2022年1月8日, 青海省门源县发生 MW6.7 地震。文中运用Sentinel-1A数据, 采用 InSAR 技术获取震区的LOS向形变场, 其中最大形变量分别为7.0cm和7.2cm, 结合升、 降轨卫星的飞行方向, 判定发震断层的运动性质以左旋走滑为主, 其中最大形变量位于冷龙岭破裂段。此外, 以InSAR形变场数据为约束, 基于Okada弹性位错模型, 厘定了发震断层的几何结构及破裂面的精细滑动分布特征, 反演结果揭示出2个断层破裂面。 冷龙岭破裂段是滑动主要集中的区域, 最大左旋滑动量为3.66m, 最大滑动深度为5km; 而托莱山断裂处存在1.95m的左旋滑动量, 位于5km深度处。 判定发震断层为冷龙岭断裂西段, 地震同时使托莱山断裂发生破裂。在此基础上, 计算了库仑应力变化, 结果显示震中300km区域内的库仑应力变化图像呈现走滑型地震特有的四象限分布特征。同时, 震中破裂的NW-SE区域和NE-SW端的ΔCFS≥0.01MPa, 这些区域后续的地震危险性值得关注。最后, 相对于鄂尔多斯块体的GPS速度场显示冷龙岭地区存在一个显著的面应变高值区, 未来该区的地震活动性可能持续较强。 此外, 文中还讨论了2016年和2022年2次门源地震的发震构造特征及发震关系, 2次地震整体都是该地区应力积累的一次局部调整, 它们都是青藏高原向NE推挤运动的表现。
2020年1月19日新疆维吾尔自治区伽师县发生 MS6.4 地震, 此次地震为N倾逆冲兼少量走滑型地震, 地震的发震构造是南天山柯坪塔格逆冲推覆体最南缘的柯坪断裂, 伽师地震的震中位于喀什-伽师流动重力观测网和中国大陆构造环境监测网络GNSS观测网监测区域内。文中选取20152021年的流动重力和GNSS观测资料开展分析。采用绝对重力点约束流动重力数据, 并进行全网经典平差计算, 进而获得重力场变化图像; 基于GNSS数据通过GAMIT/GLOBK软件解算获得研究区的运动速率, 借助位移与应变的偏导关系获取水平视应变场分布图。之后, 分别研究了孕震区的重力场和应变场的变化特征, 并综合探讨了孕震区的重力场、 GNSS形变场特征与伽师 MS6.4 地震孕震过程的关系。研究表明: 1)一年时间尺度的重力场时变图像较好地反映了伽师 MS6.4 地震附近区域重力场的系统演化过程, 重力变化零等值线拐弯处及“四象限”特征可为地震预报提供有益参考。2)重力场累积变化反映出伽师 MS6.4 地震前的重力场变化受到区域大断裂的控制, 研究区一系列中强震发生在重力翻转变化过程中, 重力变化高梯度带特征与地震的发生存在密切关系。根据重力累积变化和时变图像推测此次构造活动可能开始于2018年。3)强震易发生在具有显著重力变化的构造活动断裂带上, 2020年伽师6.4级地震发生在重力变化高梯度带拐弯的区域, 也是面压缩率变化过渡带地区, 区域应变场的增强恢复过程与区域重力场的正、 负变化具有一定对应性。
2021年5月2122日, 云南漾濞、 青海玛多先后发生了 MS6.4 和 MS7.4 地震。为检测震前是否存在重力扰动与重力仪背景噪声异常信号, 文中基于中国连续重力台网中15台重力仪的秒采样数据, 成功提取了震前重力扰动信号, 并计算了排列熵(PE)及重力仪在地震频段(200~600s)的背景噪声等级(SNM)。结果表明: 1)大地震发生前多数台站在2021年5月1518日存在1组重力扰动信号, 其中沿海台站同时还存在其他2组扰动信号, 扰动幅度为±(10~100)μGal, 扰动频率集中在0.15~0.25Hz。沿海台站的扰动幅度普遍大于内陆台站, 震中距与扰动幅度无明显相关性, 沿海台站扰动幅度较大及产生其他2组扰动的原因可能与海浪脉动或局部降雨有关; 2)不需要对原始重力序列作任何预处理, PE能够快速检测到数据中的突变信号, PE时间序列中持续显著下降的信号对应震前扰动信号, PE瞬时向下的脉冲信号对应地震波引起的颤动信号; 3)多个台站的SNM时变曲线显示, 震前2个月(2021年3月初)直至主震发生时背景噪声水平显著升高, SNM的空间分布表明, 震前1~2个月, 位于青藏高原北缘、 巴颜喀拉地块附近台站的背景噪声有明显增大的趋势, 震后噪声水平显著降低。综上, 我们初步推测: 震前的重力扰动可能是由发震断裂慢滑移产生的低频颤动信号, 震前背景噪声的增大可能与发震地块的活动性增强有关。
2021年5月21日21时, 云南大理白族自治州漾濞县发生 MS6.4 地震。该地震的震中位于川滇块体的西南边界, 是该区40多年来震级最大的一次地震。地震未产生地表破裂, 余震也未沿震区附近已知的断裂分布。研究者针对这次地震的发震构造已有若干研究结果, 但采用不同数据、 方法和思考角度对这些结果进行验证并同时补充新认识是必要的。文中利用云南地震台网观测资料分析了漾濞地震序列的时空分布特征, 进行重新定位, 并通过CAP(Cut and Paste)方法获取序列中较大地震的震源机制解与矩心深度。结果表明, 漾濞地震的余震震源深度主要集中在4~13km, 余震带总体呈NW-SE走向, 空间分段性明显: 主震震中北西侧余震稀少且分布相对集中, 东南侧余震密集且余震带宽度变大; 前震序列发生在主震震中的东南侧, 与余震密集段的位置基本重叠, 反映主震震中北西侧的稀疏余震应属于触发型, 而主震破裂可能属于由震中向SE扩展的单侧破裂型。余震带的深度横剖面显示主震破裂具有明显的分段性, 序列北西段的结构较为简单, 显示出一个地震丛集, 而南东段则相对复杂, 很可能由2条倾向SW的高倾角断层组成。漾濞地震序列中29个MS≥3.0地震的矩心深度主要分布于3~13km, 震源机制解以右旋走滑型为主, 大多存在一个NW-SE走向的高倾角节面, 且具有一定的正断倾滑分量。主震是以右旋走滑为主的破裂所引发的, 矩心深度为5.2km, 与重定位所得的震源初始破裂深度8.9km较为接近, 反映该地震发生在上地壳, 也反映震区的地震活动深度偏浅。文中对2021年5月云南漾濞序列的时-空分布特征与震源机制解的分析, 反映此次地震的发震断层产状及力学性质与NW走向的维西-乔后-巍山断裂较为一致, 但位置不同, 证实这次地震的发震构造是该断裂南段西侧一条SW陡倾的右旋走滑次级断裂。
文中利用CAP方法计算了2021年5月21日漾濞地震序列MS≥4.0地震的震源机制解, 再结合收集到的周边历史地震的震源机制解, 反演计算了漾濞地震及周边区域的构造应力场, 并根据反演得到的应力张量模拟了漾濞地区的相对应力值大小和震源机制解分布情况。研究结果表明: 1)研究区以走滑型地震为主, 其次是正断型地震, 地震集中分布于15km以浅的深度范围, 主要发生在脆性上地壳。2)漾濞震源区的构造应力场属于典型的走滑应力结构, 最大主应力方位为NNW-SSE向, 与区域构造应力场基本一致。研究区的分区反演结果显示, 最大主应力轴和最小主应力轴的方位从东北至西南呈现出顺时针旋转的趋势。区内川滇菱形块体、 腾冲和保山等地块内部的应力方位分布一致性较好, 块体边界带是应力发生偏转的部位, 表现出一定的差异性, 区域构造应力场受到不同块体间相互作用的影响。3)应力形因子R值的分布上大致表现为自西北向东南逐渐增大, 说明物质运移所需的压应力相对变小, 结合研究区的地质构造背景认为, 地块(物质)的运动速度自西北向东南逐渐变缓。4)根据模拟计算的漾濞地震相对剪应力和相对正应力大小推测认为, 漾濞地震是在区域构造应力场作用下沿着最优释放节面滑动破裂而发生的, 更容易发生错动的NW向节面为此次地震的发震断层面。
文中基于2011年9月2日2014年1月16日小江断裂带及邻区48个台站的远震三分量波形数据提取径向P波接收函数, 采用两步反演法和Bootstrap重采样技术反演了各台站下方的S波速度结构, 对小江断裂带及邻区的地壳深部结构进行了研究。结果表明: 1)研究区地壳的S波速度在横向和垂向上都存在明显的非均匀特性, 近地表处有2~4km厚的低速沉积层; 中上地壳的S波速度呈高、 低速相间分布; 在20~35km的深度范围内存在明显的低速层, 主要间断分布于小江断裂以西的川滇菱形块体和红河断裂以南的印支块体内部, 另外在师宗-弥勒断裂附近也有局部分布。2)小江断裂带中、 北段壳内低速层较为发育, 以中段最为突出, 最厚约达28km; 南段在15~25km深度范围内存在明显的高速区。3)研究区的泊松比普遍较低(平均为0.24), 呈不均匀分布, 且横向变化剧烈, 小江断裂带的泊松比总体呈北段较高、 南段次之、 中段低的分段特征; 研究区壳内低速分布与泊松比间的对应关系不明显, 大部分低速层似乎缺少发生部分熔融的条件, 其地球物理结果的差异和不一致说明壳内低速层的变形演化机制及物理特性较为复杂。
为减少密度界面重力反演的非唯一性, 文中对经典粒子群算法的初值模型和参数设定进行优化, 并通过理论模型验证其有效性。基于该改进算法, 采用长宁科考的多条实测重力剖面数据反演计算了长宁地区印支密度界面的深度, 并结合界面起伏形态分析该地区的构造特征及其与地震的关系。研究结果表明, 经优化的粒子群算法全局搜寻最优解的性能稳定, 深度误差更小。对长宁地区印支密度界面的反演显示, 该界面总体呈现中间隆起、 四周凹陷的特征, 深度介于0.3~3.3km, 与前人的结果基本一致, 文中所得结果的细节更精细。研究区东侧界面的凹陷程度显著大于西侧, 界面隆起部分对应长宁-双河复式大背斜, 深度介于0.3~1.9km, 背斜核部受到构造运动的抬升侵蚀作用导致古老地层出露地表。大背斜北翼处的界面较南翼陡峻, 呈条带状分布的北翼浅层地震发震位置与界面起伏具有高相关性, 地震多发生在印支界面剧烈起伏处; 呈团状分布的南翼浅层地震发震位置处的印支界面存在明显凹陷。文中的反演结果为该地区地震构造环境研究提供了基础信息, 也是后续多层密度界面模型的重要参考。
2018年10月11日和11月3日, 位于金沙江上游右岸的西藏江达县波罗乡白格村先后发生了2次特大规模的滑坡堵江事件, 经人工干预后险情得以解除。运用差分干涉合成孔径雷达(D-InSAR)技术对白格滑坡后缘的潜在危岩体进行了7.5d连续不间断的监测, 结果表明: 滑坡体上侧区域目前仍然不稳定, 具有再次发生滑坡堵江的危险。基于此, 文中利用颗粒流软件PFC2D模拟了滑坡后缘潜在危岩体在自身重力、 强降雨、 地震条件下的稳定性状况。模拟结果表明: 后缘潜在危岩体在静力作用下不会产生明显的失稳滑动, 在强降雨和强地震动条件下会发生失稳破坏, 可能会再次堵塞金沙江并形成堰塞湖。根据文中的模拟结果可对滑坡稳定性做出科学评价, 同时为以后类似滑坡的防灾减灾提供参考。
为研究隐伏断裂的近地表特征和第四纪活动性, 在新乡-商丘断裂封丘段完成了2条高分辨率浅层地震反射剖面和1条钻孔联合地质剖面。通过地震反射剖面获得了新乡-商丘断裂封丘段深约1km以浅的地层及构造分布图像, 其结果表明, 新乡-商丘断裂封丘段浅部表现为由多条视倾向N的正断层组成的断裂体系, 总体走向NWW, 断层错断第四纪内部地层。钻孔联合地质剖面显示, 该断裂向上错断的最新地层为浅棕红色-褐黄色黏土层, 上断点埋深在57.00~61.50m之间。结合采集样品的测年结果判断, 封丘段的最新活动时代为晚更新世中期。文中的研究结果可为重大工程选址、 城镇规划与建设、 震害预测与评估提供基础资料, 对于探讨新乡-商丘断裂深浅构造关系、 区域构造演化等地球动力学问题具有参考价值。
文中在野外开挖探槽及年龄样品测试的基础上, 对郯庐断裂带赤山段全新世的新活动特征进行了详细讨论。在泗县赤山镇徐井村附近开挖了2个地质探槽(XJ1、 XJ2), 其中XJ1探槽揭露了10个地层单元, 从老到新依次为U1U10; 发现3条断层, 由东向西依次为F1、 F2和F3; 识别出3次古地震事件, 由老到新依次为E1、 E2和E3。事件E1和E2分别为F1和F2的逆冲活动, 事件E3为F2逆走滑和F3正走滑共同活动的结果。前2次古地震事件E1、 E2发生于中更新世晚更新世晚期之间, 后一次事件E3代表最新一次古地震活动, 发生于地层U9沉积以后, 在该层上部采集的泥炭样品的测定年代为11.10~10.75k a BP, 说明郯庐断裂带赤山段在全新世早期以后仍有活动。
1975年海城 MS7.3 地震是中国第1次成功预报的7级以上破坏型地震, 避免了大量人员和财产损失。但在地震后的调查中并没有发现较为连续的地表破裂带, 只在零星地点发现了一些地表裂缝和喷砂冒水现象。该地震的等震线表现出较为明显的共轭特征, 因此研究者对于海城地震的发震断层一直存在一定争议。文中对与海城河断裂共轭相交的金州断裂盖州北鞍山段进行了遥感影像解译、 微地貌测量和古地震探槽开挖等工作, 发现金州断裂自大石桥市沿NE向至鞍山市南, 在盆山过渡带的晚更新世和全新世地貌面上存在较为明显的沿NE向展布的断层陡坎。由于人类活动, 断层陡坎展布不连续。断层陡坎的高度多为1~2m, 最大可达3m; 在海城市南葫芦峪村开挖的古地震探槽揭露出盖州北鞍山段具有宽约20m的基岩破碎带, 晚更新世晚期全新世以来(距今(37.6±2.2)ka)至少发生过2次古地震事件。较新的一次地震发生于全新世(距今(11.7±0.8)ka以后, 很可能为距今400~500a)。由于全新世地层太薄所限, 无法识别出更多全新世古地震, 但可以判断金州断裂盖州北鞍山段为晚更新世晚期全新世活动断裂。
西藏地区地壳活动强烈, 活动断层发育, 存在很大的地震灾害风险, 因此查清活动断层的分布是一项重要工作。遥感解译是查明活动断层最有效的手段, 其核心技术是正确把握活动断层的典型遥感影像特征。文中结合 1︰100万全国地震构造图(西藏区)编制工作, 利用高分辨率卫星遥感影像对西藏地区改则幅(I45)全新世活动断层的典型遥感影像特征进行了研究, 确定了区内全新世活动断裂玛尔盖茶卡断裂、 日干配错断裂、 依布茶卡地堑、 青蛙湖断裂、 东查断裂、 其香错断裂中段的空间展布。结合前人的研究成果及区域对比分析, 讨论了区内全新世断裂的最新活动时代、 活动性质和活动强度, 以及区内活动断裂的整体构造运动特征和发震能力。研究区北部的玛尔盖茶卡断裂和南部的日干配错断裂、 其香错断裂为较大规模的NEE向左旋走滑断裂, 具备发生约7.5级地震的能力。 中部还发育了NEE向依布茶卡地堑、 青蛙湖断裂和NW向东查断裂这3条规模相对较小的全新世断层, 具备发生约7级地震的能力。上述断裂反映了该区受到SN向挤压, 形成“V”字形共轭系统, 总体运动特征表现为块体向E挤出的动力环境。
藏北高原非常薄弱的活断层调查程度和不完整的历史地震资料等, 限制了对青藏高原内部活动构造的变形机制及强震活动特征等问题的深入认识。文中通过综合地质、 遥感和地震等资料对阿里北部进行详细的活断层解译, 重点对阿鲁错地堑系南段昆楚克错地堑西侧边界正断层的第四纪活动性、 新发现的最新同震地表破裂及其震级与形成时间等进行了深入分析。研究结果表明, 阿里北部第四纪期间以近EW向伸展变形为主, 发育了以近SN向正断层和由NW向与NE向走滑断层构成的共轭走滑断层为主的高密度活断层系统。沿昆楚克错地堑西缘主边界正断层新发现的最新同震地表破裂整体沿NNW向雁列展布, 总长约400m, 最大垂直位移约0.8m, 平均垂直位移为0.3~0.4m。结合历史地震记录和经典的“地表破裂位移与震级”统计关系式推断, 该破裂应是震源深度为35km的1955年革吉县纳屋错东 MW6.5 强震事件的结果。综合该地表破裂的发育特点推断, 震源深度对地表破裂参数存在显著影响, 震源偏深时的地表破裂长度可远小于震源破裂的最大长度, 表明在活断层的地震复发模式研究中应注意随机性较强的断层局部破裂行为或小位移破裂事件。
受新生代印度-欧亚板块碰撞的远程效应影响, 西准噶尔地区平行斜列的走滑断裂系统被重新激活。托里断裂作为其中重要的组成部分, 获取其晚第四纪构造变形特征对于认识和理解天山以北区域的构造变形和地壳缩短吸收方式都具有重要意义。文中基于野外调查结果和无人机三维重建技术分析了托里断裂晚第四纪的构造变形特征, 并利用光释光测年方法对托里断裂的地貌面期次进行定年, 进而通过冲沟和阶地陡坎等标志性地貌的位错量和地貌年龄计算托里断裂的晚第四纪活动速率。研究结果表明: 托里断裂由东、 西2支分支断裂构成, 均以左旋水平走滑为主。东支断裂使喀普舍克河T3和T2阶地分别产生了(89±31)m和(39±13)m的水平位错量, 结合T3阶地(52.9±5.1)ka和T2阶地(23.4±1.5)ka的形成年龄, 计算得到其活动速率约为(1.7±0.8)mm/a; 西支断裂使铁斯巴汗河T2阶地产生了(34.0±6.8)m的水平位错量以及喀普舍克河T3阶地上最大为(37.5-4.1/+2.7)m的冲沟水平位错量, 结合T2阶地(18.8±1.3)ka的形成年龄, 计算得到其活动速率为(1.8+0.5/-1.3)mm/a。结合前人对塔城东断裂的研究结果分析认为, 西准噶尔地区的平行左旋走滑断裂系统具有书斜构造模型的特点, 并通过断裂系的平行走滑运动吸收了西准噶尔地区大部分挤压缩短量, 在控制该区域SN向地壳缩短过程中发挥了重要作用。
大陆断层脆塑性转化带的强度和滑动稳定性一直是断层力学中研究的重点。从20世纪末起, 前人针对脆塑性转化带的摩擦和流变特性开展了大量实验和理论研究, 探究脆塑性转化带的强度和变形机制随温度、 压力、 滑动速率等因素的变化规律。文中总结了描述断层脆塑性转化带强度和稳定性的半定量经验方程和定量本构方程, 对比了各种模型的优缺点, 发现通过数值拟合方法得到的经验模型高估了断层脆塑性转化带的强度, 而基于微观物理机制的脆塑性转化带强度模型更符合自然条件下的断层摩擦行为。但现有的微观物理模型还需进一步考虑剪切带中纳米颗粒的动力学影响及不同类型的微观变形机制约束。
长江的形成标志着中国地貌格局的形成与东亚现代地貌格局的建立。 文中简述了百余年间长江演化研究的主要争论, 梳理了近20年来将物源示踪方法应用于长江演化研究的进展及得到的启示。 通过对长江流域的典型沉积体系: 包括上游昔格达组、 剑川盆地、 中下游砾石层、 江汉盆地、 长江三角洲钻孔沉积及边缘海盆地(莺歌海盆地、 台湾岛)的物源示踪结果进行归纳梳理, 笔者认为: 1)长江演化争论的焦点问题依旧是三峡贯通和石鼓第一弯的形成, 但争论的问题已拓宽至古水系模式、 侵蚀-沉积过程、 夷平面形成等诸多问题。 2)三峡贯通和石鼓第一弯形成的时代尚未取得共识, 即长江的形成时代和过程还存在争论。 长江中下游砾石层和江汉盆地沉积物具有复杂的源区供应, 仅依靠碎屑锆石U-Pb年代学无法有效区分长江上游的物源信号; 江汉盆地和长江三角洲钻孔沉积记录对于三峡贯通的初始信号仍未达成一致; 剑川盆地和昔格达组沉积物的年代及其物源意义对于金沙江南流(东流)的指示意义存在广泛争论; 海洋沉积约束长江和红河水系演化模式的物源信号也存在争议。 3)在长江流域各沉积盆地进行物源研究时, 建议加强海陆沉积对比。 从地貌-构造演化-沉积古地理-气候变迁的角度, 将能更加全面地重建长江演化的历史。
2022年9月5日12时52分, 川滇活动地块东边界的四川泸定地区发生6.8级强烈地震。在震中以北15km、 以南25km的范围内开展震后现场考察, 发现湾东村、 幸福村、 爱国村一带的磨西断裂沿线存在同震地表破裂迹象, 而在震中以北、 爱国村以南断裂通过的位置没有发育同震地表破裂。野外调查获得的同震地表破裂走向为320°~355°, 运动性质为左旋走滑, 位移量为20~30cm, 运动性质和走向与震源机制解获得的结果一致。深入分析认为, 本次四川泸定6.8级地震的同震地表破裂主要发育在泸定县磨西镇二台子以南-石棉县王岗坪乡爱国村之间, 长度为15.5km。根据野外地质调查结果, 并综合地震反演和形变观测已有结果等判定, 四川泸定6.8级地震的发震构造为鲜水河断裂的南东段, 即磨西断裂。结合余震分布时空演化特征分析进一步揭示, 以磨西断裂二台子-新民乡段为主震破裂段的运动导致了此次6.8级地震的发生, 并触发了震中以北的南门关-两河口段断裂的活动。泸定6.8级地震是一次主震破裂段发动、 其后全段参与的较为复杂的事件。
地震的破裂过程一般涉及多个断层面, 发震断层面一般并非单一断层, 而是由多个断层面相互组合形成。文中基于成丛小地震在断层面附近发生的原则, 假定所有震源点以断层面为中心, 服从三维正态分布, 利用模糊聚类算法给出了2021年云南漾濞地震断层的三维空间结构。首先, 采用GK(Gustafson, Kessel)模糊聚类算法对全部震源点目录进行处理, 得到矩阵的划分结果; 之后, 利用矩阵划分结果及给定的阈值剔除离群震源点, 提取含有断层面的子类; 最后, 在95%置信水平下确定断层面分布的矩形断层区域的精确空间位置、 倾向角及走向角等参数。由所得结果推测, 震源点沿与维西-乔后断裂带近平行的断裂带分布, 且向SE逐渐分为3个断裂分支。东侧分支大体倾向SWW, 为主断裂, 对应2个子断层平面, 走向分别为134.22°、 132.65°, 倾角分别为87.14°、 81.96°; 西侧分支与东侧分支大体平行, 走向为129.45°, 倾角为74.77°。除3条主断裂外, 还识别出一条走向为235.66°、 倾角为66.30°的隐伏断层, 位于维西-乔后断裂带附近区域。文中基于模糊聚类算法确定云南漾濞地震的断裂带形状分布, 对地震构造和地震动力学研究具有重要意义。
为实现根据地震空间分布自动识别断层和获取断层参数, 文中提出基于改进的DBSCAN算法自动识别断层的方法。该方法首先根据数据集的特性对无监督聚类技术(DBSCAN)进行改进, 实现自动选择聚类最优参数和断层段识别; 其次, 对识别出的断层段采用模拟退火全局搜索-高斯牛顿局部搜索结合法计算其断层参数, 再对邻近的相似断层段进行合并, 最终给出基于地震空间分布识别出的断层及其参数。文中采用人工合成数据验证了上述方法的可靠性, 并将其应用于唐山地区, 获得以下结果: 1)人工合成数据和唐山地区双差定位数据验证了本研究改进的DBSCAN算法可以自动识别断层。2)基于唐山地区双差精定位地震数据, 本研究自动识别出8个断裂段: 陡河断裂段、 巍山-丰南断裂段、 滦县-乐亭断裂段、 卢龙断裂段、 徐家楼-王喜庄断裂段、 滦县断裂北段、 雷庄断裂段和陈官屯断裂段。其中, 前5个断裂段的识别结果与前人研究结果基本一致; 后3条断裂段为文中基于地震目录新识别出的断层。可见, 文中给出的方法可自动化识别断层并获取断层参数, 这为断裂构造的识别提供了新的思路和方法。
断层土壤气测量是揭示断层性质与断裂活动的重要地球化学方法。文中在新疆北天山2个地震危险区中的博罗科努-阿其克库都克断裂、 库松木契克山前断裂、 独山子-安集海断裂、 霍尔果斯-吐谷鲁断裂、 喀什河断裂、 那拉提断裂等6条断裂带上布设了8条断层土壤气测线, 共进行了6、 7期测量。文中依据多期断层土壤气流动测量结果, 分析了断层土壤气的空间分布特征, 并分别讨论了断裂带活动性及区域地震危险性。结果表明: 1)土壤气组分Rn是研究断裂带分布、 指示断裂破碎位置及判断断层活动性的有效气体, 在库松木契克山前断裂和霍尔果斯-吐谷鲁断裂的测线上, 除断层出露处的测点外, 还存在其他测点出现Rn浓度峰值的现象, 因此这2条断裂带除了断层出露处还存在其他断裂破碎位置。2)在库松木契克山前断裂、 那拉提断裂以及霍尔果斯-吐谷鲁断裂所布设的测线上, Rn浓度的最高值分别为99 802Bq/m3、 80 549Bq/m3、 78 834Bq/m3, 不仅高于其他断裂带测线的Rn浓度值, 还高于新疆呼图壁北断裂的Rn浓度值, 说明上述3条断裂的断层活动性较强。3)北天山温泉-精河地震危险区内小地震频率相对较低, 区域应力积累程度相对较高, 断层活动性强, 更易发生中强震, 存在一定的地震危险性。未来对北天山温泉-精河地震危险区内的断层土壤气体地球化学开展监测与深入研究, 对判断北天山地区的地震危险性具有重要意义。文中的结果可为分析新疆北天山地区断裂带释放气体特征及指导地震台站勘选、 布设和震情跟踪等提供地球化学资料与技术支撑。
文中研究了2016年杂多6.2级、 2017年九寨沟7.0级和2017年米林6.9级地震前1~3a内地磁日变化感应电流的线状集中分布和短期原地重现异常的空间分布特征, 发现线状感应电流的重叠段有围空现象, 并依据重叠段异常产生的机理丰富和完善了坚固体孕震模式, 获得的主要结论包括: 1)重叠段空区是坚固体在中-下地壳和上地幔分布范围的反映, 这与地震空区是坚固体在中-上地壳分布范围的反映相类似, 重叠段空区是发生在震前1~3a、 坚固体孕震模式第3阶段的异常; 2)重叠段异常是中-下地壳和上地幔高阻体之间出现带有上拱性质的相互拆离滑动事件导致的高阻体之间高导层出现的短时间高导电流通道, 其中上述拆离滑动事件是由深部热流体上涌引起的, 它是坚固体孕震模式中发生在中-下地壳和上地幔的能量向坚固体运移的事件; 3)临震阶段震源体孕震断层内的各个密封高压流体不会同时破裂, 早期破裂的密封高压流体与深部上涌进入断层内的高压热流体及断层内原有的自由水可能使得断层内遍布自由水, 并在震源体孕震断层内形成有临震意义的高导电流通道, 发现临震阶段震源体孕震断层内的高导电流通道对地震短临预报具有现实意义; 4)重叠段异常探测发现的中-下地壳和上地幔拆离滑动事件可能是大陆下方有热流体上涌运移参与的慢地震, 但这一推测还需要基于测震学原理的研究结果加以论证。
2021年5月21日云南省漾濞县发生 MS6.4 地震, 该地震打破了云南区域自2014年以来近7a的MS>6.0地震平静。文中采用基于贝叶斯原理的平差方法解算了2015-2021年的相对重力流动观测数据, 获取了研究区内多年的时变重力值, 分析了漾濞 MS6.4 地震前后的重力变化特征。研究结果显示, 本次地震地质活动的活跃期为2017-2018年, 2018-2020年地质活动相对稳定, 2020-2021年出现地下物质“逃逸”现象, 地震发生于“逃逸”期; 以震中为中心的200km、 100km、 50km、 25km半径范围内, 重力异常值呈四象限分布特征; 震前3a重力正、 负变化更加显著, 达80×10-8m/s2, 震前2a重力变化较小, 但依然维持四象限分布特征; 震后研究区内的重力场均发生反向变化, 变化量级达震前3a的累计变化量; 本次地震发生于重力异常四象限中心附近, 且与红河断裂带北段重合, 故推断红河断裂为漾濞地震的孕震构造。文中的研究方法和成果可为时变重力场变化特征研究和震前重力信号分析与解释提供震例参考; 同时, 可为孕震区地质构造运动的孕震含义提供有效解释, 并对下一步可能发生中强震区域的探讨及预判提供参考。
地震的发生与地壳构造运动密切相关, 而地壳构造运动会造成地下介质密度的改变, 从而导致地球重力场发生变化。GRACE重力卫星所提供的全球时变重力场数据可用于发现大地震的震前重力异常。然而, GRACE数据中存在的南北条带噪声严重干扰震前异常信息的提取。目前常用的高斯滤波等处理方法在抑制噪声的同时, 也削弱了有价值的重力异常信号。为此, 文中提出了一种基于最大切应变的震前重力异常信息提取方法。该方法通过计算扰动引力位的2阶梯度对南北条带噪声进行压制, 并基于地壳形变理论得到最大切应变以获取重力的变化信息。最后, 利用最大切应变的偏移指数K进一步探究震前重力异常的时空演变规律。文中以汶川地震和尼泊尔地震为例, 采用上述方法完成震前重力异常信息提取, 并进行了断裂带的震前构造活动分析。结果显示, 在震前半年内, 发震断裂带上出现了与断裂带空间展布一致的大面积重力异常区, 且最大异常值出现在震中距50km范围内, 而在非震期并未出现异常现象。此外, 经分析发现, 与传统方法相比, 本文方法对重力场的异常信息提取能力更强, 这为利用GRACE数据认识大地震的动力机制提供了新思路。
文中基于河南省及其邻区的高精度布格重力异常数据, 采用小波多尺度分析方法获得了研究区不同空间尺度的重力异常场特征。在此基础上分析了研究区布格重力异常场不同阶次的小波细节特征及其与区域构造之间的关系, 分析认为: 1)在地壳14km以浅, 区域构造活动对重力异常等值线走向具有明显的控制作用, 豫北地区以NE向重力异常条带为主, 与区域构造走向一致, 且横向密度差异明显, 南华北坳陷区和秦岭-大别隆起区以NW、 NWW、 EW向重力异常为主, 豫西差异隆起区以NE向重力异常为主。2)在下地壳27km深度处, 以团状重力异常为主, 重力异常的走向与区域构造的一致性减小, 反映了地壳不同深度的区域构造应力作用及形成过程存在差异。尤其是在南华北坳陷区, 地壳在不同深度受到的来自秦岭-大别隆起的N向挤压作用存在差异, 由浅到深逐渐减小, 随着深度的增加, 秦岭-大别隆起与南华北坳陷的深部接触边界向S移动至平顶山、 漯河一线附近。3)区域深大断裂对重力异常的展布有明显的控制作用, 重力异常线性过渡带往往与深大断裂相对应。同时, 文中基于研究区的布格重力异常场小波多尺度分析结果, 结合区域已有的地震地质资料, 对河南省及其邻区48条主要活动断裂进行了识别, 共解译出38条断裂, 其中上地壳浅部断裂有10条, 断裂深度在8km以内; 上地壳底部断裂有15条, 断裂深度为12~14km; 下地壳断裂有13条, 断裂深度达27km。河南省内控制一级构造单元边界的深大断裂活动性较强, 如聊兰断裂、 汤西断裂、 新乡-商丘断裂等, 且历史上曾发生过中强地震。河南省6级以上历史地震的深部构造环境分析结果表明: 除许昌2个6级以上地震的震中位于2级构造单元边界带附近外, 其余地震均位于地壳内由深大断裂控制的次级隆起或凹陷下方, 不同走向的重力异常交会区、 受深大断裂控制的壳内低重力异常区、 不同走向的深大断裂交会区是6级以上地震发生的深部构造背景, 是发生强震的有利部位。
地震震前热参数异常提取方法的可靠性对于地震震前热参数异常变化研究至关重要。文中以2014年2月12日于田 MW6.9 地震为典型震例, 以2008年汶川 MW7.9 地震为验证震例, 对目前研究中广泛使用的2种异常提取方法: ZS(Z-score)法和RST(Robust satellite technology)法在实际震例中的提取效果、 对异常变化的敏感程度、 对背景信息的抑制能力和对地震信息的指示性4个方面进行了详细的定性和定量化评估。于田地震震前, 地表温度和长波辐射出现了多次间歇性突发异常, 随着地震的邻近, 异常出现的频次增加, 异常空间分布逐渐向断裂带周围集中, 最大异常变化出现在地震前一个月。2种方法提取结果的差异主要表现在异常变化出现的频率和幅度上, RST法得到的异常频次和幅度都高于ZS法。为探究造成差异的原因, 我们进一步结合地震前后2个地震平静年的数据, 对2种方法进行了定量化评估, 结果表明: 1)ZS法和RST法对于微弱异常变化都具有一定的敏感性; 2)ZS法相较于RST法对于其他因素引起的热参数异常变化的抑制作用更强; 3)针对地表温度数据, ZS法的提取结果对地震震中的指示性略优于RST法, 而RST法对于长波辐射数据的效果则更好; ZS法的归一化距离指数最大值出现的时段距离发震时段更近; 4)汶川地震的定量化对比结果与于田地震略有不同, 这可能是受到研究区地物类型分布的影响。综合上述研究成果, 我们认为ZS法是更为简便有效的地震热参数异常提取方法。针对震前热参数异常提取方法的对比研究有助于我们了解不同方法的优缺点和适用性, 提高地震热参数异常提取的可靠性。
精细刻画大地震形成的地表破裂的几何学特征对于深入理解发震断裂的运动学机制和变形规律具有重要意义。野外地质调查和影像目视解译等传统获取地震地表破裂的方法往往费时费力, 且难以获得其精细特征。文中依据面向对象、 颜色空间色彩分割等理论, 基于高分辨率无人机影像, 提出了一种面向对象的“粗分割-精提取”方法, 以实现半自动提取地震地表破裂的矢量面。对2021年青海玛多 MS7.4 地震的实验结果表明, 该方法能够有效去除与地表破裂光谱相似的河道等噪声, 快速准确地提取地表破裂带的精细结构。文中建立的地震地表破裂半自动化提取方法可为大地震发生后快速提取地表破裂精细结构和分析地表变形特征提供一个可行方案。
博-阿断裂是一条斜切天山的大型右旋走滑活动断裂, 通过影像解译和现场调查, 发现断裂在吐鲁番盆地西南山前一带形成断层陡坎、 冲沟位错等与断层活动有关的地貌。其中主断裂展布于盆山交会部位, 并断错了山前冲洪积扇。无人机和差分GPS测量结果表明, 第1期冲洪积扇表面冲沟的右旋位移量达22~70m, 陡坎高达3.9~4.2m, 活动性质以右旋走滑为主, 兼具逆冲分量。位于主断裂北侧的第2期冲洪积扇表面发育2条右阶斜列的次级断裂, 在地表形成高达1.6~3.9m的陡坎。探槽揭露的剖面显示, 这2条次级断裂均倾向SW, 并表现出由南向北逆冲的趋势, 与研究区博-阿断裂的产状较为类似, 认为这2条次级逆断裂仍归属于博-阿断裂, 可能是断裂由山前向盆地内扩展而形成的。博-阿断裂主要通过NWW向右旋走滑运动的方式调节东天山内部的挤压应变, 且断裂的最新活动有自山前向盆地迁移的趋势。
郯庐断裂带是中国东部活动性最强的断裂带, 第四纪以来主要沿安丘-莒县断裂活动。前人针对安丘-莒县断裂的活动时代、 古地震事件及几何结构进行了大量研究, 但多集中于断裂出露区, 对断裂隐伏区的研究相对较少。文中利用野外地质调查、 浅层地震勘探、 钻孔联合地质剖面及古地震探槽等深、 浅、 表立体式多层次研究方法, 重点开展安丘-莒县断裂新沂段的几何结构特征研究, 分析其平面几何展布特征和深、 浅、 表构造关系, 填补安丘-莒县断裂新沂段隐伏区活动特征的研究空白。结果表明, 安丘-莒县断裂新沂段自北向南可分为北马陵山-官庄段、 官庄-唐店段和唐店-新店段3段; 中段以双支的走滑兼正断活动为主, 向南、 北两端转变为单支的走滑兼逆冲; 基岩顶垂直位移在中部最大, 约为230m, 向两侧逐渐变小, 表现为螺旋状的枢纽运动。安丘-莒县断裂新沂段的深、 浅表呈现成因相同和几何结构协调的变形特征, 在深部表现为单支, 切穿白垩纪地层向上延伸, 在浅表层沿基岩山与第四系软土层接触面向上破裂, 在南马陵山和北马陵山处表现为单支, 多处破裂至地表。在断裂中部的拉分盆地内, 第四系厚度>300m。安丘-莒县断裂向上部破裂时分为东、 西2支, 呈隐伏状, 以“Y”字形相对而立, 构成了安丘-莒县断裂的东、 西边界, 最新活动沿断裂的西支发生。安丘-莒县断裂的西支为全新世活动断层, 向南马陵山、 北马陵山基岩山体延伸时上断点埋深逐渐变浅, 直至出露。
