历史大地震破裂区地震危险性的地震活动性定量分析——以南北地震带中北段为例

尽管地震空区理论在中长期地震预测中起着重要的作用,但大地震复发在时间上的丛集或非线性行为使得在中长期地震预测研究中依然需要同时考虑非地震空区的、历史地震破裂区的潜在大地震危险性。为了探索能基于观测资料分析的、鉴别历史地震破裂区(包括历史、史前地震破裂的地震空区)大地震复发危险性的技术方法,在南北地震带中北段挑选出8个具有不同离逝时间的历史大地震破裂区,分析这些破裂区现代地震活动性的量化特征,以初步探索判定潜在大地震危险性紧迫程度的地震活动性方法。结果表明,反映地震序列衰减状态的p值和反映地震活动率的a值与这些历史破裂区最晚大地震的离逝时间有较好的对应关系,但也有部分破裂区可能由于复杂的断层结构与运动性质,对应关系并不明确;反映构造应力积累状况的b值则难于反映离逝时间演化阶段的信息。b值的时间扫描结果显示,大部分历史破裂区的b值随时间演化平稳,但1879年甘肃武都8级地震破裂区的b值则表现为明显的涨落,并存在持续20年的降低趋势。对比分析认为,1933年四川茂县7.5级、1976年四川松潘—平武两次7.2级地震破裂区目前仍处于序列衰减期,不具备再次发生7级以上地震的背景;公元842年迭部7级地震破裂区北缘低b值的玛曲段比迭部段更具危险性;1879年武都8级地震破裂区的b值持续降低也可能反映该区处于新的一轮孕震期。     

南北地震带北段强震破裂空段的地震危险性研究

综合活动构造与重要活动断裂带的历史及现今强震震源区或破裂分布等资料,南北地震带北段存在长期缺少MSge;7.0地震的破裂空段．为了考察这些空段的地震危险性,首先采用Burgers体黏弹介质模型,计算周围有记载以来的历史强震在空段引起的库仑应力动态演化;其次结合背景地震发生率,采用Dieterich模型分析历史强震对空段地震活动的影响,讨论了空段所在区域的地震发生概率．结果显示,南北地震带北段强震破裂空段的地震危险性程度自高到低依次是:东昆仑活动断裂带东段的若尔盖——九寨沟段、六盘山断裂带中南段空段、香山——天景山段裂中南段同心空段、天祝——大靖空段、西秦岭北缘断裂带中西段、西秦岭北缘断裂带东段．该结果可为南北地震带北段的地震危险性估计提供参考．      

南北地震带北段现今运动特征及地震活动性分析

利用1991—2015年GPS数据,研究南北地震带北段现今地壳水平速度场特征,根据区域地壳主应变率、面膨胀率及最大剪应变率的空间变化以及小震分布特征,对研究区主要断层的活动性及地震危险性进行综合分析。结果表明:①区域主应变率和最大剪应变高值区分布在海原断裂弧形构造带附近,香山—天景山断裂和六盘山断裂中南段应变率较低,结合历史地震及离逝时间,认为其可能处于孕震晚期;②海原断裂现今左旋走滑速率为(4±0.5)mm/a,香山—天景山断裂、烟筒山断裂和牛首山断裂活动性较弱,总体显示为逆冲兼走滑的性质;③震源深度剖面显示老虎山断裂、海原断裂南东段小震分布较密集而均匀,海原断裂北西段小震较少,香山—天景山东南段存在一个小震稀疏段,断层可能已经闭锁,未来应重点关注。     

基于地震带细致划分为地震构造区的概率地震危险性分析

在我国当前地震安全性评价中,普遍使用考虑地震活动时空不均匀性的概率地震危险性分析方法(CP-SHA),它规定以地震带为统计区域计算地震活动性参数b值和v4值。正在编制的中国地震动区划图(五代图)提出了针对潜在震源区进行三级划分原则:划分地震带、地震带上划分地震构造区、地震构造区内再划分潜在震源区。本文提出以地震构造区为统计区域回归统计方法计算b值和v4值,然后进行概率危险性分析计算,这样得到的结果可能更为合理。     

基于潜在破裂面源模型的南北地震带南段地震区划研究

南北地震带南段大震活动频繁。已有的研究结果表明,大震近场范围场点的地震危险性与地震破裂面产状及其尺度密切相关。因此,在南北地震带南段需要考虑潜在震源三维特征进行地震危险性分析和地震区划研究。本文在充分搜集大震发震构造资料的基础上,在南北地震带南段构建了考虑震源尺度和产状的潜在震源模型,改进了地震危险性概率分析方法,进而对该地区进行地震区划研究。结果表明,考虑潜在震源三维特征的地震危险性分析结果可以有效地反映南北地震带南段发震构造的产状和尺寸特征,提高地震区划结果的合理性。     

南北地震带中南段断层现今活动

分析了南北地震带中南段流动形变资料,研究了断层现今活动的空间分布及特征。结果表明,红河断裂带、楚雄-通海断裂带及鲜水河断裂带活动水平最高,龙门山断裂带活动最弱;断层活动水平近年总体未见加剧或减缓。研究认为: 强震前区域断层活动加剧;断层突然错动引起的位移在地质资料显示的断层位移中占主要成分;近期南北地震带南段仍将保持近20年强震频发的态势,中段近年有发生6级地震的可能; 楚雄-通海断裂带中段及鲜水河断裂带两端,为值得注意的强震危险区。     

南北地震带北段主要断层的分区强震危险性评估

根据时间-震级可预测模式研究中国南北地震带北段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计算得出区域时间可预测统计模型和震级可预测统计模型,并对4个主要潜在震源区在未来10年内的强震复发危险性进行概率评估。计算结果表明,危险性最高为S1区(海原断裂带),其综合危险率K值为0.841,预测下次主震为6.9级;其次为S2区(天桥沟-黄羊川、香山-天景山、六盘山断裂带等),K值为0.480,预测下次主震为6.4级;S3区(祁连山构造带)和S4区(西秦岭构造带)远低于S1和S2区。按照危险程度排序的前2位均位于东祁连山-六盘山构造带。     

南北地震带北段近期强震趋势研究

2008年5月12日汶川8.0级地震后,南北地震带可能进入新一轮的强震活跃期.从汶川8.0级地震以来ML≥5.0地震活动空间分布特征来看,近期南北地震带北段与中、南段存在较大差异.由南北地震带强震前孕震区中强地震活动特征,并结合当前5级地震活动情况,认为应同时关注南北地震带中、南段和北段的强震危险性.甘东南地区出现的4级地震空区被2011年2月23日迭部-岷县交界ML4.4地震打破后,2011年11月1日空区周边又发生了青川Ms5.4地震,表明该空区及周边地区的地震活动增强.类比1990年共和7.0级地震前的空区演化过程,认为甘东南地区存在发生7级地震的可能.结合对甘东南地区主要大型断裂7级地震复发周期的综合分析认为,需关注南北带北段毛毛山断裂和金强河断裂、香山-天景山断裂东段、黄河断裂灵武段、西秦岭北缘断裂、六盘山-宝鸡断裂和东昆仑断裂东段玛沁-玛曲段发生7级地震的可能.     

华南地震区地震带划分的新研究

对华南地区地震带的划分提出了一个新方案。认为北东东向断裂是控制华南地震区地震活动的主要断裂,同时东部有北西向巴士系裂交汇,迭加。     

汶川MS8.0地震前后南北地震带北段GPS垂向形变特征

2008年汶川M_S8.0地震对南北地震带北段垂向变形产生了影响,对1999—2016年多期GPS观测数据进行精密解算,采用多面函数方法分别对研究区垂向运动进行周年运动剔除和空间滤波,获取了汶川地震前后垂向形变特征。结果表明:(1)以巴颜喀拉块体与华南块体交界带西侧为界,其西部自东向西呈指数函数衰减;东部自西向东呈对数函数形式衰减,且东部衰减程度大于西部,两块体交界南北段垂向形变特征存在差异性,北段隆升速度和变化梯度均弱于南段;(2)地震前后南北地震带北段垂向形变特征具有明显差异性,相对震前,震后大部分区域隆升速度加快,平均约为2 mm/a,局部区域加快程度较大,最大值达7 mm/a;(3)垂向速度的差异性变化对地壳的垂向应变积累具有影响,最大正影响区域为巴颜喀拉块体与华南块体交界及其西侧区域,增大了约10×10~(-8)/a,约为震前的2倍,最大负影响区域为川滇块体北部局部区域,减小了约7×10~(-8)/a。建议对巴颜喀拉块体与华南块体交界及其西侧区域和川滇块体北部局部区域强化跟踪分析。     

The Migration Characteristics of Strong Earthquakes on the North-South Seismic Belt and Its Relation with the South Asia Seismic Belt

Migration of strong earthquakes （M≥ 7.0） along the North-South Seismic Belt of China since 1500 AD shows three patterns： Approximately equal time and distance interval migration from N to S, varied patterns of migration from S to N and grouped strong earthquake activity in a certain period over the entire seismic belt. Analysis of strong earthquakes in the past hundred years shows that the seismicity on the North-South Seismic Belt is also associated with strong earthquake activities on the South Asia Seismic Belt which extends from Myanmar to Sumatra, Indonesia. Strong earthquakes on the former belt often lag several months or years behind the quakes occurring on the later belt. So, after the occurrence of the December 26, 2004 Ms8.7 great earthquake off the western coast of Sumatra, Indonesia, the possibility of occurrence of strong earthquakes on the North-South Seismic Belt of China cannot be ignored. The abovementioned migration characteristics of strong earthquakes are related to the northeastward collision and subduction of the India Plate as well as the interaction between the Qinghai-Xizang （Tibet） Plateau and the stable and hard Ordos and Alashan Massifs at its northeastern margin.     

2010—2016年南北地震带岩石圈磁场变化分析

利用小波分解对2010—2016年南北地震带(21°N—37°N,97°E—109°E)区域6期岩石圈磁场年变化数据进行处理,并对2011年6月以来该区域发生的M_S≥5.0强震震中区的岩石圈磁场变化空间分布及时间演化特征进行了系统分析。结果显示:震级与岩石圈磁场ΔX,ΔY,ΔZ分量变化的相关系数分别为0.26,-0.26,0.15,即二者无显著相关性;震中处岩石圈磁场分量变化的最大幅值分别为18.46,14.98,-15.54 nT。对岩石圈磁场变化进行小波分解的结果表明:MS7.0地震前两年出现显著基底异常,其尺度可能达到上千千米;M_S6.0地震前一年也出现显著基底异常,但异常尺度较小;M_S5.0地震前尚未观测到明确的基底或中层异常。     

南北地震带北段流体资料地震预测效能检验

以南北地震带北段长时间、 连续并有多次震例记录的流体观测资料为研究对象, 使用Molchan图表法对其与周边地震的关系进行了检验和分析, 计算了时间占有率、 预测效能和概率增益等参数。 结果表明, 南北地震带北段各台项的预测效能差别较大。 整体看来, 甘东南地区的观测资料检验效果较好, 表现为概率增益较大; 青海东部地区的多个测项预测效能检验结果较好, 但概率增益较小; 宁夏北部贺兰山东麓断裂附近两台项的报准率差别不大, 但概率增益、 时间占有率等却都不同。 此外, 从前兆资料变化时间上看, 短期异常和长期异常都较多, 中期异常较少。     

中国华北和南北地震带北段8级大震发生的时间规律

用以25年为周期的三性分布拟合华北和南北地震带北段8级大震发生的时间分布,发现拟合较好,因之在今后预测8级大震时可作为参考。三性分布是指周期性、倍周期性和每个周期的黄金分割性组成的时间分布。     

南北地震带地壳结构多参数成像及强震触发机制研究

通过反演由大量的纵、横波地震数据组成的综合数据集,获得了南北地震带地壳的多参数三维精细结构,探讨和分析了南北地震带的高地震活动性和强震频发的原因.成像结果表明,尽管1976年松潘一平武地震(M7.2)与2008年汶川地震(M8.0)以及2013年芦山地震(M7.0)均发生在高速、低泊松比异常区域,并且在其震源的下方均有一低速、高泊松比异常区域.我们认为,上述三个地震的触发与流体侵入导致的地壳形变之间有密切的联系.1955年炉霍地震(M7.4)和1973年康定地震(M7.1)均发生在鲜水河断裂带上,其震源中心区域表现为低速、高泊松比异常,可以解释为下地壳中的流体沿断层面上涌.在震源区的周边区域兼有高速、高泊松比异常,低速、高泊松比异常以及高速、低泊松比异常,可能分别与含流体的岩石、沿断裂带发育的变质岩以及坚硬的克拉通块体对应.流体的侵入不仅能够改变断层面上的应力情况,还能降低岩石骨架的岩石力学强度,进而触发地震.1970年云南通海大地震(M7.1)发生在哀牢山一红河断裂带附近的曲江断裂上,其震源处于高速度、低泊松比异常与低速度、高泊松比异常之间的边界区域,被认为是流体挤压后的应变能积累,最终导致脆性破裂,以至于发生地震.根据本次研究获得的多参数结构图像,结合前人的研究成果,我们认为南北地震带地壳强烈形变与流体侵入是造成该区域地震活动性较高及强震频发的两个主要因素.     

南北地震带地震震源机制解和现今应力特征

基于CAP方法,使用地震波形资料,计算得到了2009年1月～2017年8月期间南北地震带及周边区域466个3.5级以上地震震源机制解。在补充收集1976年1月～2017年8月GCMT公布的259个4.5级以上地震震源机制解的基础上,分析了南北地震带地震震源机制解和应力特征。震源机制空间分布显示,不同断裂带、块体间表现出不同的震源机制空间分布特征,该特征与南北地震带不同段落活动构造性质基本吻合。作为青藏高原东边界的南北地震带,由于动力环境复杂,其内部P轴方向具有明显的差异性。这种差异主要表现为:南北地震带北段P轴呈NE向分布;龙门山断裂带及周边除NE段P轴取向为NW—NNW向外,其他地段P轴近EW向;川滇菱形块体内部P轴呈NNW向,而其西边界以西呈NNE向,东边界以东呈NW向,应力方向转换带的与川滇菱形块体边界基本一致。整体而言,南北地震带及近邻P轴方向由北到南发生了顺时针转动。     

东北地震区小震资料完整性分析及其对地震活动性参数的影响研究

以东北地震区为例,基于G-R关系的震级-频度分布原理,研究了东北地震区最小完整性震级MC的时间分布特征和各时段的空间分布特征,统计了研究区内的地震活动性参数,探讨了小震资料完整性分析对地震活动性参数和地震危险性计算结果的影响。研究表明：对区域小震资料进行完整性分析,可以在低地震活动地区获得较准确的地震活动性参数,更好地反映了该区未来的地震活动趋势。本文的研究方法和结论可供地震资料完整性分析和地震活动性分析时参考。     

南北地震带震源机制解与构造应力场特征

南北地震带作为中国大陆地应力场一级分区的边界,其构造应力场的研究对理解大陆强震机理、构造变形和地震应力的相互作用具有重要意义.本文收集南北地震带1970—2014年的震源机制解819条,按照全球应力图的分类标准对震源机制解进行分类,发现其空间分布特征与地质构造活动性质比较吻合.P轴水平投影指示了活动块体的运动方向,T轴水平投影在川滇块体及邻近地区空间差异特征最为突出,存在顺时针旋转的趋势.南北地震带的最大水平主应力方向具有明显的分区特征,北段为NE向走滑类型的应力状态,中段为NEE—EW—NWW向的逆冲类型,南段为SE—SSE—NS—NNE向走滑和正断类型,在川滇块体的北部和西边界应力状态为EW—SE—SSE的正断层类型,表明来自印度板块的NNE或NE向的水平挤压应力和青藏高原物质东向滑移沿大型走滑断裂带向SE向平移的复合作用控制了南北地震带的岩石圈应力场.川滇块体西边界正断层类型应力状态范围与高分辨率地震学观测得到的中下地壳低速带范围基本吻合,青藏高原向东扩张的塑性物质流与横向边界(丽江—小金河断裂带)的弱化易于应变能的释放,在局部地区使NS向拉张的正断层向EW向拉张正断层转变.反演得到的应力状态基本上与各种类型地震的破裂方式比较吻合,也进一步验证反演结果的可靠性,可为地球动力学过程的模拟和活动断层滑动性质的厘定提供参考.