断裂滑动速度对强震发生周期的影响——以东昆仑活动断裂带库赛湖断裂分段和西大滩断裂分段为例

2001年11月14日东昆仑断裂带库赛湖段发生8.1级大地震.事实上,库赛湖断裂分段大震的复发周期会受到其他分段运动行为的影响,尤其是临近的西大滩断裂分段.本文采用速度和状态依赖摩擦本构控制的一维弹簧滑块模型(BK模型)研究断裂分段滑动速度对强震复发周期的影响.以东昆仑活动断裂带库赛湖断裂分段和西大滩断裂分段作为实例进行研究,研究中将两断裂分段视为通过弹簧相连的滑块系统,其中模型参数的选择是以现有东昆仑活动断裂带库赛湖和西大滩分段的地质研究成果、历史地震和古地震资料直接给出,部分参数也采用了数值计算的方法.研究预测了两分段不同滑动速度对强震复发周期、断裂滑动速度及错动位移在未来0.5～0.6万年中随时间变化的影响.研究发现:在断裂分段之间的相互影响下,各断裂分段滑动速度与各段的强震发生周期没有规律性的关系;两断裂分段组成的系统中,某断裂分段滑动速度放慢(加快)会使该断裂分段未来强震发生的震级增大(减小),而对另外断裂分段的强震发生震级没有规律性影响;两断裂分段组成的系统中,某断裂分段滑动速度加快(放慢)会使另外的断裂分段在强震发生时错动的速度加快(放慢);同时,两断裂分段组成的系统中,某一断裂分段滑动速度上的变化对另一断裂分段强震复发周期的影响只有在较长时间跨度上才能体现.     

断裂分段之间不同相互作用对断裂运动的影响

采用速度和状态摩擦本构控制的一维弹簧滑块模型研究断裂分段间相互作用对运动特征的影响,为研究东昆仑活动断裂带库赛湖段和西大滩段2个断裂分段之间的相互影响,采用由弹簧相连的2个滑块模拟断裂分段,通过弹簧滑块系统的动力学分析,将断裂运动性质的描述归结为一组微分方程,数值求解该微分方程组,最终得到断裂运动性质的参数,从而达到确定断裂未来强震复发周期的目的。通过位错模型计算、借鉴前人研究成果以及古地震资料确定模型相关参数。研究断裂分段在不同相互作用下的强震复发周期,模拟表明断裂间不同相互作用对地震复发周期和地震时断裂错动位移的大小没有规律性的影响;只是对地震发生时断裂错动的速度有明显的影响,作用强时,地震发生时断裂错动速度大;反之,地震发生时断裂错动速度小。     

东昆仑断裂带中东部地震破裂分段性与走滑运动分解作用

基于卫星影像解译和野外考察测量,本文对东昆仑断裂带中东部的3条次级断裂(托索湖断裂、玛沁断裂和玛曲断裂)的滑动速率以及全新世以来的古地震活动特征进行了分析研究。托索湖段与玛沁段走向产生20°和30°的双挤压弯曲,形成阿尼玛卿山挤压隆起,作为托索湖段和玛沁段的破裂分段标志,成为1937年托索湖7.5级地震地表破裂带的终止点;在西贡周西侧和莫哈塘南侧,阿万仓断裂以40°的夹角与东昆仑断裂带相交,形成西贡周断裂交汇区,成为玛沁段与玛曲段破裂分段的标志。通过构造地貌方法获得西段托索湖断裂晚第四纪晚期以来的平均水平速率为10.8±1mm/a,垂直滑动速率为1.2±0.2mm/a;中段玛沁断裂带晚第四纪晚期以来的平均水平滑动速率为9.3±2mm/a,垂直滑动速率为0.7±0.1mm/a;西贡周断层交汇区平均水平滑动速率为7.4±1mm/a,垂直滑动速率为1.2±0.1mm/a;东段玛曲断裂晚第四纪晚期以来的平均水平滑动速率为4.9±1.3mm/a,垂直滑动速率为0.3mm/a。断裂的滑动速率从西至东呈梯度下降,通过构造转换矢量分解获得阿万仓断裂西支的左旋水平走滑速率为2.4mm/a,东支的左旋水平走滑速率为1.4mm/a,垂直断裂的水平缩短速率为2.3mm/a,阿万仓断裂带西支和东支构成一个滑动分解模式。3条次级断裂的活动均产生独立地表破裂,西侧的托索湖断裂发生了1937年MS7.5级地震,中段玛沁断裂发生了公元1061年格萨尔王时期和距今358~430CalaBP的地表破裂,玛曲段地表破裂距今约1055~1524aBP,显示出段落之间应力触发有关的地震破裂事件沿断裂带单向迁移的特征。同时利用断裂单次地震位移和古地震复发周期获得断裂的长期滑动速率,结果显示与构造地貌方法获得的滑动速率几乎一致,也显示自西向东逐渐递减的趋势。断裂滑动速率的递减与几何结构走向的弯曲以及横向断裂的相交一一对应,东昆仑断裂带的滑动速率梯度递减的主要原因是东昆仑断裂带东延和横向断裂相交,构造转换造成的。     

东昆仑断裂带中东部地震破裂分段性与走滑运动分解作用

基于卫星影像解译和野外考察测量,对东昆仑断裂带中东部托索湖段、玛沁段和玛曲段的晚更新世晚期以来滑动速率以及全新世以来的古地震活动特征进行了分析研究.阿尼玛卿山双挤压弯曲和西贡周断裂交汇区为这3条段落的破裂分段标志,也成为1937年托索湖7.5级地震地表破裂带的终止点.通过构造地貌方法获得这3条段落自西向东晚第四纪晚期以来的平均水平滑动速率分别为（11.2±1）,（9.3±2）和（4.9±1.3）mm/a;垂直滑动速率分别为（1.2±0.2）,（0.7±0.1）和0.3mm/a.断裂水平滑动速率从西至东呈梯度下降,递减的滑动速率主要转换到了与东昆仑断裂相交的阿万仓断裂上.通过构造转换矢量分解获得阿万仓断裂带西支和东支构成一个滑动分解模式,断裂西南盘相对北东盘的滑动速率为4.6mm/a,滑动方向为112.1°.3条段落的活动均产生独立地表破裂,西侧托索湖段1937年发生了M7.5级地震,往东玛沁段发生了514～534calaBP和距今（1070±180）a（格萨尔王时期）的地表破裂,玛曲段地表破裂发生在1055～1524aBP,显示出段落之间与应力触发有关的地震破裂事件沿断裂带单向迁移的特征.同时利用断裂单次地震位移和古地震复发周期获得断裂的长期滑动速率,结果显示与构造地貌方法获得的滑动速率几乎一致,也显示自西向东逐渐递减的趋势.断裂滑动速率的递减与几何结构走向的弯曲以及横向断裂的相交一一对应,因此东昆仑断裂带的滑动速率梯度递减的主要原因是东昆仑断裂带东延与横向断裂相交和构造转换所致.     

川西则木河断裂带强震复发周期的初步研究

本文从地震活动性和断层活动性两方面初步研究了川西则木河断裂带上地震的复发周期。通过古地震地貌现象的研究,发现则木河断裂北段西昌一带自晚更新世以来多次发生强震,其中全新世时期至少有4次。并得出晚更新世时期,强震在原地重复的周期为2000年,全新世时期为1800年,则木河断裂带滑动速率的研究表明,晚更新世时期断层滑动速率为4.5mm/a,全新世时期为4.9mm/a,以此估计则木河断裂带上晚更新世时期,强震重复的平均周期为965—1380年,全新世时期为885—1275年。     

川西理塘断裂带平均滑动速率、地震破裂分段与复发特征

理塘断裂带是川西北次级块体内部的一条活动断裂带.野外调查获得其晚第四纪断错、近代地震破裂、破裂分段的新证据, 估算出断裂的滑动速率、特征地震震级与复发间隔.结果表明, 理塘断裂带由毛垭坝盆地北缘、理塘和康嘎-德巫等三条次级断裂组成, 以左旋走滑为主, 不同部位伴有不等的逆倾滑分量. 由7个地点的断错地貌及相关沉积物年龄估算断裂带距今约14 ka以来的平均左旋滑动速率为4.0±1.0 mm/a, 垂直(逆)滑动速率0.1~1.8 mm/a; 三条次级断裂均为独立的地震破裂段, 相应特征地震最大矩震级估值为7.0~7.3, 平均复发间隔为500~1000年, 北西段最晚地震破裂发生在距今119±2 a之前, 中段发生在公元1890年前后, 南东段则发生在公元1948年, 显示出与段落之间应力触发作用有关的地震破裂事件沿断裂带单向迁移的特点.     

2001年11月14日昆仑山库赛湖地震(M_S8.1)地表破裂带的基本特征

震后野外考察表明 ,2 0 0 1年 11月 14日昆仑山库赛湖地震 (MS8 1)发生在青藏高原北部东昆仑断裂带库赛湖段上 ,发震断层具有高速率左旋滑动的基本特征 ,晚更新世晚期以来的平均滑动速率达 (14 8± 2 4 )mm/a ;地震地表破裂带沿库赛湖段西起布喀达板峰东缘 (91°0 8′E) ,向东经库赛湖北缘、青藏公路 2 894里程碑、玉珠峰南麓 ,东止于青藏公路东 70km附近 (94°4 8′E) ,地震地表破裂带沿N70°～ 90°W走向线状展布 ,全长约 35 0km ,由一系列走向N4 5°～ 5 0°E拉开状张裂缝、走向N6 0°～ 75°E张剪切裂缝、走向N80°W剪切裂缝以及隆起鼓包或开裂陷坑等斜列状组合而成 ,显示出纯剪切走滑的破裂特征 ,最大左旋水平位移 6m ;宏观震中位于昆仑山口西 80～ 90km附近的库赛湖东北角山麓地带 ,地震地表破裂带宽度 30 0m ,在库赛湖北岸至山麓地带的地震地表破裂带和由地震动或重力效应引起的次生破裂带总宽度可达 2km。库赛湖地震地表破裂的左旋走滑特征表明 ,青藏高原物质确实存在着向东的滑移或流动 ,东昆仑断裂带东部与库赛湖段斜列的东大     

利用重复地震研究安宁河断裂带及周边地区深部滑动速率

基于西昌流动台阵和安宁河断裂带附近固定台站2013—2019年记录的宽频带地震波形资料,利用波形互相关方法进行相似地震识别,同时对P,S震相到时进行校正。结合S-P相对到时差约束地震相对距离的方法,在安宁河断裂带及其周边地区识别得到10组重复地震。对研究区内近震事件和重复地震分别进行重定位,并根据重复地震发震时间间隔计算断裂带深部滑动速率。结果显示:汶川—茂县断裂带西南段滑动速率约为4.37—6.09 mm/a;安宁河断裂带北段滑动速率约为2.30 mm/a;木里地区滑动速率在2.03—8.46 mm/a之间。结合已有研究成果,推测汶川—茂县断裂西南段处于持续蠕滑状态,与孕震凹凸体附近的断层运动特征相符,暗示该区可能存在发生强震的风险;由重复地震和地震重定位结果推测安宁河断裂带具有北段蠕滑、南段闭锁的特征;木里地区浅部地震事件数量多于深部,且浅部滑动速率高于深部,符合水库诱发地震的特征。     

大凉山断裂带北段东支——竹马断裂晚第四纪活动性

大凉山断裂带是川滇菱形活动块体东边界的重要组成部分,其活动习性和滑动速率对于了解青藏高原东南缘的块体运动和构造变形具有重要的理论意义,同时对于该地区地震危险性评价和地震中长期预测有着重要的应用价值。大凉山断裂带由6条分支断裂构成,竹马断裂是其北段的一条分支。文中在详细野外调查的基础上,通过典型构造地貌的高精度GPS测量和断错时间的约束,得出竹马断裂是一条以左旋走滑为主的全新世活动断裂,全新世以来的水平滑动速率为1.5~3.1mm/a;利用古地震探槽揭示出竹马断裂的2次古地震事件时间分别为(50.3±5.7)~30ka BP和30~(17.4±1.2)ka BP。考虑到断裂带北段还存在一条与竹马断裂平行的分支断裂——公益海断裂,大凉山断裂带北段的滑动速率与南段基本一致。鲜水河-小江断裂系中段在大凉山断裂带上分配的滑动速率与并行的安宁河断裂带和则木河断裂带也大体相当,断裂系中段的滑动速率之和与南北两段的速率大致吻合。大凉山断裂带的存在使断裂系在几何上成为一个完整的弧形构造,也弥补了中段滑动速率的亏损,使各段的滑动保持协调一致。此外,沿竹马断裂大量发育的冲洪积台地,根据沉积特征和测年结果,认为是新仙女木事件后末次冰消期的冰川融水形成的冰水堆积,类似的地貌面可能广泛分布于青藏高原东南缘。     

2008年汶川8.0级地震发震断裂的滑动速率、复发周期和构造成因

2008年5.12汶川大地震发生在中国大陆南北地震带中段.由于龙门山断裂带历史上只发生过3次6～6¹/₂级强震,而且其晚第四纪构造活动速率很低,以至于对其潜在地震危险性认识不足.为什么在龙门山地区突发大地震,该地震具有哪些特征？其成因机制是什么？本文在地震地质科学考察的基础上,利用震前的GPS观测结果,试图对上述问题进行一些初步的思考和探讨.结果表明,5.12汶川大地震是龙门山断裂带的映秀—北川断裂突发错动的结果,地表上形成200多公里长的地表破裂带;灌县—江油断裂在地震中也发生了破裂,形成的地表破裂带长达60多公里.震前的GPS观测表明,横跨整个龙门山断裂带的滑动速率不超过～2 mm/yr,单条断裂的活动速率不超过～1 mm/yr,与地震地质研究结果和历史地震记录相一致.利用地震地质考察和地震波反演得到的最大同震位移可以获得相当于5.12汶川大地震的强震复发周期为2000～6000年.龙门山断裂带发育在破裂强度很大的变质杂岩体中,断裂带本身在剖面上呈“犁形”或“铲形”结构,有利于能量积累,形成破坏性巨大的地震.所以,5.12汶川大地震是一次低滑动速率、长复发周期和高破坏强度的巨大地震,是一种值得高度重视和深入研究的新的地震类型.