子R值的分布上大致表现为自西北向东南逐渐增大,说明物质运移所需的压应力相对变小,结合研究区的地质构造背景认为,地块(物质)的运动速度自西北向东南逐渐变缓。4)根据模拟计算的漾濞地震相对剪应力和相对正应力大小推测认为,漾濞地震是在区域构造应力场作用下沿着最优释放节面滑动破裂而发生的,更容易发生错动的NW向节面为此次地震的发震断层面。

2016年1月21日门源M_(S)6.4地震前重力非潮汐变化特征分析

选取2015—2018年兰州和高台连续重力观测站整点值数据,分析2016年1月21日门源M_(S)6.4地震前2个台站连续重力数据非潮汐变化特征,发现2个台站在此次地震发生前1年,分别观测到重力数据出现持续约6个月的重力非潮汐上升变化,月均变化速度分别为9.36μGal、6.17μGal,累计变化振幅分别达到56.15μGal、37.05μGal。通过对观测站点周边观测环境的详细核实和理论计算,排除台站周边环境干扰因素,认为震前6个月的重力非潮汐持续性下降变化应与此次M_(S)6.4地震孕震过程有关。本研究结果可为揭示此次门源地震的孕震机理提供一定参考,为后续地震预测中重力观测指标的建立提供一定参考。

震前重力扰动与背景噪声时空变化特征——以玛多M_(S)7.4与漾濞M_(S)6.4地震为例

2021年5月21—22日,云南漾濞、青海玛多先后发生了M_(S)6.4和M_(S)7.4地震。为检测震前是否存在重力扰动与重力仪背景噪声异常信号,文中基于中国连续重力台网中15台重力仪的秒采样数据,成功提取了震前重力扰动信号,并计算了排列熵(PE)及重力仪在地震频段(200~600s)的背景噪声等级(SNM)。结果表明:1)大地震发生前多数台站在2021年5月15—18日存在1组重力扰动信号,其中沿海台站同时还存在其他2组扰动信号,扰动幅度为±(10~100)μGal,扰动频率集中在0.15~0.25Hz。沿海台站的扰动幅度普遍大于内陆台站,震中距与扰动幅度无明显相关性,沿海台站扰动幅度较大及产生其他2组扰动的原因可能与海浪脉动或局部降雨有关;2)不需要对原始重力序列作任何预处理,PE能够快速检测到数据中的突变信号,PE时间序列中持续显著下降的信号对应震前扰动信号,PE瞬时向下的脉冲信号对应地震波引起的颤动信号;3)多个台站的SNM时变曲线显示,震前2个月(2021年3月初)直至主震发生时背景噪声水平显著升高,SNM的空间分布表明,震前1~2个月,位于青藏高原北缘、巴颜喀拉地块附近台站的背景噪声有明显增大的趋势,震后噪声水平显著降低。综上,我们初步推测:震前的重力扰动可能是由发震断裂慢滑移产生的低频颤动信号,震前背景噪声的增大可能与发震地块的活动性增强有关。

加权泰森多边形在2021年云南漾濞M_(S)6.4地震后应急避险安置点责任区划分的应用

以2021年云南漾濞M_(S)6.4地震为例,综合考虑震后安置点容量和居民点实际情况,利用无人机航拍影像,通过人工矢量化、空间插值、震害识别、创建缓冲区等预处理,获得基于建筑物的漾濞县城震后应急避险安置点容量、建筑物破坏程度、交通便捷度和人口分布4个影响因素精细化数据。以影响因素为权重因子,使用加权泰森多边形法对研究区应急避险安置点进行责任区划分。结果表明:责任区失去住所人数均未超出对应安置点容量,位于老城区责任区的安置点服务压力较大,新城区责任区的安置点服务压力较小。

2021年云南漾濞M_(S)6.4地震序列特征及其发震构造分析

2021年5月21日21时,云南大理白族自治州漾濞县发生M_(S)6.4地震。该地震的震中位于川滇块体的西南边界,是该区40多年来震级最大的一次地震。地震未产生地表破裂,余震也未沿震区附近已知的断裂分布。研究者针对这次地震的发震构造已有若干研究结果,但采用不同数据、方法和思考角度对这些结果进行验证并同时补充新认识是必要的。文中利用云南地震台网观测资料分析了漾濞地震序列的时空分布特征,进行重新定位,并通过CAP(Cut and Paste)方法获取序列中较大地震的震源机制解与矩心深度。结果表明,漾濞地震的余震震源深度主要集中在4~13km,余震带总体呈NW-SE走向,空间分段性明显:主震震中北西侧余震稀少且分布相对集中,东南侧余震密集且余震带宽度变大;前震序列发生在主震震中的东南侧,与余震密集段的位置基本重叠,反映主震震中北西侧的稀疏余震应属于触发型,而主震破裂可能属于由震中向SE扩展的单侧破裂型。余震带的深度横剖面显示主震破裂具有明显的分段性,序列北西段的结构较为简单,显示出一个地震丛集,而南东段则相对复杂,很可能由2条倾向SW的高倾角断层组成。漾濞地震序列中29个M_(S)≥3.0地震的矩心深度主要分布于3~13km,震源机制解以右旋走滑型为主,大多存在一个NW-SE走向的高倾角节面,且具有一定的正断倾滑分量。主震是以右旋走滑为主的破裂所引发的,矩心深度为5.2km,与重定位所得的震源初始破裂深度8.9km较为接近,反映该地震发生在上地壳,也反映震区的地震活动深度偏浅。文中对2021年5月云南漾濞序列的时-空分布特征与震源机制解的分析,反映此次地震的发震断层产状及力学性质与NW走向的维西-乔后-巍山断裂较为一致,但位置不同,证实这次地震的发震构造是该断裂南段西侧一条SW陡倾的右旋走滑次级断裂。

基于遥感影像的震后避难空间快速提取模型研究——以2021年云南漾濞M_(S)6.4地震为例

震后避难空间是居民遭遇地震时紧急疏散、避难、临时生活的重要区域。以无人机影像为基础,采用影像面向对象分类与GIS栅格化的分析方法,构建震后避难空间评价指标,建立基于遥感影像的震后避难空间快速提取模型,并以2021年云南漾濞M_(S)6.4地震为例,将避难空间提取的结果与震后居民实际选取的避难空间进行比较。结果表明:模型共计提取可用避难空间70个,根据目标函数F得到最优避难空间5个,其中每个避难空间在漾濞M_(S)6.4地震中实际帐篷数量分别为72、55、54、30、44顶,模型计算结果与实际结果匹配。

丽江台超导重力仪检测的漾濞M_(S)6.4与玛多M_(S)7.4地震同震重力变化

基于丽江台OSG超导重力仪在2021年漾濞M_(S)6.4和玛多M_(S)7.4地震前后的连续观测数据,使用调和分析提取重力残差时间序列与同震重力变化信号,利用球形地球地震位错理论计算2次地震在丽江台引起的同震重力变化。结果表明,漾濞和玛多地震同震重力变化观测值与理论值存在差异,观测值分别约为-4.37 nm/s^(2)和28.57 nm/s^(2),对应的理论值分别为-0.19 nm/s^(2)和0.24 nm/s^(2)。探讨地下水对重力变化的影响,发现其重力效应与地震的理论同震重力变化处于同一量级。对比丽江地区同时段GPS观测的30 s采样数据与超导重力观测数据,发现2次地震前后的同震位移突变幅度远小于重力变化幅度,表明超导重力仪受到地震脉冲信号的影响,导致其重力变化观测值在2个地震发生期间显著增强。

InSAR观测与小震分布联合分析2021年云南漾濞M_(S)6.4地震应力卸载对周围区域的影响

为分析2021年5月21日云南省漾濞M_(S)6.4地震后震区应力变化对周围断层的影响,本文通过InSAR技术获得了漾濞地震的同震形变场,并联合小震分布数据建立断层破裂滑动模型,继而通过计算断层面上的同震库仑应力来评估此次地震对周边断层的影响,以便有效地分析地震破裂的时空解析度.结果显示:(1)在升降轨InSAR数据获得的精细同震形变场中,升轨最大视线向形变量约为5.00 cm,降轨最大视线向形变量约为7.80 cm;(2)余震精定位的主震震中为(99.89°E,25.67°N),震源深度为13.29 km,除主震之外震源深度主要集中在5—15 km;通过小震位置拟合出的发震断层走向为NW-SE(316.69°),断层倾角为88.56°,滑动角为177.97°;(3)基于InSAR同震形变场结果及小震拟合断层参数联合反演得到此次地震的断层滑动以右旋走滑为主,升轨断层最大滑动量为0.80 m,对应的深度为8.85 km,平均滑动量为0.22 m,矩震级为M_(W)6.41;降轨的断层最大滑动量为0.30m,对应的深度为6.88 km,平均滑动量为0.05 m,矩震级为M_(W)6.01;7.50 km和15 km深度处断层面上的应力计算结果表明,震后断层与其周围的应力差明显减小,对周围断裂具有显著的应力卸载作用.结合余震分布区域、模拟断层迹线以及同震库仑应力逐渐减小的方向,基本可以确定漾濞地震的发震断层为维西—乔后—巍山断裂的隐伏次生断裂.该地震通过卸载周围断裂的应力释放区域应力,降低了周围断裂的地震危险性.

2020年1月19日伽师M_(S)6.4地震前后波速比异常分析

根据南天山西段采集的地震波数据并结合多台和达法,通过定量分析2020年1月19日新疆伽师M_(S)6.4地震前后波速比的变化,结果表明:①就空间状态而言,在本次地震发生之前,波速比的区域中有EW走向椭圆状低值异常区,长半轴和短半轴长分别为30 km与20 km。②就时间进程而言,伽师M_(S)6.4地震前无出现波速比低值异常,震前无呈现降低—恢复—平静—发震模式。

2021年云南漾濞M_(S)6.4地震震区断裂构造特征

为进一步查明震区断裂构造特征,摸清其风险底数,基于云南省地震灾害风险普查漾濞县1∶25万地震构造填图任务,对漾濞县行政区内多条断裂构造开展野外调查。结果表明:①结合震区新生代以来的构造演化开展分析,认为草坪断裂在维西—乔后断裂开始活动之前便已经形成,在地震破裂发生时此类先存断裂对区域应力释放具有十分重要的作用;②草坪断裂为一条早第四纪断裂,第四纪以来活动并不显著,不具备独立发生M_(S)≥6.0强震的构造条件;③在维西—乔后断裂中段全新世以来持续强烈的活动构造背景下,漾濞M_(S)6.4地震为一次沿先存断裂构造面发生破裂的地震事件;④地震精定位结果显示,地震序列SE端存在分叉的几何特征,认为地震产生的右旋剪切作用使得后期余震破裂继承了腊时断裂、小庄村断裂及罗家村断裂的几何构造面,并分散、吸收了剩余应力。

2016年门源M_(S) 6.4地震序列视应力特征研究

利用2016年门源M_(S) 6.4地震序列中59个M_(L)≥2.5余震的数字波形资料,计算得到其视应力,进而讨论视应力与震级的关系以及视应力时空变化特征,从视应力的角度给出强余震判定依据。结果表明:门源M_(S)6.4地震的余震视应力值与震级具有良好的拟合关系,呈现明显的正相关性;视应力在强余震前会有升高的趋势,对后续强余震发生时间和地点的判定具有一定的指示意义。

2020年1月19日伽师M_(S)6.4地震静态库仑应力触发及对周边断层影响研究

针对2005年以来南天山西段8次M_(S)≥5.0地震,计算静态库仑应力和主要断层的加卸载效应,结合余震空间展布,分析应力触发及对周边主要断层的影响,结果表明:2008年乌恰M_(S)6.9地震与2016年阿克陶M_(S)6.7地震的发生,对伽师M_(S)6.4地震的发生起到延缓作用;伽师M_(S)6.4地震震中NNE方向、SSW方向和NWW方向处于库仑应力加载区,随着应力持续积累,上述区域未来一段时间地震危险性增强;柯坪断裂绝大部分区域、迈丹—沙依拉姆断裂中段、喀拉铁克断裂西南段发生地震危险性较大。

2020年1月19日新疆伽师M_(S)6.4地震震源及邻区震后构造应力场特征

收集2020年1月19日新疆伽师M_(S)6.4地震周围及柯坪逆冲推覆构造附近震源机制解资料,应用MSATSI软件包中阻尼最小二乘法反演该地震震中周围的构造应力场。结果表明,研究区主压应力轴方向呈近NS向且整体一致性较好,西段最大主应力方向为NNW向,东段为NNE向,但西段中的喀什、巴楚等靠近塔里木块体边缘地区主压应力方向为NNE向。柯坪逆冲推覆构造带所在区域的主压应力方向呈NNW向,主张应力方向呈NNE向,与此次地震的震源机制解P、T轴方向相同,表明该地震的发生受区域构造应力场影响。研究区整体张轴的非均匀性明显,方位分布范围较大,但地震震中周围主压应力轴倾伏角一致性特征明显,反映了该区域以逆冲为主的应力特征。

2021年5月21日M_(S)6.4漾濞地震GNSS同震变形场及其约束反演的破裂滑动分布

2021年5月21日云南大理州漾濞县发生了M_(S)6.4强震.地震未产生明显的地表破裂,但前震-主震-余震大致呈线状展布于维西—乔后—巍山断裂的西南侧.我们基于覆盖震中区域的高密度连续GNSS观测台阵,观测获得了震区周围50 km范围的高精度、高密度三维同震形变场.结果显示:地震破裂为明显的右旋走滑兼拉张;地表形变场呈现出走滑断裂前端压缩隆升、尾端拉张下沉的典型变形模式;GNSS观测到最大水平位移和垂直下沉分别达46 mm(漾濞县淮安村周围)和-44 mm(漾濞县秀岭林场周围);发震断裂的地表错动从漾濞淮安村GNSS观测站和秀岭林场GNSS观测站之间的狭小地带穿过.在此基础上,我们以前震和主震精定位结果为约束,推测发震断层面走向135°、倾向SW、倾角80°,进而通过弹性半空间断裂位错模型,对发震断层面的同震滑动分布进行了反演.初步反演结果表明:同震滑动主要集中分布在3~12 km深度范围内,矩震级为M_(W)6.04,滑动量分布与前震序列呈现较好的空间一致性.

2021年5月21日云南漾濞M_(S)6.4地震震区地壳结构特征与孕震背景

本文基于“中国地震科学台阵探测——南北地震带南段”密集布设的流动地震台阵和川滇区域数字测震台网等共计634个台站所记录的观测资料,先采用地震体波层析成像(TOMO3D)方法反演获得川滇区域的地壳速度结构特征,在此基础上,重点剖析云南漾濞M_(S)6.4地震震区及周边的三维P波速度结构;再采用三维视密度反演方法,获得漾濞震区壳内视密度的横向变化特征,最后综合分析漾濞M_(S)6.4地震震区地壳结构特征与地震活动关系、深部孕震背景等科学问题.研究结果表明:漾濞震区P波速度结构与视密度展布特征在深度和分区特征上均具有较好的联系和可比性,震区三维速度结构和视密度反演结果均表现出明显的横向不均匀分布特征,漾濞M_(S)6.4地震位于高低异常值的过渡带附近,震区南、北两侧速度结构和视密度分布特征各异,综合说明了震区地壳物质存在显著的横向差异.漾濞M_(S)6.4地震序列集中分布在主震的SE侧,并沿着NW-SE向呈条带状与维西—乔后断裂近似平行展布,长约20 km,主震震源深度为8.6 km,序列震源深度优势分布层位在5~15 km,漾濞M_(S)6.4地震序列处于高低速异常过渡带附近,震区壳内介质结构的非均匀分布是控制漾濞地震及其序列展布形态的深部构造因素.我们的研究结果还揭示了漾濞M_(S)6.4地震震区北侧洱源附近存在地壳尺度的低速、低密度异常这一最显著特征,该结果与该部位地表温泉较发育、大地热流值显著偏高等地热分布高度一致,这些均暗示着漾濞地震机制除了与青藏高原东缘深部物质SE向逃逸有关外,可能还与来自上地幔的热异常和深部过程密切相关.