中国地震局地壳应力研究所与俄罗斯科学院西伯利亚分院地壳研究所开展交流合作

一、交流背景 中国人陆的汾渭地堑系与俄罗斯的贝加尔湖地堑系是全球2个非常典型的正倾滑活动断裂系（图1）。两者的活动构造研究有很多可对比之处。我所科研人员长期在汾渭地堑从事活动断裂研究。在汾渭地堑系己开展的20条活动断裂填图工作中，我所承担了其中9条活动断裂的填图。我所一室的科研人员以此访问为契机，通过前往俄罗斯地壳研究所的交流和野外考察，拟于今后双方建立共同合作研究。访问前双方就合作项目、访问交流内容进行了多次沟通。

利用地震矩张量与GPS资料推算中国大陆现今地壳运动能量分布特征

在一次地震轮回时间段内,对于某个相对统一和完整的体系,应变能的积累与释放基本等量。地震资料得到的地壳变形场是现今地壳应变能已得到释放后的一种表现,而GPS资料得到的地壳变形场中则既包含地壳应变能量的释放量,也包含积累量。结合中国大陆及其邻区的地质构造与活动地块分布特点,将研究区划分为32个独立的分区。在此基础之上,利用地震和GPS资料分别计算得到了两组单位体积能量积累率,并对其进行了比较分析。研究表明,本次地震轮回中大多数区域的地壳应变能量已基本释放完毕,我国境内只有青藏北部、川滇、昆仑、阿尔金等几个地区的地壳应变能量积累偏高,仍具有发生较强地震的可能性,是今后地震预测研究应该重点关注的地区。

利用原地应力实测资料分析芦山地震震前浅部地壳应力积累

龙门山断裂带南段的芦山Ms7.0级地震给雅安地区人民群众和当地社会带来巨大的损失,如何从地壳应力积累的角度来研究该次地震对于深入认识孕震发震机理将有很大的帮助.项目组在过去21年中在该区域积累了22个钻孔的应力实测资料,这些应力资料显示该区域的应力状态为逆冲断层应力状态,最大水平主压应力方向为N44＆#176;-64＆#176;W,而且在过去20多年里,该区域的应力状态是稳定的.文中提出利用平均差应力和平均有效应力之比μm来表征地壳应力积累的能力和水平.通过理论分析可知μm的物理意义与μ是近似的,完全可以用μm代替μ来开展分析.利用实测应力数据计算得到的μm范围为0.39～0.56,接近于Byerlee定律所定义的μ=0.6的下限值,该范围与龙门山断裂带震后断层泥稳态摩擦系数的范围完全吻合,芦山地震的发生说明研究区的地壳应处于摩擦极限平衡或者亚平衡状态.芦山地震的震源机制解反应的应力状态为逆冲断层应力状态,主压应力轴方向为122°,与该区域的应力测试数据所反应的应力状态一致.通过与他人的研究成果对比分析可知,芦山地震可看作汶川地震对龙门山断裂带南段区域的断层加载而诱发产生的一次地震.

中国大陆与各活动地块、南北地震带实测应力特征分析

本文以"中国大陆地壳应力环境基础数据库"为基础,补充了迄今为止查阅到的中国大陆水压致裂法与应力解除法的实测地应力数据,在1474个测点上得到3586条数据,研究区经度范围75°E-130°E,纬度范围18°N-47°N,深度范围0～4000m,基本覆盖了中国大陆的各活动地块与南北地震带各段等研究区.本文采用等深度段分组归纳的方法解决了实测地应力数据样本数量沿深度分布的不均匀问题,给出了中国大陆与各研究区地壳浅层测量深度范围内应力量值、方位特征.结果显示:(1)中国大陆地壳浅层最大水平应力、最小水平应力、垂直应力随深度呈线性增加;(2)中国大陆地区侧压系数随深度的变化特征为:浅部离散,随着深度增加而集中,并趋向0.68,D=465m是水平作用为主导向垂直作用为主导的转换深度,Kav=1;(3)中国大陆水平差应力在地表为3 MPa左右,随深度增加以5.8MPa/km的梯度增大;(4)在测量深度范围内,中国大陆各研究区最大水平应力中间值(深度为2000m时的统计回归值)从大到小的顺序是:青藏地块63.6MPa、南北带北段57.3MPa、华南地块51.4MPa、华北地块50.5MPa、南北带中段47.9MPa、西域地块47.5MPa、南北带南段45.4MPa、东北地块44.8MPa,总体表现为"西强东弱"的基本特征,反映了印度板块与欧亚板块的强烈碰撞是中国大陆构造应力场强度总体特征的主要来源;(5)与其他研究区相比较,青藏地块地壳在从南向北的挤压作用下呈现出明显的"浅弱深强"特点;(6)最大水平应力方向的总体特征,基本以青藏高原为中心,呈辐射状展布,由西向东,从近N-S方向逐步顺时针旋转至NNE-SSW、NE-SW、NEE-SWW、NW-SE方向,与深部的震源机制解研究结果有一致性.

基于原地应力测量数据的中国大陆地壳上部应力状态研究

在两个水平主应力随深度呈线性增加的前提下,通过数学推导,建立了侧压系数、水平最大与水平最小主应力之比(σH/σh)以及剪应力相对大小μm等应力参数随深度变化的关系式.在此基础上,依据中国大陆1780条二维水压致裂和应力解除的原地应力测量数据,对多个应力参数随深度的变化进行了回归分析.结果显示,中国大陆地壳浅部的侧压系数随深度的变化呈完整的双曲线形态,通过稳定性检验说明,即使缺少较深的原地应力实测数据,只要有一定数量的测试深度超过1500m的数据,仍然可以得到比较可信的侧压系数回归分析结果,在整个脆性上地壳的物性参数没有本质变化的前提下,可以利用地壳浅部的侧压系数回归分析结果推断脆性上地壳的2个水平主应力的取值范围;相对于侧压系数,在中国大陆地表以下几千米深度范围内,σH/σh和μm的变化不大,更接近线性分布,σH/σh的拟合值在1.5左右,μm的拟合值在0.2左右,并且μm的线性集中程度更好.利用μm的大小来判断活动断裂的地震危险性具有一定合理性.

北京平原西北部地壳浅部结构和隐伏活动断裂——由地震反射剖面揭示

已有地质和地球物理研究结果表明,北京平原区存在有多条第四纪隐伏活动断裂和隐伏盆地.为了研究该区的地壳浅部结构、断裂的空间展布、断裂活动性以及深浅构造关系,2006年,在北京平原的西北部地区完成了1条60次覆盖的中深层地震反射剖面和跨断裂的浅层地震反射剖面.结果表明,沿剖面结晶基底埋深约为3～6 km;在结晶基底以上,地震反射剖面揭示了一套连续性较好的强反射震相,应是新生代、中生代和古生代的沉积岩系;在结晶基底之下,为一系列横向连续性较差、能量较弱的短小反射事件,可能代表了变质程度较高的结晶变质岩系或不成层的其他岩体.中深层和浅层地震剖面揭示的断裂具有上下一致的对应关系和明显的第四纪活动,对本区地堑-地垒状盆岭构造和新生代地层厚度具有重要的控制作用.本项研究不仅可进一步提高对北京地区新构造活动的认识,而且研究中所采用的方法技术对其他地区的深浅构造探测研究也有借鉴意义.

龙门山断裂带地壳精细结构与汶川地震发震机理

利用2001年1月至2008年6月四川固定地震台网和临时地震台站记录到的大量P波到时资料,反演了龙门山断裂带及周边地区的地壳精细三维P波速度模型.结果表明,汶川主震以北和以南地区的结构存在较大差异,以北地区的龙门山断裂带具有很强地壳不均匀性,这与该区发生了大量汶川地震的余震相一致.这些结果有意义地改进了前人对龙门山断裂带仅为不同块体过渡带的认识.汶川主震震源区下方存在有明显低波速异常体,表明流体可能存在于龙门山断裂带内.这些流体可能直接影响汶川大震的形成.本文的成像结果为下地壳流沿龙门山断裂带上浸提供了可靠的地震学证据.

中国大陆地壳应力环境基础数据库

本文介绍了国际上有关地应力环境研究与数据库建设的相关情况;重点阐述了“中国大陆地壳应力环境基础数据库”的构成,包括基本数据类型、数据来源以及数据覆盖范围等基本情况;阐述了本数据库管理系统的基本设计思想、主要功能及其特色;扼要介绍了以数据库资料为基础开展了中国大陆构造应力分区以及应力场的数值模拟研究成果.

中国大陆及邻区海域地壳上地幔各向异性研究

利用分别由Love波和Rayleigh波得到的S波速度结构的差值(VSH-VSV)对中国大陆及邻区海域(70°E^145°E,15°N^55°N)地壳上地幔中的偏振各向异性进行研究.初步研究结果表明,各向异性在空间分布上存在不均匀性:(1)在小于150km的深度范围内,VSH>VSV的各向异性体占主导地位,反映出在地球的浅部岩石圈内的水平应力作用及软流圈顶部物质的水平向流动对各向异性的形成起主导作用.在大陆地区,各向异性的强度随深度有显著变化.上地壳和上地幔盖层中的各向异性普遍较弱,而在流变性较强的下地壳和软流圈存在较大范围的各向异性.这一现象说明下地壳在岩石圈变形中可能有解耦作用.(2)在大于200km深度的软流圈下部主要表现为VSH<VSV的各向异性,说明地幔物质垂直运动相对占优势地位.(3)在中国大陆东部可以看出一个大致趋势:在构造比较稳定的地区,岩石圈中VSH>VSV的各向异性比较显著,而软流圈中VSH<VSV的各向异性较弱;在构造活动比较强烈的地区,软流圈中VSH<VSV的各向异性占主导地位.(4)印度板块低角度向青藏高原下俯冲影响了中国大陆西部地区各向异性的特征.印度板块向北运动水平挤压中国西部大陆,使得物质定向重结晶,从而在岩石圈下部产生显著的VSH>VSV各向异性.

用瑞利面波资料反演中国大陆东部地壳上地幔横波速度的三维构造

利用中国大陆东部２１个台站的４３条面波大圆路径上瑞利面波记录的双台资料， 计算出双台间地震面波相速度频散，采用Ｔａｒａｎｔｏｌａ概率反演的方法求得相速度频散曲线的分 布，并由各处相速度频散曲线反演得到地壳上地幔的三维横波波速图像，进而得到中国东部 地壳上地幔的Ｓ波速度结构．结果表明：我国大陆东部地壳厚度总体上呈东薄西厚的趋势，以 １０５°Ｅ为界向西地壳厚度逐渐加深到５５ｋｍ以上，其中有一个北东向的ｈ形地壳厚度的坡度 带．豫西及晋南地区为相对薄地壳的地区．大别山地区和泰山附近地区地壳变厚，但秦岭地 区地壳不变厚．上地幔低速层上界面的深度在华北地区较浅，为８０—９０ｋｍ，在鄂尔多斯、四 川东部以及黔湘地区为１２０—１３０ｋｍ．扬子地块东部及华南褶皱系中、东部上地幔顶部速度 偏低使低速层的速度反差不明显．滇黔褶皱系的西部在２００ｋｍ以内的上地幔中未出现低速层。

中国强震前兆地震活动图像机理的三维数值模拟研究

建立了含有母体岩石、硬包体和随机分布的小裂纹的三维有限元模型,计算了包体和各层实体中的应力分布.利用最高应力破裂准则、释放破裂单元刚度生与死的方法,模拟强震前岩石的破裂和小震的空间分布特征.结果表明,文中三种模型都显示出强震前在孕震体即包体附近出现了高应力集中单元.它们是形成小震空区、条带和地震空间丛集图像的基础.随机裂纹的存在,有利于在孕震体(包体)外的裂纹端部应力集中,先发生小震,形成包围孕震包体的前兆地震活动图像,而包体中的应力逐渐增加,为发生强震提供了条件.包体的形状和几何位置是影响强震前兆地震活动图像形态的重要因素.引入材料的黏弹性,导致了其中应力随时间迅速减小和弹性层某些部位应力随时间的增加.但在本文设定的构造模型框架和介质参数下,下层黏弹性的存在对上层母体的应力随时间的增加影响不大.

中国玉树Mw6.9地震InSAR地表形变特征分析

利用ALOS PALSAR和ENVISATASAR雷达遥感干涉像对,获取了2010年4月14日玉树Mw6.9地震的InSAR同震形变场。对形变结果的分析表明:至少有3次地表破裂;沿断层走向的形变分布范围远大于垂直断层分布范围,且对断层两侧的影响范围在10 km左右;最大的视线向形变量达54 cm,最大水平位移达180 cm;形变分布特征与左旋走滑断层特征吻合。对比ALOS PALSAR和ENVISAT ASAR的形变测量结果,发现两种模式获取的结果非常一致。另外基于InSAR获取的宏观震中与野外考察结果也非常一致,表明InSAR是宏观震中快速定位的简单快捷方法。

中国大陆东部及海域地壳-上地幔结构研究

中国大陆东部及海域 ( 98°～ 1 5 0°E,5°～ 5 0°N)位于欧亚大陆和太平洋两大板块的衔接地带 ,且深受来自印度洋板块活动的影响 .本文利用该区域内的 35个数字地震台记录的面波资料 ,采取多重滤波技术等时频分析方法 ,求得了 1 2 5 2条路径上基阶瑞利波的频散曲线 ,然后将研究区域划分为 1°× 1°的网格 ,通过 Occam反演方法求得了 1 0～ 1 5 8s周期范围内基阶瑞利波群速度在研究区域内的分布 .这些速度分布大致反映了不同深度范围介质 S波速度的横向变化情况 .利用求得的纯路径频散 ,进一步反演得到了青藏高原东部—太平洋、南海—蒙古两个剖面的 S波速度随深度的变化 ,发现研究区内的横向不均匀性直到 40 0 km仍很明显 。

中国东部海域地壳-上地幔瑞利波速度结构研究

为了进一步了解中国东部沿海及相邻海域的地壳－上地幔结构特征，对该区域的构造演化历史、地震活动及深部构造等方面研究提供一些基础资料，利用３１个数字地震台记录的高质量瑞利波资料，采用一种新的混合路径频散的网格反演方法（Ｏｃｃａｍ方法），对中国东部海域瑞利波群速度横向不均匀分布进行了初步研究．根据反演得到的１０—１５０ｓ共３６个中心周期的群速度分布特征，以及几个典型地点的剪切波速度结构的深度变化，对研究区域内各构造单元的划分以及它们在速度结构和上地幔低速层埋深等方面的特征进行了讨论。

中国地震地质灾害的主要类型与分布特征

基于地震地质灾害的成因,并适度面向工程建设需求,综合已有分类方案优缺点并参考诸多学者研究成果,对地震地质灾害做了重新划分,在此基础上分析了中国地震地质灾害的分布特征。研究发现,我国地震地质灾害分布的差异性明显:(1)灾害类型多样,主要为地震作用下的斜坡失稳、地表破裂、泥石流、砂土液化和地面变形灾害,其次为地震塌陷和堰塞湖与溃决灾害,而地震涌浪、海啸、诱发水库地震等则属于极少见的灾害;(2)整体上,我国的地震地质灾害在强度分布、类型分布和危险性程度方面差异性明显,我国的西部特别是西南部是地震地质灾害最为严重的地区,其次是华北部分地区。

前郭M_S5.8和松原M_S5.7地震震源区地壳速度结构与孕震环境

为了解2013年11月23日吉林前郭MS5.8和2018年5月28日吉林松原MS5.7地震震源区的地壳速度结构及其孕震环境,本研究收集了东北地区CEA固定台站、NECESSArray流动台站和五大连池WAVESArrary流动台站的连续波形数据,使用背景噪声成像方法,获得了前郭地震和松原地震震源区地壳S波速度结构.结果显示,这两个地震主要发生在相对高波速异常区,而震源区下方存在明显低波速异常,且该低速层呈北北东走向,并有向北延展的趋势.结果表明,震源区相对高波速异常区易于积累能量孕育地震,而震源区下方的低波速异常可能代表了流体作用.这种流体作用会降低断层面有效正应力从而触发地震.这种流体作用可能和太平洋板块深俯冲至我国东北地区(包括前郭地震和松原地震震源区)下方的地幔转换内形成“大地幔楔”结构与动力学密切相关.在“大地幔楔”结构中,由于地幔转换带中滞留板块脱水作用和地幔角流作用,容易形成热湿物质上涌,进而导致松辽盆地中北部岩石圈物质拆沉、地幔流体入侵至中下地壳、然后作用于断裂带,从而导致了两个震源区中强度地震的发生.

地震视应力在中国大陆西部强震趋势预测中的应用

以中国大陆西部（20^o～50^oN，73^o～105^oE）为例，以中国地震台网中心月报目录为基础，参照美国哈佛大学（CMT）逐个筛选出1990年1月1日至2005年12月31日中国大陆191个地震作为样本，对用哈佛大学提供的地震矩和震级能量公式计算的视应力值σapp1与完全由震级经验公式估算出的地震矩和地震辐射能量计算出的视应力值σapp2。进行了对比分析。在此基础上，通过对1970年以来中国大陆7级以上强震的震例总结，对地震视应力异常区与强震发生地区的关系进行了研究。并结合钻孔应力、应变学科在年度预测中对中国大陆西部强震发生地区的预测情况进行了尺值评分。结果表明：①当震级上限固定时，σapp1与σapp2的差值序列之方差，表现出随着震级下限增大而增大的特征。在3．5≤Ms≤6．0区间内，以圳与σapp2拟合程度较好。②地震视应力异常区的变化与迁移可能是构造大区应力、应变场中显著应力变化区的变化与迁移的反映，具有图像直观、量化、预测区间有限等优点，可用于强震发生地区的预测，尺值约为0．35。并对强震发生地区趋势预测的总体思路进行了有意义的讨论。

中国大陆井水温对汶川8.0级、玉树7.1级、芦山7.0级和岷县6.6级地震响应特征的对比研究

收集和统计了2008年汶川MS8.0地震、2010年玉树MS7.1地震和2013年芦山MS7.0、岷县MS6.6地震引起的中国大陆井水温同震响应现象,分析了其特征。结果显示:这4次地震对中国大陆地下流体影响显著,井水温同震响应特征有很大差异,后三次水温同震响应范围、幅度和持续时间远不及汶川地震,即使震级相差不大的玉树和芦山地震,同震响应的特征也不尽相同。最后探讨了这种现象的成因机理。

华北地区地震活动与地壳热结构关系研究

本文应用双差定位法对2009—2015年华北地区发生的地震进行了重新定位,共得到6 225次地震的精确定位结果.结果显示,重定位后的小震更加集中分布于断裂附近,震源深度多为5—15km.利用基于三维分形磁化模型的中心点法获得了华北地区的居里点深度并计算了磁性层的平均地温梯度,进而利用随温度变化的热导率一维稳态热传导方程获得了华北地区的地壳温度结构.结果显示:1除张渤地震带中东部地区以外,大多数地震均发生在地温梯度较小的地方;2 1966年邢台M_S7.2地震和1976年唐山M_S7.8地震均发生在地温梯度较小的地方,二者发生的温度约为200℃—300℃;3大多数M≥2.0地震发生的温度为100℃—500℃,M≥4.0地震发生的温度多为200℃—400℃.这些温度与实验室地壳岩石脆-塑性变形过渡区的温度测量值相当,表明华北地区的地震多发生在地壳脆-塑性变形过渡区.

中国地震前兆台网观测技术系统整合

我国地震前兆台网先后经历了"模拟和人工"、"九五"数字化、"十五"网络化等3个阶段,目前并行运转着"模拟和人工"、"九五"、"十五"等3套观测系统,这增大了前兆台网运行维护工作的复杂性。2010年起开始实施的前兆台网改造升级工作,将"九五"、"模拟和人工"观测系统整体并入了"十五"系统。其主要工作内容包括台站接入改造、前兆专业软件升级和并网仪器历史数据的迁移等几个方面,以实现前兆台网3套观测系统统一的运行监控、数据采集、存储、交换、管理和服务。本文系统分析了前兆台网观测系统的现状和存在的问题,介绍了观测系统整合的主要工作内容、技术关键点、取得的成果和效益等。