地震地质

第46卷第6期目次

2024, 46(6): 0-0.

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中国大陆最年轻火山活动成因——来自藏北阿什库勒火山岩的同位素证据

毛翔, 白翔, 于红梅, 赵波, 陈慧智

2024, 46(6): 1227-1247. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.06.001

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阿什库勒火山群位于青藏高原西北部的西昆仑地区, 记录了中国大陆最年轻的火山喷发活动。更新世以来阿什库勒火山群经历了多期次火山喷发活动, 主要产物包括粗安岩和粗面岩, 含少量响岩质碱玄岩、玄武质粗安岩和流纹岩。火山岩锆石U-Pb及Lu-Hf同位素测试结果表明, 阿什库勒火山岩中粗安岩、粗面岩和流纹岩的岩浆成因锆石具有接近的ε_Hf(t)值(-9.1~-4.4), 指示其来自于富集的岩浆源区。粗安岩中存在元古代—中生代古老继承锆石, 表明岩浆源区可能经历了变质沉积岩组分的改造作用。火山岩全岩 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr介于0.709 395~0.711 441, ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd介于0.512 154~0.512 355, ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb介于15.652~15.673, ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb介于18.681~18.754, 与富集地幔 Ⅱ 型(EM Ⅱ)的同位素特征相符。结合前人发表的火山岩主微量数据, 文中开展了火山岩成因的同位素模拟研究, 结果显示阿什库勒火山岩的原始岩浆经历了岩浆混合过程。上述地球化学结果表明, 阿什库勒火山群的原始岩浆起源于EM Ⅱ 型地幔部分熔融形成的基性岩浆, 在上升至地表的过程中与古老大陆地壳物质部分熔融形成的中酸性岩浆混合后喷发, 形成现在的阿什库勒火山岩。结合青藏高原区域构造背景, 分析认为阿什库勒火山岩浆活动可能是印度板块向N俯冲作用下的产物。

长白山天池火山古锥体形貌重建

马晨语, 程滔, 万园, 潘波, 周秉锐, 颜丽丽

2024, 46(6): 1248-1262. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.06.002

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破火山口是火山发生大规模爆炸式喷发后遗留下的锅型地貌, 恢复其原始锥体形貌对于理解火山发展演化和灾害过程具有重要意义。长白山天池火山是一座保存完整的大型破火山口, 其原始锥体形貌和形成过程备受关注。文中借鉴国内外相关破火山口的锥体重建方法, 在全球范围内寻找与天池火山形貌相似的大型火山, 通过分析这些火山地形建立锥体形貌的三段式经验方程, 结合长白山现今地貌恢复了长白山天池火山的古锥体形貌。天池火山古锥体最高可能约达4 100m, 火口顶部直径约390m, 深度约为170m, 锥体外缘上部陡峭, 平均坡度角为27°, 外缘下部坡度略缓, 平均坡度角为18.5°。天池火山古锥体形貌的恢复为理解天池火山的发展演化历史、冰川地貌的形成和喷发成灾的过程提供了科学依据。

土耳其2023年2月6日 M_W7.5 Elbistan地震地表破裂带分布特征

俞晶星, 任治坤, 张会平, 李传友, 王世广, 龚正, 周晓成, 徐岳仁, 梁朋, 马字发, 李俊杰

2024, 46(6): 1263-1279. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.06.003

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2023年2月6日土耳其东南部发生2次破坏性地震, 中国地震局土耳其地震科学考察队对2次地震的地表破裂开展了详细调查。震后现场调查表明, 其中第2次地震事件(Elbistan地震)发生在东安纳托利亚断裂带的北分支断裂(Cardak断裂)上, 形成了一条长约140km的主地表破裂带, 同时形成一条与主破裂带近垂直展布、长约20km的分支破裂。主破裂带西起Göksun, 沿近EW向展布至Sürgü断裂西端, 然后向NE传递至Malatya断裂带南段, Cardak断裂全段和Malatya断裂带南段为此次地震的发震构造。地表破裂带总体呈线性连续展布, 各次级破裂呈左旋左阶拉张或左旋右阶挤压的雁列式组合, 沿线一系列冲沟、山脊、麦田、田埂、栅栏、道路和车辙等位错标志指示断层以纯左旋走滑运动为主, 野外实测最大水平位错为(7.6±0.3)m。结合东安纳托利亚断裂带上的历史地震分布和此次“双震”地表破裂与周边活动断裂的几何展布, 认为东安纳托利亚断裂东北段、 Sürgü断裂和Malatya断裂未来的地震危险性应该引起重点关注。

南天山温宿前陆冲断带晚第四纪形变速率

臧柯智, 吴传勇, 张金烁, 高瞻, 袁四化, 袁海洋, 于晓辉, 王雪竹

2024, 46(6): 1280-1294. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.06.004

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受印度-欧亚板块碰撞远程效应的影响, 天山南北发育了多个扇形的前陆冲断带, 它们不仅调节吸收了大部分的SN向会聚应变, 也控制着山体向盆地方向的逆冲推覆。然而, 对于相邻前陆冲断带之间过渡、转换部位的构造特征和变形速率研究较少, 目前对于天山山前地壳缩短沿EW向是如何变化的仍不清楚。温宿前陆冲断带位于柯坪和库车前陆冲断带的过渡转换区, 该前陆冲断带仅发育一排活动逆断裂-背斜带, 即温宿北逆断裂-背斜带。长期以来, 不同学者给出的该构造带的地壳缩短速率结果存在较大差异, 严重影响了对该地区构造变形和强震危险性的认知。文中以温宿北逆断裂-背斜为研究对象, 通过野外地质地貌调查和地质填图, 获得了该构造带的变形特征; 同时, 对背斜中部柯柯亚河谷的河流阶地进行了详细解译与划分, 并利用无人机摄影测量获取的高精度地形数据提取了各级阶地的位错量, 最后根据光释光年代测试结果, 计算得到温宿北逆断裂-背斜带晚第四纪(距今约4万年)以来的SN向地壳缩短速率约为1.31mm/a, 全新世以来的缩短速率约为2.29mm/a。温宿前陆冲断带的缩短速率在全新世以来明显增大, 反映了该构造带强震复发周期并不规律的活动习性。

龙门山断裂带映秀-北川断裂白沙河段滑动速率

花春雨, 石峰, 魏占玉

2024, 46(6): 1295-1313. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.06.005

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龙门山断裂带是青藏高原块体和华南块体的重要边界断裂带, 是一条重要的地震活动构造带。几何上自西向东可分为后山断裂、中央断裂、前山断裂和前陆盆地(成都平原)变形带。中央断裂带是龙门山断裂带的主干断裂, 映秀-北川断裂是中央断裂带中段活动最强烈的一支断裂。前人对龙门山断裂带映秀-北川断裂滑动速率进行了部分研究, 但结果差异很大, 范围从0.07mm/a到1.1mm/a不等。断层滑动速率是分析断层活动特征、研究区域运动学和动力学机制的重要依据。文中依据遥感精细解译和野外调查资料, 通过10个阶地横剖面及阶地年龄对龙门山断裂带映秀-北川断裂白沙河段的滑动速率进行约束, 得到映秀-北川断裂白沙河段晚更新世以来的垂直滑动速率为(0.10±0.02)~(0.30±0.05)mm/a, 平均滑动速率为0.19mm/a。该结果可为理解汶川地震的发震构造、龙门山断裂带的整体活动特征及评价龙门山断裂带的长期地震危险性提供基础资料。

内蒙古阿鲁科尔沁旗M_S5.9与M_S4.7地震序列特征及其发震构造分析

王鑫, 张珂, 王玥

2024, 46(6): 1314-1331. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.06.006

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内蒙古赤峰市阿鲁科尔沁旗在2003年与2021年先后发生 M_S5.9 地震与 M_S4.7 地震。这2次地震是该地区近年来震级最大的地震事件, 均未造成地表破裂, 余震分布与已知断层的相关性不强, 地震活动特征和发震机制仍不甚明确。针对该问题, 文中使用内蒙古地震监测台网观测数据, 对阿鲁科尔沁旗2次地震序列进行重新定位。结果显示, M_S5.9 和 M_S4.7 地震序列的余震震源深度分别为2~12km和8~22km间, 主震位于余震序列的南东段, 余震带走向为NW-SE。余震带深度剖面分析显示2次地震序列结构相对简单, 均呈一个NW走向、倾向SW的地震集群。进一步采用CAP方法与P波初动极性方法, 得到了震源区M_L≥1.5地震的震源机制解和震源矩心深度。震源机制解结果显示, M_S4.7 主震的发震断裂为左旋走滑性质, 震源矩心深度为19.9km, 与重定位得到的震源初始破裂深度21km较为接近, 余震与主震的性质整体相同, 均发育NW-SE走向的断层面。前期研究结果显示, M_S5.9 地震序列的主震也为左旋走滑型。文中对阿鲁科尔沁旗 M_S5.9 与 M_S4.7 地震序列的时空分布特征与震源机制解的分析表明, 阿鲁科尔沁旗2次地震序列的主要发震断层的产状及力学性质应与NW走向的水泉子沟-天山口断裂较为一致, 但展布位置不同, 证实 M_S5.9 地震的发震构造应是位于该断裂西侧、倾向SW的一条左旋走滑次级断裂, M_S4.7 地震的发震构造可能是震中附近与水泉子沟-天山口断裂性质相近的一条隐伏断裂。2次地震序列均是发震构造受到近EW向主压应力作用导致的。

正应力和含水率对花岗岩断层泥摩擦特性和声发射特征的影响

邵康, 刘金锋, 谢彬, 朱民杰

2024, 46(6): 1332-1356. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.06.007

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正应力和含水率的扰动可能诱发断层不稳定滑动。文中对采自新丰江水库附近断裂带的花岗岩样品开展了速率阶跃(1~100μm/s)和滑动-保持-滑动(10~3 000s)摩擦实验, 且全程进行了声发射观测, 研究了不同有效正应力(0.5~20MPa)和含水率(0%~25%)对花岗岩断层泥摩擦特性的影响。实验结果表明, 花岗岩断层泥随有效正应力增大由速率弱化(5MPa以下)向速率强化转变, 应力降减小; 随着含水率升高, 速率强化程度减弱, 当含水率为25%时出现速率弱化行为, 应力降增大。速率弱化样品的声发射数据以拉张微裂纹发育为主, 显微结构中出现大角度张性断裂带, 推测可能是水的化学弱化作用导致。实验结果可能对理解新丰江水库诱发地震提供新的认识: 低有效正应力下的速率弱化行为可能致使水库诱发地震, 而高含水率下的微弱速率弱化行为有利于慢滑移地震事件的产生。

不同微观裂隙密度下断层黏滑失稳规律离散元模拟

赵乾百, 赵永, 杨天鸿, 滕龙, 王述红, 刘一龙

2024, 46(6): 1357-1373. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.06.008

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在原岩应力及开采扰动作用下, 断层上、下盘的岩体内部为微裂隙赋存状态, 改变了岩体的受力构架体系, 对断层上、下盘滑动行为模型产生影响, 继而形成了不同的破坏模式。因此, 对不同微观裂隙密度下断层黏滑失稳运动过程的力学行为和损伤规律亟待开展进一步研究。声发射监测是研究断层黏滑破坏模型的重要手段, 可用来获取断层活化过程中的有效信息。然而, 断层结构面对岩体破裂声发射波的传播路径和强度造成了一定的阻碍, 从而在研究断层上、下盘与岩体结构面的响应机制方面存在一定的局限性。文中采用离散元数值模拟方法构建了不同微观裂隙密度条件下的数值模型, 以模拟断层的黏滑失稳破坏过程。此外, 通过记录颗粒间接触的力学行为变化, 更深入地研究了断层黏滑的声发射特性和演化规律。研究结果详细地阐明了不同微观裂隙密度对黏滑失稳运动过程的影响, 包括应力-应变关系(如黏滑次数、启滑应力、启滑应力降和最大应力降)及声发射信号特征的演化规律。文中成果为深入理解岩体微观裂隙密度对黏滑失稳过程的影响提供了重要见解, 并为断层活化的力学行为研究提供了一种新的数值模拟方法。此外, 文中研究可作为室内断层黏滑声发射实验和现场微震监测研究的重要参考。

基于背景噪声层析成像反演上海及邻区S波速度结构

冯策, 宋秀青, 王仁涛, 刘昊岚

2024, 46(6): 1374-1390. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.06.009

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文中收集了上海及邻区58个宽频带流动地震台阵1a的连续背景噪声垂向数据, 基于背景噪声互相关技术结合快速行进FMM成像方法, 获得了上海及邻区5~30s周期范围内地壳及上地幔顶部的面波相速度结构。最后利用最小二乘线性迭代方法, 反演得到了研究区下方5~30km深度的三维S波速度结构。结果显示: 上海及邻区的S波速度结构呈现出一定的横向和纵向非均匀性特点。在5~10km深度的浅层及上地壳, 速度异常值的分布与域内地形地貌及大型断裂的展布存在一定相关性, 低速异常分布受湖-苏断裂的影响较大。在15~20km深度的中下地壳, 速度异常以枫泾-川沙断裂为界, 由苏北至杭州湾速度逐渐升高, 上海地区沿枫泾-川沙断裂表现出明显的构造抬升形态。在25~30km深度范围内, 速度异常分布反映下地壳及上地幔顶部呈现西深东浅的埋深状态。综合AA'、 BB'、 CC' 3条纵剖面的结果, 可得到以下结论: 1)上海及邻区地下结构变化平缓, 地壳整体西厚东薄, 起伏呈西低东高、中间隆起的形态; 2)速度异常及地震活动性与断裂带关系密切, 低速异常与大型断裂伴生出现。地震分布具有依附低速体及在断裂带附近、沿速度分界线排列的特点。结合相关结果分析认为, 域内以浅源地震为主可能是被断裂切割较破碎的中上地壳与稳定的下地壳之间的应力不均衡所致; 3)常熟地区5~25km深度内的低速异常一直存在, 推测常熟一带存在热物质上涌现象。

地表/井下加速度反应谱谱比的周期相关非线性特征

王琳, 王玉石, 李小军, 刘艳琼, 丁毅

2024, 46(6): 1391-1407. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.06.010

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浅地表软弱覆盖土层会显著影响加速度反应谱等地震动特性表征参数, 且其影响程度随地震动强度增加呈现显著的非线性特征。文中基于日本KiK-net台网180个台站的166 700组强震动记录, 采用动态时间规整(DTW)算法对地表/井下反应谱谱比曲线的周期偏移进行修正, 定量分析了地表/井下反应谱谱比随地震动强度的周期偏移与幅值衰减特性, 发现相对周期偏移量与谱比幅值均与地震动强度在对数或半对数坐标系下呈线性关系, 且不同周期点的相对周期偏移与幅值衰减速率并不相同。统计获得了各台站及Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ、 Ⅳ类场地上的周期偏移系数和幅值衰减系数, 发现其均随周期增加呈现先增大后减小的趋势, 表明在地震动能量丰富的加速度反应谱平台段, 地表/井下反应谱谱比曲线的周期偏移更为显著, 但幅值衰减则相对较慢。尽管地表/井下反应谱谱比与土层地表/基岩地表反应谱谱比之间存在差异, 统计得到的周期偏移系数和幅值衰减系数仍可在一定程度上反映地震动场地效应的非线性特征。

考虑速度频散的地震动场模拟及其对地震危险性分析的意义

张琰, 纪志伟, 翟鸿宇, 伍纯昊

2024, 46(6): 1408-1425. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.06.011

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地震危险性评估对于确定工程抗震设防等级、制定城市规划、减轻地震灾害及地震引发的滑坡、泥石流等其他灾害具有重要意义。在地震波场传播过程中, 能够造成波场能量衰减的因素包括多角度散射、频散及球面扩散。针对震后的地震动场空间分布特征开展数值模拟时, 是否考虑这3项因素对于实际计算结果有着直接影响。文中以地震波场在滞弹性介质中的物理频散特征为讨论对象, 通过模拟计算情景地震在简单一维模型中引起的波场频散及地震动时程分布, 讨论频散对地震动场空间分布及地震危险性分析的影响。然后, 以2021年漾濞 M_S6.4 地震为例, 进一步分析滞弹性介质的物理频散对地震危险性分析的意义。在经典地震动参数预测方程(GMPE)的基础上, 基于物理的地震动模拟对于进一步获得更加可靠的地震动水平及地震危险性的物理评估都具有重要意义。

苍山-尼山断裂的现今构造活动及其对民居建筑的影响

王一鹰, 孙茜茜, 朱猛, 王纪强, 时丕龙, 王华林

2024, 46(6): 1426-1443. DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2024.06.012

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NW走向的苍山-尼山断裂(简称苍尼断裂)延伸170km, 其晚第四纪的活动构造变形及地震活动引起了广泛关注。文中以山东省临沂市平邑县白彦镇官庄村的民居建筑破坏实地考察资料为基础, 通过苍尼断裂晚第四纪构造地貌测量与活动性鉴定、断层泥中石英碎粒表面结构(SEM)鉴定和断层泥的粒度分布分析、 InSAR时序分析、公元前179年“齐楚地震”考证与发震构造讨论、以往震害调查和数值模拟研究等成果, 探讨了官庄村民居建筑破坏情况及其与苍尼断裂的关系、民居建筑破坏成因与防御措施等问题。研究结果表明: 1)苍尼断裂的最新活动时代为全新世早期, 破裂方式黏滑兼蠕滑, 具有细粒度成分和高分维值的断层泥有利于断层蠕滑运动; 2)官庄村的民居建筑破坏正好位于左旋走滑的苍尼断裂带上, 表现为房屋基础和墙体开裂, 裂缝沿NW走向分布, 具有典型构造裂缝的特征, 公元前179年发生的“齐楚7级地震”的震中也正好位于该区域, 也是苍尼断裂晚第四纪构造地貌特征最明显、断错地层最新和运动量最大的位置; 3)InSAR观测结果显示, 苍尼断裂带现今具有左旋走滑运动特征, 其现今活动很有可能引起了近地表的蠕滑构造作用; 4)苍尼断裂带左旋走滑蠕滑变形、断层两盘断层结构和地层结构差异性、断层两盘应力分布和变形特征差异性及断层泥膨胀作用等是导致白彦镇官庄村民居建筑破坏的主要原因。文中研究提供了活动断层带现今构造变形(蠕滑变形作用)造成建筑物破坏的一个典型案例, 证明活动断层空间展布的精确定位和活动性鉴定是工程建设选址中的关键问题, 对活动断层的合理避让和建筑抗震设计都具有重要参考价值。

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