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2012年 第34卷 第1期    刊出日期：2012-03-30

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地震地质2012年第34卷第1期目录

2012, 34(1):  0-0. 

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研究论文

考虑到时误差的地震定位算法及其在四川地区2001-2008年地震定位的应用

万永革, 盛书中, 程万正, 张致伟, 武晔, 赵晓燕, 卜玉菲, 薛志芳, 刘金丽

2012, 34(1):  1-10.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.001

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精确的地震位置对于地震活动性、地震层析成像和地壳应力场反演具有相当重要的意义,对于地震速报也具有重要的应用价值。将观测到时的不确定性、台站高程、地震震源深度进行约束的同时,根据反演理论给出了地震震源位置精确估计和误差估计的方法。该算法联合考虑Pg波、Sg波、Pn波和Sn波的到时进行反演,数据量的增加可以增强地震位置的准确性,并可同时应用于地方震和区域地震。采用模拟数据对该地震定位算法进行检验发现,该算法在观测数据的不确定性不等时明显优于其他方法。将该算法应用于四川地区2001-2008年间的地震定位,得到的地震位置更加符合地震的丛集性并集中于断裂带附近。这些结果为四川地区的地震活动性、断层构造以及地震层析成像研究打下了基础,并且为汶川地震之前的地震活动前兆研究也提供了有益帮助。

2008年汶川地震前震源区的异常应力状态

王凯英, Yu. Rebetsky, 刁桂苓, 马胜利, 马瑾

2012, 34(1):  11-16.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.002

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我们收集了紫坪铺水库区域台网记录到的2004年8月16日至2008年5月12日汶川地震前发生在震中区及附近区域的486个小震震源机制资料,运用碎裂分析法对这些震源机制数据进行分析,获得了汶川地震前3年多时间内震源区应力水平随时间的演化过程。结果显示,强震发生前震源及附近区域约在2007年6月发生了应力突变,出现了2个应力异常高值区,其形成过程同时伴随着龙门山中央断裂的应力水平降低,最终强震发生在高应力区和低应力区之间的应力梯度带上。汶川地震前应力状态的演化过程,类似于实验研究中出现的非均匀断层失稳前的地震成核现象,符合地震成核的宏观表现。巴颜喀拉块体的南边界-鲜水河断裂的短基线测量也显示出,在同一时间段鲜水河断裂南段由左旋滑动转为异常的右旋错动,反映了汶川强震前整个巴颜喀拉块体有向东加速运动的异常过程。

虹口八角庙-深溪沟炭质泥岩同震断层泥的X射线衍射分析结果

党嘉祥, 周永胜, 韩亮, 何昌荣, 陈建业, 党新增, 杨晓松

2012, 34(1):  17-27.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.003

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5.12汶川地震同震地表破裂带在虹口八角-深溪沟一带主要出露于三叠系须家河组的炭质泥岩中,同震断层泥在颜色、结构上与老断层泥和围岩类似。通过开挖探槽,系统采样,采用粉晶X射线衍射定量分析方法,研究了同震地表破裂带的围岩、断层角砾岩、老断层泥和新断层泥的矿物成分特征。同震断层泥的主要成分为石英和黏土矿物,含微量长石和白云石;断层泥的显著特征为高黏土矿物含量,从同震断层泥、老断层泥、角砾岩到围岩黏土矿物含量依次降低,黏土矿物以伊利石和伊蒙混层为主,含微量绿泥石和高岭石,矿物组成明显比地表破裂带北段同震断层泥简单。不同颜色的同震断层泥成分略有不同,黑色断层泥中伊利石含量明显高于白色断层泥;老断层泥中含有方解石和白云石,而同震断层泥不含方解石,只含微量白云石。同震断层泥中伊蒙混层高含量表明,在本次地震错动中有富含K的流体参与。

龙门山断裂带地壳密度结构

唐新功, 尤双双, 胡文宝, 严良俊

2012, 34(1):  28-38.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.004

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研究龙门山及邻区地壳密度结构对于认识该地区地震活动性具有重要意义。根据龙门山及邻区(100°～105°E,28°～33°N)的布格重力异常资料,选取了跨越龙门山断裂带的6条重力测线,在深地震测深资料约束下,使用Geosoft软件分别反演出了龙门山地区地下的沉积层、康拉德界面和莫霍面的深度分布。研究结果表明:龙门山断裂带两侧的地壳结构明显不同,西面高原地区沉积层较薄,大部分为基岩出露;而东边盆地沉积层明显较厚,多在6km以上。莫霍面和康拉德面在两侧均相对平缓,康拉德面从东部的大约24km增加到青藏高原山区的35km左右;莫霍面深度从东部盆地的大约42km增加到西部青藏高原的67km左右。龙门山断裂带整体表现为一条近SN向的陡变重力梯度带,并在其地壳内各界面均发生错断,莫霍面和康拉德面错断距离分别达6～7km和3～5km。该区地壳的这种陡变和不均匀性是导致地震活动性强烈的主要原因之一。

基于地面LIDAR玉树地震地表破裂的三维建模分析

袁小祥, 王晓青, 窦爱霞, 董彦芳, 王龙, 金鼎坚

2012, 34(1):  39-46.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.005

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2010年4月14日的玉树M_S 7.1地震造成沿甘孜-玉树断裂的一系列NW向地表破裂。利用Trimble GX 3D地面激光三维扫描仪获取了玉树地震断裂SE段禅古寺附近的典型地震地表破裂的精细点云数据。在对点云数据进行校正、分割、滤波等预处理基础上,分析了地震地表破裂不同表面建模方式的原理和方法,选取了无投影的不规则三角网建模方式对该处地表破裂进行三维建模实验,结合精配准高清晰现场纹理照片,制作了地震地表破裂的三维图像;并从模型的多个角度选取剖面进行地震地表破裂精细三维量测分析,得到该处地表破裂的平均垂直位移为74cm,水平位移为10cm。在此基础上进一步分析了玉树地震断裂的性质及其破裂特点。

玉树地震滑坡分布调查及其特征与形成机制

许冲, 徐锡伟, 于贵华

2012, 34(1):  47-62.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.006

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2010年4月14日青海省玉树县发生了M_S 7.1地震。文中基于现场考察与遥感影像目视解译的方法,对玉树地震滑坡进行分析,并制作了玉树地震滑坡空间分布图。结果表明,该地震触发了约2 036处滑坡灾害,总面积约1.194km²;地震滑坡分布受主地表破裂控制作用强烈;滑坡类型多样,但以崩塌型滑坡为主;滑坡有5种成因机制:人工开挖坡脚型、地表水入渗致坡体震动滑动型、断裂错断震动型、震动型、后期冰雪融化或降雨入渗型;除地震主地表破裂外,还有许多坡体裂缝,主要分布在主地表破裂带SE端的SW盘,该部位在地震中受到了强烈的挤压作用。

白云母对岩盐断层带摩擦速度依赖性影响的实验研究

缪阿丽, 马胜利

2012, 34(1):  63-75.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.007

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为更好地理解层状硅酸盐对断层强度、滑动速度依赖性及地震活动特征的影响,利用双轴摩擦实验对含白云母岩盐断层带在干燥及含水条件下摩擦的速度依赖性进行了实验研究,并观测了摩擦滑动过程中的声发射,分析了断层带的微观结构。实验结果表明,干燥条件下含白云母岩盐断层带在0.1～100μm/s的速度范围内表现为黏滑和速度弱化,增大σ₂会使断层带从速度弱化向速度强化转化,速度依赖性转换出现在0.1μm/s,其中断层滑动表现为稳滑或应力释放时间较长的黏滑事件;含水条件下含白云母岩盐断层带在0.05～0.01μm/s的速度范围内表现为速度强化,0.1～10μm/s的速度范围内表现为速度弱化,50～100μm/s的速度范围内又转换为速度强化行为。含白云母岩盐断层带在干燥条件下一次黏滑伴随一个或一丛声发射事件,而在含水条件下与稳滑相对应,滑动过程中并未记录到声发射事件。显微结构观察表明,速度弱化域的主要变形机制是岩盐颗粒的脆性破裂和局部化的滑动;干燥条件下,速度强化域的主要变形机制是岩盐颗粒的均匀破裂;含水条件下2个速度强化域对应不同的微观机制,高速域的速度强化受控于岩盐颗粒在白云母相互连结形成的网状结构上的滑动及其均匀碎裂作用,而低速域的速度强化还受岩盐的压溶作用控制。通过与岩盐断层带摩擦实验结果对比可知,白云母的存在对干燥岩盐断层带摩擦滑动方式和速度依赖性没有显著影响,而在含水条件下白云母的存在使得岩盐断层带滑动趋于稳定。实验结果为分析含层状硅酸盐断层的强度和稳定性提供了依据。此外,在速度依赖性转换域上观察到的应力缓慢释放的现象进一步证实了在岩盐断层带摩擦滑动过程中观察到的现象,这对慢地震机制研究具有参考意义。

山西交城断裂北端及中段3个大型探槽全新世断错现象分析

郭慧, 江娃利, 谢新生

2012, 34(1):  76-92.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.008

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前人在山西交城断裂带上开挖过多个探槽,揭露出全新世3次古地震事件,但其研究结果尚不能确定该断裂带全新世活动段的北部边界。近期在该断裂带北端和中段又开挖了3个大型探槽,其中在阳曲县泥屯盆地西界开挖的龙王沟探槽,是一个由多个探槽组合成的大探槽,该探槽揭示的地层断错信息,将交城断裂带全新世活动的范围向北延伸了20km。另外2个大型探槽分别为交城断裂带中段瓦窑沟东侧台地前缘的瓦窑探槽与市儿口沟西侧T₁阶地前缘的新民探槽。这3个大探槽均揭示出全新世中期(¹⁴C测年值为距今5～6ka)的垆土和淤泥层,以及多组平行分布的断面,所揭示的全新世3次古地震事件具有断错事件活动的同步性,可与前人探槽揭示的全新世断层活动事件相对比。3次断错活动时间分别距今3.06～3.53ka、5.32ka左右或6.14ka左右、8.36ka左右;3次事件的时间间隔分别为2.02～2.84ka和2.22～3.04ka。这些断错事件的同震垂直位移为1.5～4.7m,显示了7级以上地表破裂型的强震活动。最后讨论了探槽中¹⁴C测年样品的影响因素。

郯庐断裂带赤山段中晚更新世之交的史前地震遗迹

姚大全, 汤有标, 沈小七, 陈安国, 郑海刚, 赵鹏, 郑颖平, 李光, 肖伟鹏

2012, 34(1):  93-99.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.009

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赤山地处安徽省泗县东北部,为郯庐断裂带西支断裂通过处。以往研究认为,郯庐断裂带赤山段第四纪以来有较为明显的活动。此次在垂直于赤山段开挖的多个探槽中均揭露出史前地震遗迹(多期逆断型崩积楔),具体表现为断层上盘砖红色上白垩统砂岩或黄白色中更新统砾石层向东叠置于褐黄色中、上更新统黏土之上。在楔状体根部均发现向NW陡倾的断裂,陡立的断面向上转变为缓倾的上翻垮落面。多条探槽揭示的断裂点的连线总体呈NNE走向,断裂通过处的上盘后缘大部分残留了凸起地貌,部分EW向冲沟被断裂右旋扭错。多条探槽两壁都一致显示出从西向东的推挤垮塌痕迹。其中Tc1～Tc4表现为砖红色砂岩(K₂)逆冲垮落于黄褐色含铁锰结核黏土(Q_p^2-3)之上,Tc5则表现为红砂岩(K₂)和黄白色砾石层(Q_p²)逆冲垮塌于上述的黏土之上。在几个探槽的逆断型崩积楔上均揭示出此段曾有多次逆断型崩积事件发生,个别探槽揭露楔体较少,可能与其所处的位置、揭露深度和剥蚀残存的高度有关。对开挖探槽及光释光测年结果的详细分析初步得出,郯庐断裂带赤山段在中、晚更新世之交曾多次发生大规模逆断型黏滑事件,即曾多次发生史前大地震。

邯郸市周边断裂带的活动特征分析

周俊杰, 宋宏利, 刘海新, 张红芬, 周龙泉

2012, 34(1):  100-109.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.010

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断裂活动和地震活动具有互为因果的关系,而不同于一般做法,文中用地震的活动性来分析断裂带的活动特征。为了解邯郸市周边存在的断裂带的活动特征,基于邯郸市附近地震台网监测的地震数据,利用地震纵波速度和震源位置联合反演方法,得到了邯郸市周边主要断裂带上地震波速度及震中在空间和时间上的分布特征,确定了地下壳质的纵波速度结构特征。综合分析表明:邯郸市周边小震的活动主要由磁县断裂和林州-武安断裂引起,太行山山前断裂带南端(邯郸-磁县段)几乎没有活动;地震活动集中在6～10km的范围内;活动时间特征是,从开始的2条断裂带同时活动逐渐演变为以磁县断裂活动为主。

福建晋江市前港湖、龙湖等四湖泊的成因机理

徐起浩, 施建生

2012, 34(1):  110-128.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.011

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对前港湖、龙湖、虺湖、丙州湖的地理环境进行了实地考察,对钻孔和钻孔岩心沉积相及微体古生物进行了分析,对¹⁴C样品进行了年代测定,特别是通过对龙湖湖内和沿岸共78个钻孔岩心的分析,揭示了龙湖及沿岸残坡积层和晚更新世以来的沉积层展布,进而得到了龙湖成湖前的凹陷和发育在凹陷内的古河流环境,最终推断这4个湖泊为全新世晚期地震断塞湖。主要理由是:这4个湖沿衙口-州隐伏断裂(控制深沪湾地堑NW侧边界的断裂)呈线状展布,都为淡水湖;都发育在晚更新统含砾砂黏土及残坡积层构成的凹陷内,成湖前凹陷内有古河流;已发现龙湖湖盆SE近隐伏断裂处的下游古河床被抬高,且高出上游河床3m以上;前港湖、龙湖的最早成湖年龄都为距今2.4ka左右,这个年龄处于全新世晚期的强古地震发生的可能时间区间内,该地震同时导致了深沪湾海底古森林更深沉没于海底;都存在湖坝和可能的地震沉积相。推断上述湖泊是在该古地震时衙口-丙州断裂NW侧地块翘起掀升堵塞河流形成的地震断塞湖。湖泊形成后,当地盛行的风沙在湖坝处的加积和在地堑内的填积,导致湖坝变宽増高并和地堑沉积连成大致等高的一体,阻挡了湖水的外流,这是使湖泊继续发育并留存至今的重要原因。

不同转换方法在关中平原区地震动衰减关系研究中的应用

范文, 邓龙胜, 邵辉成, 刘佳, 贺龙鹏, 文毅

2012, 34(1):  129-137.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.012

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采用考虑地震加速度的近场距离饱和与震级饱和特征模型的衰减关系,通过收集关中平原区及邻区大量的地震资料,建立起本区的地震烈度衰减关系。将美国西部地区作为参考区,采用不同映射的转换方法,得到了关中平原区的基岩水平加速度衰减关系,并对不同的映射方法得到的结果进行了对比分析。

高压直流输电对地磁场观测的影响

方炜, 晏锐, 邵辉成, 张国强

2012, 34(1):  138-144.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.013

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2009年12月,甘肃天水、陕西乾陵等地磁台Z分量观测差值出现台阶式异常变化,同期陕西关中地区宝鸡、乾陵、周至等台站地电场观测也出现同步异常变化。经调查落实,确认此变化是由宝鸡-德阳±500kV直流输电工程试运行引起的。高压直流输电是近年来新出现的地磁观测中的一类干扰异常。根据对宝鸡-德阳高压直流输电线路邻近区域各地磁台站实际观测资料的分析,并结合安培定理和毕奥-萨伐尔定律计算了理想状态下高压直流输电对地磁观测的影响。结果表明,理论值与实际观测值基本相符,从而从机理上解释了高压直流输电对地磁观测影响的原因。由于计算时没有考虑不同地磁观测系统的差异和地下电性结构等因素的影响,因此计算方法有待进一步完善。

科研快讯

黑龙江省科洛火山群火山地质研究

张柳毅, 李霓, 樊祺诚, 赵勇伟, 曹园园, 盘晓东

2012, 34(1):  145-159.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.014

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科洛火山群的新生代火山共有23座,坐落于科洛河两岸,火山岩面积约为350km²,岩性主要为碱性玄武岩。由于地处NE向断陷盆地这一特殊的构造位置,科洛地区的火山活动及展布主要受到区域基底断裂的制约。火山喷发形式总体为中心式,属斯通博利式火山。火山活动可划分为上新世、更新世和全新世3期。上新世在断陷盆地边缘形成了一系列NE向线性展布的中心式溢出型火山,其中部分火山因风化剥蚀而失去了原有的火山地貌特征,仅保留盾形熔岩台地。早更新世火山活动相对平静。中-晚更新世火山活动仍受到NE向基底断裂的控制,但喷发中心、喷发方式及喷发强度均发生改变,火山由碱玄质火山渣锥和熔岩流组成。进入全新世以后南山喷发,其火山结构保存完好,裸露的熔岩台地保留了较好的微地貌特征。该期火山亦由碱玄质火山渣锥和熔岩流构成。在科洛火山群的火山活动过程中,其熔岩流覆盖了早期沉积地层,并对盆地中的河流进行了改造,最终导致该区断陷盆地初始地貌的改变。

新技术应用

利用GPS和DEMETER数据分析汶川地震前电离层变化

闫相相, 单新建, 曹晋滨, 汤吉, 王飞飞

2012, 34(1):  160-171.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.015

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利用GPS TEC和法国DEMETER卫星ISL探测器的观测数据,分析了汶川地震前电离层变化。结果表明,电离层TEC在5月6-10日地方时下午有连续的负异常现象,5月9日地方时下午有明显的正异常现象。电离层TEC异常的范围主要位于震中南部区域,EW方向上1 100～1 670km,SN方向上1 600～3 700km。5月6日的负异常偏震中东南,5月7日的负异常偏震中西南,5月9日的正异常偏震中东南。震中西南和南部地区负异常较东南地区明显,震中南部和东南地区正异常程度较西南地区偏高,震中位置所对应南半球磁力线共轭区都出现了一定程度的正或负扰动。DEMETER卫星观测的电子密度N_e和离子密度N_i在5月6-10日也出现了明显的负异常,异常分布与电离层TEC异常分布较为一致,主要集中在震中南部。震中所在的经度带上存在2个负异常峰值,且在纬度上关于地磁赤道对称。最后在上述异常的基础上,对基于岩石圈-大气层-电离层耦合的地震电离层异常机理开展了初步讨论。

专题综述

断层脆塑性转化带的强度与变形机制及其流体和应变速率的影响

张媛媛, 周永胜

2012, 34(1):  172-194.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2012.01.016

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野外、实验和地震数据表明:浅部地壳的变形以脆性破裂为主,深部地壳的变形以晶体塑性流动为主。在这种认识的基础上,提出了地壳变形的2种机制模型,即发生脆性变形的上部地壳强度基于Byerlee摩擦定律以及发生塑性变形的下部地壳强度基于幂次蠕变定律。而位于其间的脆塑性转化带的深度与浅源地震深度的下限具有很好的一致性。然而,二元结构的流变模型局限性在于其力学模型过于简单,往往过高估计了脆塑性转化带的强度。问题的根源在于对脆塑性转化带的变形机制的研究已有很多,但没有定量的力学方程来描述脆塑性转化带强度;而且以往对断层脆塑性转化带的研究主要集中在温度引起的脆塑性转化方面,对因应变速率和流体对脆塑性转化的影响方面的研究也比较薄弱。对断层带内矿物变形机制研究表明,某些断层带脆塑性转化发生在相同深度(温度和压力)内,发生脆塑性转化的原因是应变速率的变化,而这种变化被认为与地震周期的同震、震后-间震期蠕变有关,这种变化得到了主震-余震深度分布变化的证实。对断层流体特征分析表明,断层带内可能存在高压流体,这种高压流体会随断裂带的破裂及愈合而周期性变化,在地震孕育及循环中起着关键性作用。高压流体的形成(裂隙愈合)有多种机理,其中,压溶是断层带裂隙愈合的主导机制之一。研究在水作用下的压溶,可以对传统的摩擦-流变二元地壳强度结构及其断层强度进行补充与修正。通过以上分析,认为有必要通过野外变形样品和高温高压实验,深入研究应变速率及流体压力对断层脆塑性转化的影响,同时,通过实验建立压溶蠕变的方程,近似地估计脆塑性转化带的强度。