青藏块体东北缘弹性块体边界负位错反演与强震地点预测

利用青藏块体东北缘1993—1999年、1999—2001年和2001—2003年3个时段的GPS 水平运动速度场成果,通过研究建立的弹性块体边界负位错模型反演,给出该区构造块体及 其边界断裂运动与变形差异、构造应变场时空分布、高应变能积累部位以及强度的定性分析 和定量描述．在充分考虑区域构造及块体应变的前提下,研究与该区6级左右及6级以上地 震地点预测相关的背景性前兆的共性特征．

Defnode负位错模型反演结果的可靠性和稳定性分析

利用模拟数据和实测GPS速度场,分析了断层倾角、权值f、数据空间分布等对Defnode负位错反演程序的影响。模拟数据反演结果表明,在低倾角与高倾角条件下反演结果均具有高度可靠性。龙门山断裂带实测GPS速度场反演结果表明,反演结果具有很好的稳定性,权值f对反演结果的影响微乎其微;GPS观测站点的分布(特别是断裂带附近站点的数量和位置)对反演结果有一定影响,但是没有改变龙门山断裂带南段闭锁程度相对中北段较弱的整体分布情况。

全国主要构造区GPS水平运动负位错反演与应变积累特性

利用2009～2011年全国GPS水平运动速度场资料,借助负位错反演,寻找新疆、青藏块体东北缘、川滇、华北地区主要活动断裂能量积累闭锁段,研究其积累速率、闭锁深度、分区分段差异性,及与强震孕育—发生的可能关系。结果表明:(1)新疆天山地区应变积累速率最强,平均闭锁深度也最深,约20.9km。其次为川滇地区,平均深度约16.3km。青藏块体东北缘存在一定程度应变积累,平均深度约15.7km。华北地区应变积累最弱,平均深度约16.0km;(2)南天山西段、川滇交界东部、红河断裂中段至滇西、祁连山断裂带西段、西秦岭北缘断裂甘青交界段、晋冀蒙交界区近期能量积累相对显著。

华北地区近期地壳水平运动的非震负位错反演

利用一种经初步改进了的非震负位错模型和华北地区 1991～ 2 0 0 0年的GPS观测资料 ,反演华北地区的地壳水平运动 ,以获取构造块体和边界断裂活动状况以及应力应变的积累部位及强度。其结果显示 :(1)华北地区整体性向东偏南运动 ,冀鲁北部各块体正东向速率相对较大 (11.4～ 12mm/a) ;(2 )阴山 燕山与河套断陷 鄂尔多斯 晋冀鲁间近EW NWW向边界两侧左旋相对运动明显 ,导致 1.0～ 2 .8mm/a的边界锁定 ,且东段大于西段 ,以压性为主 ;(3)太行断块东西两界的北东向断裂带呈 0～ 1.9mm/a的拉张锁定 ,左旋为主 ,其中晋获断裂锁定量最高 ;(4)唐山 沧东断裂北段、益都北西段及郯庐断裂中南段呈 0 .9～ 3.1mm/a右旋拉张锁定 ,其中益都北西段锁定量最高 ;(5 ) 14条断裂中有 12条不同程度地阻碍块体相对运动 ,近 10年来有相当于Ms4 .8～ 6 .1的能量积累 ,其中燕山与冀鲁交界西段最高 ,阴山与鄂尔多斯东部交界次之 ,均表现为压性 ;晋获、郯庐断裂较弱 (张性 ) ;(6 )从块体及断层活动方向来看 ,燕山、冀鲁交界西段与唐山 沧东断裂交汇区 ,阴山、鄂尔多斯东部交界与汾渭断裂交汇区 。

板块内部层状负位错模型及其反演

提出了一种层状负位错模型 ,用于描述下层地壳拖带上层地壳的耦合作用所造成的上伏地壳变形 ,并通过模拟计算 ,给出了这种层状耦合模型的形变场特征 。

利用GPS资料反演华北块体运动的负位错模型参数

利用华北地区 (北纬 36°～ 4 2° ,东经 112°～ 12 0°) 1995～ 1999三期GPS观测所获得的测站点的速度数据 ,通过引入板内块体相对运动模型 ,反演了该地区三条主要断裂带的负位错模型参数 ,从而区分研究区域各个活动断层运动闭锁强弱 。

鄂尔多斯地块周缘垂直形变场负位错反演与应变积累研究

利用鄂尔多斯地块及其周缘1970~2014年的垂直形变速率场资料,借助负位错反演研究该区域长期应变积累。结果表明,地块东北缘山西断陷带中北段年均能量积累增量、剪应力强度都较高,西南缘六盘山断裂与渭河断裂西段次之;山西断陷带中南段至晋陕交界处年均剪应力强度较高且显示一定程度的能量积累;西秦岭构造区尤其西秦岭北缘断裂西段、晋冀蒙交界区也反映一定程度的能量积累特性。

渭河断裂中东段长水准剖面的非均匀负位错反演

利用近年陕西关中东部长水准剖面垂直形变速率资料,借助位错量与倾角分层变化的非均匀负位错模型的构建与反演,推算渭河断裂中东段几何参数,研究其应变能积累动态演化与深浅部差异性,以及与汶川大震能量释放-调整影响的关系。结果表明:1)断裂具铲形特征——地表至浅部陡立,深度与地质资料基本一致;2)应变能积累多表现在上-中层,汶川震前积累程度明显,2008—2009年减弱,可能与大震能量释放有关;2009—2010年积累方式逆转,反映震后一定程度调整影响(可能诱发了高陵4.4级地震);截至2011年调整状态尚未完全结束。

青藏块体东北缘GPS与水准资料的三维负位错联合反演

利用1999—2004年青藏块体东北缘分布密度不同的GPS与区域水准观测资料,实现三维负位错模型联合反演,综合研究该区活动块体边界断裂的应变积累状况及其分段差异性。分析结果表明:祁连山构造带东段及与庄浪河断裂、海原断裂交汇区域目前可能具有相对高应变能积累背景;而庄浪河断裂南段的兰州、临夏一带反映一定程度的应变积累特性。

汶川地震后龙门山断层中段愈合过程的GPS时间序列反演

利用汶川地震后、芦山地震前3年时间(2010.30—2013.30)的GPS连续站时间序列结果,采用TDEFNODE负位错反演程序,对龙门山断层中南段闭锁程度和滑动亏损速率动态演化进行了反演计算与分析,并讨论了汶川地震后断层中段的愈合过程和西南段的大震背景。结果表明:①汶川地震震中周边破裂区域的闭锁程度逐渐增强,由2010年基本处于蠕滑状态,至2013年处于较强闭锁状态;闭锁范围也逐渐增大,由汶川震中西南方向逐渐趋近震中位置,表明该部分断层正在快速愈合。汶川震中北东方向的大部分破裂区域依然处于蠕滑状态,表明该部分断层还未开始愈合。②芦山地震震中附近及其西南方向断层一直处于强闭锁状态,且完全闭锁区域的滑动亏损速率逐年减小,可能表明愈合区域分担了部分巴颜喀拉块体对四川盆地的挤压作用。以上结果表明,龙门山破裂断层不同段震后愈合过程和活动特征都有显著差异;处于强闭锁状态的龙门山断层西南段,在挤压弹性应变快速积累的情况下,发生大震的背景有所增强。

2013年岷县漳县6.6级地震孕育—发生过程的地形变联合反演分析

基于西秦岭构造区区域水准、长水准剖面观测资料,结合GPS速度场约束和跨断层短水准观测数据,借助三维负位错联合反演,分析2013年岷县漳县6.6级地震前相关断裂的中长期闭锁背景,讨论断裂活动的中—短临动态演变以及震后变化。结果表明:1999—2006年,岷县漳县地震前的震区所在块体即西秦岭北缘断裂与临潭—宕昌断裂之间水平面最大剪应变率、挤压性质的面应变率、垂向梯度率都较大,与构造和动力学背景一致的三维差异运动明显,有利于能量积累和孕育强震。包含漳县地区的西秦岭北缘断裂中段、临潭—宕昌断裂中东段即发震构造的主断裂段闭锁明显,挤压逆断兼左旋,显示中长期能量积累背景。跨西秦岭北缘断裂漳县段至临潭—宕昌断裂中东段岷县地区的长水准剖面显示震前的2008—2011年,西秦岭北缘断裂具有与GPS观测一致的差异运动增强特性;震前数天,位于这两条闭锁段或其端部的四店、毛羽沟短水准场地出现显著短临突变异常;震后均显示垂向差异运动呈减弱—恢复趋势。

基于GPS和水准资料的西秦岭北缘断裂现今闭锁程度分析

利用2009~2015年GPS速度场和1975~2011年垂直速度场数据,采用TDEFNODE负位错模型对西秦岭北缘断裂各段的闭锁程度、滑动亏损速率进行反演,结合GPS跨断层速度剖面和现今小震分布特征,对西秦岭北缘断裂各段的断裂活动性及地震危险性进行分析。结果表明,西秦岭北缘断裂以左旋走滑运动为主,兼有部分逆冲挤压,断裂各段的滑动速率都低于第四纪以来的滑动速率。其中天水-宝鸡段滑动速率较低,小震分布少,断裂正处于高应变积累阶段,具有高闭锁系数和滑动亏损速率,易于应变能的快速积累,具有发生中强地震的背景条件;锅麻滩段虽然滑动速率较大,但闭锁程度和滑动亏损速率高,小震分布较少,也存在较高的地震危险性;漳县段和鸳凤段滑动速率较大,断裂应力积累相对较弱,闭锁程度和滑动亏损速率均较低,小震分布多,地震危险性较低。

汶川地震前龙门山断裂带闭锁程度和滑动亏损分布研究

利用1999—2007期GPS水平速度场数据,采用Defnode负位错反演程序估算了龙门山断裂在汶川地震前的闭锁程度和滑动亏损分布,结合龙门山断裂带附近地表水平应变率场结果,综合分析了震前地壳变形特征.反演结果表明,震前龙门山断裂中北段处于完全闭锁状态,闭锁深度达到21km(闭锁比例0.99)左右,垂直断层方向的挤压滑动亏损速率约为2.2mm/a,平行断层方向的右旋滑动亏损速率约为4.6mm/a.龙门山断裂南段只有地表以下12km闭锁程度较高(闭锁比例0.99),垂直断层方向滑动亏损速率约为1.4mm/a,平行断层方向滑动亏损速率约为4.6mm/a;在12～16km处闭锁比例约为0.83,垂直断层方向滑动亏损速率约为1.2mm/a,平行断层方向滑动亏损速率约为3.8mm/a;在16～21km处闭锁比例约为0.75,垂直断层方向滑动亏损速率约为1.1mm/a,平行断层方向滑动亏损速率约为3.5mm/a.在21～24km处整条断裂均逐步转变为蠕滑.上述反演结果与区域应变计算获得的龙门山断裂带中北段整体应变积累速率较低、南段应变积累速率较高相一致,均表明中北段闭锁程度高、南段闭锁程度稍低,该特征可以较好地解释汶川地震时从震中向北东向单向破裂现象.

川滇菱形块体东边界断层闭锁程度与滑动亏损动态特征研究

利用1999—2007期和2009—2013期中国大陆GPS速度场数据,采用DEFNODE负位错反演程序估算了川滇菱形块体东边界——鲜水河—安宁河—则木河—小江断裂带在汶川地震前后的断层闭锁程度和滑动亏损空间分布动态变化特征,讨论了汶川地震对该断裂系统的影响范围和程度,并结合b值空间分布和地震破裂时-空结果分析了断裂系统的强震危险段.结果表明,汶川地震前鲜水河断裂最南端为完全闭锁（闭锁深度25km）,中南段地表以下10~15km深度为强闭锁状态,中北段基本处于蠕滑状态;安宁河断裂最南端闭锁很弱,其余位置闭锁深度为10~15km;则木河断裂除最南端闭锁较弱以外,其余位置基本为完全闭锁;小江断裂在巧家以南、东川以南、宜良附近、华宁以北等四处位置闭锁较弱,其余位置为强闭锁.10年尺度的GPS速度场反演所得断层闭锁程度所指示的强震危险段,主要为鲜水河断裂道孚—八美段、安宁河断裂中段、则木河断裂中北段、小江断裂北段东川附近、小江断裂南段华宁—建水段,该结果与地质尺度的断层地震空区和30年尺度的b值空间分布所指示的危险段落具有一致性.汶川地震后断裂带远、近场速度分布和块体运动状态发生变化,这种区域地壳运动调整使得负位错模型反演得到的断裂带闭锁情况发生一定变化.汶川地震前后川滇菱形块体东边界平行断层滑动亏损速率均为左旋走滑亏损,且在安宁河断裂北端、则木河断裂中北段滑动亏损速率最大;除鲜水河断裂中南段与最南端和小江断裂东川附近以外,其余断裂震后滑动亏损速率均有所增加.垂直断层滑动亏损速率既有拉张亏损也有挤压亏损,且鲜水河断裂最南端由震前挤压转变为震后拉张,其余断裂除了安宁河断裂和小江断裂中段与最北端存在挤压滑动亏损速率外均为拉张速率.

芦山地震前龙门山断裂带闭锁程度与变形动态特征研究

利用1999—2007和2009—2011年中国大陆GPS水平速度场数据,采用DEFNODE(反演计算弹性岩石圈块体旋转、应变和块体边界断层闭锁或同震滑动的Fortran程序)负位错反演程序估算了芦山地震前龙门山断裂带的三维闭锁程度,并结合剖面结果分析了断层深浅部变形特征.GPS反演结果表明,1999—2007年,龙门山断裂中北段(闭锁比例为0.99)处于强闭锁(本文将闭锁比例大于0.97的称为强闭锁)状态;龙门山断裂南段地表以下深度16km内为强闭锁,深度16—21km处闭锁比例降低为0.62,深度21—24km处整条断裂逐渐转变为蠕滑状态.2009—2011年,即汶川地震后,龙门山断裂中北段处于震后蠕滑状态;龙门山断裂南段深度16—21km处闭锁比例降低为0.45,其它位置闭锁程度保持不变.GPS剖面结果显示,2009—2011年,即汶川地震后,龙门山断裂中北段为逆冲兼右旋走滑运动;而南段断层不能自由滑动、变形宽度较大.综合分析认为,汶川地震时,龙门山断裂南段并没有发生破裂,一直处于较强的闭锁状态,汶川地震的发生又加速了芦山地震的孕育进程;由于龙门山断裂带南段的闭锁深度较中北段浅,因此芦山地震较汶川地震强度低、震级小、破裂范围窄.

四川及邻区GPS观测揭示的应变积累与大震影响分析

利用2009—2010年四川及其邻区GPS水平运动速度场资料,参考2004—2007年、2007—2008年相应结果,借助形变应变场分析与非震负位错反演,研究活动断裂带近期应变积累特性、分区分段差异性,以及汶川、玉树大震影响和演变情况。结果表明:1)汶川大震影响大幅减弱但未完全结束,尤其龙门山断裂区及其南北两端附近;2)玉树地震对监测区影响偏弱;3)鄂尔多斯西南缘及甘青川-甘川-甘川陕交界区、川滇交界东部、滇西北至川滇交界目前具备、维持强震孕育背景。

安宁河-则木河-小江断裂带闭锁特征研究

分别利用1999-2007年和2009-2014年多期GPS观测获取的水平速度场数据,采用负位错反演模型,研究安宁河-则木河-小江断裂带的滑动速率和闭锁程度空间分布特征,同时结合历史强震记录,分析这几条断裂的地震危险性。结果显示：1）安宁河断裂和则木河断裂滑动速率受汶川地震影响有所减弱,小江断裂滑动速率在汶川地震后基本保持不变;2）则木河断裂中段和小江断裂的断层闭锁程度受汶川地震影响而显著加强,安宁河断裂、则木河断裂的西昌和巧家以北区域的闭锁程度基本不受汶川地震的影响;3）汶川地震发生前后,安宁河断裂的石棉-冕宁段、则木河断裂的西昌与巧家以北区域和小江断裂的通海-建水段闭锁深度均在20km以上。结合历史强震记录和其他方法的研究结果,三者在未来一段时间内发生强震的危险性要高于其他断层段。

大凉山次级块体周边断层的闭锁特征

利用1999—2007期和2009—2013期中国大陆GPS速度场数据,采用DEFNODE负位错反演程序估算了大凉山次级块体周边断层——大凉山断裂、马边-盐津断裂、会泽-彝良断裂在汶川地震前后的断层闭锁程度和滑动亏损空间分布动态变化特征,并结合地震空区和b值空间分布等结果分析了这几条断裂带的强震危险性。结果表明,汶川地震对这3条断裂带的影响可能较弱,它们在地震前后闭锁程度基本一致,两期结果均显示大凉山断裂南段、马边-盐津断裂、会泽-彝良断裂(西南端除外)基本为完全闭锁;汶川地震前后3条断裂带的滑动亏损速率均较小,大凉山断裂以左旋滑动亏损为主,马边-盐津断裂具有很弱的左旋和挤压滑动亏损分量并在震后均稍有增强,会泽-彝良断裂以挤压滑动亏损为主、兼有右旋滑动亏损,汶川地震后其右旋分量消失。结合其他方法的研究结果,认为目前这3条断裂带仍具有较大地震发生的危险性。

青藏块体东北缘近期地壳水平运动与应变积累

利用青藏块体东北缘2001—2004年、2004—2007年GPS水平运动速度场结果,借助负位错模型,研究该区当前的地壳水平运动特征与应变积累状况。分析表明:经昆仑山、玉门、民乐地震后一段时间的调整,2004—2007年青藏块体东北缘总体反映与长期背景场一致的应变场重构特性。祁连山断裂带东段应变大体维持2001—2004年的积累背景;祁连山断裂带中—西段、庄浪河断裂南段及甘南地块、河西走廊较2001—2004年应变积累有所增强;阿尼玛卿断裂带东段、秦岭北麓断裂存在应变积累趋势。

青藏高原北部地区构造变形特征及与强震关系

通过对1993～1999、1999～2001年青藏高原北部地区GPS水平运动资料的非震负位错模型反演和形变应变场时空演化分析,结合地质构造和有资料积累以来的强震活动,研究块体及边界带的构造变形特征,以及与强震孕育的关系.结果表明:(1)5级以上,特别是6级左右及6级以上地震多发生在区域应变场剪切应变率或面膨胀率高值区、边缘或其附近,尤其是与区域主干断裂构造运动一致的剪切应变率高值区;形变差异显著的块体边界附近;沿块体边界断裂带的高应变积累的闭锁区段及其附近.(2)1999～2001年较1993～1999年大范围的水平运动速率明显减弱,但应变率的减弱幅度不大,可能揭示昆仑山口西8.1大震孕育对北东向的构造应力传递起了某种"阻隔和调制作用"及太平洋板块的西进作用加强.(3)目前应变场分布高值区、块体间差异运动显著的边界带及高应变积累闭锁段有阿尼玛卿断裂中东段与鄂拉山断裂交汇区、祁连山构造带中东段及与海原断裂西段交汇区、日月山—拉脊山断裂与西秦岭北缘断裂交汇区、庄浪河断裂与西秦岭北缘断裂交汇区、六盘山断裂附近.