2025年3月28日缅甸发生 MS7.9 地震, 为右旋走滑型破裂, 沿实皆断裂形成长约350km的地表破裂带。文中整合GNSS数据、 历史地震和活动断裂资料, 分析了此次地震的发震构造, 并给出了该地震对区域地震危险性的评估结果。研究表明, 该地震处于印度板块NE向斜向俯冲与青藏高原SE向物质挤出的构造背景下, 区域呈显著的SN向右旋剪切和EW向缩短变形, 发震的实皆断裂以21~22mm/a的走滑活动调节区域的剪切应变。GNSS剖面和滑动速率亏损分布显示, 实皆断裂整体处于高闭锁状态, 且在断裂中段形成地震空区, 表明该断裂段具备孕育M7.5以上地震的构造潜力。库仑应力变化模拟结果显示, 震后应力扰动在同震断裂南、 北端和掸邦高原中部形成应力加载区, 应力加载和转变区域未来的强震危险性值得关注。
喀什市和阿图什市位于新疆维吾尔自治区西南部、 塔里木盆地西缘, 是中国西北地区2座重要城市。该区域地处印度-欧亚大陆碰撞带的帕米尔构造结, 是全球陆内俯冲作用最强烈、 地震活动最频繁的地区之一。历史记录显示, 1902年该区域曾发生MS8¼大地震, 造成了严重的人员伤亡。文中以该历史地震的烈度情景作为确定性地震情景, 基于时序手机信令数据和机器学习方法提取研究区建筑物功能类型, 并结合高分辨率人口热力数据及网格与单体建筑之间的映射关系, 基于面积加权将网格内人口分配至建筑物中。随后, 基于建筑功能类型、 时间特征及其与人员在室率之间的关系, 确定研究区室内人口的空间分布。通过对确定性地震情景下建筑物震害程度的量化分析, 明确研究区在特定地震情景下的建筑物损伤情况。采用建筑易损性分析方法, 在30″网格尺度上分别估算了阿图什地震重现时喀什市和阿图什市白天与夜间的人员死亡风险。此外, 为分析人口热力数据在地震人员伤亡风险评估中的作用, 文中对基于人口热力数据方法与基于人口普查数据方法所得结果进行了对比分析。研究表明, 在阿图什MS8¼历史地震情景下, 研究区人员死亡高风险区主要集中在喀什市和阿图什市城区等人口经济密集区, 夜间的人员死亡风险高于白天。
新生代以来, 新疆地区发育了很多大型低角度断层和巨厚沉积盆地, 它们对该地区的强地面运动产生重要影响。喀什地区位于塔里木盆地最西端、 向N低角度逆冲的帕米尔前缘断层托姆洛安段南侧, 其强地面运动同时受到大型低角度断层和巨厚沉积盆地的影响。文中根据喀什周边的托姆洛安断层数据和塔里木盆地的沉积层数据, 建立了一系列低角度逆断层模型、 巨厚沉积盆地模型和喀什地区的强地面运动模型, 通过震源动力学模拟和地震波场传播模拟, 研究了断层倾角、 沉积层厚度和震源位置对强地面运动的影响, 模拟了地震成核位置在托姆洛安断层东段上断坡的设定地震, 得到了可用于灾害评估的峰值速度和烈度图。文中研究表明, 托姆洛安断层更易在上断坡成核发生地震, 且地震破裂沿断层倾向方向会被较缓的断坪阻挡。此外, 喀什地区巨厚的沉积层会显著放大其强地面运动。
2024年8月8日, 日本西南部日向滩地区发生了 MW7.1 地震, 周边的GNSS观测数据为研究该次地震的同震形变提供了宝贵资料。文中基于GNSS数据, 详细分析了该地震的同震形变特征及断层滑移分布。GNSS观测数据显示, 地震导致的地表形变最大水平位移约15cm, 最大垂向沉降为6cm。发震断层的几何参数为走向206°、 倾角24°。通过Okada弹性半空间模型反演断层滑移分布, 结果显示, 同震滑移主要集中在5~20km深度范围内, 呈椭圆状分布, 最大滑移量为1.47m。进一步对断层面上的应力状态进行计算, 得到库仑应力变化范围为-2.03~0.95MPa。正应力与剪应力的分析结果表明, 除同震破裂区浅部外, 正应力与剪应力在大部分区域呈现出一致的变化趋势。为了进一步探讨余震的发生机制, 文中分析了深度40km处的最大剪应力分布。结果表明, 余震主要发生在剪应力>100kPa的区域, 且绝大部分余震集中在剪应力>500kPa的区域。这表明, 剪应力越大的区域更容易发生余震活动。
帕米尔高原东北部地区构造变形复杂、 地震活动强烈, 分析其地震分布特点和构造应力场特征, 有助于探讨该区域复杂多变的构造变形特征及其孕震环境。文中基于中国地震台网中心地震观测报告和从多方面搜集得到的震源机制数据, 运用HYPODD方法和SATSI方法分别进行了地震重定位和构造应力场反演, 获得了研究区内整体地震活动和构造应力场分布特征: 1)研究区内震源深度分布与地壳厚度呈正相关。2)齐姆根弧形构造带、 费尔干纳和皮羌断裂两侧的震源深度存在明显差异, 表明这些构造可能为重要构造分界线。3)1902年阿图什 MW7.7 地震周边地壳应力释放充分, 导致天山山脉和塔西南坳陷交界地区小地震分布稀疏。4)受印度板块自南向北的推挤作用影响, 帕米尔高原、 天山山脉和塔里木盆地均呈现近SN向的低倾角挤压应力场。5)研究区内的构造应力场呈现出明显的构造差异性, 主要体现在: 帕米尔高原为走滑应力机制, 显示其呈EW向扩张, 而天山山脉呈逆冲应力机制并不断隆升。帕米尔高原及其与天山山脉碰撞带两侧最优主张应力轴倾伏角和R值差异较大。6)塔西南坳陷和巴楚隆起区的走滑和逆冲应力机制不同, 且二者密度和速度差异较大, 揭示出塔里木盆地内部结构复杂的特点。
2024年1月23日新疆乌什发生 MS7.1 地震, 震中位于西南天山乌什凹陷, 极震区烈度为Ⅸ度。此次地震是新疆地区近十年以来最大的地震, 也是自1992年吉尔吉斯斯坦Suusamyr MS7.3地震以来天山地震带内最大的地震。地震造成的人员伤亡、 房屋破坏相对较轻, 但次生地质灾害较为严重。文中通过震后第一时间野外科学考察、 大比例尺卫星影像解译及无人机航拍, 对宏观震中及震区地质灾害的空间位置、 基本类型和发育特征等进行了调查。结果表明, 乌什地震宏观震中主要位于微观震中以南约8km的别迭里河—恰勒玛提河之间, 地质灾害主要沿构造走向集中分布在微观震中东、 西两侧30km范围内的山区, 灾害类型多以岩崩、 滑坡、 滚石、 边坡失稳和地裂缝为主, 尤其以地震崩塌和地裂缝最为突出, 偶有沿地裂缝的喷砂冒水现象, 地震崩塌主要集中在玉山古溪河—科克留木苏河之间, 震中所在的别迭里河表现最为明显, 地裂缝主要集中在由新近系地层组成的别迭里背斜核部, 以张裂缝和张剪裂缝为主, 覆盖范围南北长2.53km, 东西宽0.2~1.2km, 面积约为2.2km2。本次调查的次生地质灾害的分布区与InSAR同震形变场给出的最大形变区在空间上具有较好的一致性, 表明构造变形对地质灾害形成具有显著的控制作用。
帕米尔高原位于印度-欧亚碰撞带西端, 研究帕米尔高原及其周边地区的上地幔的速度和各向异性结构对于认识陆-陆碰撞的构造变形特征及动力学机制具有重要意义。Pn波的射线路径集中在上地幔顶部, 其横向速度变化能够显示上地幔构造活动差异, 而其方位各向异性结构则能够显示出地幔物质的运动及形变特征。文中利用363 414个Pn波到时数据, 通过对Pn波到时进行层析成像, 获得了帕米尔高原及其邻近区域上地幔顶部的高分辨率地震波速度和各向异性图像。层析成像结果与地质构造显示出明显的相关性, 主要结果表明: 1)帕米尔高原、 天山、 兴都库什、 西昆仑、 阿尔金山等构造活动区的Pn波速较低, 而印度板块、 塔里木盆地、 塔吉克盆地、 准噶尔盆地、 费尔干纳盆地等古老稳定地块显示出高Pn波速度特征。2)印度-欧亚板块碰撞产生较强的Pn波各向异性, 在帕米尔高原碰撞区两侧的印度板块、 塔里木盆地和塔吉克盆地, 各向异性方向与板块运动方向一致, 而在碰撞区的中间部位, 各向异性方向与最大压应力方向及地壳相对运动方向几乎垂直, 可能是由于碰撞带上地幔的纯剪切变形所致。天山两侧也存在类似的特征。
利用高密度短周期流动地震台阵及背景噪声成像技术可获得浅层地壳高分辨率速度结构图像。文中在喀什市布设了101台短周期地震计进行连续观测, 通过Z分量的背景噪声成像获得了横向分辨率约0.04° 的浅层地壳三维S波速度结构。研究区5km以浅的S波速度较全球平均速度模型整体偏低, 反映了较厚的第四纪沉积盆地特征, 精细成像结果显示在研究区中部存在与喀什背斜走向一致的低速异常结构, 可能反映了喀什凹陷下方存在多层次软弱滑脱层, 随着喀什-阿图什褶皱-逆断层系的S向生长, 可能指示了一条新生次级隐伏断层。古河道沉积体系的分布也可能是喀什市低速异常形成的原因。总而言之, 基于高密度短周期地震台阵记录的地震波形背景噪声成像可清晰地探测城市浅层地下结构, 为城市地下活断层识别、 地震放大效应评估、 地下资源能源勘探开发等方面提供可靠的数据资料。
2015年7月3日, 西昆仑山前皮山地区发生了皮山 MW6.4 地震, 该地震是新疆近十年来造成灾害较为严重的一次地震。针对此次地震开展研究, 有助于分析西昆仑山前及邻区的构造活动特征、 应力状态及未来地震趋势等。在结合地质、 地貌、 地震剖面、 震源机制解和精定位等数据开展综合研究的基础上, 西昆仑山前斯力克背斜下伏盲断坡被确定为皮山地震的发震构造, 此次地震沿盲断坡发生了破裂。发震断层结构由深至浅主体呈现出下断坪-断坡-上断坪的构造样式, 在更深部通过下断坡逐渐与山根附近的逆冲断裂汇合。断层的上、 下断坪分别对应于区域古近系底部和寒武系内部的2套滑脱层, 主震则发生在连接二者的斯力克断坡。震后, 在斯力克断坡下倾方向的下断坪处发生了较为明显的震后余滑, 这部分变形随时间推移逐渐累积, 在5个月内释放的地震矩接近 MW6.3 地震的释放量, 与此次主震的释放量几乎相当。这可能与断层上、 下断坪之间的物性差异及重力加载不同等有关; 也可能指示了断层在深部和浅部分别以震后余滑和发震的形式释放累积应力的特征, 对揭示斯力克背斜, 乃至西昆仑山前的孕震模式具有一定意义, 值得进一步研究。
北京时间2024年1月23日2时9分在新疆维吾尔自治区阿克苏地区乌什县发生 MS7.1 地震, 此次地震发生在西南天山山前的迈丹断裂附近。迈丹断裂是西南天山与塔里木盆地的分界构造, 几何结构复杂。由于该次强震没有形成明显的同震地表破裂, 目前对乌什 MS7.1 地震的发震构造还存在较大的争议和不确定性, 确定发震构造对于评估该地区未来强震风险及不同断裂之间的应力加载和触发关系具有重要意义。文中基于截至2024年3月31日的地震资料, 采用HypoDD方法对主震及余震进行了重新定位。结果显示, 地震序列整体呈NE-SW向展布, 长轴走向约为55°, 全长约85km; 同时, 采用CAP波形反演方法获得了主震的震源机制解: 节面I的走向为115°, 倾角为52°, 滑动角为132°; 节面Ⅱ的走向为240°, 倾角为54°, 滑动角为49°; 矩心深度为17km。综合地震序列空间分布特征、 震源机制解及震区活动构造资料等分析认为, 此次地震的发震构造为迈丹断裂东段的山前分支(别迭里沟口断裂), 破裂长约35km。85km长的余震条带是主震触发相邻分支断裂活动的结果, 属于一次较为复杂的级联破裂地震。该次地震的震源深度较深, 同震破裂主要发生在地表5km以下的深度, 别迭里沟口断裂未来仍具有较高的强震风险。另外, 乌什 MS7.1 地震触发了别迭里断裂(F1-1)和阿合奇断裂(F2-2)活动, 后续也需要进一步关注这2条断裂的强震风险。
2024年6月以来, 塔里木盆地内部尉犁地区地震活动异常活跃, 是新疆甚至中国地震活动最主要的地区。文中采用CAP方法反演了尉犁震群中3次5级地震及ML4.0以上地震的震源机制; 采用双差定位方法对该震群中ML2.0以上地震进行了重新定位, 并利用小地震分布和区域应力场拟合了可能的发震断层面参数, 在此基础上分析了震群活动可能的发震断层。结果显示, 44次地震中有42次为走滑型, 经聚类分析均存在近SN向的节面, 与震中附近近SN向或NNE向分布的走滑断裂特征较为一致。重新定位后的震群序列明显分为东、 西2支, 且均呈现NNE向线性分布特征。震群早期地震主要集中在东区, 随着时间的推移, 东区和西区地震均呈现向N迁移的特征。根据序列震源机制、 重定位结果及利用小地震约束得到的断层面参数, 结合震区的断层信息, 初步推断此次尉犁震群发生在近平行的NNE向右旋走滑断裂F1(东区)和F2(西区)上, 2条断裂均呈近直立(略微W倾)特征, 且F1较F2断层面更陡, 断裂深度可达20~25km。尉犁震群附近已知的断裂FⅠ18和FⅠ16与F1和F2断裂可能分别对应震区附近走滑断裂的浅部和深部, 其中东区断裂(FⅠ18和F1)深、 浅部的产状特征基本一致, 而西区断裂(FⅠ16和F2)深部的倾角较浅部更小。受印度板块对欧亚板块的推挤, 塔里木震群区的一系列走滑断裂成为盆地中部NW向和近EW向大型逆冲带向N推挤时形成的伴生调节构造, 是调节区域挤压缩短变形的代表性构造样式。此外尉犁震群位于塔里木盆地东部的玉科地区, 该区油气资源相对富集, 此次震群是否与油气开采相关仍需进一步考证。
文中收集整理了1999—2023年柯坪冲断带及其周边地区的GNSS融合速度场结果, 利用最小二乘配置方法进行应变场计算, 结果显示柯坪冲断带位于应变高值区的边缘, 冲断带两侧的运动特征有所不同, 西侧的挤压应变高于东侧, 西侧的面应变率平均值为-3.3×10-8/a, 东侧的面应变率平均值为-1.2×10-8/a。综合InSAR形变结果与GNSS速度场结果, 利用三维块体模型方法计算柯坪冲断带主要断层滑动亏损速率分布及滑动速率, 结果显示, 柯坪断裂带西段的挤压速率较大, 为(3.1±0.3)mm/a, 东段的速率较小, 为(0.3±0.2)mm/a; 迈丹断裂西段的挤压速率为(2.7±0.5)mm/a, 东段的挤压速率为(3.7±0.4)mm/a。柯坪断裂带东段的滑动亏损速率较低, 可能与东侧多层推覆体构造有关。迈丹断裂带东段的亏损速率较高, 同时发生了乌什地震, 导致能量进一步释放。文中同时基于SHIFT假设和算法预测了浅源地震的发生概率, 认为柯坪地块仍处于预测概率值较高的区域, 西南天山仍是强震危险区域。
文中利用Sentinel-1升、 降轨影像获取2024年乌什 MW7.0 地震的视线向同震形变场, 并约束发震断层几何参数和滑动分布。最佳断层模型为沿走向弯折的双断层结构, 弯折前后走向变化约为25°, 倾角约有20°的差异。断层滑动为高倾角逆冲兼左旋走滑, 主要分布于震中及其西侧, 东侧幅度低且相对弥散, 整体分布具有浅部滑移亏损特征。几何差异和滑动分布的空间相关性表明发震构造在震中以东存在几何复杂体, 以障碍体模式阻碍破裂传播。同震扩展围限于玉山古溪和乌什凹陷之间, 东、 西两侧的断裂阶区和复杂构造限定了破裂规模。MW5.7余震形成了清晰的LOS向变形, 最优模型显示其发震断层偏离主震迹线约10°, 倾向SE, 断层面地表迹线与地表破裂几乎重合, 浅层滑动量与调查所得的错断量相当。
弯矩断层和弯滑断层是挤压构造环境下常见的2种褶皱相关断层。历史地震表明这些断层会同步活动, 其地表陡坎蕴含着强震活动信息。西昆仑山前固满背斜带北部发育了众多壮观的弯矩正断层陡坎, 坎高0.5~16.0m。文中以一段长约5.4km、 宽约4.2km的断层陡坎带为研究对象, 通过无人机摄影测量, 获取了该区域0.2m分辨率的数字高程模型(DEM), 并提取了739条跨断层陡坎地形剖面, 计算了陡坎的高度、 坡度参数, 获得了沿断层位移和最大坡度的连续剖面及累积位移剖面。分析表明: 1)弯矩正断层沿着背斜轴大体平行展布, 将阶地面切成了多个条形地块。这些地块在断层活动过程中向背斜轴外侧掀斜, 其掀斜程度和断层位移量受下伏背斜地层厚度和地层弯曲程度控制。研究区坡向N的弯矩正断层陡坎有十几条, 仅在最北侧发育了1、 2条坡向S的陡坎, 形成不对称的地堑, 这可能与研究区地层整体向N倾斜和下伏背斜两翼不对称发育有关。2)单条、 分组和累积断层位移剖面沿走向随阶地变年轻呈现“台阶”状降低, 最大坡度与位移剖面变化的特征相似, 表明研究区的弯矩正断层是长期活动的。不同阶地面上的累积位移量比值暗示, 断层带活动可能先形成了框架断层, 后穿插了一些新生断层。3)研究区的弯矩正断层为浅地表的次级断层, 无根但长期活动, 指示了下伏褶皱的背形断弯也是活动的, 支持固满背斜为活动断弯褶皱的观点。
文中基于GNSS速度场结果利用球面最小二乘配置方法计算获取2024年1月23日乌什 MS7.1 地震前新疆地区现今的地壳变形特征。基于活动块体基本概念, 结合区域地震地质数据将新疆及其邻区划分为17个活动块体, 利用三维弹性块体模型计算了活动块体及其边界断裂带的滑动速率。基于块体划分结果, 将研究区划分为91个潜在地震危险区。将基于GNSS速度场反演得到的断层滑动速率、 面应变率等大地测量结果应用到经典强震危险性概率预测中, 给出各潜在危险区的强震危险性概率预测结果, 并综合分析了乌什7.1级地震与区域地壳变形特征和强震概率预测结果之间的关系。结果表明, 新疆地区的速度场、 应变率场和主要边界断裂带的滑动速率均具有明显的分区特征。速度场方向变化与动力背景有关, 大小变化与天山构造带的吸收作用有关。南天山西段主压应变特征最为明显, 其次是阿尔金断裂带。各块体边界断裂带中NW走向的断裂带以右旋走滑运动为主, NE或近EW向的断裂带以左旋走滑运动为主, 整个天山地区以挤压变形为主。基于乌什地震震前数据获取的高概率危险区段主要集中在南天山西段, 包括NE走向的迈丹断裂带、 那拉提断裂带和乌孙山脊断裂带, NW走向的塔拉斯-费尔干纳断裂带和克孜勒陶断裂带北西段等。北天山强震危险概率相对较高的区域包括阜康断裂带、 博格达断裂带西段等。乌什7.1级地震发生在高发震概率迈丹断裂带上, 验证了方法的有效性。
喀什背斜位于西南天山喀什前陆冲断带的前缘, 以北与阿图什背斜相望, 向西和明尧勒背斜相接。前人对该背斜的研究主要集中在地表出露部分, 而对隐伏于地下的倾伏端研究较少。文中利用深度-隆升面积法对横切背斜东倾伏端的地震剖面进行了分析, 获得以下几方面认识: 1)背斜东倾伏端的生长受距地表约6.8km的古近系滑脱层控制。2)沿地震剖面, 背斜总缩短量为(882±79)m, 生长过程中有面积约3.4km2的物质流入剖面。3)通过对生长地层的分析和已有的磁性地层学结果, 估算剖面处背斜生长起始时间约为距今2.1Ma, 缩短速率恒定约为0.4mm/a; 由于背斜东倾伏端在距今约2.1Ma开始生长, 因此整个背斜开始生长的时间早于距今2.1Ma。4)剖面处背斜隆升速率可能大致恒定在约0.4mm/a, 也可能在距今约1.6Ma时由之前的约0.1mm/a增大至之后的约0.4mm/a; 由于隆升速率一直小于沉积速率, 背斜并未在地表形成地形起伏。文中研究表明, 对隐伏地下的背斜倾伏端的解析可对滑脱层位置、 缩短和隆升历史、 生长起始时间及生长过程中是否有盈余面积加入等进行准确限定, 以此可对整个背斜的生长演化进行更为完整可靠的约束。
基于大量震例的地表破裂带宽度统计是确定活动断层错断变形区范围最客观的方法, 能够为重大工程的活动断层避让原则和距离制定提供数据支撑。文中收集了75例文献记录的地表破裂带宽度和49例地表破裂矢量数据, 对文献记录的地表破裂带宽度进行了汇总, 并对地表破裂矢量数据进行了空间分析, 在考虑断层性质及几何结构的情况下, 获得各类地震地表破裂带宽度和分布式破裂密集分布区。根据文献记录数据统计, 正断层、逆断层、走滑断层在几何复杂段的地表破裂带宽度分别为8100m、3700m、10100m, 在平直段分别为160m、120m、400m。根据矢量数据分析, 正断层上盘、下盘, 逆断层上盘、下盘, 走滑断层在主破裂两侧连续分布地表破裂的最大范围分别约为14000m、7000m, 6400m、4300m, 17700m, 其中地表破裂密集分布区域边界与主断层的距离分别为700~800m、200~300m, 1000~1100m、400~500m, 500~600m。综合确定活动断层变形区范围边缘在正断层上盘、下盘, 逆断层上盘、下盘, 走滑断层两盘到主断层的距离分别为400~500m、200~300m, 500~600m、200~300m, 400~500m。考虑断层定位、地表破裂的新生性并排除特殊震例影响, 确定活动断层错断变形区范围边缘在边界清晰的断层平直段距主断层破裂带外围边缘的最小距离为400~500m。在断层的阶区、端部、拐折等几何复杂段及薄皮状逆断层上盘等特殊构造位置, 还应针对活动断层错断变形区范围进行专门研究。利用丰富详细的地表破裂数据能够得到更全面的认识, 文中的研究方法及结果可作为在活动断层附近选址的重大工程对活动断层避让的参考, 未来仍需要不断补充地震地表破裂数据完善文中的研究结果。
特大城市地下三维速度结构对分析潜在灾害源和评价地震危险性具有重要的研究意义。文中利用北京地区28个宽频带地震台和109个短周期地震台的波形资料, 采用背景噪声成像方法反演了北京地区上地壳和昌平南口-孙河断裂带周边浅部的三维S波速度结构。研究结果揭示北京的地下速度结构具有显著的横向非均匀性, 断裂主要位于高、低波速异常的过渡带, 其中凹陷区的低速异常反映了较深的沉积盖层, 而构造隆起区的高速异常则反映了相对坚硬的古老岩层。基于小尺度密集台阵的反演结果显示, 南口-孙河断裂断层面倾角较为陡立, 控制了沙河凹陷的北侧边界, 且沙河凹陷的沉积厚度远远深于上庄凹陷; 另外, 精细的三维速度模型为东北旺-小汤山隐伏断裂的存在提供了直接的地震学证据。文中研究表明, 利用城市背景噪声可高效经济地获取地下三维速度结构, 在识别主要地质构造单元和隐伏断裂等方面具有广阔前景。
文中利用青藏高原东南缘2014—2022年的陆地时变重力资料, 首先基于贝叶斯平差方法获取了研究区不同时间尺度的区域时变重力场演化特征, 继而采用球坐标系下的六面体单元构建等效源模型, 通过检测板模型测试对测网的场源分辨能力进行了评估, 并在场源分辨力较好的区域反演了与构造变化及地震孕育相关的等效场源体的视密度变化特征。利用该方法获取了地壳20km深度处等效源-1.2~1.2kg/m3的视密度变化, 约为正常地壳平均密度的0.4‰。受川滇块体主要活动断裂带控制, 视密度变化区域主要集中在川滇块体西边界的大理—乡城一带及川滇块体东边界的小江断裂带附近, 并揭示了漾濞 MS6.4 地震及通海2次5级地震前的能量积累、震前地质运动活跃至震后能量释放视密度减弱物质调整的过程。长时间尺度的视密度增加是青藏高原东南缘物质持续S向或SE向挤出及壳内深部物质运移的共同结果, 其空间分布特征与前人获取的低速、高导区域一致。视密度的强、弱变化特征与同时期的地震时空强弱分布特征相对应, 且M≥5地震多发生在视密度增加区域边缘或正、负视密度过渡区域, 契合“震质源和震质中”原理。文中获得的多期场源视密度的变化, 可用于定量化地解释地质和地球物理结果, 提取与孕震相关的深部场源信号, 研究区域重力场变化与地壳深部的构造运动和变形活动的联系, 对于了解该地区的深部动力学过程具有深远意义。
2022年中国南北地震带先后发生青海门源 MS6.9 和四川泸定 MS6.8 地震, 2次地震均造成严重的财产损失, 后者还造成100多人伤亡与失联。这2次地震前, 中国地震局在南北地震带开展过多期地表重力观测, 观测到震中区域地表重力正、负变化交替出现, 呈现出的显著重力异常变化具有四象限分布特征。文中回顾了对这2次地震成功的中期预测和预测依据, 2次地震的实际震中与2022年度的预测地震危险区中心距离均≤56km, 尤其是2021年度对震中位置的精准判定, 实际震中与预测震中距离均≤10km。流动重力测量是探索地震预测的主要观测手段, 建立高密度的原子重力仪绝对重力观测网络或具有良好绝对重力控制的相对重力观测网络, 开展密集的强化监测, 有可能揭示高风险区震中附近的地下结构分布特征, 提取强震、大地震孕育过程中震源变化伴随的绝对重力变化信号, 发展其地震短临预测应用与研究。
程海-宾川断裂带是一条长达200km的全新世活动断裂带。近期研究发现, 在该断裂带上的赤田村边坡剖面揭露出错距很大的地震断层、地震楔、软沉积物变形、砂脉等古地震现象。通过卫星遥感影像解译及野外地质地貌调查、边坡剖面的清理与实测和详细的地层描述, 并结合地层年代学样品测试等工作开展了古地震研究。研究结果表明: 1)边坡剖面揭露出NW向和NE向2组断层。根据各地层单元的沉积特征、地层切盖关系和标志层位错, 以及崩积楔、软沉积物变形、砂脉等现象, 认为这里存在1次强烈地震事件, 据AMS 14C年龄推算, 古地震事件发生的时间为( 5 910±30)~( 4 100±30) a BP。2)地震断层产生的最大垂直同震位移量为4.0m, 据震级与断层位移量的经验公式估算出其矩震级(MW)为7.3级, 与云南地区历史强震的同震位错量相比, 其震级可能与1515年永胜 7.3级地震的规模相似。文中研究结果弥补了程海-宾川断裂带上古地震资料的不足, 延长了古地震记录的历史, 对开展本区地震危险性区划、重大工程地震危险性分析具有重要的实际价值。
文中根据地震地质和深部探测资料构建了太原盆地东、西2条边界断裂精细的三维几何模型, 并基于该几何模型构建了太原盆地的地块-断层运动学模型。模型约束主要来源于包含137个站点的GPS速度场及已有的区域构造研究结果。按照先验信息的特点, 设计了多个模拟方案, 反演太原盆地及其两侧块体的旋转矢量、盆地内部应变率和边界断裂长期滑动速率与闭锁系数分布。对比各方案的反演结果, 获得了对GPS观测拟合较好且符合已知区域应变主轴特征的最优模型。反演结果显示: 太原盆地水平主张应变优势方向为NW向, 垂直轴旋转呈顺时针方向; 太原盆地西侧和东侧块体在欧亚基准下向SEE差异运动, 且绕垂直轴的逆时针旋转差异显著; 太原盆地西边界交城断裂为正断兼右旋活动, 东边界太谷断裂为右旋兼正断活动。地块-断层运动学的特征表明, 太原盆地的地壳运动及变形受到了来自西边界拉张和东边界走滑剪切的共同作用, 导致盆地发生近NNE向右旋剪切和NW向拉张, 并作顺时针垂直轴旋转。模型结果还显示, 交城断裂和太谷断裂全段呈大面积高闭锁区, 综合已有的古地震研究结果, 文中研究表明交城断裂发生7.5级以上地震紧迫程度较高, 太谷断裂具备发生约6.7级强震的能量基础, 太原盆地附近发生强震的可能性需引起关注和进一步研究。
地震破裂带附近同震位移和变形模式对于深入理解地震破裂过程、断层行为及活动断层与地形地貌关系等至关重要。文中提出一种迭代最近点(ICP)算法, 利用地震前后地形点云进行差分确定断层近场三维同震地表位移。在川西大凉山断裂带交际河断层上选取2期SfM地形点云叠加同震位移场模拟震前-震后点云, 测试ICP方法获取同震位移场的精度。该方法在网格边长>50m的条件下可准确恢复同震位移场的方向和幅度, 水平和垂直精度分别为20~10cm, 这与地形点云定位精度相当。随着点云密度和网格窗口尺寸减小, 该方法恢复同震位移场等的精度将降低。通过分析树木生长、房屋建设、河流侵蚀等地形变化对恢复位移场的潜在影响, 研究结果表明扩大网格尺寸可使震前-震后点云具有足够地形结构进行匹配, 以减小局部地形变化对恢复位移场的影响, 网格窗口尺寸是在具有足够地形结构的大尺度和具有更精细分辨率的小尺度之间的权衡。文中所述的ICP方法利用震前-震后高精度点云可获取地震破裂带附近精细的三维地表位移场, 为浅层断层滑动和破裂带变形提供了新的约束, 有助于研究地震破裂过程和断层生长过程。
摩擦系数作为断层滑动的重要参数, 对断层稳定性和地震危险性评估具有指示意义, 摩擦系数的获取是断层研究的重要内容之一。文中通过统计龙门山断裂带地表断层岩中的方解石机械双晶密度, 估算了断层岩所承受的历史最大差应力, 进一步计算了断层的滑动摩擦系数。统计结果显示, 断层岩中的方解石双晶密度随着与滑动面距离的减小呈现明显的升高趋势, 在破碎带内为(87.39±35)mm-1, 在滑动面附近为(218.63±36)mm-1, 计算得到的差应力分别为(182.28±25)MPa和(288.30±25)MPa, 该特征表明断层滑动面附近持续承受差应力。用于双晶统计的样品采集于灰岩质断层岩中, 以往的地质调查资料显示这些断层岩的历史最大埋深约为5km。综合上述深度和差应力值, 以及前人对该区域构造应力的研究结果, 计算得到龙门山断裂带在水平和逆冲滑动时的稳态摩擦系数分别为0.61和0.13。上述计算采用的应力值为断层岩所承受的历史最大应力, 因而给出的摩擦系数为稳态滑动摩擦系数的上限。该结果与实验观察结果及科学钻探研究结果一致, 表明通过机械双晶估算断层稳态摩擦系数的方法具有可行性。
工业注水可引起断层所受应力的扰动, 进而对区域内的地震活动性造成影响。通过实验研究正应力扰动对断层滑动行为的影响有助于理解诱发、触发地震活动机制。文中使用双剪样品结构开展了不同正应力扰动振幅条件下天然断层泥和盐岩断层泥的摩擦实验, 并对断层附近应变场和声发射进行观测。随着正应力扰动振幅增加, 2种断层泥的黏滑应力降增大, 天然断层泥的黏滑时间间隔逐渐增大并趋于离散, 成核位置增多且该阶段无声发射事件。然而盐岩断层泥的黏滑时间间隔几乎不变且始终保持同一位置成核, 其成核时间和和范围随扰动振幅的增加而增大, 声发射事件位置与成核区基本吻合。断面非均匀性和断层泥模量的差异可解释2种断层泥带附近应变场演化的差异。文中研究可为构建考虑应变非均质性和不同断层泥成分的地震成核模型提供实验观测依据。
为探究拉张变形特征与层理间距及加载方向的关系, 通过特定方式切割得到层理间距为2d、2 3/3d、d的切面以及层面。通过巴西劈裂实验测定粉砂岩的抗拉强度, 利用DIC全场应变实验观察岩样不同方向的变形特征, 根据晶体空间分布理论分析粉砂岩岩样的微观结构特征。实验结果表明: 1)当加载方向与层理平行时, 随层理间距的减小, 其抗拉强度值为29.99MPa、26.56MPa、18.92MPa; 当加载方向垂直于层理时, 随层理间距的减小, 其抗拉强度值为32.76MPa、30.44MPa、27.77MPa, 说明抗拉强度值随层理间距减小而减小。当层理间距相同时, 垂直于层理方向的抗拉强度大于平行于层理方向的抗拉强度, 以上说明层与层之间的接触面为薄弱面。2)层面的抗拉强度值不受薄弱面控制, 而是与层面矿物排布有关, 当加载方向与矿物排布较密的方向相同时, 其抗拉强度较低, 说明当矿物排布存在明显的优选取向时, 也会影响其抗拉强度值。3)在层理间距相同的条件下, 当加载方向平行于层理方向时, 受拉区域集中在岩样中心线上, 随着应变增加受拉区域逐渐贯通形成连续的破裂面; 当加载方向垂直于层理方向时, 变形初期受拉区域较为分散, 但应变大致集中于层理方向, 随着应变增加, 破裂相互贯通; 当加载方向与层理方向斜交时, 横向受拉区域应变分布不规则, 呈现倾斜断续分布。4)当加载方向相同时, 应变集中带随着层理间距的减小而变密。
