川滇菱形块体东边界库仑应力演化及强震发生概率估算

本研究基于分层黏弹介质模型,考虑强震或大地震同震位错、震后黏滞松弛及主断层段震间构造应力加载三方面效应,给出1480年以来,川滇菱形块体东边界鲜水河断裂带、安宁河断裂带、则木河断裂带和小江断裂带共20个断层段由三方面效应引起的累积库仑应力变化随时间的演化,分析强震间相互作用和强震发生的应力累积背景,定性分析各断层段的地震危险性.同时,分别采用现今台网地震目录和川滇菱形块体东边界各断层段强震复发间隔两种资料,定量计算2030年各断层段的强震发生概率;并基于摩擦本构理论,将周边强震引起的库仑应力变化量作为应力扰动,修正强震发生概率的计算结果.各断层段累积库仑应力演化的结果表明,鲜水河断裂带中部八美段、色拉哈段及南部磨西段、安宁河断裂带冕宁-西昌段、小江断裂带北部巧家-东川段和南部建水段的累积库仑应力显著增加.修正的强震发生概率计算结果显示,鲜水河断裂带中部八美-色拉哈-康定一带、安宁河断裂带冕宁-西昌段、小江断裂带南部华宁-建水一带强震发生概率较高,地震危险性值得关注.本研究基于库仑应力演化计算定性分析强震危险性的同时,基于摩擦本构律理论,结合地震引起的应力扰动和强震发生背景,定量计算修正的强震发生概率,为川滇菱形块体东边界强震危险地点及中长期发震紧迫程度判定提供方法和依据.     

鲜水河断裂带库仑应力演化与强震间关系

以鲜水河断裂带为研究区,首先验证了该断裂带上1893年以来M6.7以上地震的相互触发作用,然后采用更符合实际的分层黏弹介质模型研究强震震后黏滞松弛引起的库仑应力变化对后续地震的影响,并基于负位错理论计算鲜水河断裂带10个断层段的震间长期构造加载作用引起的断层上的应力积累.在此基础上,讨论同震、震后、震间效应引起的累积库仑应力变化与区域强震活动的关系,给出断层上库仑应力随时间的演化.结果表明,鲜水河断裂带上1893年以来发生的7次强震均在其前面一系列强震及构造应力加载的驱使下发生,同震、震后、震间三方面效应均引起了鲜水河断裂带不可忽略的库仑应力变化.对断层上的库仑应力状态的研究,可进一步为揭示地震的发生规律、找寻危险断层段提供线索.     

川滇菱形块体东边界的历史地震破裂特征

正川滇菱形地块东边界由鲜水河、安宁河—则木河以及小江断裂带组成,其中,鲜水河断裂带是川滇菱形地块和巴颜喀拉地块的边界,而安宁河—则木河和小江断裂带是川滇菱形地块和稳定的华南地块的边界,由于川滇菱形地块向南南东运动的整体性和较快速,使得鲜水河、安宁河—则木河以及小江断裂带成为历史强震活动带。本文利用沿川滇菱形地块东边界的历史强震,研究6.7级以上地震沿边界带的历史地震破裂特征。结果显示:自1700年以     

基于多学科物理观测的地震概率预测方法在川滇地区的应用

川滇地区是我国地震灾害最为严重的地区之一,地震灾害评估对该地区的防震减灾具有重要意义,概率地震危险性分析是量化地震危险性的有效手段.这一方法要求使用可获得的最佳资料来计算地震的长期发生率.通过对比美国加州地区与我国川滇地区积累的资料发现,目前川滇地区的资料积累水平与加州地区正在使用的第三版加州地震破裂预测模型（UCERF3）的要求还有差距,但已可进行多学科综合地震概率计算.通过收集川滇地区地震地质、大地测量和测震学等资料,计算了川滇菱形块体及周边地区不同震级地震的长期发生率,在此基础上给出了未来30年泊松与非泊松分布下峰值地表加速度超越概率的分布.结果显示,在目标峰值加速度较低时,鲜水河断裂带、安宁河断裂带、则木河断裂带、小江断裂带、红河断裂带和小金河断裂带等川滇菱形块体主要边界带均具有较高的超越概率;在目标峰值加速度较高时,川滇菱形块体东边界的鲜水河断裂带、小江断裂带北段和南段以及莲峰—昭通断裂带仍具有较高的超越概率,但其中安宁河断裂带、则木河断裂带和小江断裂带中段概率相对较低.最后通过将本研究的结果与前人结果对比,讨论了结果异同的原因.     

川滇地区强震序列库仑破裂应力加卸载效应的数值模似

通过建立较精细的川滇地区三维有限元模型,数值模拟了川滇地区主要活动断裂的强震活动对于其他活动断裂潜在强震孕育进程的库仑破裂应力加卸载效应.模拟结果显示在川滇地区主要活动断裂带的几何学展布形态和运动学性质的构造背景之上,川滇地区强震活动相互影响的主要特征是活动断裂面库仑破裂应力变化大多处于增大状态.其中,金沙江断裂带、小江断裂带、楚雄—建水断裂带、鲜水河断裂带和安宁河断裂带上的强震所产生的加载作用比较强,而丽江—小金河断裂带和腾冲—澜沧断裂带则较弱.1981～2000年川滇地区M≥6.5地震序列的模拟结果显示,后续地震全部位于已发生地震所引起的库仑破裂应力增大区之内.数值模拟结果显示,在川滇地区,一个强震发生之后,发震断层本身强烈卸载的同时,库仑破裂应力的加载效应在其他主要活动断裂带潜在强震孕育进程中占据了主导地位,强震活动之间相互作用的主要效应是应力加载,已发生的强震加速了下一个强震的孕育进程,进而导致一系列地震的发生,直至整个区域所积累的应变能处于较低水平之后,区域地震活动进入一个新的平静期.     

川滇地区强震序列库仑破裂应力加卸载效应的数值模拟

通过建立较精细的川滇地区三维有限元模型,数值模拟了川滇地区主要活动断裂的强震活动对于其他活动断裂潜在强震孕育进程的库仑破裂应力加卸载效应.模拟结果显示在川滇地区主要活动断裂带的几何学展布形态和运动学性质的构造背景之上,川滇地区强震活动相互影响的主要特征是活动断裂面库仑破裂应力变化大多处于增大状态.其中,金沙江断裂带、小江断裂带、楚雄—建水断裂带、鲜水河断裂带和安宁河断裂带上的强震所产生的加载作用比较强,而丽江—小金河断裂带和腾冲—澜沧断裂带则较弱.1981~2000年川滇地区M≥6.5地震序列的模拟结果显示,后续地震全部位于已发生地震所引起的库仑破裂应力增大区之内.数值模拟结果显示,在川滇地区,一个强震发生之后,发震断层本身强烈卸载的同时,库仑破裂应力的加载效应在其他主要活动断裂带潜在强震孕育进程中占据了主导地位,强震活动之间相互作用的主要效应是应力加载,已发生的强震加速了下一个强震的孕育进程,进而导致一系列地震的发生,直至整个区域所积累的应变能处于较低水平之后,区域地震活动进入一个新的平静期.     

川滇活动地块东边界强震危险性研究

以川滇活动地块东边界为例,利用最近31年的地震资料,根据精细b值计算结果,研究该边界断裂带的应力空间分布及其强震危险性. 研究结果显示：（1）沿川滇活动地块东边界,b值空间分布显示在不同断裂以及同一断裂不同断裂段存在较大差异,从而反映出应力积累水平的空间差异.（2）小江断裂带主干断裂上的嵩明凹凸体及存在于主干断裂附近巧家与东川间以及嵩明北西的2个凹凸体、存在于安宁河断裂冕宁附近和则木河断裂西昌附近的凹凸体以及位于鲜水河断裂中南段道孚—乾宁间大尺度的凹凸体将是川滇活动地块东边界未来大震或强震的震源区.     

1833年嵩明8.0级地震对周围断层的影响

应用粘弹性计算程序,计算1833年嵩明8.0级大地震产生的同震和震后应力场变化,并计算对附近的小江断裂带、安宁河断裂带、则木河断裂带及云南境内红河断裂带造成的同震和震后库仑应力变化。结果表明,嵩明8.0级大地震对滇中南地区应力分布产生较大影响,对周围断层的影响甚至持续数百年的时间。嵩明8.0级地震使震中附近的小江断裂中段、安宁河断裂南段和红河断裂带中段库仑应力减小,降低发震危险;而小江断裂带南北段、安宁河断裂北段、则木河断裂带和红河断裂带南北两段库仑应力增加,地震危险性增强。红河断裂带中段在数百年时间尺度内始终处于嵩明8.0级地震库仑应力的减小区域,该研究结果有助于解释此断裂段的地震平静现象。     

巴颜喀拉块体东-南边界强震序列库仑应力触发过程

计算和研究了1973—2014年发生在巴颜喀拉块体东-南边界断裂带上的、由9次M_S≥6.3地震组成的强震序列引起的库仑静应力变化图像,分析序列中先发地震破裂对后发地震的应力触发作用。结果表明:(1)1973—1976年在巴颜喀拉块体东边界的虎牙断裂带上发生的4次强震存在着显著的应力触发关系,同时改变了龙门山断裂带中南段及周围区域的应力状态,相继触发了汶川M_S8.0地震和芦山M_S7.0地震;(2)南边界鲜水河断裂带自1973年以来发生的3次强震同样存在应力触发关系,2014年康定M_S6.3地震是巴颜喀拉块体东、南边界强震活动导致的库仑应力变化共同触发的结果;(3)序列中9次地震共同产生的库仑应力变化图像显示:龙门山断裂带南段的汶川地震至芦山地震破裂段之间的空区,鲜水河断裂带南段的道孚地震至康定地震破裂段之间的空区以及鲜水河断裂带、安宁河断裂带、龙门山断裂带交汇的三岔口地区均在库仑应力增加区的覆盖范围之内,需要重点关注。     

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.     

使用时间—震级可预报模式评估川滇地块边界的分段强震危险性

根据时间—震级可预报模式研究川滇地块边界断裂系统的地震复发规律,利用历史地震记录和断层滑动速率资料得到了相应的时间可预报统计模型和震级可预报统计模型,并对川滇地块边界断裂带8个震源段在未来10年内的强震复发危险性进行概率评估。计算结果表明,综合危险率K值最高的3个震源段依次为小江断裂带(S5段)、红河、曲江、石屏断裂带(S6段)和安宁河—则木河以及大凉山断裂带(S3段),计算得到这些断裂带下次发生地震的震级分别为7.4、7.1和7.1级;其中S5、S3段发震位置位于南东边界,S6段位于南西边界,表明未来10年内川滇地块南部边界发震的危险性高于北部边界;预期的下次发生的最高震级地震位于南东边界。     

鲜水河断裂带断层间相互作用的触震与缓震效应

探讨了断层间相互作用产生的同震库仑应力改变及对地震的触发与延缓效应，并以鲜水河断裂带不同断裂段时间上连续发生的4次MS6.0以上地震为例，计算和分析了每次地震发生后，在周围其它断裂上产生的同震库仑应力改变及其对后续地震的触发，以及1973年炉霍MS7.6地震和1981年道孚MS6.9地震发生后，在其周围最易破坏失稳的微破裂上产生的同震库仑应力改变及对余震活动的影响．在其它条件保持不变的情况下，将这4次地震的累积触震与缓震效应加以定量考虑，对鲜水河断裂带各断裂段的地震潜势进行了重新计算，并与已有预测结果进行对比分析，检验和评估了鲜水河断裂带断层间相互作用触震与缓震效应的重要性．结果表明:鲜水河断裂带每次地震都发生于受其先前发生的地震影响而产生同震库仑应力增加的断裂段上，不同断层间相互作用的触震和缓震效应导致地震复发概率的改变可高达30.5％以上， 主震后的余震大多发生于同震库仑应力增加较高的微破裂上．      

芦山M_s7.0地震和汶川M_s8.0地震对川滇地区的库仑应力影响

2013年4月20日,龙门山断裂带南段发生了芦山M_s7.0地震,震前的静态库仑应力计算表明此处位于2008年汶川M_s8.0地震静态库仑应力显著增强地区,芦山地震的发生对区域应力进行了释放和调整。利用川滇地区的活动断裂数据和地震震源机制解,构建了研究区的0.1°×0.1°的网格化接收断层矩阵。计算了自重多层粘弹性介质中,不同模型参数下,芦山地震和汶川地震对川滇地区的静态库仑应力影响。结果发现,芦山地震与汶川地震之间的破裂空段、东昆仑断裂东段玛曲段、塔藏段以及鲜水河断裂中南段道孚-乾宁段静态库仑应力增加明显,地震危险性较高。     

川滇主要断裂带近期运动变化及与地震活动关联性

汶川地震发生于巴颜喀拉、华南和川滇菱形块体"三联点"附近,对周边块体和川滇地区主要断裂带也即块体边界带的影响不容忽视.本文基于最新得到的1999~2007、2009~2011和2011~2013年GPS复测结果,利用二维有限元接触模型和"块体加载"方法,模拟强震前后断裂带的运动与受力变化.结果显示汶川地震前龙门山断裂带为低速运动但挤压应力快速积累,汶川地震后巴颜喀拉、滇西南、菱形块体向E-SSE逃逸增强,龙门山断裂带右旋、挤压运动速率和压应力年积累量最高值分别为震前的4.5、2.1和2.5倍.鲜水河南段、安宁河、则木河、大凉山和丽江-小金河断裂带挤压应力快速积累,并形成横跨川滇中部沿NE向展布的挤压应力增强带.鲜水河断裂带中部拉张增强并出现短暂反向.上述变化与该区同期中强地震分布关系密切,揭示出地震活动空间迁移与块体运动变化有关.     

2008年汶川MS8.0地震对周边断层地震活动的影响

为分析2008年5月12日四川汶川M_S8.0级地震对周边断层地震活动的影响,本文首先基于Burgers体黏滞松弛模型计算汶川M_S8.0级地震引起的库仑应力动态演化,分析认为2008年汶川M_S8.0级地震在周边断层上引起的库仑应力显著增加的主要有四个断层段,分别为鲜水河断裂道孚-康定段、东昆仑断裂东段玛曲段、青川断裂和龙门山断裂南段.而且震后4年内黏滞松弛引起的库仑应力变化量可能与同震变化相当,相当于再发生一次汶川地震所造成的影响,因此震后效应在分析强震影响时不应忽略.本文基于强震引起的库仑应力变化动态演化,结合背景地震发生率、由Dieterich(1994)模型给出地震发生概率,结合相关构造地质、历史地震、余震活动等方面资料的综合分析认为,上述4个断裂段地震危险性由高到低依次为鲜水河断裂道孚-康定段、龙门山断裂南段、东昆仑断裂东段玛曲段和青川断裂.     

基于库仑应力变化分析巴颜喀拉地块东端的强震相互关系

本研究基于分层黏弹介质模型,考虑同震位错效应和震后黏滞松弛效应,分析巴颜喀拉地块东端1976年松潘地震序列、2008年汶川8.0级地震、2013年芦山7.0级地震和2017年九寨沟7.0级地震等多次大地震的可能存在的触发关系,计算大地震引起的周边各主要断裂的库仑应力变化.结果显示,1976年松潘地震序列各次地震间关系密切,存在明显的相继触发作用;综合考虑同震和震后效应,汶川8.0级地震对同属于龙门山断裂带的芦山7.0级地震有触发作用,且震后效应影响不可忽略;1976年地震序列,特别是1976年8月16日7.2级地震促进了2017年8月8日九寨沟7.0级地震的发生;汶川地震对九寨沟地震的影响研究中,采用不同的汶川地震同震位错模型,计算结果有差异.综合考虑多次大地震对周边断裂带的影响,龙门山断裂带南段、鲜水河断裂带中南段、平武—青川断裂北段、灌县—安县断裂北段、文县断裂的累积库仑应力增加显著,巴颜喀拉地块东端的东昆仑断裂带东段、迭部—白龙江断裂带西段以及金沙江断裂带库仑应力亦有所增加.综合考虑各重要断裂带已有的大地震危险性分析结果和库仑应力变化计算结果,龙门山断裂带南段、鲜水河断裂带中南段、东昆仑断裂带玛沁—玛曲段和金沙江断裂带的发震紧迫性有所增强,需引起关注.     

汶川地震同震形变场对川滇地区主要活动断裂地震发生趋势的影响

以所建立的川滇地区主要活动块体及其周边断裂带的模型和前期利用GPS及水准资料反演所得到的断裂带长期运动速率作为基础,将汶川地震引起的同震错动量加入到三维断裂几何模型中,计算出汶川地震大范围的同震形变场,然后基于该同震形变场和活动断裂三维几何模型反演了各条断裂对该同震形变场的反映,并通过与各断裂带长期运动速率对比,得到了汶川地震对川滇地区各主要活动断裂带发震趋势的影响．结果表明,在汶川地震引起的同震形变场作用下,在川滇交界东部地区,龙门山断裂带南西段地震危险性提前了305a,鲜水河断裂带南东段大致提前了19a,安宁河断裂带和则木河断裂带分别提前了21a和12a,大凉山断裂带北段和南段分别提前了9.1a和18a,马边断裂带的地震危险性则提前了51a;对川滇交界西部的丽江——小金河断裂带南西段、怒江断裂带、龙陵——澜沧断裂带、南汀河断裂带、中甸断裂带等断裂带地震的能量积累也有促进作用;相反在鲜水河断裂带北西段、小江断裂带等历史地震频发的断裂带上,地震危险性具有一定的减速作用．      

川滇地区现代构造应力场分区及动力学意义

利用震源机制解确定应力分区的逐次收敛法，并结合水压致裂原地应力测量结果和断层滑动反演资料，对川滇地区应力分区进行了较为详细的厘定. 结果表明，2条北北西向近似平行的应力转换带将川滇地区分成3个应力区，2条应力转换带之间形成的川滇应力区的最大主应力sigma;1方位正好也是北北西向. 川滇应力区东边界（东边的应力转换带）基本上与川滇菱形块体的东边界相吻合；川滇应力区西边界（西边的应力转换带）与川滇菱形块体的西边界并不完全一致，西边的应力转换带的北段基本沿金沙江断裂带，与川滇菱形块体的西边界相一致，往南应力转换带并没有继续沿着川滇菱形块体的西南边界-红河断裂带，与东边的应力转换带形成交会，而是延续北北西走向，应力转换带的南段与营盘山断裂带相重合. 认为，在印度板块北移，青藏高原东侧物质南东向侧移，以及华南块体强烈阻挡的共同作用下，川滇地区构造应力场格局并不完全受已有构造的控制，而很有可能形成新的应力转换带.       

从应力演化角度讨论龙门山区域7级强震序列对芦山地震的影响

计算包括同震静态库仑破裂应力变化以及震后黏滞松弛引起的应力变化等,可以更好地解释余震分布、地震序列等地震观测结果。在芦山地震之前,从1900年以来龙门山区域发生了4次7级以上地震,分析这几次地震的同震应力变化以及震后黏弹性松弛对芦山地震的产生的影响,芦山地震以后区域断裂带上的应力伴随强震如何演化,芦山地震与汶川地震的破裂空段呈现何种应力状态,探讨这些问题可能会为了解芦山地震震源处震前的应力状态及该区域未来地震风险评估提供一定的依据。文中采用有限元数值模拟方法,根据地质构造、速度、密度结构深部反演结果以及GPS及应力观测资料等,建立龙门山地区三维黏弹性有限元模型进行研究。模拟结果显示:龙门山断裂带南段及鲜水河断裂带的库仑应力年变化速率在研究区域中相对更高,这与研究区域的地震活动性一致。芦山地震的前4次地震,除叠溪地震外,康定、松潘、汶川等3次地震在芦山地震震中位置产生的同震库仑破裂应力变化大于0,表明这3次地震可能促进了芦山地震的发生,汶川地震的同震库仑破裂应力超过了0.01MPa,同震触发效应十分显著。震间的黏弹性松弛对芦山震源处起加载作用,从1900年以来这种持续的加载作用也超过0.01MPa,因此在模拟应力演化的时候,介质的黏弹性松弛效应不能被忽略。从库仑破裂应力的角度计算龙门山区域断层的应力演化,可以发现龙门山断裂带上汶川地震和芦山地震破裂的空段,在芦山地震之后仍然属于相对应力水平较高的区域。     

川滇菱形块体东边界地震精定位

选用四川及云南地震台站资料,采用多阶段地震定位法(Hypo2000+Velest+HypoDD),对四川境内川滇菱形块体东边界的道孚南至巧家段2010年1月1日~2014年12月31日7787次地震进行了精定位。精定位后,震源位置精度明显提高,震中分布与地震断裂带线性展布较一致。定位结果显示,鲜水河断裂带东南段地震分布相对密集,鲜水河南段与安宁河断裂带、小金河断裂带及以东的大凉山断裂带交叉区域相对密集。深度剖面图沿活动断裂带地震活动分段活动特征明显,横跨鲜水河、安宁河和大凉山等断裂的剖面呈现出石棉附近多断裂交汇处的断层间复杂的相互作用,地震明显分为深、浅两丛。15~20km深度范围地震非常稀少,这与朱艾斓提出的14~19km塑性流变的层厚和位置较一致。