基于广义极值理论的潜在地震海啸源震级上限及强震重现水平的估计——以琉球海沟俯冲带为例

以琉球海沟俯冲带作为研究区,将广义极值理论用于估计潜在地震海啸源震级上限,首先分析了琉球海沟俯冲带的地震地质构造特征以及历史地震资料,界定潜在地震海啸源区,然后根据地震活动性特征按时间域进行分割,并提取各时间段发生的极限震级的地震样本,最后通过广义极值分布模型估计了该区域的震级上限值和强震重现水平,并对其进行了不确定性分析。     

琉球-马尼拉海沟的构造背景及发震能力评估

琉球-马尼拉海沟属于西太平洋板块俯冲带,2011年3月11日日本地震的震中同样位于西太平洋板块俯冲带,前者是否与"3·11"地震具有相同的构造背景和条件,是评估琉球-马尼拉海沟是否同样具备发生9级地震潜在能力的关键因素.文中对大量资料进行了分析,对琉球-马尼拉海沟的构造背景、分段特征及最大潜在发震能力进行了评估,认为琉球海沟属于海沟-岛弧-弧后盆地俯冲构造体系,岛弧与海沟处于向E后退的状态,表现为弱耦合特征,构造上可分为6个破裂段,最大潜在地震为8.5级;马尼拉海沟受古扩张洋脊形成俯冲板块中的"板片窗"影响,长度及规模远小于目前已发生9级以上地震的俯冲带,构造上可分为6个破裂段,最大潜在地震为8.8级.综合结果分析认为,琉球-马尼拉海沟无论是在构造背景还是规模上都与日本"3·11"地震的构造样式存在较大差异.     

大青山山前活动断裂带分段与潜在震源区划分

潜在震源区的划分主要包括潜在震源区范围的划定以及震级上限的确定,目前遵循地震构造类比和地震活动重复等原则。而活断层的分段特性也是潜在震源区划分时必须考虑的一个重要因素。大青山山前断裂带至今有3种不同的分段方案,文中比较分析了前人对大青山山前断裂带的分段,并在此基础上对大青山及山前盆地的潜在震源区作了新的划分。鄂尔多斯块体周缘被拉张性断陷盆地围绕,这些断裂系地震构造相似,且除呼包盆地外均有历史8级以上地震记录。文中将大青山山前断裂带与鄂尔多斯块体周缘断裂系进行了构造对比,特别是与华山山前断裂进行了断裂活动性定量对比,得出雪海沟到土左旗段的震级上限为8级,断裂两端潜源震级上限均为7.5级     

龙门山地区地震活动性广义极值模型构建

以龙门山地区为研究区, 利用1931年至2010年历史地震数据, 时限取80年, 时间间隔取10年, 构建地震活动性广义极值模型, 估计龙门山地区震级上限和强震重现水平。 结果表明龙门山地区地震活动性广义极值模型服从具有有限上界的Weibull分布, 震级上限为8.3, 未来20年、 50年、 100年龙门山地区的强震重现水平分别为7.9、 8.1、 8.1。 起始年由1930年至1933年逐年平移, 时间间隔不变, 震级上限及强震重现水平的计算结果相差不到0.2级, 表明本文构建的龙门山地区广义极值模型具有一定程度的稳定性, 可为地震区划以及地震危险性分析研究提供参考。     

马尼拉海沟俯冲带板缘地震特征及衰减关系研究

俯冲带通常位于陆地板块与海洋板块或者海洋板块之间的交界处,地质构造复杂,地震活动频繁.在南海海域,马尼拉海沟俯冲带对中国海洋战略及近海重大工程的实施位置至关重要.在缺少实际地震数据的前提下,为分析马尼拉海沟俯冲带地震动及其衰减关系特征,通过采用随机有限断层法模拟该俯冲带地震动,分析地震动加速度时程及反应谱特点,同时分别...     

海啸危险性概率分析的不确定性研究

针对海啸危险性概率分析（PTHA）存在的较大不确定性问题,对不确定性产生来源进行了归纳和分类,提出了基于逻辑树与事件树方法合理量化不确定性的思路框架,并以马尼拉海啸潜源为研究对象,给出了量化震级上限、破裂面参数不确定的过程示例。数值模拟分析结果表明:海啸潜源震级上限的改变对危险性评估结果产生了显著影响,通过逻辑树方法可合理量化这种不确定性;地震破裂面的倾角、滑移角和破裂面积的随机不确定性对海啸危险性分析结果产生较为显著的影响,经事件树方法处理后的危险性结果保证率远高于20%,略低于80%,可基本满足工程抗海啸设计要求。      

南海北缘海啸波高对潜在海啸源震级偏差的敏感性

本文假设马尼拉海沟北段为潜在海啸源,基于中国地震台网对马尼拉海沟地区震级测定偏差,采用COMCOT(comell Multi-grid Coupled Tsunami Model)海啸数值模型,模拟南海海啸波传播.选取南海北缘3个特定地点,其中两个位于华南近海区域,另一个位于台湾岛南端近海区域,此外还在临近马尼拉海沟北段的深海地区选取了1个特定地点.分析这些特定地点最大海啸波以及最大海啸波到时对于震级测定偏差的敏感性.结果表明:马尼拉海沟北段地震如触发海啸,华南近海区域以及台湾岛南部近海区域最大海啸波振幅对震级偏差敏感,但最大海啸波振幅到时对于震级测定偏差不敏感;振幅最大的海啸波,二十几分钟即可波及台湾岛南端近岸区域,大约1小时后波及大陆华南近海北部区域.     

地震危险性分析中潜在震源区范围与震级上限的不确定性分析

目前进行的地震危险性分析计算中, 潜在震源区范围和震级上限的确定过程中存在很大的不确定性。 采用二级划分和三级划分潜在震源区的方法, 对潜在震源区范围不确定性进行了研究; 用震级上限的单边正态分布模型代替固定的震级上限模型, 分析了这种改进对地震危险性分析结果的影响及其工程意义。 结果表明, 用三级划分潜源的方法代替二级划分潜在震源方法可降低局部地区的地震危险性, 对于在潜在震源区附近选址和降低工程成本有重要意义。 震级上限的改进, 使得地震危险性降低, 这对百年使用年限的工程更具有实用性。     

汕头－吕宋岛岩石圈速度结构与震源构造──台湾浅滩7．3级地震构造之一

汕头－吕宋岛岩石圈速度结构剖面，划分出华南陆缘古生代陆壳、陆架区晚古生代－中生代陆壳、陆坡带中生代－早第三纪过渡壳、新生代南海海盆洋壳及吕宋岛中生代－新生代岛弧陆壳与东吕宋海槽洋壳等地壳构造组分，并确定了上述地壳构造之间的边界断裂构造及其性质。结合地震震源分布及机制，初步确定了华南陆架盆岭构造带北、南两侧地震构造的控震构造与发震构造性质及其震源力学特征；１）指出１９９４年９月１６日台湾浅滩７．３级地震属于板缘壳幔地震及造成一千公里有感范围的原因；２）马尼拉海沟的海底地堑构造与南海海盆岩石圈地幔上隆是马尼拉海沟俯冲带震源显示正断层性质的原因，且为被动的或转换俯冲带；３）东吕宋海槽仍属于菲律宾海俯冲带性质；吕宋岛东西两侧俯冲带岩石圈板片震源深度的准三层分布，可能表明俯冲带岩石圈板片存在相应的低速滑移层。     

2009年萨摩亚—汤加特大地震触发的两次大震

特大地震(≥8.0级的地震)一般都含有构造板块之间边界岩体的突然滑动。这种板间的破裂通常出现在俯冲带特大逆冲事件的海沟斜坡区,会产生动态及静态应力变化,从而激活周边的板内余震(Christensen and Ruff,1988;Dmowskaetal,1988;Layetal,1989;Ammonetal,2008)。本文研究的地震序列展示一少见的例子———特大海沟斜坡的一次板内地震触发了广泛的板间断层活动,颠倒了典型的活动模式,从而广泛地扩大了地震和海啸灾害。2009年9月29日,在汤加俯冲带北端的外海沟斜坡发生矩震级8.1的正断层地震事件,该震开始破裂后的2分钟内,发生了总地震矩等于矩震级8.0级的第二个特大地震,它由两次(矩震级均为7.8级)板间下插逆冲大地震组成,导致了周边俯冲带巨型逆断层的破裂。联合的断层作用引发了海啸,局部地区抬升约12m,导致萨摩亚、美属萨摩亚和汤加192人死亡。地震信号的重叠掩盖了这样的事实:相隔约50km的性质不同的断层发生了不同几何形状的破裂,这些被触发的逆冲断层滑动只有通过详细的地震波分析才能揭示出来。在汤加北部俯冲带的大部分区域内,激活了广泛的板间和板内余震活动。     

马尼拉俯冲带北段增生楔前缘构造变形和精细结构

马尼拉俯冲带是南海的东部边界，记录了南海形成演化的关键信息，同时也是地震和海啸多发区域.本文利用过马尼拉俯冲带北段的高分辨率多道地震剖面，分析了研究区内海盆和海沟的沉积特征，精细刻画了区内增生楔前缘的构造变形、结构以及岩浆活动特征.研究区内增生楔下陆坡部分由盲冲断层、构造楔和叠瓦逆冲断层构成，逆冲断层归并于一条位于下中新统的滑脱面上，滑脱面向海方向的展布明显受到增生楔之下埋藏海山和基底隆起的影响；上陆坡的反射特征则因变形强烈和岩浆作用而难以识别；岩浆活动开始于晚中新世末期并持续至第四纪.马尼拉俯冲带北段增生楔的形成时间早于16.5 Ma，并通过前展式逆冲向南海方向扩展；马尼拉俯冲带的初始形成时间可能在晚渐新世，而此时南海海盆扩张仍在持续.南海东北缘19°N-21°N区域为南海北部陆坡向海盆的延伸，高度减薄的陆壳的俯冲造成马尼拉海沟北段几何形态明显地向东凹进.     

基于粒子群算法的俯冲带三维有效弹性厚度反演

岩石圈有效弹性厚度是表征岩石圈力学性质的参数,其反映了岩石圈挠曲变形的特征.本文在传统二维挠曲模型的基础上,提出了适用于俯冲及碰撞带的三维薄板挠曲模型.并发展了基于粒子群算法的俯冲带三维有效弹性厚度反演方法.该方法适用于挠曲参数存在横向差异的俯冲-碰撞带.最后利用该方法反演了马尼拉海沟处岩石圈的有效弹性厚度,结果显示:南海中央海盆岩石圈的有效弹性厚度随着距洋中脊距离的增加而增大;马尼拉海沟轴部弯矩在洋中脊两侧呈分段性变化,这表明南海俯冲板片在深部撕裂可能对浅部的挠曲形态产生影响.     

马尼拉俯冲带缺失中深源地震成因初探

马尼拉俯冲带是整个南海地震活动多发区,地震成因与南海的形成和构造演化关系密切.对马尼拉俯冲带地震数据和层析成像结果进行了深入分析.结果表明:马尼拉俯冲带的地震活动主要为密集的浅源地震,缺失中深源地震.进一步分析揭示:①脱水和榴辉岩的形成在南海洋壳到达软流圈前就基本停止.马尼拉俯冲带南部在较浅的深度就转变为塑性变形,并停...     

Collision, subduction and accretion events in the Philippines: A synthesis

Abstract The Philippines preserves evidence of the superimposition of tectonic processes in ancient and present‐day collision and subduction zone complexes. The Baguio District in northern Luzon, the Palawan–Central Philippine region and the Mati–Pujada area in southeastern Mindanao resulted from events related to subduction polarity reversal leading to trench initiation, continent‐arc collision and autochthonous oceanic lithosphere emplacement, respectively. Geological data on the Baguio District in Northern Luzon reveal an Early Miocene trench initiation for the east‐dipping Manila Trench. This followed the Late Oligocene cessation of subduction along the west‐dipping proto‐East Luzon Trough. The Manila Trench initiation, which is modeled as a consequence of the counter‐clockwise rotation of Luzon, is attributed to the collision of the Palawan microcontinental block with the Philippine Mobile Belt. In the course of rotation, Luzon onramped the South China Sea crust, effectively converting the shear zone that bounded them into a subduction zone. Several collision‐related accretionary complexes (e.g. Romblon, Mindoro) are present in the Palawan–Central Philippine region. The easternmost collision zone boundary is located east of the Romblon group of islands. The Early Miocene southwestward shift of the collision boundary from Romblon to Mindoro started to end by the Pliocene. Continuous interaction between the Palawan microcontinental block and the Philippine Mobile Belt is presently taken up again along the collisional boundary east of the Romblon group of islands. The Mati–Pujada Peninsula area, on the other hand, is underlain by the Upper Cretaceous Pujada Ophiolite. This supra‐subduction zone ophiolite is capped by chert and pelagic limestones which suggests its derivation from a relatively deep marginal basin. The Pujada Ophiolite could be a part of a proto‐Molucca Sea plate. The re‐interpretation of the geology and tectonic settings of the three areas reaffirm the complex geodynamic evolution of the Philippine archipelago and addresses some of its perceived geological enigmas.     

EFFECT OF TSUNAMIS GENERATED IN THE MANILA TRENCH ON CHINA MAINLAND

Tsunami is one of the most devastating natural coastal disasters. Most of large tsunamis are generated by submarine earthquakes occurring in subduction zones. Tsunamis can also be triggered by volcano eruptions and large landslides. There are many records about "sea-overflow" in Chinese ancient books, which are not proved to be tsunamis. Tectonics and historical records analysis are import to forecast and prevention of tsunami. Consider the tectonic environment of the China sea, the possibility of huge damage caused by the offshore tsunami is very small. And the impact of the ocean tsunami on the Bohai sea, the Yellow sea, and the East China sea is also small. But in the South China Sea, the Manila subduction zone has been identified as a high hazardous tsunamigenic earthquake source region. No earthquake larger than M_W7.6 has been recorded in the past 100a in this region, suggesting a high probability for larger earthquakes in the future. If a tsunamigenic earthquake were to occur in this region in the near future, a tragedy with the magnitude similar to the 2004 Indian Ocean tsunami could repeat itself. In this paper, based on tectonics and historical records analysis, we have demonstrated that potential for a strong future earthquake along the Manila subduction zone is real. Using a numerical model, we have also shown that most countries in the South China Sea will be affected by the tsunamis generated by the future earthquake. For China, it implies that the maximum wave height over 4.0 meter on China mainland, especially the Pearl River Estuary. But the island, local relief maybe influence the maximum wave. But it takes nearly 3 hours to attack China mainland, if there is the operational tsunami warning system in place in this region, should be greatly reduced losses. And the simulated results are conformable to historical records. It indicates that the tsunami hazards from Manila trench to China mainland worthy of our attention and prevention.     

上地幔俯冲板块的动力学过程:数值模拟

大洋板块俯冲到地幔转换带，进而可形成不同的形态：板块可以停滞在660 km不连续面，抑或穿过地幔转换带进入下地幔.这些不同的俯冲模式可进一步影响到海沟的运动.为更好地理解上地幔中俯冲板片的变形行为以及俯冲过程与海沟运动之间的关系，本文通过建立一系列高精度二维热-力学自由俯冲的数值模型，揭示了俯冲板块在上地幔中的变形方式及其与地幔转换带之间的相互作用过程.模拟结果显示，在俯冲板块与地幔转换带的相互作用过程中，其动力学过程可以分为以海沟后撤主导、海沟前进主导以及稳定型海沟等三种主要动力学类型.对于年龄较老，厚度较大的俯冲板块容易形成海沟后撤型俯冲，俯冲板块停滞在660 km不连续面.相反，年龄较小，塑性强度较小的板块容易形成海沟前进型俯冲，俯冲板块穿越660 km不连续面.     

Earthquake swarms in the Kamchatka subduction zone and estimation of possible tsunami generation locations

An analysis of the space-time locations of earthquake swarms in the Kamchatka subduction zone showed that the source zones of these earthquake swarms, as well as of the epicenters of most tsunami-generating earthquakes, are confined to the seamounts in the barrier ridge between Kamchatka and the deep-sea trench. The ??dot clouds?? of hypocenters of practically all earthquake swarms dip toward the trench on seismic sections that are oriented across the subduction zone trend; this fits the auxiliary focal solution of tsunami-generating earthquakes as was first noticed by L.M. Balakina and is in agreement with the model experiment carried out by L.I. Lobkovskii et al. We discuss a likely scenario for the generation of reverse-thrust blocks whose movements are accompanied by earthquake swarms and by tsunami-generating earthquakes. We estimate the locations of the most probable tsunami generation.     

宽频带海底地震仪的地震重定位对马尼拉俯冲板片形态的约束

将宽频带OBS用于海底天然地震长期观测,在国内尚处于实验阶段.2015年在马尼拉俯冲带北段开展了为期6个月的宽频带海底天然地震观测试验.根据回收的1台海底地震仪(OBS04)与国际地震台网的718台陆地地震台站,共记录到7562个P波走时和5002个S波走时数据,利用Hyposat地震定位方法,对马尼拉俯冲带北部(119°E—123°E,19°N—22°N)在2015年8月至2016年2月期间的264个地震进行了重定位.地震重定位的结果及定位误差分析表明,在海域布设的OBS04台站让地震观测的空间分布更为合理,提高了地震定位精度;重定位后的震中分布更为集中,与地质构造吻合良好;浅部的地震活动较为活跃,分布密集,与浅部断层发育有关;重定位后的4条震源深度投影剖面,从不同角度较好地约束了俯冲板片上边界的板片形态,板片倾角在浅部0～30km区间约为10°～22°,随着深度的增加,俯冲板片逐渐变陡,在深度120～180km处倾角约为41°～58°.该项研究为马尼拉俯冲带北段的板片形态提供了重要约束,而且为今后长期天然地震观测提供了重要而宝贵的经验与借鉴.