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2025年 第47卷 第5期    刊出日期：2025-10-20

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第47卷第5期目次

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研究论文

大陆型重晶石电子自旋共振测年信号g=2.002 3的特性

赵琳, 魏传义, 尹功明, 姬昊, 刘春茹, 杨桂芳, 徐星烁

2025, 47(5):  1307-1325.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2025.05.20240033

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重晶石(主要成分为BaSO₄)是自然界中常见的硫酸盐矿物, 其电子自旋共振(electron spin resonance, ESR)信号( {\mathrm{SO}}_3^{-})可用于测定海底热液活动、 断层运动等地质事件的年代。近年来学者们将ESR方法广泛应用于海底热液场重晶石结晶年代的测定, 但大陆型重晶石ESR测年的相关报道较少, 急需对其ESR信号进行测年基础性质的相关研究, 为大陆环境中重晶石的ESR测年可行性及可靠性提供参考。因此, 文中以大陆环境中沉积重晶石(XBD-B1、 LSJ-B1)及断层重晶石(LJF-B1)为研究对象, 探讨了重晶石ESR信号(g=2.002 3)的微波饱和功率、 光敏感性、 热稳定性、 信号饱和性等基本性质。结果表明: 1)大陆环境中重晶石样品的ESR信号(g=2.002 3)微波饱和功率在0.2~1mW之间, 0.1mW是该信号测量的优选功率。2)大陆环境重晶石样品ESR信号(g=2.002 3)在380℃下加热15min能够完全退火, 信号的热衰减符合二级动力学模型, 常温(20℃)下的热寿命至少能达到10⁶a; 饱和剂量>10 000Gy, 在低环境剂量率的条件下, 综合考虑饱和寿命及热寿命, 2个沉积型重晶石及断层重晶石ESR信号的最老可测年龄分别为152Ma、 72Ma、 1.5Ma。3)断层重晶石ESR信号g=1.999 5和g=2.002 3的热寿命和等效剂量在误差范围内一致, 表明2个测量位置的测年结果具有相互补充和验证的潜力。在实际测年应用中可以综合考虑2个信号测量位置的年龄结果, 以提高结果的可靠性。4)大陆环境中重晶石样品的ESR信号(g=2.002 3)光敏特征类似石英中的Al心, 能够被部分晒退, 应尽量采集未曝光的新鲜样品, 若仅能采集暴露于阳光下的样品, 则应提取不可晒退的信号组分测年。综合来看, 重晶石ESR信号(g=2.002 3)能够用于早更新世中晚期以来断层重晶石结晶年代的测定, 具有一定的可靠性。这为基岩断层活动历史研究提供了一种潜在的测年材料与手段, 也为重晶石矿床的沉积年代测定提供了一种有力的绝对测年手段。

基于球坐标系重力反演的伊朗高原地壳结构与强震活动分析

戴梦雪, 徐荣荣, 赵斐宇, 裴军令

2025, 47(5):  1326-1342.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2025.05.20250096

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伊朗高原的地壳结构与强震活动密切相关, 其莫霍面形态对揭示该区域的陆内变形机制和深部孕震环境具有重要意义。文中利用球坐标系下的快速非线性重力反演方法计算得到了伊朗高原的莫霍面深度分布。结果显示, 扎格罗斯及其邻区的莫霍面最深, 局部可达60~65km, 反映出明显的地壳增厚特征; 伊朗中部区域的莫霍面变化相对平缓, 介于35~50km之间。地震活动性分析表明, 震级≥5.0的地震事件多分布在莫霍面梯度带及均衡重力异常的正值区。扎格罗斯褶皱冲断带、 萨南达季-锡尔詹变质带和科佩特达格山脉等区域均衡补偿不足, 呈现出地壳应力集中与震源聚集的特征, 为地震高发区。伊朗中部区域整体刚性较强, 地壳结构稳定, 地震活动较稀疏。文中验证了球坐标系下变密度非线性重力反演方法在复杂构造地区深部地壳结构研究中的有效性与适用性, 进一步揭示了伊朗高原地壳结构与强震活动之间存在明确的空间对应关系。同时, 文中研究为理解伊朗高原深部构造格局与孕震环境提供了新的地球物理学依据。

江苏江都震群震源区速度结构及构造特征

李婷婷, 缪发军, 孙业君, 范文华, 宫杰, 顾勤平, 杜航, 孙小航, 张岑, 李子烨

2025, 47(5):  1343-1363.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2025.05.20240114

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江苏省江都地区地处下扬子板块的苏中盆地, 是在中古生界复杂构造基础上演变形成的中新生代陆相沉积盆地, 区内发育大量演化的断裂、 隆起及坳陷构造。文中基于深度学习的PhaseNet检测技术, 对2023年1月1日-2024年7月31日江都震群及附近地区进行地震重检测和精定位, 并通过TomoDD双差层析成像方法反演震源区的三维速度结构。基于地震精定位结果和反演的三维速度结构特征, 结合震源区M_L3.0以上地震的震源机制解, 对江都震群的孕震环境和发震机制进行了深入讨论。研究结果表明: 1)江都震群发震断裂为2条未知的左旋走滑隐伏断裂。其中, 江都震群1序列的发震断裂沿NNW走向, 断层面倾向为NE向; 江都震群2序列的发震断裂沿NNE向, 断层面略向NW倾。2条发震断裂近直立, 破裂均未延伸至地表。2)震源区附近波速变化剧烈, 陈家堡-小海断裂对震源区存在明显的分割作用, 断裂的北西侧存在明显的低波速、 低泊松比异常。随着深度的增加, 断裂南东侧的高速异常逐渐增强。3)江都震群序列整体位于V_P、 V_S和泊松比低值异常体内, 且P波速度比S波速度下降更快, 整个发震过程没有地下流体的渗入与参与。基于发震断裂的性质及震源区速度结构特征, 分析认为江都震群序列的2次发震断裂或为陈家堡-小海断裂的2条分支断裂, 一条呈SSE-NNW向展布的左旋走滑隐伏构造, 一条呈SSW-NNE向展布的左旋走滑兼逆冲隐伏构造。江都震群是震源区区域应力的2次集中释放过程, 其直接成因是由震源区坚硬岩层发生脆性破裂。

接收函数与瑞利波相速度联合反演腾冲-保山地区的S波速度结构

张天继, 秦敏, 党文杰, 金明培, 李凤英, 杨黎薇

2025, 47(5):  1364-1381.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2025.05.20240111

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腾冲-保山地区集地震、 火山和地热活动于一体, 一直是研究的热点地区, 但关于腾冲火山的岩浆分布情况和岩浆来源一直存在争议。文中利用腾冲-保山地区分布的76个地震观测台站记录的远震波形数据, 采用接收函数与瑞利波相速度的两步联合反演方法和Bootstrap重采样技术, 获取了腾冲-保山地区地壳上地幔150km深度范围内的三维S波速度结构。与前人的研究成果进行了对比分析, 讨论了腾冲火山区的壳内岩浆分布情况和腾冲火山的起源, 得到以下几点结论: 与前人结果相比, 文中S波速度结构的整体特征大致相同, 在一些细节上存在差异。沿腾冲火山区从北向南, 地壳中存在LV1、 LV2、 LV3 3个岩浆囊, 深度范围分别为10~30km、 10~30km及10~26km; LV1和LV2主要沿着腾冲断裂分布, 以怒江断裂为东边界, LV3位于怒江断裂与龙陵-瑞丽断裂之间, 这些断层控制着火山区的岩浆活动。1976年龙陵 M_S7.3 和 M_S7.4 地震的震源区下方存在低速层, 震源区断层裂隙发育, 岩浆、 流体等可能参与了地震成核过程。腾冲-保山地区的上地幔60~120km深度内普遍存在低速异常, 并且在腾冲下方向上延伸与地壳中的低速区相连。上地幔中的大型低速层可能为地壳中岩浆存储层提供岩浆物质, 软流圈上涌导致岩石圈拉张与减薄, 导致腾冲火山的形成。

2024年1月23日新疆乌什 M_S7.1 地震同震形变场和震源滑动模型反演

杨建文, 金明培, 李庆, 黎朕灵, 叶泵, 李见, 张迎峰

2025, 47(5):  1382-1395.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2025.05.20240027

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2024年1月23日新疆乌什 M_S7.1 地震是自1992年吉尔吉斯斯坦Suusamyr M_S7.3 地震以来发生在天山地震带的最大地震, 对其震源破裂机理和邻区应力变化特征开展研究, 可满足防范地震风险的实际需求。文中基于Sentinel-1A升、 降轨卫星影像数据, 采用D-InSAR技术获取了乌什地震的同震形变场。以升、 降轨同震形变数据为约束, 分别独立和联合反演了该地震的震源滑动模型, 并进一步计算了同震位错引起的周边断裂的库仑应力变化。结果表明: 1)InSAR升、 降轨同震形变场长轴大致沿NE-SW向展布, 均表现出北西盘较强、 南东盘较弱的形变特征。升、 降轨相同盘的形变量正负相同, 结合其成像几何模式, 认为乌什地震同震形变结果显示的形变态势以垂直形变为主, 符合逆冲型地震形变的主要特征。升轨LOS向最大形变量约为0.77m, 降轨LOS向最大形变量约为0.48m。2)分别独立和联合反演的震源滑动模型总体差异不大, 均呈现出从初始破裂点开始沿断层面向上破裂的特征, 断层错动以左旋逆断为主。发震断层主要破裂区长约45km, 最大破裂区偏向于震中西南侧, 且主震西南侧的破裂局部区域(沿走向约55km处附近)可能破裂到了地表。升、 降轨数据联合反演得到的乌什地震的矩震级约为 M_W7.1, 最大滑动量约为2.1m, 位于断层面(41.25°N, 78.59°E)地下约10.3km深度处。3)乌什地震产生的同震库仑应力对震中附近的阔克萨勒断裂东北段、 托什干断裂中段和东北段、 迈丹-沙依拉姆断裂中段和西南段、 温宿北(库齐)断裂中段和西南段具有显著的应力加载作用, 地震形势值得关注。

基于InSAR同震形变场的新疆逆冲型地震烈度评估

王顺, 姚远, 高明星

2025, 47(5):  1396-1415.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2025.05.20240005

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为探索地震烈度与地震发生后地表形变的关系, 解决震后快速评估新疆逆冲型地震烈度的难题, 文中以新疆2015年皮山6.5级、 2017年精河6.6级、 2020年伽师6.4级3个逆冲型地震为例, 通过对比研究不同地震的InSAR同震形变场与实际调查地震烈度数据, 发现同震形变场与地震烈度之间存在较高的相关性。研究结果表明: 1)InSAR技术能够有效地识别出震区的同震形变场, 为震后的地震烈度评估提供了重要的数据支持, 对评价房屋结构类型单一和缺少强震动台站观测数据区域的烈度评估提供了重要依据; 2)利用人口聚集区的同震形变进行烈度评估的手段, 以及利用历史地震事件的烈度-形变关系模型和同震形变场大小估计当前地震的烈度等级的方法可在地震烈度早期评估中发挥重要作用, 有助于我们今后调查地震烈度等级和烈度影响的范围判断; 3)利用AHP-熵权法对InSAR形变量、 库仑应力变化值、 人口密度、 震源距离、 沉积层厚度这5个因子进行加权叠加并进行烈度评估研究可提高地震烈度评估结果的可靠性, 该方法可为地震烈度评估提供一种新的思路。同时, 文中还讨论了InSAR同震形变场的逆冲型地震烈度评估方法的局限性, 为今后的研究提供了参考。

2023年积石山M_W6.1 地震InSAR同震形变与震间断裂运动机制

杨莹辉, 谢丽媛, 许强, 王运生, 赵晶晶, 王道明, 陈强

2025, 47(5):  1416-1437.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2025.05.20240016

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2023年12月18日午夜, 中国甘肃省临夏市积石山县发生 M_W6.1 地震, 强烈的同震晃动造成大量房屋倒塌及人员伤亡。为揭示此次地震的发震构造和震前、 同震运动机制, 文中利用震前GPS和时序InSAR形变, 反演得到孕震断裂震间走滑速率约为1.9mm/a, 断层闭锁深度约为11km, 跨断裂地壳缩短率约为1.0mm/a, 具备发生逆冲地震的潜力。进一步利用Sentinel-1卫星获取的地震前后的合成孔径雷达数据, 提取了同震InSAR形变场, 根据搜索断层参数后验概率密度分布, 估算了最优断层几何参数, 并反演了同震断层滑动模型。结果表明, 积石山地震为典型的低倾角逆冲断层运动, 断层倾向SW具有更高的置信度, 最大滑动量位于地下约6.8km深度处, 约为0.35m。此外, 不同深度处的库仑应力变化显示, 主震断层滑动造成的库仑应力传输显著促进了余震的发生。积石山南缘断裂的中北段、 积石山北缘断裂东南段及西秦岭北缘断裂的中段均出现明显的库仑应力增加, 需持续关注这些区段的地震风险。

柯坪地电阻率在新疆南天山地震带中强地震前的响应

李新艳, 曾宪伟, 李蒙亚, 卫定军, 崔瑾

2025, 47(5):  1438-1455.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2025.05.20240040

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新疆南天山地震带是中国中强地震的主要孕育区之一。 为了增强该区域中强地震监测能力, 2013年在新疆南天山与塔里木盆地交会处建成柯坪地电阻率连续观测台站。 2018年以来, 周边400km共发生11次M_S≥5.0地震(不含余震和前震)。 文中利用ERA5同化数据集中的土壤水分含量和土壤温度, 定量拟合了不同水热条件影响下地电阻率背景值, 在此基础上识别了偏离背景值的异常变化。结果显示, 自2018年以来, 柯坪台EW和NS 2个测道共识别到4次显著偏离背景趋势变化的下降变化, 基于断层虚位错模式和地电阻率各向异性变化分析认为, 柯坪台地电阻率变化与7次中强地震的孕震过程存在关联。 以柯坪台EW测道电性结构为参考开展了数值模拟, 结果显示, 当测区介质电阻率下降10%时, 柯坪地电阻率EW测道观测值相较背景值变化1.05%若要被识别, 则电阻率发生变化的上界面需要至少上升至距地表243m深度处, 而这个深度完全可以被柯坪台的现有观测装置所探测。

基于台站地磁垂直分量异常定位的漾濞M_S6.4 地震地磁日变化感应电流分布异常特征

孙君嵩, 冯志生, 吴迎燕, 李鸿宇, 杨杰

2025, 47(5):  1456-1476.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2025.05.20240042

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文中采用毕奥-萨伐尔定律和Monte-Carlo法, 反演定位了漾濞地震前一个月内出现的10次地磁反相位异常事件的异常源--感应电流的三维分布信息, 研究了其时空分布特征及其与发震构造和地震的关系, 依据感应电流分布特征给出了漾濞地震发震构造在中地壳和下地壳的分布特征。研究认为: 震源区及附近地区以及发震构造内部上、 中、 下地壳位置会反复出现山峰状感应电流面, 感应电流峰位于中地壳和上地壳, 底部位于地幔顶部; 山峰状感应电流持续数小时, 其形态随时间变化犹如海面波浪, 此起彼伏; 在同一地区会反复出现, 地震两侧地区会交替反复出现。文中对面电流的形成机理进行了解释, 给出了机理模型示意图, 并从固定地磁台站观测数据的角度出发, 通过计算验证了发震构造内部上、 中、 下地壳位置在地震短临阶段可能出现有流体参与的活动, 进一步完善了这种震前地磁反相位异常变化的产生机理。

哈密盆地北缘断裂东段晚第四纪活动性

赵雪锋, 沈军, 巨广宏, 马飞朋, 赵文刚, 宋旭

2025, 47(5):  1477-1493.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2025.05.20240100

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哈密盆地北缘断裂是天山活动构造带东端的一条大型活动断裂。其东段位于哈尔里克山与哈密盆地之间的山麓地带, 该区域覆盖层较薄, 多为砾径粗大的崩坡积物; 需要采用新方法对该断裂的准确位置和活动性开展研究。文中在遥感解译和地质地貌调查的基础上, 采用了微动探测技术, 结合探槽和年代学测试等方法对该断裂的空间展布及其活动性开展了初步研究, 并形成了如下认识: 1)结合微动技术的多手段综合分析、 相互验证的方法在类似地区活断层探测中可以发挥很好的效果; 2)该断裂不仅具有断续分布的断层陡坎等晚第四纪活动的地貌学证据, 年代学结果也显示其在全新世有过活动; 3)微动探测剖面与开挖剖面揭露的现象显示断裂破碎带的宽度约为100m, 断层倾角为35°~60°, 基岩中倾角略大; 4)初步分析断裂在全新世以来的垂直滑动速率约为0.09mm/a, 晚更新世中期以来垂直滑动速率为0.2~0.3mm/a。