地震亚失稳过程中前兆异常演化的综合解释——以2014年鲁甸6.5级地震为例

文中以2014年鲁甸6.5级地震为例,在亚失稳实验及理论指导下,基于震前地震活动及地球物理观测资料并结合地震成核数值模拟结果,综合分析前兆异常时空演化与亚失稳过程的关系,首次提供了一个可明确佐证亚失稳阶段震源区成核、震源区附近协同化过程持续加剧的典型震例和观测事实。研究结果显示,依据大区域强震活动及流动重力观测,可判定鲁甸地震前研究区已处于高应力状态。在高应力背景判定的基础上,依据地震活动及地球物理观测前兆异常,可粗略判定鲁甸地震亚失稳过程可能起始于震前7、8个月,最突出的现象或判定指标是由震中附近小地震活跃所表征的断层应力状态由积累为主向释放为主的转变,以及由定点地球物理观测异常数量显著增加所表征的断层运动协同化现象,从地震成核的角度与成核后期核心弱化区扩张过程有关。之后至主震发生,还有2个时间节点需要关注:一是震前4、5个月,定点地球物理观测异常空间分布范围自震中附近向外围的明显扩展,显示断层变形的加速协同化;二是震前2个月之后,震中附近小地震活动开始减弱、微震活动及定点地球物理异常出现向震中的迁移收缩,与地震成核过程核心弱化区扩展之后的收缩过程相关联。

滇东北地区三维电性构造研究

滇东北地区位处不同构造分区的交界地带,发育有多样的断裂构造,其中昭通—鲁甸断裂和小江断裂带的部分区段均具备积累高应力的条件,具有较强的孕震潜力.本文基于覆盖巧家、东川、鲁甸等地区采集的区域大地电磁阵列观测数据,通过大地电磁三维反演,获得了该地区的三维电性结构的水平和垂直切片,完整地揭示了滇东北地区的深部电性结构特征.反演结果表明,昭通—鲁甸断裂在10 km深度以内发育有多个局部高阻区,小江断裂带的巧家—东川段的东侧、东西两支交汇处在上地壳均表现为高阻,这些区域均展示出更强的孕震能力.根据低阻异常的分布,推测昭通—鲁甸断裂和小江断裂下方的低阻构造在中下地壳的多个位置发生连通.本文将研究区的地表热流、岩石圈有效弹性厚度、地震与电性结构结合分析,推测在滇东北深部低阻层可能存在下地壳流,并且下地壳流的塑性流动为鲁甸的地震活动提供了深部动力来源.

昭通—鲁甸断裂带晚第四纪活动性研究

昭通—鲁甸断裂带是青藏高原东南缘大凉山次级活动块体南部边界的重要组成部分,也是滇东北地区重要的地震构造.为进一步了解断裂活动程度和晚第四纪活动性,开展野外地质地貌调查、探槽工程及样品采集与年代学测试等研究.结果表明:①根据野外地质地貌调查结果,昭通—鲁甸断裂带北东向3支次级断裂在晚更新世以来活动强烈,运动性质以逆冲兼具右旋走滑为主.②昭通—鲁甸断裂上,新棚子村开挖的探槽揭示出断层错断了晚更新世地层[(32510±30)a BP];根据黏土层明显的砾石定向排列及砂石层扰动现象,推测断层可能错断全新世地层[(10880±30)a BP].研究成果对滇东北及川滇交界地区地震趋势及地震危险性预测具有重要意义.

云南莲峰、昭通—鲁甸断裂带面积—高程积分的构造地貌研究

笔者等基于ASTER GDEM数据,提取莲峰、昭通—鲁甸断裂带集水区,计算该区亚流域盆地的面积—高程积分值,并结合野外剖面特征、历史地震、断裂构造特征及活动特征等,初步探讨了莲峰、昭通—鲁甸断裂带的构造地貌特征及其动力学机制。得到以下几点认识:①研究区除鲁甸盆地外,大部分地区的地貌发育阶段为壮年期;②研究区面积—高程积分值(HI)主要受控于构造活动,岩性的抗侵蚀性和水系侵蚀发挥局部或次要作用;③面积—高程积分值(HI)对研究区不同构造抬升强度地区的响应方式不同:构造强烈抬升区,HI值反映了集水流域受到强烈的构造抬升和侵蚀的共同作用;构造抬升减弱区,HI值反映了缓慢的构造隆升和沉积作用的共同结果。

昭通-鲁甸断裂晚第四纪活动及其构造意义

昭通-鲁甸断裂带主要由昭通-鲁甸、洒渔河和龙树3条右阶斜列的断裂组成.总体走向40°～ 60°,洒渔河和龙树断裂倾向SE,昭通-鲁甸断裂倾向NW,它们共同构成几何结构复杂的逆冲断裂系.野外考察表明：沿断裂表现为平直的断层槽地、定向排列的断层三角面、断层陡坎等地貌;大桥边、北闸镇、光明村等地断错了晚更新世—全新世地层;龙树河I级阶地上发育高0.5～2.0m的断层陡坎.表明其最新活动时代为晚更新世一全新世,运动性质以逆冲运动为主兼有右旋走滑分量.此外,在NE向断裂间穿插发育的一些NW向断裂,同样表现出晚第四纪活动特征.在2014年鲁甸M6.5地震震区产生了NE和NW向地裂缝和地形反坎等地表形变,与NE和NW向断裂展布基本一致,反映了断裂的新活动特征.由于块体远程变形响应与能量交换传递,在川滇块体东侧形成了凉山次级活动块体,昭通-鲁甸断裂带位于凉山次级活动块体SE向运动的前缘部位.它独特的地理位置和复杂的断裂几何结构成为凉山次级块体构造变形的主要承载体之一,吸收、调节块体SE向运动应变,并构成了凉山次级活动块体的南部边界.从区域构造部位和运动特征分析,昭通-鲁甸断裂带之于凉山次级块体,正如龙门山断裂带之于巴颜喀拉块体.昭通-鲁甸断裂带在活动块体边界和区域构造格架划分上具有重要的构造意义,同时也是滇东北地区重要的地震构造.

无人机航测技术在2014年鲁甸M_S6.5地震震区活动构造调查中的应用

鲁甸震区地处滇东北高山峡谷地区,地形地貌复杂,第四系极不发育,常规的活动地貌调查条件较差。近年来快速发展的无人机航测技术在地貌数据采集方面展现出了突出优势,通过将无人机航测技术应用于鲁甸震区一带活动构造研究中,结合野外地质调查和探槽选点工作,探讨了无人机航测技术在震区活动构造研究中的工作流程,基于无人机航测数据采集及解译,得到包谷垴—小河断裂光明村小垭口段2组密集分布的优势地表破裂;沿昭通—鲁甸断裂发现水系、山脊同步右旋位错约70 m;在新棚子村发现断层槽谷并布设探槽,成功揭露断层,以上应用显示了无人机航测技术在多山地区活动构造研究中的较好适用性。

丽江—清镇剖面上地壳速度结构及其与鲁甸M_s6.5级地震孕震环境的关系

2014年8月3日,云南省昭通一鲁甸地区发生M_s6.5级地震,造成了重大的人员伤亡和财产损失.鲁甸震区位于扬子块体的西缘,小江断裂带的东侧北东向的昭通—莲峰断裂带内.由于至今没有穿越该断裂带的人工源深地震测深剖面,而丽江—攀枝花—清镇650 km长深地震测深剖面距离鲁甸主震区不超过50 km,利用宽角地震资料的初至波震相,通过有限差分反演揭示该地区上地壳速度结构,可以为鲁甸震区的地震定位、地震孕育机制等提供深部速度模型.速度剖面显示:剖面结晶基底厚度平均为2 km左右;小江断裂带速度较低,东西两侧的速度较高;因此小江断裂带区域地壳强度比较低,加上断裂两侧的应变速率很高,所以小江断裂带和旁边的鲁甸—昭通断裂带,未来具有发生较大地震的可能,值得关注.

云南鲁甸M_S6.5地震余震重定位及其发震构造

整合了鲁甸震区周边的云南省地震台网、昭通市地震台网、巧家台阵,以及流动台站2个月的震相观测数据,对鲁甸地震序列进行了重新定位,得到了1 750个地震的震源参数。重定位结果显示,余震有2个优势分布方向,分别为SE向和SW向,具有不对称的共轭分布特征。2个余震条带的展布长度相当,约为16km,夹角约100°。余震分布显示鲁甸地震的发震断层为高倾角的走滑断层。主震位于2个余震条带中间略偏西南的位置,早期余震主要沿NW-SE向垂直于昭通-鲁甸断裂分布,主震西南侧的余震可能为后期触发的。根据余震分布与周边断层的关系、主震震源机制、烈度分布的长轴方位,以及滑坡分布等资料,认为鲁甸地震的发震断层为NW向的包谷垴-小河断裂。包谷垴-小河断裂南北两侧无论是在地震活动、深部速度结构,还是块体运动方向和速率方面都存在显著差异,断裂北侧的高速异常可能是阻止余震向北继续扩展的主要原因。

昭通-鲁甸断褶带南段构造变形序列与应力分析

昭通-鲁甸断裂作为大凉山次级活动块体与华南地块的边界断裂之一,自鲁甸Ms6.5地震以来,备受关注。研究区内昭通-鲁甸断褶带是由NE、NW向断裂和破褶皱共同组成的似花状构造带,为了更加全面、深入了解昭通-鲁甸断褶带,在布设的4个观测区内,基于野外特征与应力分析,初步建立了6个构造变形序列,将其构造演化划分为6个阶段:(1)燕山中期NE、近SN向褶皱形成阶段;(2)燕山中期昭通-鲁甸NE向断褶带形成阶段;(3)燕山晚期NE向断裂反转阶段;(4)燕山晚期EW向叠加褶皱阶段;(5)燕山晚期昭通-鲁甸断褶带伸展阶段;(6)第四纪昭通-鲁甸断褶带活动阶段。为燕山期以后川滇地块与华南地块的运动研究提供了重要的地质依据,并认为昭通-鲁甸断裂晚更新世-全新世构造变形使NE向和NW向断裂均有活动,组成了共轭断裂样式。鲁甸地震的发生与NE、NW向断裂活动均有关。

2014年云南鲁甸地震同震库仑应力对余震分布及周边断层的影响

利用弹性位错理论和分层岩石圈模型,计算了2014年8月3日发生的MS6.5云南鲁甸地震导致的同震库仑应力变化场,讨论了主震对余震分布以及对周边主要活动断层的影响。结果表明:1)基于NNW向破裂面计算得到的应力变化场能够更好地解释余震的空间分布,可能为主震的破裂面;2)目前余震主要沿主破裂面及破裂面以西的应力增强区分布,其他没有余震记录的应力增强区构造应力积累可能较低;3)鲁甸地震提升了昭通断裂南段、则木河-小江断裂巧家段以及莲峰断裂NE段上的库仑应力增量,地震危险性有所增强。这些结果对于判断余震可能发生的区域、圈定震区周边未来可能的地震危险区,对于灾区人员安置、灾后恢复重建,以及加强震灾和次生灾害防御具有重要的参考价值。

鲁甸地区地震活动及地震构造环境

分析2017年鲁甸M_S4.9地震等震线特征、震源机制解及余震序列特征,从地震序列和震源机制解两方面,分析昭通—鲁甸断裂带及邻区地震类型分布特征;结合野外活动断裂考察成果及前人的研究成果,探讨了昭通—鲁甸断裂带及邻区地震构造环境。初步认为,鲁甸M_S4.9地震可能不是鲁甸M_S6.5地震的强余震。昭通—鲁甸断裂带及邻区地震类型分布受区域断裂控制明显,具有有利的孕震构造环境。

利用区域宽频带数据反演鲁甸M_s6.5级地震震源破裂过程

基于有限断层模型反演方法,我们利用区域宽频带数据反演得到了2014年8月3日鲁甸M_s6.5级地震的震源破裂过程.反演结果显示:此次地震的发震断层走向为北北西向,破裂主要以左旋走滑为主,位移主要发生在震源左上方,最大滑动量为0.7 m,模型显示断层破裂可能接近地表,破裂长度约10 km.此次地震释放的标量地震矩为1.97×10^(18)N·m,相当于矩震级为M_w 6.1,地震能量主要在前15 s释放.鲁甸地震有四个显著的特点:(1)位移主要集中在浅部,从11 km起破点开始迅速向上传播,大部分位于10 km以上且最大位移位于深度3 km处,从模型来看,破裂可能接近地表,因此地表震动较为强烈;(2)应力降比较大,计算显示释放的同震静态应力降约为2.8 MPa;(3)破裂速度较快,在地表附近超过了2.5 km·s^(-1);(4)主震可能发生在一个共轭断层系上.这四个特点可能是导致此次地震造成如此重大人员伤亡和财产损失的最重要的原因.

2014年鲁甸MS6.5地震触发滑坡编录及其对一些地震参数的指示

2014年8月3日云南鲁甸MS6.5地震不仅直接造成建筑倒塌,还触发了大量的山体滑坡,一些滑坡掩埋了居民点,造成了严重的人员伤亡与财产损失。基于震后高分辨率TH01-02与SJ9A卫星影像,震前高分辨率GF1卫星影像,采用人工目视解译方法,建立了鲁甸地震滑坡编录图。并基于部分滑坡的野外照片与超高分辨率航片对解译结果进行验证。结果表明,鲁甸地震至少触发了1024处面积>100m2的滑坡。这些滑坡分布在一个面积约为250km2的区域内,滑坡覆盖面积为5.19km2,总体积约为2.2×107m3。滑坡分布区内的滑坡点密度约为4.03个·km-2,面密度约为2.04%,滑坡平均剥蚀厚度约为86.7mm。对震中周围不同方位的滑坡数量与面积进行了统计,结果显示,滑坡总体上呈NW-SE方向分布,且大多数滑坡位于震中的SE方向。这表明鲁甸地震发震构造更可能是一条NW向断层,且破裂方向是自NW向SE。这与其他地震、地质、地球物理等方面的证据所表现出来的发震断层性质相吻合。将鲁甸地震滑坡分布面积、滑坡数量、面积、体积与全球其他震例进行对比,结果表明,鲁甸地震滑坡分布区较小,但是大滑坡较多、滑坡体积相对大。这反映了鲁甸地震具有震源浅与地震能量衰减迅速的特点。

鲁甸6.5级地震发震断层判定及其构造属性讨论

鲁甸6.5级地震是川滇菱形块体南南东向运动在青藏高原东缘与华南地块相互作用边界变形带上发生的一次中等强度地震.尽管野外应急科学考察没有发现明显的地震地表破裂带,但云南昭通防震减灾局局域地震台网记录到的余震条带状分布、震后科学考察获得的地震烈度长轴方位和极震区地震裂缝等显示出发震断层为Nw向包谷垴一小河断裂,左旋走滑性质,属大凉山断裂南端部组成部分;库仑应力计算表明,鲁甸地震可对周边活动断层系历史地震空段产生应力加载作用,其地震危险性不容忽视.

以鲁甸地震和彝良地震为例分析云南昭通地质构造与地震灾害特点

通过区域活动构造及动力学背景、新构造运动特征和地震活动等资料分析了昭通地区的地震构造背景;以2014年鲁甸M_S6.5和2012年彝良M_S5.7、5.6地震为例,在分析其地震灾害特点的基础上,结合区域地形地貌、地质构造条件、房屋结构,特别是简易结构房屋特点等因素厘定该地区发生中强地震可能面临的灾害,如地震地质灾害、房屋建筑破坏和人员伤亡等;并着重讨论了活动构造的性质及运动方式等与震害特别是地震地质灾害的关系。最后,从房屋建筑选址及质量、地质灾害防范、公共安全和宣传教育等方面,对昭通地区的防灾减灾工作提出了一些思考和建议。

大凉山次级块体的整体抬升和逆时针转动

大凉山次级块体现今仍处于强烈隆升状态，周边地震活动频繁，对研究青藏高原东缘晚新生代以来的构造变形和隆升方式具有重要意义。本文基于90m分辨率的SRTM数据，对大凉山次级块体及周边地区的高程进行了200m间隔的地形重分类，计算了地形起伏度、坡度及横跨主要断裂的廊带剖面，统计对比了该块体和相邻块体之间的高程-坡度分布。结合地震活动、大地电磁测深剖面、GPS速度场和地质剖面，发现大凉山次级块的整体高程较高、地形较平坦，向四川盆地阶梯式下降。以安宁河断裂与则木河断裂交汇处为界，块体北部和南部的地形地貌差异较大。北部存在大量挤压抬升，南部挤压分量减少，走滑分量有所增加。在四川盆地和川滇块体的挟持下，大凉山次级块体在南东向运动时，以自身的逆时针旋转变形取代了块体内部的结构破坏和差异隆升。实现北部挤压至南部拉张的构造变形转换和整体抬升。

云南鲁甸“8·03”地震地表破裂与大型地震滑坡

云南鲁甸"8·03"地震造成重大的人员伤亡和财产损失,诱发大量次生山地灾害。根据实地考察和遥感解译,在地震烈度Ⅸ度区内发现一条地震地表破裂带,沿破裂带发育有4个(特)大型滑坡和一个高危堰塞湖。该破裂带具有典型的右旋走滑特征,系右旋走滑断层活动的结果。根据其发育特征,该断层应为"包谷垴-小河断裂"沿小河-乐红镇方向的延伸部分,对地震灾区次生山地灾害的分布起着重要的控制作用,也是4个大型滑坡形成的重要动力来源。综合分析断层的位置特征和大型地震灾害的分布情况,推断该断层为本次地震的发震断层。建议进一步加强该发震断层诱发次生山地灾害的调查与分析,防止次生山地灾害造成新的危害。

2014年鲁甸6.5级地震成因、破裂特征和余震分布特征的库仑应力作用

根据2014年鲁甸MS6.5地震的区域构造和余震共轭分布特征,本文首先计算了1733年小江断裂带北段M7.75地震,1850年则木河断裂带M7.5地震和1974年马边MS7.1地震对鲁甸MS6.5地震震源机制解两个节面的黏弹性库仑应力作用,结果显示NNW向发生主破裂的包谷垴—小河断裂受到这3次地震,尤其是1850年M7.5地震明显的库仑应力作用,我们认为则木河断裂的高速左旋走滑运动以及7级以上强震的重复发生对于包谷垴—小河断裂的强震孕育和断裂演化方面具有促进作用;然后分析了鲁甸6.5级地震的共轭破裂与余震分布特征,并分别计算了两个共轭破裂面单独破裂对另一破裂面的库仑应力作用,结果显示NEE向破裂促进NNW向破裂的发生,而NNW向破裂后则阻碍了NEE向破裂的进一步发展,最终发展成以NNW向破裂为主的共轭破裂事件;最后计算了共轭破裂产生的库仑应力变化对余震的影响,认为位于NEE向破裂面西侧的余震集中分布主要是由于应力触发作用而形成.

2014年鲁甸M_S6.5地震序列发震构造的再研究

文中收集了震后约210d震区几乎所有台站的地震记录,特别挑选了速度模型和非线性定位技术,重新确定了鲁甸MS6.5地震序列的震源位置,而且利用与绝对定位时相同的速度模型借助双差定位技术确定了它们的相对位置。基于定位结果,通过震源位置的直线拟合估计了发震断层的走向和倾角,并为发震断层的成因提供了新的解释。结果表明,此地震序列可分为4个区域,对应于4个尺度和走向不同但近乎直立的断层,其中2个较大且相互铰接,是地震序列的主要断层,另外2个较小且距主震相对较远;这4个断层与当地固有断层一起形成以震中为中心的辐射状结构,呈现出复杂的发震构造,而这种构造的形成很可能与下地壳物质密度的变化有关。

一种随机有限断层的三维地震动模拟方法——鲁甸地震为例

传统随机有限断层方法只能模拟水平单向地震动,不能完全满足工程抗震设计对三维(两个水平向及竖向)地震动需求。文中在传统方法的基础上发展了一种可模拟三维地震动的随机有限断层方法,利用水平向和/或垂直向P、SV、SH波在频域上的经验表达并结合随机相位合成三维地震动加速度时程。为验证方法的可靠性,模拟了2014年云南鲁甸地震的三维地震动。结果表明,改进方法合成的加速度时程波形与观测记录较相似,且模拟记录PGA、0.05~10 s周期段PSA幅值和谱形与观测记录也具有良好一致性,能合理反映地震动随距离的衰减规律;鲁甸地震三维地震动的可靠模拟也验证了路径衰减、路径持时经验模型、高频衰减参数、震源谱衰减率等模拟输入参数的可靠性,可进一步应用于该区域设定地震地震动预测。