张家口—渤海地震带天津—塘沽段的电性结构及其意义

华北北部的张家口—渤海地震带是一条新生地震断裂带。位于其中段的蓟运河断裂构成了唐山菱形块体的西边界,一直被认为与1979年宁河M 6.9地震密切相关。然而,该区域的深部结构与孕震动力学环境尚未得到有效揭示。大港—玉田大地电磁测深剖面直接穿越宁河M 6.9地震的震中区,大致与张家口—渤海断裂带相垂直。探测结果显示,区域电性结构具有显著的“横向分块、纵向分层”特征。大地电磁测深剖面还揭示了张家口—渤海断裂带中段的海河断裂、汉沽断裂、蓟运河断裂等区域性断裂的深部构造特征,且汉沽断裂可能为切穿地壳的深断裂。深部低阻体边缘的高低阻梯度带与宁河M 6.9地震和汉沽两次M 6.2地震的震中具有良好的对应关系,揭示了研究区中强地震的发生与深部显著高低阻梯度带的发育密切相关。

用双差定位结果分析华北地区的地震活动

华北地区北部是阴山—燕山隆起区、华北平原和太行山隆起的交界处,区域内地震活跃,北部有张家口—渤海地震活动带(张渤带),西邻山西地震活动带。本研究采用双差定位法对华北地区2006—2009年发生的地震进行重新定位,结果显示,近年来华北地区的地震主要集中在北部的张渤带上,总体呈WNW向分布。震源深度主要集中在0～20km的中上地壳,占地震总数的96.3%,有大约57.5%的地震分布在10km以上的地壳内。张渤带东部的唐山地区是该地震带上地震最密集的地区,地震分布与区域内的断层有密切关系。华北平原中南部的邢台地区也是地震相对较密集的区域,定位结果显示,邢台地区的新河断裂可能深达Moho面,在该断裂的下方可能存在速度异常体,把邢台地区西南部的地震活动从空间上隔离成上下两部分。沿新河断裂的地震分布出现异常,在深度10km处,地震分布由北东向西南逐渐与上部的地震分离,震源深度逐渐加深,最深可达30km左右。

张家口—渤海地震带与山西地震带交汇区的地壳剪切波分裂

张家口—渤海地震带(简称张渤地震带)与山西地震带交汇区域(113°E～117°E,39°N～42°N)是华北地区北部三个构造单元华北沉降、燕山隆起和太行山隆起的交界处.本文采用张渤带西端的流动地震台网和华北地区北部的区域数字地震台网的地震波形数据,使用SAM方法对该区域地壳介质剪切波分裂参数进行研究.结果表明,北部的燕山隆起地区的快剪切波偏振方向为近EW向,这与华北地区北部的区域应力场方向基本一致.南部的太行山隆起地区,快剪切波偏振方向为NE—NNE,可能与太行山隆起的断裂带走向有关,与山西地震带北部NNE—NE向的断层走向一致.位于研究区域中部的隆起与沉降边界区,快剪切波偏振方向则表现的比较复杂,可能是复杂的局部地质构造引起的.

唐海—商都地震台阵剖面下方的地壳上地幔S波速度结构研究

2006年底,我们沿“张渤地震带”布设了一条从唐海—北京—商都的宽频带地震台阵剖面.本文利用台阵记录的远震波形资料,通过接收函数和面波联合反演对剖面下方100km深度范围内地壳上地幔S波速度结构进行了研究.结果表明剖面东段莫霍面深度约30～34km,西段深度约38～42km,平原与山区的过渡地带地壳厚度变化较快.地壳内部10～20km深度范围内存在多个低速体.在唐山7.8级地震震区附近Moho面出现小幅度隆起,中地壳存在明显的S波低速体.张家口以西,剖面下方10～20km范围内存在两个S波低速体,张北6.2级地震发生在这两个低速体之间狭小的高速区.在观测剖面附近,历史上发生的4个大震都与壳内低速体的分布有关.张家口以东,上地幔普遍存在低速层,顶部埋深在60～80km之间,并表现出明显的东部浅西部深的特点.

近场精确定位在卢龙M_L6.2地震发震构造研究中的应用

从1982年10月19日卢龙6.2级地震余震近场数字地震资料的391条记录中,挑选出可用于精确定位的171条地震事件记录,采用Hypoinverse定位方法对45个事件进行了重定位.精确定位的震中分布显示出一卧倒的反“F”形活动地震构造的形态,两条NNE向断裂被一条WNW向断裂所截断,两组断裂呈脆性断裂常见的共轭状态产出,NNE向的断层正在相互贯通,卢龙附近的滦河河谷发育成了四面断裂包围的断陷盆地雏形.卢龙地震的发震构造是一个走滑兼张性的断裂组合,这样的构造与张家口—渤海地震带的整体活动习性相符,也反映了张渤带作为一个二级地块的分界截断NNE向的一系列断层所起的作用.

张家口—渤海断裂带西缘壳幔过渡带研究

利用复杂性系数、频谱分析和小波变换方法处理了穿过张家口—渤海断裂带西缘的地震测深剖面的Pm波形资料 ,研究不同构造单元壳幔过渡带的多参数特征以及它们在岩石圈构造演化中的意义 .结果表明 :不同构造单元Pm波的复杂性系数和频谱特征有较大差异 ,内蒙地轴复杂性系数小 ,莫霍面具有明显的一级间断面特征 ,怀安—张北位于张家口—渤海断裂带的西缘 ,该区域Pm波复杂性系数大并且频谱为多极值 ,Moho面为复杂的壳幔过渡带 .利用小波分析和反射率理论地震图得到该壳幔过渡带由 2～ 3层组成 ,总厚度约为 6～ 9km ,最大厚度位于怀安盆地下方 .该壳幔过渡带是大陆裂谷环境中底侵作用的产物 ,壳幔过渡带的分层特征与该区域中新生代的多期岩浆活动有密切联系 .

深地震反射剖面揭示的天津地区张渤带地壳精细结构

穿过天津地区张渤带的长86 km、NE向深地震反射剖面揭示了该区清晰的地壳精细结构图像和断裂的深浅构造特征,为研究张渤地震构造带的深部孕震环境和构造模式提供了地震学证据,对探讨晚中生代以来华北裂陷盆地的深部动力学过程及演化具有重要意义.结果表明,天津地区张渤带地壳以结晶基底反射T G为界,分为上下两部分;上地壳反射波组丰富,分层特征明显,界面起伏形态清楚,清晰地刻画出冀中坳陷新生代沉积分层、箕状沉积凹陷的底界、潮白河断裂、蓟运河断裂及丰台—野鸡坨断裂的几何结构;地壳内部结晶基底(T G)至Moho之间,显示出近于“反射透明”的地震波场特征,无明显震相,这与华北其他地区的深地震反射剖面结果明显不同;地壳厚度为30.0~34.5 km,总体变化趋势为中段地壳厚而南北端相对较薄,Moho在横向上显示出明显的不均匀和横向间断特征,在Moho被错断处存在两个明显的反射事件R A和R C,R A可能是软流圈热物质上涌的侧向残留物,叠层状反射震相R C则表现出壳幔过渡带特征;剖面揭示了2条错断Moho的超壳深大断裂(F D1和F D2)和9条上地壳断裂,深大断裂应是软流圈热物质上涌,造成上地幔隆起而形成的,上地壳断裂与地壳垂直运动及侧向引张力有关;超壳深断裂(F D1和F D2)为本区深部热物质的上涌与能量交换提供了通道,而与之对应的地壳浅部断裂(F 3和F 9),则为能量调整提供了可能的条件,断裂邻近区域可能是未来发生强震的地区,值得注意.

穿过张家口—渤海地震带西缘的折射剖面所揭示的地壳上地幔构造与速度结构

近期完成的北北东向的繁峙～太仆寺旗宽角反射／折射剖面，由山西断隆进入内蒙地轴，它穿过了山西地震带的大同～阳高震区和北西西向张家口～渤海地震带的西北缘。其主要目的是探测研究张～渤地震带及其两侧壳幔构造与速度结构的差异及其与地震活动的相关性。结果表明：张～渤地震带壳内界面及莫霍面较其两侧有１．０～２．０ｋｍ的不同程度的上隆；在阳原～张家口之间地壳结构纵向与横向非均匀性明显，上地壳和下地壳上部有局部的速度逆转，下地壳下部的低速层由山西断隆一直延伸至内蒙地轴，上地幔顶部的速度梯度明显增大；在阳原、怀安和张北附近分别存在着延伸至莫霍面的地壳深断裂带；在内蒙地轴一系列壳内界面不明显。

利用最小二乘配置方法研究张家口-渤海地震带周边地区应变场

利用张家口-渤海地震带周边地区1999、2001、2004、2007、2008、2009年6期143个GPS站的流动观测数据,给出了1999—2009年张家口-渤海地区水平形变运动速度场,并应用最小二乘配置方法获得了区域应变场分布图像和形变图像。区域形变分布初步显示:1)相对于欧亚板块,其年平均最大变化为5～6 mm/a;2)张家口-渤海地震带具有2.0 mm/a左右的左旋走滑运动,其耦合深度为25～45 km;3)研究区内最大剪切应变为3×10-8/a,高值区集中在北京-天津及唐山地区。

张家口—渤海地震活动带中东段地壳剪切波分裂研究

张家口—渤海地震活动带是我国华北地区一条重要的地震带。该区域的主压应力场方向为近EW向。本文利用2005年9月—2010年9月首都圈地区地震台站记录到的数字波形资料,采用SAM方法(剪切波分裂系统分析法),研究讨论张家口—渤海地震带中东段地壳介质各向异性的空间分布特征。结果显示:张渤活动带中部及以东区域总体的优势方向明显,为近EW方向。横跨张渤活动带两侧的快剪切波优势偏振方向的空间分布显示,地震带北侧燕山隆起区内、地震带范围内和地震带南侧华北盆地内的快剪切波优势偏振方向均为近EW方向,差异不大。

张家口-渤海地震活动带及其邻区的地壳厚度与泊松比分布

利用山东、河北、辽宁、北京、天津等区域地震台网记录的远震资料,采用接收函数H-k叠加搜索方法,得到了张家口—渤海地震活动带及其邻区99个台站下方的地壳厚度和平均泊松比估计.研究结果显示:研究区地壳厚度在30—46km之间显著变化,地壳厚度与地表地形相关性很好,呈现出从隆起区到盆地区逐渐减薄的变化趋势;研究区地壳泊松比具有明显的分区特点,燕山地区泊松比偏低可能与该地区克拉通破坏方式以拆沉为主有关,郯城—庐江断裂带山东段出现的泊松比高低混杂现象可能与该地区火山活动有关,张家口—渤海地震活动带西段与隆起的交汇地带,部分台站下方地壳的泊松比值偏高,可能是断裂带附近岩石比较破碎与岩石部分熔融共同作用的结果.此外,位于渤海湾中间岛链上的北隍城台下方地壳较厚,泊松比较低,其原因尚待查明.

张渤带形变预测指标分析

根据张渤带震例研究成果,系统清理1966年以来张渤带5级以上地震前形变异常变化的各项特征,初步归纳出张渤带的形变预测指标。主要指标为：张渤带5.6-6.2级地震异常相对集中,异常主要集中在110-270km范围;潮汐类、突变类异常数量相对较少;破年变类异常较多,异常主要对应4.5-5级和6-6.5级地震,异常对应范围主要为100-300km;趋势转折类异常主要对应5.5-6.5级地震,且异常时间在4.5-6.5级范围内有随震级增大而增加的趋势。

张渤带洞体应变参数解算及结果分析

采用张渤带2002年以来的洞体应变观测资料,首先利用Venedikov调和分析方法计算带内各个台站洞体应变测项的潮汐因子和相位滞后,并以潮汐因子的稳定性对观测资料进行了质量评价。其后,以怀来台伸缩仪为例讨论了3分量和2分量观测解算平面应变参数的模型及其适用性,结果表明二者的相关系数在0.9以上。在此基础上,选取张渤带上资料较稳定的16个洞体应变台站资料进行了应变参数时间序列计算,并对华北M5.0地震前应变参数同步变化现象进行了总结。最后对比了洞体应变与GPS应变的差异,并分析了可能的原因。

张渤地震带现今形变特征研究

张家口-渤海地震构造带是华北地震构造区中具有相当规模的北西(NW)向活动构造带。通过对断层两侧基线-时间序列、区域速度场、应变场等进行分析,发现张渤带断层两侧速度场具有较大的差异,为典型的左旋走滑断层。区域应变场主应变自西向东依次为拉张-挤压-拉张-挤压,主应变由西向东逐步增大,在天津宝坻到河北唐山一带,主应变最大,为20 nanostr/yr(nanostr/yr是应变率的单位,表示单位距离每年的变化率),天津蓟县-宝坻一带为拉张变形,在唐山一带为挤压变形。根据Zoback判断震源机制应力类型的方法对张渤地震带及邻区研究时段内19个近震震级(ML)4.0以上地震的震源机制进行分类,震源错动方式以正断和走滑为主;区域应变显示的应力状态与震源机制解的错动类型基本吻合,天津宝坻-河北唐山的主应变变化比较剧烈,同时震源机制的类型也发生变化,表明该地区的深部与浅部的变形一致。

唐山及周边地区中小地震重定位及其构造特征

采用双差定位法对唐山及周边地区2009年1月至2015年10月发生的4 115个中小地震进行了重新定位,改进了初始定位精度,得到了更加准确的3 466个地震事件的震源位置信息,并对比分析了重定位后的地震与活动断裂的关系。结果显示:(1)研究区内地震主要集中在华北平原北部,并且以研究区东部的唐山震源区最为集中,从水平方向来看,小震事件更加集中于断裂带附近,呈现出较好的条带状分布特征,从地震震源深度来看,地震主要集中分布在5~15km深度范围内,且不同地震带区的小震震源深度分布特征存在差异;(2)张渤地震带小震主要发生在中上地壳,而渤海海域地震带的小震发震层为上地壳;(3)张渤地震带的小震震源深度由西向东呈现出逐渐变浅的趋势,且唐山断裂带东侧存在一个NE走向、倾角较陡的小震活动带。

张北地震区三维深部电性结构与孕震环境

张家口—渤海地震构造带(张渤带)是中国著名的强震集中带,地震以强度大、频次高、破坏严重为特点,1998年1月在张渤带西段发生了张北6.2级地震,造成了极强的破坏性,2021年以来该区域中小地震频繁发生,显示出张渤带张北地震区可能进入了又一轮的地震活跃态势.2020年8—9月期间,以张北地震震中区为中心,完成了阵列状的大地电磁数据采集工作.本文利用这些数据进行三维反演计算获得了该区域精细三维地壳电性结构,获得了如下认识:整体上看,张北地震区上地壳电性结构以高阻体为主,部分断裂带分布区域存在着高阻、低阻相互交替的现象,而中下地壳以规模较大、横向不连续性的低阻层为主.电性结构特征与地表地质构造格局相对应,大满—前黑沙土断裂(F1)和赤城—尚义断裂(F4)以及张家口断裂(F5)在电性结构上均表现为明显的电性差异带.针对地震学方法对1998年张北地震震源深度的多种定位结果,大地电磁探测结果支持震源深度位于12~15 km之间;发震断裂可能为隐伏在汉诺坝玄武岩区下方的大河镇—海流图断裂(F3).通过此次获得的三维电性结构信息,结合张北地震震源参数、震源机制解以及前人地震地质和地球物理探测结果综合分析,认为该区的上地壳高阻体代表着刚性较强的汉诺坝玄武岩区,汉诺坝玄武岩区下方的低阻体代表着地幔岩浆热物质,这些地幔热物质持续的向上侵入和上涌作用可能会削弱汉诺坝玄武岩区内发育的断层稳定性,直到累积足够的应力,产生了非均匀应力积累和变形并弱化了断层强度,导致了张北地震的发生.鉴于张北地震区深部具有的特殊构造环境,该地区仍然是张渤带未来应该长期关注的地震危险重点区域.

张家口-渤海地震带断层地震危险性分析

1研究背景张家口-渤海地震带(下文简称张渤带)是我国华北地区一条重要的NW向活动构造地震带,西起张北和尚义一带,经张家口向东南,穿过怀来、顺义、三河、天津等地,再经渤海向SE延伸至蓬莱以北的黄海海域。其规模巨大,构造复杂,沿走向在多处与NE向断裂带形成交会,其构造新活动具有显著的分段活动性质,不同地段地质、地貌、地震活动特征等不尽相同,有的甚至差异较大(高战武等,2001)。张渤带也是我国著名的强震集中带,地震以强度大、频度高、破坏性严重为特点,该带沿线曾发生1548年渤海海峡7级、1679年三河-平谷8.0级、1720年怀来6.8级、1888年渤海7级、1969年渤海7.4级、1976年唐山7.8级、1998年张北6.2级等强烈地震。因此,基于张渤带三维非线性断层模型,模拟了该构造带第三活动期以来6.5级及以上地震的断层应力演化过程,以探讨张渤带现今地震危险性,此项研究具有重要现实意义。

张家口—渤海地震带中小地震应力降分布特征

采用河北测震台网资料,分析了张家口—渤海地震带2008—2018年1220条M_(L)≥2.0地震的应力降。结果表明,应力降可能与应力有关,并且随震级的增加而出现不同尺度的变化,该区域应力降优势分布为0.70—3.00 MPa。

利用地震前兆综合异常识别方法跟踪分析张家口-渤海构造带地震活动

张家口-渤海构造带(下文简称张渤带)为地处华北地区的活动构造带,走向NW,规模巨大,构造复杂,沿走向与NE向断裂带形成多处交汇。以地震对应概率谱计算为核心的地震前兆异常识别法(简称ECRS方法)由王海涛等(2008)提出,后被应用于不同研究区域的地震活动分析(唐兰兰等,2011;冯建刚等,2012;卢显等,2012;李红等,2017)。本文采用此方法,以张渤带为研究区,建立该构造带各地震活动性参数的概率谱数据库,通过回顾性震例研究和外推式预测,开展中强地震前综合异常识别分析。

渤海湾盆地中央隆起带断裂构造特征及油气成藏作用

通过地震物探对渤海湾盆地黄河口凹陷中央隆起带进行研究。中央隆起带主要发育NE、NEE和近EW向断裂,其中NE向断裂为走滑主断裂,在深部断续出现;NEE和近EW向断裂为走滑派生断裂,呈雁行排列。走滑主断裂由深到浅在走向上表现出不连续性和活动强度的不一致性。断裂表现为典型的负花状构造,显示走滑作用特征。剖面解释显示,古近纪断裂带以伸展作用为主,走滑作用不明显;新近纪以来右行走滑作用逐渐增强,并在新构造运动时期达到顶峰,形成了近东西展布的雁列式断裂组合,奠定了现今的中央隆起带的构造格局。中央隆起带临近烃源岩,油气运移距离短,是油气聚集的优势区。