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2012年 第34卷 第3期    刊出日期：2012-09-30

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专家论坛

中国大陆古地震研究的关键技术与案例解析(2)——汶川地震地表变形特征与褶皱逆断层古地震识别

冉勇康, 陈立春, 陈文山, 王虎, 李安

2012, (3):  385-400. 

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汶川M_S8.0地震是近代少有的大陆褶皱逆断层型巨大地震,其地表破裂带是研究和解剖褶皱逆断层地表同震变形样式,并以此探讨古地震遗迹的不可多得的现实案例。在整理和分析汶川地震地表破裂带地质地貌调查资料的基础上,选择可能仅记录1次事件的平通、邓家(北川-映秀断裂)和九龙(江油-灌县断裂)等地为例,分析同震变形的特点和类型,并结合映秀、桂溪等地的古地震研究成果,讨论褶皱逆断层型古地震识别的技术要点。结果显示: 地表变形主要包括逆断层直接位错、折曲位错变形和弯曲褶皱变形等类型; 崩积楔、断层与地层切盖关系是分析断错地表型古地震事件的可行依据,而折曲位错变形型和弯曲褶皱变形型古地震识别则强调在上盘是否存在侵蚀不整合面,下盘是否存在生长地层,以及标志地层在断层两盘位差的突然增减; 断层陡坎高度的倍数关系在一定程度上与古地震次数相关,但不能简单地用同震位移量除以陡坎高度的方法确定古地震期次; 对于低角度逆断层的古地震识别,薄长状崩积楔、断层与堆积地层的切错关系和不同标志地层在断层两侧的累积位差的突变是重要的标志。识别古地震应因地制宜、思考多种因素的影响、用多种证据相互印证。

研究论文

塔尔湾断裂活动时代厘定及地貌陡坎成因分析

陈涛, 刘玉刚, 闵伟, 周本刚

2012, (3):  401-414. 

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阿尔金断裂东段北侧发育了多条NW向断裂,塔尔湾断裂是其中规模最大的塔尔湾-登登山-池家刺窝断裂的西段。该断裂总体走向NW,长约10km,在卫星影像上为一笔直的线性陡坎,地貌上为高几十cm至5m的地形陡坎。陡坎倾向NE,组成陡坎的地层主要有早更新世砾岩和全新世风积砂土等。通过地形剖面测量得到,由全新世风积砂组成的地貌陡坎高5m左右,由早更新世砾岩组成的地貌陡坎高1m左右。垂直地貌陡坎开挖的探槽揭示出,塔尔湾断裂为SW倾的逆断层,表现为新近纪泥岩逆冲于早更新世砾岩之上,断距为0.5m左右。全新世风积砂及晚更新世戈壁砾石层覆盖于断层之上,没有被错断。断裂上盘为新近纪泥岩,富含地下水,因此植被较发育; 由于植被的保护及固砂作用,风积砂不断堆积并保存下来,风积沙层逐渐增高。下盘除地表有几十cm厚的戈壁砾石层外,下部均为胶结坚硬的早更新世砾岩,不含地下水,植被不发育。全新世风积砂土只发育在塔尔湾断裂上盘,下盘没有全新世地层发育; 早更新世砾岩上的地貌陡坎高度远远小于全新世风积砂土上地貌陡坎的高度。这些都表明由全新世风积砂组成的地貌陡坎不是断裂活动形成的,而是外动力作用造成的。因此,塔尔湾断裂是一条早中更新世逆断裂。

1879年武都南8级大地震断层面参数和滑动性质的厘定

刘白云, 袁道阳, 张波, 陈文凯, 牛延平

2012, (3):  415-424. 

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1879年武都南8级大震发生在高山峻岭之间,由于受自然环境和交通条件所限,一直难以进行详细的实地考察。到目前为止,关于此次地震的发震构造的研究较少且观点不一。依据成丛小震发生在大震断层面附近的原则以及参考前人给出的极震区长轴形态,我们采用1985-2009年发生在该地震破裂区的精定位地震目录,选定了一个长条状研究区域,将模拟退火算法和高斯-牛顿算法结合,给出了1879年武都南8.0级地震震源断层是一条长约30km、埋深2～23km的NNE走向、高倾角并在NNW-SSE向压应力作用下发生右旋走向滑动的断层。该区域地壳深部(H>24km)至今没有地震发生,推测震源断层没有扩展到地壳深部。震源断层位置在文县高楼山(33.01°N,104.74°E)和梨坪(33.22°N,104.90°E)之间。另外,我们发现在极震区以西的雄黄山地区小震成丛发生,但野外调查并未发现明显的断面,这些小震应该与1879年武都南8级地震没有关系。

3·11日本大地震对中国东北部地区地壳形变态势的影响

陈为涛, 甘卫军, 肖根如, 梁诗明, 盛传贞

2012, (3):  425-439. 

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以中国东北部地区的GPS观测资料为基础,研究了2011年3月11日日本东部M_W9.0大地震对中国东北部地区的地壳形变场状态、活动构造的运动方式及地震危险性态势的影响。结果表明,该地震所引起的同震地壳应变场与研究区域长期地壳应变率场相对比,两者在主应变方向和大小等方面,整体上并无明显的一致性。该地震主要影响了中国东北区域应变积累水平,同震位移在瞬间所产生的应变,相当于该区域约12.7a的长期积累。而在东北以外的其他区域,同震应变对背景应变场的影响并不明显。基于同震应变以及背景应变场,选取了4个重要的活动断裂区段,利用一系列跨断裂连续GPS基线端点相对位置的时间变化序列进行分析,发现该地震使郯庐断裂北段发生了明显的左旋错动和拉张运动,且震后的变化趋势反映着轻微的继续左旋和拉张; 而对于郯庐断裂的中段,该地震并没有产生明显的错动和拉张,仅使其震后的右旋运动速率有轻微的加快; 对于华北地区的张家口-蓬莱断裂带,虽然在地震后约1a时期内表现为右旋挤压运动,但随后则快速回归到原有的左旋拉张运动,反映出这次地震的发生使该断裂的应力积累首先得到短暂的释放,随后区域应力又回归到原有水平; 太行山山前断裂带的运动态势未受这次地震的显著影响,因而推断出此次地震的影响范围并未波及到山西地堑系。总体而言,3 ·11日本大地震的发生,使中国东北部区域的地壳应变积累和应力水平有所缓解,因此,在某种程度上缓解了区域的地震危险性。

锡林浩特-阿巴嘎火山群内的玛珥式火山

王锡娇, 白志达, 谭琳, 吴之理, 王妍

2012, (3):  440-448. 

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锡林浩特-阿巴嘎火山群位于内蒙古自治区锡林郭勒盟,处于大兴安岭-大同新生代火山喷发带中段。火山群内发育300余座不同类型的第四纪玄武质火山,其中玛珥式火山属首次发现,以阿巴嘎旗东南部的浩特乌拉、西北部的车勒乌拉和额斯格乌拉玛珥式火山最具代表性,其火山规模较大,锥体直径一般为3～4km,大者约6.5km。火山结构较完整,具有相似的双轮山地貌景观和明显的阶段性喷发过程,喷发阶段早期为强烈的射汽-岩浆爆发,晚期均转变为弱岩浆爆发,最后为玄武质熔岩流的溢出。这种喷发序列反映了岩浆与水相互作用以及岩浆上升速度和溢出率变化的过程。火山喷发形成的基浪堆积物覆盖在中更新统河谷砂砾石之上,其中近火口溅落堆积物中上新世砂泥岩 "包体"的热释光年龄为(0.112±0.009 6)Ma,表明玛珥式火山喷发时代属晚更新世早期。

紫坪铺水库地震台网地震记录仪记录汶川M_S8.0地震震相到时准确性验证

韩进, 谢蓉华

2012, (3):  449-455. 

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紫坪铺水库地震台网是离汶川M_S8.0地震震中最近的地震台网,记录了不可多得的地震事件资料。为讨论这些资料的精确度,将台网使用的地震记录仪的型号、硬件组成和性能指标与美国的RefTek地震记录仪进行了比较,并从地震记录数据处理结果方面进行了分析验证。结果表明,台网记录仪自身硬件带来的最大误差<1.8ms; 该台网记录的汶川M_S8.0地震震相拾取结果与美国的RefTek地震记录仪记录的结果相差0.02s。与综合四川台网得到的发震时刻比较,最大相差0.48s,最小相差-0.03s; 由包括该台网在内的21个台的P波到时和震中距绘制的时程图线性度较好。这说明,紫坪铺台网所用的地震记录仪所产生的误差,远比震相读取产生的误差小,亦比地震波传播过程中介质不均匀性造成的影响要小。该台网所用地震记录仪的时间精度完全能够满足现代地震分析需要。

地球曲率对长周期大地电磁测深法的影响

覃庆炎, 罗威, 张伟

2012, (3):  456-466. 

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基于电磁理论,导出了层状球体大地条件下长周期大地电磁响应的计算公式,编制了计算机程序,并对相应理论模型进行正演计算。根据计算结果,分析了地球曲率对长周期大地电磁测深法视电阻率和阻抗相位的影响。理论模型的计算结果显示,随着探测周期的增大,地球曲率对长周期大地电磁响应的影响逐渐增大,视电阻率曲线会明显下降,阻抗相位曲线逐渐趋于90°; 在一维情况下,对于目前的仪器测量范围可以忽略地球曲率带来的影响,但随着仪器技术的进一步发展,地球曲率对长周期大地电磁测深法的影响不可忽视。

玉溪盆地内普渡河断裂的电阻率层析成像探测

朱涛, 周建国, 沈坤, 金志林

2012, (3):  467-476. 

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玉溪盆地是云南地区地震活动频度高、强度大的高潜在危险区之一。为了建立直接服务于该区域防震减灾的 "标准"结构模型,利用电阻率层析成像技术探测了玉溪盆地盆山过渡带的电性结构以及隐伏并穿过玉溪盆地西缘的普渡河断裂。在数据采集中,作为地震浅层反射勘探的重要补充,共布设了6条电阻率层析成像测线来控制该断裂。使用的观测装置为Wenner α,电极间距为6m,最大隔离系数为30～75,每个排列的电极数目为112～288个。探测结果表明,玉溪盆地内的普渡河断裂分为NNE走向的东西两支; 断裂带的宽度由南向北先从温泉镇到黑村附近逐渐变宽,经莲池小学、梅园村到玉昆钢厂附近后逐渐变窄; 断裂的上盘为低阻破碎带,下盘为较均匀的高阻结构。东支(F_1-2)的视倾向在梅园村及以北为SE/S,在莲池小学及以南为NW,视倾角为56°～73°;西支(F_1-1)的视倾向为SE/E/S,视倾角为38°～66°。地震勘探结果认为普渡河断裂的东西两支的倾向在整个玉溪盆地内均为SE/E,视倾角为75°～80°,这与我们的结果略有差异。

三维弯曲界面炮集P波反射时距特征分析

宋利虎, 郝重涛, 姚陈, 蔡明刚

2012, (3):  477-487. 

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对于三维反射地震,文中将三维弯曲界面视为倾向和倾角变化的三维倾斜界面的包络,并依据三维倾斜界面反射提出计算三维弯曲界面P波反射时距的一种新方法。该方法基于倾角CDP理论,从界面反射点出发,给出地表CDP网格点,由检波点位置计算炮点位置,得到三维地震的炮点网格和检波点网格的分布关系,最终计算P波的三维反射时距。炮集数值模拟的结果表明,该方法有较高的计算效率,便于分析反射时距随炮点位置的变化,特别能揭示界面反射点位置和时距的关系。三维弯曲界面和三维倾斜界面的反射时距特征对比表明,仅从同一测线方位的时距难以将这两种类型的界面反射区分开来,但比较不同方位的时距差异可以解决这一问题。

云南ELF电磁观测资料的异常特征分析

孙维怀, 汤吉, 张平, 杨学慧

2012, (3):  488-499. 

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通过对云南省通海地震台2009年1月至2010年12月ELF电磁观测数据的处理分析,研究云南省及邻区中强地震前后,电磁场强度、视电阻率的变化特征。结果表明,1Hz、39Hz的电磁场功率谱在多次地震临震前分别比正常月份约大0.2～1.4个数量级。表现为在地震及余震序列中,电、磁场功率谱有明显的突跳,变化幅度与震级大小、震中距等有关; 同时视电阻率的异常变化也比较明显。

孕震构造势位(LDLEPS)及其相关的地震地质信息分析

黄秀铭

2012, (3):  500-515. 

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在全变率(NDR)指标的基础上,结合GIS技术进一步开发了孕震构造势位(LDLEPS)分析法,以便定量评估地震危险性。在充分利用已有资料基础上绘制了华北地区LDLEPS图和地震分布图,从图中发现,孕震构造势位与地震空间分布的轮廓、位置、震级大小等是完全匹配的,即LDLEPS图可以用来预测未来震情。为此,在2006年绘制了四川、青海等地LDLEPS图,并据图对该地未来震情进行了试验性预测,后来的结果表明预测基本上是正确的。文中进一步讨论了孕震构造的形成机制: 华北幔柱亚热柱活动后期对地壳的热作用与构造再造作用而衍生出孕震的二元结构模型,即下层半塑性流变层与上层脆性层,下层动力因素控制上层孕震构造的形成与发展。根据LDLEPS图把华北地区划分出甲～己6个孕震构造异常区,其中乙异常区(京西北)地热资源丰富,是深部热物质溢出地表的表现。其地震成因是: 下层流变层的流体沿断层面涌入上层,断层复活致震,这是下层动力因素对上层间接作用的结果,其发震机制类似于水库诱发地震。乙异常区仅产生中等震级以下的地震。甲孕震构造异常区(渤海及其边缘带)是下层流变层强劲动力因素直接控制上层孕震构造的形成与发展,从而产生中频强震以下的地震。另外对探槽剖面及海相沉积物震积岩的古地震遗迹研究发现,甲区史前曾发生大量古地震事件与古海啸事件。现今该区高势位孕震构造和强震事件是过去事件的延续和重复。同时指出,华北南缘之SN地块在构造地形与震情上存在明显差异。

问题讨论

东北龙岗火山区孤山屯泥炭中显微火山灰的发现及其意义

赵宏丽, 刘嘉麒

2012, (3):  516-530. 

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孤山屯位于东北龙岗火山区,距离长白山天池火山200km,在沉积物深度40～43cm处发现少量火山灰颗粒,其形态不规则,呈多气泡状、薄板状、尖角状结构,属原生火山灰。电子探针分析结果显示其属于碱流质火山喷发,而不同于龙岗地区第四纪火山活动的特征。通过AMS ¹⁴C年龄所建立的年龄模式推断孤山屯沉积物深度40～43cm(即发现火山灰的层位)处的年龄应为260～420cal a BP, 这与史料记载的天池火山公元1702年、1668年和1597年的喷发年龄较接近,而且公元1702年、1668年和1597年主要为碱流质岩浆喷发,与孤山屯沉积物中发现的火山灰的地球化学特征也相吻合,进一步证明孤山屯沉积物深度40～43cm处的少量火山灰应来源于天池火山千年大喷发后的公元1702年、1668年和1597年喷发。关于天池火山公元1702年、1668年和1597年喷发的记录比较少,这3次小规模的喷发发生于天池火山千年大喷发之后,且其喷发物的特征与天池火山千年大喷发的特征比较接近,却亦有不同之处。因此,在对沉积物中火山灰的探寻研究工作中,若发现了来自公元1702年、1668年或1597年的火山灰颗粒,可对其下部地层做更为细致的分样以及火山灰提取工作,这对未来在研究区域寻找长白山天池火山千年大喷发的记录有很大的帮助。如果天池火山大喷发的喷发物在龙岗火山区更多的沉积物中发现,便可在该地区建立非常稳固的火山灰年代地层学框架,为地层对比和追踪火山演化历史提供时间依据,最重要的是多种测年方法的应用可为记录气候环境提供准确的高分辨率时间标尺,而这对于过去全球变化研究亦非常重要。

川滇地区强震活动前b值的时空分布特征

王辉, 曹建玲, 荆燕, 李振

2012, (3):  531-543. 

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由于地震活动性参数b值能够反映地壳环境应力的大小,因此基于b值的地震活动性图像研究成为地震预测研究和实践最直观明了的方法之一。川滇地区地震活动频繁,是检验各种地震预测方法的理想实验场。为了研究川滇地区b值分布与强震活动的关系,利用过去40多年的小震资料分析了该区域1981年以来19次M6.5地震与b值的时空分布关系。结果表明: 虽然川滇地区b值空间分布特征与强震活动之间关系并不显著,不到50%的强震发生在b值小于区域平均值的地区, 但是震前b值的时间分布呈现系统地下降,58%的震源区的b值在强震前出现显著下降趋势。结合其他的地震、地质资料,较短时间内的地震活动性资料可以为特定地区的地震潜在危险性的判定提供一定的启示。