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2004年 第26卷 第3期    刊出日期：2004-09-02

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地震地质2004年第26卷第3期目录

2004, (3):  0-0. 

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现今构造变形与活动构造

青藏高原及周边现今构造变形的运动学

张培震, 沈正康, 王敏, 甘卫军

2004, 26(3):  367-377. 

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青藏高原现今构造变形的定量化研究是理解其动力过程的基础,近年来高速发展的GPS(全球定位系统)技术为测量大尺度现今构造变形提供了最有效的手段。我们利用青藏高原及周边的553个GPS观测数据给出了其现今构造变形的速度场,表明印度和欧亚板块之间的相对运动主要被青藏高原周边的地壳缩短和内部的走滑剪切所调整吸收。其中,喜马拉雅山系吸收了青藏高原总缩短量的44%～53%,北部的阿尔金山、祁连山和柴达木盆地吸收了15%～17%,高原内部吸收了32%～41%。青藏高原的“向东挤出”实际上是地壳物质的向东流动而不是刚性地块的挤出。这一地壳物质流动带在高原西部以地表张性正断层和共轭剪切走滑断层为特征,到高原中东部转换为巨型的弧形走滑断裂带,再到高原东北缘转换为地壳缩短和绕东喜马拉雅构造结的顺时针旋转。青藏高原的大尺度现今构造变形以连续变形为特征

2001年昆仑山口西M_S8.1地震地表同震位移分布特征

陈杰, 陈宇坤, 丁国瑜, 王赞军, 田勤俭, 尹功明, 单新建, 王志才

2004, 26(3):  378-392. 

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沿长约426km的2001年昆仑山口西M_S81地震地表破裂带共获得291个点的地表同震水平左旋位移数据,并在其中111个点获得了垂直位移数据。该地震总体以左旋水平位移为主,兼具一定的垂直位移。最大地表左旋水平位移值可达6.4m,平均水平位移约为2.7m,绝大多数测点的垂直位移均<1m。地表水平位移沿主破裂带走向位移梯度变化于10^-1～10^-4之间,这一起伏变化可能起因于野外测量误差、沿主破裂带岩性或松散沉积物厚度的变化、地表破裂带几何结构的不均匀性、地表破裂走向的变化、不同破裂段在昆仑山口西8.1级地震之前的地震中滑动量的起伏变化,以及大量非脆性变形、次级破裂的存在等。水平位移沿主破裂带的长波长(数十公里至数百公里)起伏变化较有规律,在布喀达坂峰以东表现为分别以5个水平位移峰值为中心而有规律地起伏变化。这5个位移峰值分别对应于不同的次级地震地表破裂段。各破裂段水平位移峰值均向阶区或拐点逐渐衰减,不同地表破裂段位移峰值向两侧衰减的速率是不同的,这种位移梯度的不对称分布可能指示了地震破裂的扩展方向。上述位移分布特征真实地反映了地表可见脆性破裂带上的同震位移状况,可能只是该断错事件的最小滑动量。在活动构造研究中,利用地貌断错量或占地震探槽中的地层断错量来区分一次或多次占地震事件,估计占地震事件的规模并预测未来地震的强度时需谨慎。

利用GPS和水准测量资料反演2001年昆仑山口西8.1级地震的同震滑动分布

万永革, 王敏, 沈正康, 陈杰, 张祖胜, 王庆良, 甘卫军

2004, 26(3):  393-404. 

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通过分析2001年昆仑山口西M_S8.1地震前后的GPS资料和1979—2002年的水准测量资料,获得了地表同震位移场。利用这些同震位移数据,以震后详细野外地质调查破裂数据为约束,反演了破裂断层面上的同震滑动分布。结果表明,破裂下界深度为14.2～21km(70%置信区间),最佳破裂深度17km。虽然在太阳湖段和主破裂带西端的中间区域未观测到地表破裂,但反演的结果表明此区域存在2～3m左右的左旋水平走滑,与InSAR资料分析得到的结果一致。地表以下的破裂西端止于太阳湖段,而东端似乎在地表破裂迹线以东30km范围内仍存在1.5～2.0m的左旋滑动。反演的垂直位移表明断层在东经93°以西部分大体表现为南盘上升,而东经93°以东部分表现为北盘上升。由大地测量和地表破裂调查得到的地震矩释放为6.1×10²⁰N·m,与地震波资料的反演结果基本一致。

新闻信息

北郊地球科学论坛第1次学术研讨会召开

王二七, 徐锡伟

2004, 26(3):  404-404. 

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为促进科学交流和追踪国内外地球科学研究热点,由中国科学院院士马宗晋先生提议,中国科学院地质与地球物理研究所、中国地震局地质研究所和中国科学院青藏高原研究所联合发起成立了北郊地球科学论坛,第1次学术研讨会于2004年4月28日在中国科学院地质与地球物理研究所召开。这次研讨会的主题是中国新生代构造和气候环境变化。

现今构造变形与活动构造

大陆岩石圈塑性流动网络的延性弱面效应

王绳祖

2004, 26(3):  405-415. 

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岩石圈下层的网状塑性流动,作为包含塑性流动网络的黏塑性流动,控制着大陆板块内部的构造变形和动力学过程。塑性流动网络由两组网带共轭相交而成,而塑性流动网带是黏塑性流动过程中因剪切局部化、黏性摩擦生热和网带介质的弱化而形成的延性弱面(弱带)。研究表明,类似于断裂和节理等脆性弱面,延性弱面对介质强度的影响也具有条件性,即当应力方向改变时,只有在滑移角θ不超出一定限值的条件(θ₁≤_₂≤θ₂)下才可能沿原有弱面滑移,显示其弱化效应;延性弱面可以用弱化度R表示其屈服限的相对降低程度,弱化度与滑移角下限值之间的关系为R=sin2θ₁;根据亚洲中东部地区“塑性流动-地震”网络的最大共轭角推算,网带的弱化度R近似于0.81。基于延性弱面效应的认识,文中就网带由剪切滑移向压性褶皱的转化、网带的继承与弃置以及应力方向的允许偏角等问题进行了探讨。

分离三分量远震接收函数的多道最大或然性反褶积方法

刘启元, Rainer Kind

2004, 26(3):  416-425. 

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迄今为止,广泛应用的分离接收函数方法主要基于单个台站的观测数据,并依赖等效震源假定的有效性。当地壳内存在明显的间断面时,等效震源假定不适于宽频带地震波形数据,接收函数的估计将在不同程度上遭到破坏。解决这个问题的出路在于避免使用等效震源假定。依据多道最大或然性反褶积原理,给出了利用多道观测数据分离接收函数的方法。我们的方法避免了等效震源假定,这对于在复杂构造环境条件下改善接收函数的估计具有实际价值。合成地震图的数值检验结果验证了给出的方法。利用该方法,我们得到了跨越大别山造山带,从江西大冶附近的大箕铺(30°20′N,115°03′E)到河南兰考附近的崔林(34°40′N,114°49′E),总长度约500km的流动地震台阵剖面各台站的三分量接收函数估计。与基于单台数据的接收函数径向分量比较表明,两种方法给出的结果可能存在不可忽略的差别。

构造物理实验

基于声发射实验结果讨论大震前地震活动平静现象的机制

马胜利, 蒋海昆, 扈小燕, 巴晶

2004, 26(3):  426-435. 

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基于岩石变形声发射实验结果讨论了大震前地震活动平静现象的机制。在双轴压缩、等位移速率加载条件下,挤压型雁列断层、含宏观凹凸体断层、Ⅲ型剪切断层等非连续断层在临近滑动失稳前,声发射活动均出现了明显的相对平静现象,表现为声发射事件的发生率和应变能释放水平显著降低。与此阶段相对应,断层带(特别是非连续部位上新形成的一小段断层)发生了蠕滑和匀阻化作用,并使得标本的差应力开始下降。根据实验结果提出,大地震前断层的“蠕滑-匀阻化”过程是造成地震活动平静现象的可能机制。

花岗岩变形破坏的阶段性模型——应力速度及预存微裂纹密度对断层形成过程的影响

雷兴林, 佐藤隆司, 西泽修

2004, 26(3):  436-449. 

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依据对具有较高微裂纹密度的筑波花岗岩和极低微裂纹密度的花岗斑岩2种极端的岩石标本、在等应力速率的快速加载(约6MPa/min)和蠕变加载(轴向应力保持在约95%破坏强度)2个极端的加载条件下的实验结果,讨论了预存微裂纹密度与加载速度对多晶质结晶岩变形破坏过程的影响。实验中利用高速多通道声发射波形数字记录系统(每秒可记录多达5000个声发射事件的32通道波形),获得了岩石标本破坏前微破裂活动的详细时空分布数据。声发射的发生率、震级-频度关系中的b值及震源的空间分布揭示出岩石变形破坏过程中微破裂活动具有3个典型阶段:初期阶段、第2阶段和成核阶段。尤其是在成核阶段,还观测到发生率和b值有大幅度前兆性起伏。一般而言,在相同加载条件下预存微破裂密度越高,或对同一岩石加载速度越慢,对应的断层成核过程就越长,因此最终破坏的可预报性也越高。为了进一步探讨微破裂活动的阶段性特征及其物理本质,还利用亚临界破裂扩展模型对声发射数据进行了理论分析。

高温高压条件下辉长岩的摩擦强度及其速率依赖性

何昌荣, 陶青峰, 王泽利

2004, 26(3):  450-460. 

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在干燥条件下对辉长岩的摩擦本构参数进行了实验研究。结果表明:1)辉长岩模拟断层泥的摩擦速度依赖性参数(a-b)基本为正或者接近于没有速度依赖性,表明在干燥条件下不具备不稳定滑动的成核条件,对下地壳地震成核的可能性有参考意义;2)摩擦强度在干燥条件下与Byerlee定律高度一致,表明在下地壳的高温环境下Byerlee定律仍可给出适当的强度估计,至少在干燥条件下如此;3)Byerlee定律给出的剪应力强度与正应力的关系中有一个截距,但是本研究中关于模拟断层泥的结果却没有明显的截距,表明断层物质的有无在摩擦强度的表现上存在重要差异。

辉长岩摩擦实验中断层泥的剪切组构及成因

王泽利, 何昌荣, 陶青峰

2004, 26(3):  461-471. 

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模拟断层泥的摩擦实验对地震的成核及断层带变形组构的研究具有重要意义。文中对辉长岩摩擦实验中的断层泥变形组构及形成机理进行了研究,以期从实验室角度来理解地壳深部断层活动的性质和特点。断层泥剪切组构中的边界剪切带,R₁,Y剪切面比较发育,T裂隙次之;R₂,P,X剪切面不发育。R₁面与边界面的夹角较小,平均在11°左右,为单剪变形过程中达到破裂极限状态时形成的1组库仑破裂面。分析表明R₁面密度随正应力的增加而明显增高。而在相同的正应力下,随温度的增高,R₁面的密度也有增加的趋势。当温度高于500℃时,断层带内的斜长石出现塑性变形特征,R₁剪切面与矿物的压性面理组成典型的S-C组构。

水对下地壳基性岩脆塑性转化影响的实验研究

周永胜, 何昌荣, 杨恒

2004, 26(3):  472-483. 

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研究表明,干的基性下地壳处于半脆性摩擦与半脆性流变的过渡状态,因此,文中采用多种基性岩样品进行了干的和含水基性岩的脆塑性转化实验,以深入理解大陆下地壳的力学性质。实验围压450～500MPa,应变速率1×10^-4s^-1。实验结果表明,济南辉长岩(样品C)、延庆辉绿岩(样品D)和含水辉绿岩从300℃到900℃经历了脆性破裂、碎裂流动、半脆性流动和塑性流动几个变形域,而细粒攀枝花辉长岩(样品A)和中细粒攀枝花辉长岩(样品B)从700℃到900℃经历了半脆性流动和塑性流动2个变形域。干的辉长岩样品比干的辉绿岩样品发生脆延性转化的温度高100℃;所有干的基性岩样品的脆塑性转化都发生在700℃,但半脆性流动域变形微观结构有差别,辉绿岩中斜长石和辉石发生了细粒化,并存在强烈的定向,形成初糜棱岩结构,辉长岩样品的细粒化和定向特征不明显。干的基性岩在以位错滑移为主的高温塑性流变域的强度和微观结构基本相同。水对基性岩脆塑性转化的影响体现在岩石的强度和脆延性与脆塑性的转化温度两方面。在实验温度范围内,含水辉绿岩样品的强度远小于干的辉绿岩和辉长岩样品的强度,含水辉绿岩发生脆延性转化和脆塑性转化的温度比干的辉绿岩低了100℃,比干的辉长岩低了200℃,而进入塑性变形域的温度则更低。

周期性层状介质中超声波传播的实验研究

杨晓松, 马瑾, 刘力强

2004, 26(3):  484-491. 

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实验研究了韵律层结构和超声波探测频率对弹性波波速和波形的影响。实验中所使用的超声波频率为240kHz,韵律层由不同厚度的钢板和有机玻璃板构成。研究表明,当λ_i/d_i<4(i=1,2)(λ_i为超声波在介质i中传播时的波长,d_i为韵律层中介质i的厚度)时,韵律层的波速近似等于2种介质的时间平均速度;当λ_i/d_i>5(i=1,2)时,其速度开始显著地降低,并趋向于有效介质波速的Reuss下限(V_p^R)。韵律层的结构对于透射波的波形有显著的影响。特别是当λ_i/d_i接近于6时,透射波波形非常简单,并且其透射波的振幅显著地降低。因此波形简单并不一定对应着简单的介质结构。由于弹性波在韵律层中的传播速度以及波形与探测频率有关,因此在利用地震测深结果分析岩石圈结构,推断其物质组成时应该充分考虑地震测深频率和地壳结构对分析结果的影响。

热红外异常实验与观测

岩石变形实验热红外观测系统

刘力强, 陈国强, 刘培洵, 陈顺云, 马瑾

2004, 26(3):  492-501. 

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岩石变形导致的温度变化极其微弱,对观测系统与环境有严格要求。正确选择红外观测系统的参数,配备高灵敏度的温度场观测设备,以及有效地控制环境热背景决定了变形热红外实验结果的可靠性。在对噪声与干扰源进行详细分析的基础上,提出了进行热红外实验所需要的各主要设备的关键技术指标,并建立了一套相应的实验系统。典型材料样品实验表明,在考虑到变形热红外实验的各种特殊要求,认真选择观测设备,并进行了严格的误差校正之后,可以获得可靠的变形热过程信息。

地表岩石变形引起热红外辐射的实验研究

刘培洵, 刘力强, 陈顺云, 陈国强, 马瑾

2004, 26(3):  502-511. 

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对地表常见的5种岩石样品和应力变温特性进行了详细研究。实验结果与理论分析表明,岩石弹性变形的压力温度关系均表现为加压升温,减压降温,同经典热力学理论完全一致。在常温常压的地表环境下,开放观测系统记录到的岩石材料弹性变形所引起的最高温升在0.2K左右,升温率一般在3mK/MPa左右。破裂或摩擦瞬间岩石有显著升温,温度变化量从几至十几摄氏度不等。弹性变形导致的温度变化量极其微小,不但远远小于气候影响的幅度,而且超出了卫星红外的直接探测能力。因此,需要探索新的红外图像分析方法,考察其它的热异常物理机制。

岩石红外比辐射率简易测定方法及意义

陈顺云, 刘力强, 陈国强, 刘培洵, 马瑾

2004, 26(3):  512-518. 

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利用地表辐射(亮温)求取地面温度需要通过岩石比辐射率进行换算。地球上的岩石千差万别,即使岩石学上分类一致的岩石,比辐射率也可以显著不同,需要大量的比辐射率时,现有测量方法显得过于复杂或环境要求过高,发展简便的比辐射率测量方法十分必要。实际上,在室温情况下,比辐射率为常数,可以通过测量一系列的温度和相应的辐射值,仪器本身的辐射和环境辐射可直接当作未知量参加反演,最终利用最小二乘法拟合获得比辐射率,大大降低了测量的难度。文中测量了16种岩石标本的比辐射率,方差一般保持在0.01左右,大多数<0.01;线性拟合的相关系数均>0.99。

从红外遥感图像提取地下热信息的透热指数法

刘培洵, 刘力强, 陈顺云, 陈国强, 马瑾

2004, 26(3):  519-527. 

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红外遥感影像主要反映的是地表温度。然而气象因素对地表温度的影响远大于来源于地下的地质因素,可能存在的地下热异常信号淹没在气象信息之中。如何从中提取地下热信息,成为一个关键问题。文中由热传导理论出发,根据地下热信号通过不同热扩散率材料传到地表时将产生较大时间差的特点,提出了提取地下热异常的新指标“透热指数”。通过对实验数据和遥感数据的试算,分析了使用“透热指数”法的条件及影响因素。

中国地表亮度温度年变基准场

陈顺云, 马瑾, 刘培洵, 刘力强, 陈国强

2004, 26(3):  528-538. 

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欲从热红外辐射中找到构造活动与地震活动的信息,需要考虑2个基本问题,即大气的影响和地表热红外辐射的稳定场。通过以下方面的工作尝试对上述问题进行了研究:1)提出了地表亮度温度及年变基准场的概念。2)利用NOAA卫星20年的观测资料,文中在获得地表亮温(LSBT)的基础上,借用分离窗方法和小波分析方法,提取了中国地表亮温的年变基准场,为进一步分析异常场打下了基础。计算表明,大气的影响一般在±10K范围内。

利用卫星热红外观测地球排气现象的一次尝试

屈春燕, 马瑾, 单新建

2004, 26(3):  539-547. 

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一些研究者认为地震前卫星热红外增温与地球排气有关。因此,能否在卫星影像上观测到排气现象就成了一个关键问题。作者选择了2个确实发生排气现象的地点,一个在发生了高压高浓度井喷的重庆开县事故现场,另一个在昆仑山口西8.1级地震后持续排气的震中附近。分析了排气发生前后的卫星热红外影像特征,获取了排气过程在热红外影像上的异常反映,进而对地球排气现象及其用卫星热红外监测的可行性进行了一些初步探讨。结果表明,井喷事故冒出的气体和气体点燃后产生的大火均在热红外影像上有明显的反映,可以用热红外遥感探测得到。而昆仑山口西8.1级地震后沿断裂带的冒气现象在热红外影像上反映不太明显,靠目视解译很难发现与冒气有关的影像异常,但从亮温值的对比分析看,无论是震前的1999年还是震后的2003年,地面冒气地点的亮温值均较周围略偏高。

对2001年昆仑山口西8.1级地震前断层带红外增温异常的讨论

郭卫英, 单新建, 马瑾

2004, 26(3):  548-556. 

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利用NOAA卫星热红外遥感图像对东昆仑断裂带进行解译分析,并结合红外亮温的数值化处理,对比研究了地震活动比较平静的1999年和2001年昆仑山8.1级地震前后的资料。结果表明,季节性的气象因素对断裂带的影响很大。在初冬季节,断裂带内的红外亮温值等于甚至高于周围环境温度。同时对比分析东昆仑断裂与阿尔金断裂的亮度温度也发现,在秋冬季的季节过渡期,气象因素对不同地物热惯量的影响很大。因此认为,前人提出的2001年11月14日发生在东昆仑断裂带上的8.1级地震的震前红外辐射的增温异常,其中包含了随季节变化的自然现象,与地震有关的异常信息还有待于进一步探讨。