帕米尔东北部公格尔拉张系现今构造形变InSAR研究及地震危险性分析

帕米尔构造结断裂发育,强震频繁,一直是大陆动力学研究关注的重点区域。位于帕米尔内部的公格尔拉张系是中、东帕米尔内部最重要的张性断层之一,对其现今构造形变进行研究,对于探讨帕米尔内部的现今变形状态、动力学机制、强震活动及灾害防御都具有重要意义。本文处理了2018—2022年2个轨道的Sentinel-1 SAR数据,获取了研究区高密度三维形变速率场,并结合库伦应力讨论了研究区地震危险性。结果表明,在东西方向上,公格尔拉张系的木吉断裂存在约10 mm/a的右旋走滑,昆盖山南麓断裂和公格尔山断裂的拉张速率分别约为11和5 mm/a,慕士塔格断裂几乎不作拉张运动;垂直方向上,木吉断层南盘抬升7 mm/a,北盘抬升3 mm/a,昆盖山南麓断裂、公格尔山断裂和慕士塔格断裂的两侧均存在一定程度的抬升,约为3 mm/a;静态库伦应力表示,公格尔拉张系北段为未来强震的危险区。

新疆天山中段地壳和上地幔顶部P波速度结构研究

天山造山带一直以来是研究盆山耦合作用的理想场所,深入理解这一地区的壳幔结构对认识天山造山带深部动力学过程具有重要意义.本研究基于2009—2020年新疆区域数字地震台网固定台站、震后架设应急流动台站以及部分宽频带流动地震台站记录到的MS≥1.5地震到时资料,采用双差地震层析成像方法反演获得了新疆天山中段精细的地壳和上地幔顶部三维P波速度结构和地震震源参数.结果显示:新疆天山中段具有复杂的深浅构造关系,地壳浅部及上地壳P波速度结构与地表地质构造密切相关,高速异常区对应于天山造山带,低速异常区对应于沉积盆地.研究区中东段中地壳和下地壳存在较大范围低速区,与两侧准噶尔盆地和塔里木盆地上地壳和中地壳低速区相连,且准噶尔盆地和塔里木盆地下地壳及上地幔顶部双向均向新疆天山中段下方倾斜.结合前人诸多研究成果推测,在南北向构造挤压作用下,塔里木盆地与准噶尔盆地双向向天山造山带壳幔岩石圈发生"层间插入与俯冲削减".重定位后地震分布显示,地震震源深度优势范围为0~25 km,主要沿断裂带、盆山结合部以及不同块体接触部位分布,且与壳内低速体有较好的相关性.这些结果可能为研究新疆天山中段地壳和上地幔顶部速度结构和动力学过程提供参考依据.

2024年1月23日新疆乌什M_(S)7.1地震地质灾害和地表破裂

2024年1月23日新疆乌什M_(S)7.1地震是自1992年吉尔吉斯斯坦Suusamyr M_(S)7.3地震以来发生在天山地震带内的最大地震。主余震初步精定位和第一时间野外调查结果表明,乌什MS7.1地震的余震带总体走向NE,长约62km,主要分布在盆山交接部位。地震产生了边坡失稳、岩崩、滚石、地裂隙等次生地质灾害,主要集中在沿构造走向微观震中两侧30km范围内。由微观震中向N约7km、向S约13km以外,地质灾害迅速减轻,且山前断层陡坎(F_(5))未见任何新鲜的活动迹象。结合中国地震局地质研究所产出的InSAR同震形变场初步结果,判定此次主震的发震断层为一条倾向NW、未错出地表的逆冲断层。在GCMT震中所在的恰勒玛提河,沿西域砾岩背斜南翼发现了总体走向N60°E、长约2km、最大垂直位错约1m的地震地表破裂带。该地表破裂在较老地貌面上基本沿先存断层陡坎发育,总体受一条倾向SE、与主震发震断层倾向相反的逆断裂控制。地表破裂带长2km,规模远小于乌什M_(S)7.1地震余震带,其是由M_(S)7.1主震所致还是因M_(S)5.7余震造成的,以及产生地表破裂的SE倾逆断层与NW倾主震发震断裂之间是何种关系,还需进一步研究。

利用加卸载响应比探查强震成核过程——以2020年新疆伽师6.4级地震为例

加卸载响应比(LURR)是基于非均匀脆性介质损伤演化提出的一种中短期地震预测方法,以往的研究中多以地震活动为响应量计算LURR,地球物理观测资料应用较少.本文基于地下流体、地壳形变、电磁、岩石地温等观测资料,运用加卸载响应比(LURR)方法研究2020年新疆伽师6.4级地震的孕育过程.震中300 km范围内的20个观测台站中,11个台站数据计算得到的LURR时间序列呈现明显规律性特征.震前数月-数天都出现相对异常高值,并在回落后发生地震,演化过程与使用震中200 km范围内小震活动计算的LURR时间序列一致.不同观测资料所得LURR异常阈值分别为:地下水位1.02、岩石地温1.0002、倾斜仪1.005、水温1.02、氢气1.02、地电阻率1.01、地磁1.02、小震活动1.5.从异常台站的空间分布上看,存在向震中迁移的过程,即随着主震发生时间的临近,检测到异常的台站位置与震中之间的距离越小,且在震中附近呈现加速过程.LURR异常的时空演化可能与岩石介质的亚失稳有关,反映了大震前震源区介质的成核弱化和加速破裂过程.上述演化过程可以通过原始观测曲线中记录的异常数量、空间分布及其随时间的演化加以证实.

陡坎地貌定年理论及其在活动构造与地貌学研究中的应用

陡坎是构造活动、气候变化和侵蚀过程所产生的一种地貌现象。对陡坎中蕴含的地质信息进行解译,一方面可定量分析其地貌演变过程、重建相应地区的构造演化过程以及相关的地壳运动学过程及动力机制;另一方面也可了解地貌演化过程中构造、侵蚀与气候三者之间的互馈关系。然而,在地质条件欠佳的区域(无良好定年沉积物或人员无法到达),通常难以获得陡坎形成的年代。陡坎地貌定年很好地弥补了研究区的史料记载以及传统测年方法(如放射性碳同位素法、释光法和宇宙成因核素测年等)难以获得测年样品的不足。陡坎地貌定年的理论基础为“陡坎演化在稳定的侵蚀退化阶段可以通过坡面演化模型进行模拟”。不同坡面演化模型的提出及发展对研究构造活动、气候变化与地表剥蚀过程等有着重要意义。文中系统总结了陡坎定年理论及其数学模型,同时介绍了发育于不同地貌类型(活动断层、河流及海岸阶地、冲积扇、地外行星等)下的陡坎研究进展,并以帕米尔东北缘正断层陡坎地貌定年为研究实例,进一步探论并展望了陡坎地貌定年在构造地貌学领域的发展方向。

新疆及周边地区地震热红外异常

文中以风云二号气象卫星黑体亮度温度产品为数据源,提取2008—2021年新疆及周边地区热红外相对功率谱异常,并对该地区的地震热红外异常进行分析。结果表明:1)热红外相对功率谱频段1对新疆及周边地区5级以上地震的对应率最高,为44%,但只有6.0~6.9级地震通过了显著性检验,R值为0.342,大于R0(0.306)。5.0~5.9级地震的优势发震时间为异常开始后3个月内及结束后0.5个月内,6.0~6.9级地震则为异常结束后3个月内及7~12个月;各震级档的优势发震区域均为异常区边缘至周边200km范围内。2)热红外相对功率谱异常对应的6.0~6.9级地震的异常面积和持续时间与震级呈正相关,均通过显著性检验;峰值与震级在2个震级档内均未通过显著性检验。3)该异常在阿尔金地区出现的次数最多,且地震对应率较高;南疆地区的地震对应率高于北疆地区;盆地内的异常具有更高的地震对应率,且对应地震的震级更高。4)异常多发生于春季,而秋季异常的对应率最高。5)对应地震的震源机制解类型占比与新疆地区各地震类型的占比基本一致;震例多为浅源地震。

基于InSAR同震形变场的新疆逆冲型地震烈度评估研究

为探索地震烈度与地震发生后地表形变关系,解决震后快速评估新疆逆冲型地震烈度难题,以新疆2015年皮山6.5级、2017年精河6.6级、2020年伽师6.4级3个逆冲型地震为例,通过对比研究不同地震人口聚集区的InSAR同震形变场与实际调查地震烈度数据,发现同震形变场与地震烈度之间存在较高相关性。研究结果表明:(1)InSAR同震形变场能有效识别震区同震形变场,为震后地震烈度评估提供了重要数据支持,对评价房屋结构类型单一和缺少强震动台站观测数据区域的烈度提供了重要依据;(2)利用人口聚集区同震形变进行烈度评估手段,可在地震烈度早期评估发挥重要作用。同时,讨论了InSAR同震形变场逆冲型地震烈度评估方法的局限性,指出在实际应用中需考虑多种因素影响,为今后研究提供参考。

基于噪声面波直接反演法研究天山中段地壳S波速度结构

天山造山带是新生代以来复活隆升的陆内造山带,强烈的地震活动性使得理解和认识天山造山带深部结构及盆山耦合关系尤为重要。文章中使用天山造山带及邻区(40°~49°N,79°~93°E)85个台站2017—2019年的背景噪声资料,结合背景噪声互相关方法获得了6~52 s瑞利波相速度频散曲线,利用基于射线追踪的面波直接反演法对天山中段地壳三维S波速度结构及盆山耦合关系进行研究。结果显示:地壳浅层S波速度分布与构造单元中沉积层厚度相关,塔里木盆地北缘、准噶尔盆地南缘表现为低速,天山造山带表现为高速;到了中下地壳,天山造山带下方存在被高速异常包裹的低速体;莫霍面附近,天山造山带表现出相对低速;准噶尔盆地南缘和天山造山带的地壳厚度分别在45~50 km、50~62 km之间,沿南北向,天山造山带莫霍面呈现较为宽缓的形态;在82°~86.5°E之间,塔里木盆地和准噶尔盆地向天山下方双向俯冲,86.5°~88°E之间,准噶尔盆地向天山南向俯冲,由西向东,不同盆山耦合关系揭示了新生代以来天山中段不同区域构造运动差异,为进一步探讨造山动力过程提供参考。

新生代晚期挤压作用下活动背斜区的构造变形特征及其地震地质灾害效应

活动背斜是第四纪晚期以来在活动挤压构造区域内吸收地壳缩短变形的主要地质构造之一,其是在挤压背景下形成的一个复杂的构造系统,由多种活动构造变形组成。发生在挤压构造区的大地震可以使褶皱相关断层、褶皱陡坎、翼部地形倾斜和地质体缩短等发生同震破裂或地面倾斜,进而引发严重的地震地质灾害,从理论研究和工程抗震两方面均需重视。因此,文章立足现有的逆断层相关褶皱、褶皱侧向扩展等理论,通过典型的主逆冲断层、反冲断层、弯矩断层、弯滑断层、共轭剪切断层和褶皱陡坎等实例,探讨了与褶皱相关的同震活动构造变形对建筑物的影响和破坏作用。研究认为,在强震导致的活动背斜地壳缩短、垂向隆升和侧向扩展过程中,背斜两翼和倾伏端的地面掀斜对重大工程建筑的安全运行构成威胁;同时,区域地壳缩短引发的弯曲变形给跨越活动背斜的重大线状工程造成的潜在地震危险和诱发的地质灾害值得关注。

北天山流动重力测网场源分辨能力

利用球面六面体单元网络模型建立不同分辨率的重力异常扰动模型检测板,基于北天山地区实际地表流动重力测点分布,进行设定场源异常体的等效源反演恢复,进而评估北天山流动重力测网场源分辨能力。结果表明,在假设地下10 km处存在密度差为±1×10^(-3)g/cm^(3)的场源异常体情况下,北天山重力测网具备0.75°×0.75°及以上场源异常体识别能力;测网中大部分地区具备0.5°×0.5°场源异常体识别能力;测点分布较密集的少部分地区具备0.25°×0.25°场源异常体识别能力。最后,综合考虑北天山测网现有网形、地形、交通条件等因素,给出测网最佳优化方案。

基岩断层面黏滑和蠕滑时岩石表层光释光信号模拟

重建断层的黏滑(seismic slip)和蠕滑(creep)历史对于更好地了解断层活动和地震危险性评估至关重要。近年来,利用大地测量技术研究活动断层的蠕滑和黏滑过程成为一个研究热点。然而,在地质历史时期(如百年尺度以上),如何判断活动断层的滑动方式(黏滑或蠕滑),并获取其滑动速率仍然是一项挑战。文中基于近十年来发展的岩石表层光释光测年方法,结合内蒙古狼山断裂花岗岩样品的光释光晒退参数进行理论模拟,得到了基岩正断层发生黏滑、蠕滑和崩积楔侵蚀等情形的光释光晒退模型。模拟结果表明,该方法能够有效区分断层的黏滑和蠕滑,获得相应的活动期次和位移量,并且有潜力记录崩积楔侵蚀。文中还分析了该方法区分断层活动方式、期次的时间分辨率和获得位移量的空间分辨率。

库车—沙雅地区中小地震发震构造探讨

库车—沙雅地区位于塔里木克拉通北部,近年来该地区地震具有频次不断增多、震级不断增大、时间间隔逐渐缩短的趋势.本文利用中国地震台网中心2017年1月—2022年12月震相走时和宽频带数据,通过重新定位、CAP(Cut And Paste)方法获得了库车—沙雅地区1257个精定位及84个震源机制解结果,同时利用区域应力场反演方法获得研究区应力场结果.结合区域地质构造背景、人工地震剖面等方面综合研究库车—沙雅地区的孕震特征与发震机理,确定发震断裂及其活动特征,获得以下认知:(1)研究区地震的空间分布与“X”型走滑断裂分布相一致.(2)研究区的震源机制解,主要以走滑为主,结合人工地震剖面,确定了库车—沙雅中小地震的发震断层为研究区奥陶—寒武系中的NNE、NNW向共轭走滑断裂体系,通过应力场反演获得了库车—沙雅地区NNW向的应力场分布格局,且具有较好的一致性.(3)最大地震库车M_(S)5.6地震节面Ⅰ走向77°,倾角90°,滑动角7°;节面Ⅱ走向347°,倾角83°,滑动角-180°,矩震级M_(W)5.16,矩心深度为8.0 km,推测此次地震的发震断层为本文编号为F_(Ⅱ)18走滑断层.本文结合多学科资料对库车—沙雅地区中小地震发震构造进行详尽探讨,并分析了该地区区域应力场特征,为该地区发震断层活动性及地震危险趋势提供一定参考依据.

2020年1月19日新疆伽师M 6.4地震的重定位及震源机制

采用双差重定位和W震相反演方法分析“地震编目系统”和中国地震台网中心提供的地震观测报告及区域地震波形数据,对2020年1月19日新疆伽师地震进行重定位,反演前震及主震震源机制。地震序列重定位结果显示,2020伽师地震呈两个优势方向展布,分别为WNW向和NNW向;其中WNW向为主要余震优势分布区域,呈现长约34km条带状分布在柯坪塔格断裂带西段的北侧。另外一条优势分布沿NNW向长约8km。深度剖面显示,震源深度集中分布于10~20km范围。震源机制反演结果表明,2020年1月19日新疆伽师M_(S)6.4主震2个发震断层面参数分别为:节面Ⅰ,走向76°,倾角81°,滑动角109°;节面Ⅱ,走向190°,倾角21°,滑动角26°,矩震级M W5.87,震源表现为逆断为主外加少量走滑的地震破裂事件。综合分析伽师地震序列的重定位、震源机制和震中及附近区域的地质构造背景,推断2020新疆伽师地震的发震破裂面呈WNW走向,发震断层为近EW走向柯坪塔格断裂带的西段。

2024年1月23日乌什M_(W)7.0地震InSAR同震形变与滑动分布特征

研究2024年1月23日乌什县M_(W)7.0地震是了解该地区孕震构造的关键。利用InSAR技术和分布式滑动模型反演乌什地震的滑动分布,结果表明:发震断层为迈丹断裂,且发震断层呈现逆冲型式为主并具有少量左旋走滑分量,走向为230°,倾角为48°,最大滑移量为2.23 m,矩震级为M_(W)6.99,地震的运动模式为逆冲型地震。地震引起的静态库伦应力表明,沿着断层走向方向南北两端的近场区为未来中强地震的危险区。

2020年1月19日伽师6.4级地震发震构造的初步研究

文中基于新疆区域数字地震台网观测资料,采用CAP方法反演了2020年1月19日伽师M_(S)6.4主震、前震和部分M_(S)≥3.6余震的震源机制解和震源深度,利用多阶段定位方法对本次伽师6.4级地震序列进行了重新定位,并在此基础上分析了伽师6.4级地震序列的震源深度、震源机制和震源破裂面特征,探讨可能的发震构造。初步结果显示,利用CAP方法得到6.4级地震的最佳双力偶机制解为:节面Ⅰ,走向190°,倾角32°,滑动角31°;节面Ⅱ,走向74°,倾角73°,滑动角118°,震源深度为12.1km,表明其为一次逆冲型地震事件。而5.4级前震为一次走滑型地震事件,震源深度为17.1km,震源机制解为:节面Ⅰ,走向83°,倾角78°,滑动角173°;节面Ⅱ,走向174°,倾角83°,滑动角12°。根据重新定位结果,结合震源区附近构造地质背景推断,5.4级前震的发震构造为NNW向高倾角走滑断裂L 0,其可能为1997—1998年伽师震群NNW向发震构造体系的分支断裂。由于绝大多数余震分布在L 0断裂东侧,判断L 0及相关断层对余震分布可能具有一定的控制作用。根据主震的位置和余震的空间分布特征及震源区断裂的产状特征推测,伽师6.4级主震的发震构造为SN向的缓倾角破裂,其滑动可能主要集中在柯坪塔格推覆构造滑脱面附近的区域,但伽师6.4级地震可能引起了柯坪塔格推覆构造多条断裂同时活动。

基于高精度时变微重力方法研究呼图壁储气库地下介质密度变化特征

文中利用呼图壁地下储气库7期流动重力资料,采用经典平差整体计算,得到研究区域内各监测点的相对重力变化量,结合储气库注采压力的相关数据,获取该区域重力场时空变化特征与注采压力之间的响应关系图像,最后以呼图壁地下储气库地表观测的重力场动态变化数据为基础,采用地下密度变化异常体空间分布的紧凑重力反演算法模拟计算呼图壁储气库地下物质的密度时序变化及库体的形态构造的分布特征。研究表明,根据不同时期地下储气库注采变化量的差异,模拟计算得到呼图壁储气库地下密度变化的最佳深度约为3500m,其地下物质介质密度变化的最大值约为±0.7kg/m^(3)。不同时期的密度变化图像也可清晰地反映出该储气库内部的构造结构呈NW-SE走向,且库体内构造形态结构分布与呼图壁储气库地质构造的分布特征基本吻合。

2020年1月19日新疆伽师M_(W)6.0地震震中区地质灾害特点

2020年1月19日新疆伽师M_(W)6.0地震发生在南天山柯坪塔格前陆冲断带前缘的柯坪逆断裂(KPT)上,是该区域自2003年巴楚-伽师M_(W)6.3地震后发生的最大地震。震后对震区进行了详细的实地调查、测量和无人机航拍,在极震区(Ⅷ度区)内发现了大量地震地质灾害,主要包括地裂缝、砂土液化和崩塌等。文中对震区的4个观察点进行了总结,并描述了地质灾害的特征:(1)在西克尔互通立交(观察点1)区域内发育了大量纵横交错的地裂缝,对这部分地裂缝进行统计发现,其优势走向为NEE,SN向挤压抬升量为0.1~0.15m,水平位错量为0.05~0.1m;(2)地震对西克尔大坝(观察点2)造成了严重的破坏,在坝顶形成最大深度为4m、长约900m的拉张性地裂缝,坝后也出现一系列砂土液化,喷砂锥的最大直径达3m;(3)西克尔库勒镇以西(观察点3),路面上发育了多段与公路平行、长约500m的地裂缝,同时沿地裂缝出现大面积砂土液化,液化物质为灰褐色泥质粉砂;(4)震中北部山口沟(观察点4)沿线发育了一系列大型、巨型的新鲜岩质崩塌,最大单体崩塌物的体积为50~100m 3,最大崩塌倒石堆的范围为200~300m 2。综合分析上述资料发现,由于观察点4位于KPT上盘,在震后未能及时对该观察点进行调查,导致2020年1月19日伽师M_(W)6.0地震北部的烈度影响范围被低估,尤其是Ⅷ度圈。结合现场调查和数值模拟分析西克尔大坝的破坏机理,认为坝后的砂土液化导致坝基出现不均匀沉降,使得坝前坡和坝后坡出现了不等的水平位移(坝前坡为22.35cm,坝后坡为29.8cm),导致大坝向下游方向旋转,故在坝顶形成了拉张性的贯通地裂缝。

中亚塔拉斯-费尔干纳断裂现今的走滑速率及其分段变化特征——基于GPS观测的深究

塔拉斯-费尔干纳断裂沿NW向斜切西天山山脉,以愈千km的规模尺度构成了中亚地区重要的区域构造边界带。早年和近期的许多地质研究结果均显示该断裂具有强烈的活动性,所估计的全新世滑动速率高达8~20mm/a,但GPS大地测量的简略估算结果却表明其现今整体的滑动速率仅约为2mm/a甚至更低。文中基于塔拉斯-费尔干纳断裂周边大范围的最新GPS速度场资料,通过断裂两侧远、近场地壳的差异运动分析、断裂沿线最大剪切应变率定量类比,以及借助半无限弹性空间三维断裂位错模型的严密反演,证实了该断裂现今仅具有中等偏弱的活动强度:塔拉斯-费尔干纳断裂存在分段活动性,其西北段、中段、东南段的右旋走滑速率分别为(2.1±0.7)mm/a、(3.3±0.4)mm/a和(2.4±0.7)mm/a,即中段的速率略大于西北段和东南段,但量值均不突出,远低于目前大多数地质结果所估计的高速率。同时,根据区域无自旋参考框架下断裂两侧远、近场GPS速度矢量的差异甚微的特征,认为塔拉斯-费尔干纳断裂现今的低滑动速率并非断裂强闭锁的暂态表现。

地震背景噪声互相关方法应用研究综述

利用地震台记录的背景噪声数据,进行台站对之间数据互相关以获得反映地下介质信息的格林函数,是目前地震学领域理论研究和实际应用方面的前沿和热点。首先介绍了噪声互相关应用的发展历史,之后对其在面波成像、体波信号提取与体波成像、监测地下介质波速变化与衰减、地震定位、噪声源分析与时移校正等多个方面的应用进行了阐述,最后针对目前背景噪声互相关应用的发展进行了分析与讨论。

2022年新疆皮山5级震群活动的复杂性探讨

2022年3月17日新疆皮山发生M_(S)5.2地震,时隔83天,于6月8日再次发生M_(S)5.0地震,2次地震相距约9 km。M_(S)5.2地震前10天,震区出现小震群活动,三十里营房地震台记录到671次前震活动,序列活动表现出震群型特征。利用CAP方法计算皮山M_(S)5.2、M_(S)5.0地震的震源机制解,显示2次地震破裂类型差异较大,其中M_(S)5.2地震为逆冲型,M_(S)5.0地震为正断兼走滑型。根据2022年皮山5级震群序列特征及2次主要地震事件破裂方式的差异,结合震中附近构造特征,探讨此次震群活动的构造复杂性,认为皮山震群发生在天神达坂断裂和康西瓦断裂之间的次级断裂上,推测在NS向构造应力作用下,康西瓦断裂南北两侧的左旋滑移量部分被西昆仑前缘的逆冲断裂系所吸收,由于构造方式的差异及应力分配的不均匀,其EW向运动速率在不同区段存在一定差异,在局部地区形成近EW向的差应力,进而产生一些拉张性质的破裂。