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.     

鲜水河断裂带三维变形特征

为了综合分析讨论鲜水河断裂带的三维运动与变形动态特征和地震危险性,利用川滇地区1999—2007和2013—2017 2期GPS速度场资料,反演计算了鲜水河断裂带的闭锁程度和平行与垂直断层的滑动亏损速率动态分布;利用布设在鲜水河断裂带附近的1980—2017年跨断层短水准资料,通过计算断层年均变化速率分析了断裂带垂直运动特征。GPS反演结果显示:1999—2007期鲜水河断裂SE段处于强闭锁状态,中段闭锁程度逐渐减弱,到NW段基本为蠕滑状态;2013—2017期鲜水河断裂SE段滑动亏损积累速率明显减弱,只有道孚—八美段之间有一小段闭锁较强,NW段依然大部分为蠕滑状态,只有炉霍SE部一段断层地表至10km深度闭锁稍有增强。水准结果显示:鲜水河断裂NW段侏倭、格篓、虚墟和沟普场地年均垂直变化速率较大,断层垂向活动较为活跃;SE段龙灯坝、老乾宁和折多塘场地年均垂直变化速率很小,断层垂向活动处于闭锁状态;汶川地震后断层垂向活动变化并不明显。综合分析认为鲜水河断裂SE段的地震危险性较高,而汶川地震降低了断层滑动亏损和应力应变能积累速率,可能在一定程度上缓解了鲜水河断裂尤其SE段的地震紧迫性。     

基于GPS速度场研究鄂拉山断裂现今滑动速率和闭锁状态

鄂拉山断裂是位于青藏高原东北缘的一条右旋走滑断裂,前人通过野外地质考察厘定了其万年尺度的长期滑动速率,但对其现今运动学特征的认识仍不足.本文利用近二十年获取的GPS速度场,以贝叶斯理论作为断层滑动反演的理论框架,采用MCMC(马尔科夫链蒙特卡罗)方法,构建鄂拉山断裂的运动学模型,探讨该断裂的现今震间滑动速率和闭锁状态.研究结果表明,鄂拉山断裂的闭锁深度约为15 km,深部的滑动速率为5.0±1.5 mm·a^-1,反映了断层两侧地壳的整体相对运动速率.尽管当前研究区的GPS观测台站分布相对稀疏,但仍可以探测出断层闭锁状态沿走向的变化.在断层中段,由于几何形态的变化,形成了强闭锁的凹凸体,闭锁系数达到0.6~0.7;断层的南段和北段有明显的蠕滑特征,计算得到的闭锁系数仅为0.2~0.3.进一步计算凹凸体上由于滑动亏损产生的等效地震矩积累率为2.35×10^17 N·m/a,等同于M W5.6地震的能量水平.最后,针对研究区域GPS台站分布稀疏的局限,本研究基于滑动模型的误差最小化准则,给出有限资源条件下的GPS台站优化增设方案.     

东昆仑断裂滑动速率变化及其对2017年九寨沟地震的应力加载

为了解东昆仑断裂活动对2017年8月8日九寨沟M_S7.0地震的影响,本文选取1999—2007年、2013—2017年GPS速度场作为约束,基于块体-位错模型反演计算东昆仑断裂两个时间段的块体运动速率、断裂滑动速率和滑动亏损率,并进一步研究青藏高原东缘最大剪应变率场和九寨沟震区的震间库仑应力累积速率.结果显示,东昆仑断裂中西段左旋走滑速率较高,东段走滑速率较低,自西向东逐步递减,存在明显的梯度.在两个时间段,阿坝块体刚性运动的方向顺时针偏转0.2°,运动速率由12.22mm·a^-1增大到15.96mm·a^-1;东昆仑断裂左旋走滑速率升高,其中西段较为明显(升高约1.2±0.3mm·a^-1);东昆仑断裂东段闭锁深度和闭锁程度增加;2013—2017年,东昆仑断裂滑动引起的九寨沟震区库仑应力累积速率是1999—2007年的3倍,最大剪应变率也明显升高.因此本文认为:2008年汶川地震和2013年芦山地震后,龙门山断裂部分解锁,阿坝地块活动性增强,东昆仑断裂滑动速率增大,导致九寨沟震区库仑应力加载速率增加,加速了九寨沟地震的孕育过程.     

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21 km(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2.2 mm/a,平行断层方向的右旋滑动亏损速率约为4.6 mm/a.龙门山断裂南段只有地表以下12 km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1.4 mm/a,平行断层方向滑动亏损速率约为4.6 mm/a;在12~16 km处闭锁比例约为0.83,垂直断层方向滑动亏损速率约为1.2 mm/a,平行断层方向滑动亏损速率约为3.8 mm/a;在16~21 km处闭锁比例约为0.75,垂直断层方向滑动亏损速率约为1.1 mm/a,平行断层方向滑动亏损速率约为3.5 mm/a.在21~24 km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.     

安宁河—则木河断裂带和大凉山断裂带孕震深度研究及其地震危险性

安宁河—则木河断裂带及东侧的大凉山断裂带作为大凉山次级块体西侧与东侧边界,具有发生大地震的活动构造背景.本文意在用有限的形变数据和地震数据两种资料评估大凉山次级块体边界断裂带的孕震深度及其地震危险性.采用弹性半空间模型对安宁河断裂、则木河断裂和大凉山断裂带滑动速率和闭锁深度进行了详细分析;计算了90%、95%和99%不同分位数的小震深度下界值并与GPS得到的闭锁深度进行对比,分析二者异同点.结果显示,安宁河断裂北段闭锁深度为6.2 km,不到90%分位小震震源深度16 km的一半,表明该段在1952年M_S6³/₄地震后,断层逐渐趋于闭锁;而在6~16 km深度主要以小地震和无震滑动两种形式释放能量,存在深部蠕滑运动.大凉山断裂北段在0~10 km范围内完全闭锁,而10~25 km闭锁程度较弱.安宁河断裂南段、则木河断裂、大凉山断裂中段和南段均处于完全闭锁阶段,闭锁深度接近90%分位数小震深度的下界值,标准差约为0.94 km.此外,A、B、C三个剖面的反演结果表明大凉山次级块体的运动自北向南具有顺时针旋转特性,与川滇块体顺时针运动特征吻合.大凉山次级块体北、中、南三段边界断裂及块体内部总的滑动速率分别为9.8 mm·a^-1、8.9 mm·a^-1和8.4 mm·a^-1,呈自北向南递减趋势.大凉山断裂南段布拖断裂和交际河断裂积累的能量分别能够发生一次矩震级为M_W7.5的地震,离逝时间已经接近地震平均复发间隔,未来100年大地震的发震概率分别为7.1%和5.9%,应对其地震危险性给予重视.     

丽江—小金河断裂带现今闭锁程度与地震危险性分析

基于2009—2015年中国大陆GPS水平速度场数据,采用DEFNODE负位错反演程序计算了丽江—小金河断裂带的断层闭锁程度和滑动亏损速率特征,并结合小震精定位结果分析了该断裂带的强震危险性。结果表明,GPS水平观测值与模型值的拟合结果较好,小震分布与闭锁程度结果存在一定的相关性,丽江—小金河断裂的南段—中段南部(丽江—宁蒗)除最南端外基本完全闭锁,断层的滑动亏损速率也相对较大,该段落具有发生较大地震的潜在危险性;而中段中北部—北段闭锁程度要弱得多,尤其在断裂带的北段,闭锁程度很弱,除了南部有部分闭锁,其余地方无强闭锁状态,且在5 km左右深度处断裂基本由闭锁状态转化为蠕滑状态特征,断层的滑动亏损速率也相应很小,该段发生较大地震的可能性较小。     

盲逆断层震后变形耦合机制研究——以2017年伊朗MW7.3地震为例

震后变形是地震周期中一个重要阶段,深入研究其产生机制有助于提高对地震演化过程、断层性质及地震危险性评估的认识.2017年伊朗M_W7.3地震InSAR观测资料丰富,为研究扎格罗斯造山带山前褶皱带盲逆冲断层震后变形机制提供了切入点.合理详细的震源模型及高精度的形变观测是开展震后余滑或黏弹松弛研究的首要前提,本文采用多视角InSAR资料联合远场波形数据反演该地震的破裂滑动分布,并解算得到伪三维地表位移,利用InSAR时序分析提取震源区主震后一年半内变形特征,显示震源区震后形变特征与同震位移场类似,LOS向形变速率最大值约8 cm·a^-1,震后变形预示震源区可能存在明显的震后应力调整现象.利用震后半年内形变资料约束的纯运动学余滑模型表明同时期释放能量为矩震级M_W6.7,进一步探讨应力驱动震后余滑及下地壳黏弹性松弛对震后变形的贡献,基于分层黏弹模型的模拟计算表明震后余滑和黏弹松弛效应的耦合模型可以更好地解释地表震后变形特征,其中震后余滑主要分布在同震破裂区的上方浅部,对主震后一年半内震后地表变形起主导作用,震源区壳下黏滞系数量级下...     

从活动断层分段到地震地质灾害与财产人口损失风险——以鲜水河-小江断裂带为例

活动断层是强震的孕育场所,强震通过地震动对周边地震地质灾害源、房屋等进行作用从而引起地震滑坡、财产损失和人口伤亡.通过分析活动断层分段和危险性给出强震的地点和震级以及危险概率,这是目前地震预测最可行的方法之一,并且该方法可以给出潜在地震作用下的地震地质灾害与财产人口损失风险.本文通过计算滑动速率和震级-频度关系约束下的鲜水河-小江断裂断层分段以及级联破裂地震发生率,给出了鲜水河-小江断裂11个级联破裂和单独破裂危险段,以及它们的概率分布.针对上述11个设定地震,本文计算了这些地震可能引起的潜在居民住宅财产损失,其中损失最大的是安宁河断裂F19段引起的76.5亿人民币潜在居民住宅损失.根据深度学习神经网络方法和历史地震的伤亡人口数据,预测出的11次潜在地震可能伤亡人口,显示安宁河断裂F29段和F30段级联破裂的潜在伤亡人口最多,约为279～317人.对于地震滑坡灾害预测显示,现今挤压作用强烈的地区滑坡不稳定度高,潜在地震可能引起的地震滑坡概率较高,如玉科断裂南段、鲜水河断裂南段、大凉山断裂南段与莲峰断裂交错部位,其概率高值均为10%.研究结果为活动断层资料在地震地质灾害与财产人口损失方面...     

鲜水河断裂与圣安德列斯断层的地震地质对比研究

本文通过鲜水河断裂和圣安德列斯断层的地震地质对比,表明它们虽然规模不一,区域构造环境和近代地壳运动中的意义也不同,但作为走滑型强震发生带,在活断层几何格局,地震破裂带特征以及地震滑动模式特别是断错地貌现象等方面有着诸多相似之处。但是在断层运动强度,诸如断层滑动速率,地震活动强度等方面以及断层蠕动现象上有明显的差别。两条断层研究程度的不同正是鲜水河断裂应当加强研究的方向。     

断层分布及几何形态对川西及邻区应变分配的影响

川西及邻区分布着中国大陆数条重要的活动断裂带,这些断裂带上的滑动速率与地震活动有很大差异,如鲜水河断裂带的滑动速率在10mm/a以上,该断裂带上大地震频繁发生;而龙门山断裂带的滑动速率很小,虽然该断裂带上地震活动不频繁,但也发生了2008年5月12日汶川Ms8.0级大地震.利用弹黏塑性三维有限元模型,研究川西地区断裂带的几何形态及走向变化对断层滑动速率及区域应变分配影响.结果表明:鲜水河-小江断裂带的滑动速率随着断裂带几何分布及其走向呈现分段特征.结构简单,走向平直的分段滑动速率大;结构复杂,走向变化大的分段滑动速率低,区域应变主要集中在断裂带走向发生急剧变化的分段附近.鲜水河-小江断裂带中段的应变分配受到安宁河-则木河断裂带与大凉山断裂带相互作用的影响.龙门山断裂带的走向与青藏高原的挤出方向近乎垂直,断层活动以逆冲为主,滑动速率较低.     

GNSS约束的2022年泸定M6.8地震滑动分布及同震应力变化

2022年9月5日四川泸定县发生M6.8级强震,震中位于鲜水河断裂东南末端,野外地质调查初步结果显示本次地震并未发现明显的地表破裂迹象.本文基于震后科考GNSS流动观测和震中周边连续站观测资料,解算并提取震中90 km范围内31个测站的静态水平向同震位移.结果显示：GNSS同震形变场空间分布呈现明显的左旋走滑特征,观测到的最大水平向同震位移达23 cm,震中距50 km范围内同震位移量普遍大于1 cm.基于GNSS观测资料反演得到的同震滑动分布显示泸定地震地表破裂主要集中在磨西至田湾之间,主破裂深度2～8 km,最大滑动量～1.96 m,地震矩9.25×10¹⁸N·m,对应矩震级M_W6.6.静态库仑应力结果显示本次地震增强了震源破裂区周边活动断层的库仑应力,并触发了大量余震,余震主要发生在库仑应力增强区域.结合震间闭锁分布、历史地震及库仑应力变化,我们认为未来需要密切关注与磨西断裂交接的安宁河、大凉山断裂以及康定—磨西段的地震危险性.     

基于断层活动资料的鄂尔多斯块体周缘未来30年大地震危险性研究

鄂尔多斯块体周缘历史上多次发生大地震,同时该地区人口稠密,城市群集中,有必要分析该地区未来30年的大地震危险性,为该地区的应急备灾工作提供参考.本文利用块体周缘活动断层的滑动速率、历史地震古地震等资料,建立了考虑大地震发生率的时间非平稳性质和大地震危险性近断层分布特征的地震危险性模型.计算了块体周缘未来30年Ⅷ度地震动的超越概率分布图,并同《中国地震动参数区划图》的地震危险性模型进行了比较.本文研究认为,由断层滑动速率估算的断层地震活动性与基于地震目录统计的地震活动性总体差别不大,但断层源的地震危险性在沿断层破裂面地区增大明显.结果认为,鄂尔多斯块体周缘未来30年地震危险性最高的地区在块体西南缘,六盘山东麓断裂和会宁—义岗断裂及周边地区是未来30年地震危险性较高的地区.     

青藏高原东缘中南部主要活动断裂滑动速率及其地震矩亏损

作为青藏高原南东向“挤出逃逸”的重要通道,青藏高原东缘中南部具有大型走滑断裂广泛发育和地震活动强烈而频繁的特征.本文使用线性球面块体模型理论,在前人活动地块研究的基础上吸收新近研究成果,建立研究区三维块体几何模型,使用1999—2007年的GPS数据反演得到青藏高原东缘中南部主要活动断裂滑动速率.使用反演得到的滑动速率和最优断层闭锁深度估算了川滇菱形块体主要边界和其内部断裂的地震矩积累,并利用历史强震目录估算了地震矩释放,在比较两者差异的基础上得到了研究区地震矩亏损（未释放的地震矩）较大的断层和断层段,该结果可以作为研究区强震中长期危险性研究的参考.     

2008年汶川地震同震-震后应力演化及其对2017年九寨沟M_S 7.0地震的影响

2017年8月8日四川九寨沟发生了MS7.0地震,距离汶川地震震中约为140km.地震的发生会调整区域应力分布和影响区域地震活动性变化.那么,汶川地震的发生对此次九寨沟地震有何影响?区域应力如何演化?为回答这些问题,本研究基于高性能并行有限元方法和网格自适应加密技术,采用含地形起伏的黏弹非均匀椭球型地球模型,分别计算了汶川地震引起的同震-震后应力时空动态演化及其对此次九寨沟地震的影响.同时,考虑同震静态应力和震后黏弹性应力调整,计算了汶川、芦山和九寨沟地震的发生对周边断层应力积累的影响.计算结果显示汶川地震对九寨沟发震断层的同震库仑应力加载约为0.008 MPa,震后9年的黏弹性应力加载约为0.012~0.016 MPa,可能会使九寨沟地震提前发生.此外,汶川、芦山和九寨沟地震的发生引起龙门山断裂映秀以南段、东昆仑断裂、龙日坝断裂东段和岷江断裂北段及鲜水河断裂康定段应力加载大于0.01 MPa,增加了这些断裂带发生地震的危险性.     

使用新模型的巴颜喀拉块体东部的概率地震危险性分析

巴颜喀拉块体及周边近年强震活动频繁,对块体东部及周边地区进行新的概率地震危险性分析意义重大.本文对巴颜喀拉块体东部重新进行了概率地震危险性分析.使用的新模型和数据主要包括新的大地震发震构造的断层震源模型和时间相依的地震活动性模型.本文的研究表明,与使用潜在震源区模型相比,使用断层震源模型在近断层处的地震危险性较高.使用时间相依的地震活动性模型时,接近大地震复发期望时间的断层的地震危险性较高.巴颜喀拉块体东部2016-2065年地震危险性较高的地区包括磨西断裂、安宁河断裂、哈南-青山湾-稻畦子断裂等.2066-2115年地震危险性较高的地区包括鲜水河断裂炉霍段、折多塘段、安宁河断裂等.如果使用旧的时间独立的概率地震危险性分析模型,未来50年的地震危险性被低估的地区包括磨西断裂、安宁河断裂、哈南-青山湾-稻畦子断裂、德钦-中甸-大具断裂、东昆仑断裂等.未来50年的地震危险性被高估的地区有龙门山断裂、岷山断裂、虎牙断裂、鲜水河断裂炉霍段等.磨西断裂是使用新模型计算的未来50年巴颜喀拉块体东部地震危险性最高的地区.     

2010年4月14日玉树Ms7.1地震加速度场预测

基于有限断层震源、且使用动力学拐角频率的地震动随机模拟方法预测玉树地震近断层的加速度场.首先,基于有限断层震源建模方法建立该次地震的震源模型;然后,基于上述地震动模拟方法预测玉树地震近断层191个节点的加速度时程.在此基础上,取每个结点的加速度峰值绘制该次地震的近断层加速度场.结果表明:(1)近断层加速度场主要受震源破裂过程和断层面上滑动分布的影响.断层面上凹凸体投影到地表的区域附近,加速度峰值最大,也是震害最严重的区域;(2)对于走滑地震,断层沿线附近的场地并非均会发生破裂方向性效应;发生破裂方向性效应的场地与凹凸体在断层面上的位置有关.     

由现今地震活动分析鲜水河断裂带中-南段活动习性与强震危险地段

利用最近25年的区域台网地震资料, 基于沿鲜水河断裂带中-南段的b值分布以及多个地震活动参数值的不同组合, 结合震源深度分布、 历史强震背景等, 分析了不同断裂段落的现今活动习性, 进而初步判别该断裂带潜在的强震危险地段。 结果表明, 鲜水河断裂带中-南段目前存在6个不同活动习性的段落。 其中, 道孚段自1981年强震后已再次趋于闭锁, 原因可能与断层面存在“凹凸体”有关, 但应变可能还会进一步积累; 八美段目前处于中偏高应力下的相对静止状态, 推测其断面正处于新的应力积累阶段; 塔公段已有255~300年的无强震期, 目前正处于高应力下的相对闭锁状态, 震源深度剖面上的小震空白区显示出闭锁断层面的轮廓, 应属于未来最可能发生强震的危险地段; 康定、 磨西二个段落表现出中偏低应力下的稀疏小震滑动及较频繁小震滑动的状态, 意味着最晚的一次大地震破裂后断层面尚未重新耦合; 石棉段表现出偏高应力下的频繁中-小地震活动与该段的多条断裂交汇有关。     

鲜水河断裂带上特征地震的初步研究

特征地震是大地震原地重复的重要表现形式.现有资料的初步研究表明,鲜水河断裂带上大地震属特征地震模式,其地震破裂长度、同震位错量以及断层错动方式,在原地保持较长时间的一致性.由于大地震屡屡在原地重复发生,沿断裂特定地段累积位错分布与一次地震的位错相一致,从而导致断层滑动速率的同步变化.本文以1973年炉霍地震为例,研究了鲜水河断裂的特征地震现象.该段的地震活动属特征地震模式,不服从古登堡-里克特的线性震级频度关系.特征地震不仅对断错地貌、滑动速率有重要的影响,由于这种地震模式是以特定震级的大地震为主导,几乎没有中等震级地震发生,这对地震活动性研究也具有重要的意义.      

沿着横断板块边界地震滑动和无震滑动之间的相互作用:地震序列的一种模型

本文提出了或许能解释在同一孕震区经常观测到的地震多次发生的模型。这种地震序列或震群可能包含在空间上相距几十公里、在时间上相隔几天至数月的一些事件。本模型考虑了一条埋在弹性半空间内的长垂直走滑断层。断层的强度和滑动类型(地震或无震)是非均匀的,并受到缓慢增加的周围剪切应力的作用。我们假设,断层面的一部分存在有稳定无震滑动的条件,并伴有非稳定的凹凸体。假设产生该序列中的一次地震的凹凸体破裂,引起了远离断层、靠近另一凹凸体区域的地震滑动的开始和加速。后一凹凸体可能破裂而产生震级相似的另一次地震的条件,是作为周围应力速率、凹凸体强度、无震滑动的总量以及无震滑动面积的函数研究的。发现无震滑动对第二次地震的提前发生可能起了很显著的作用。