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2014年 第36卷 第3期    刊出日期：2014-09-30

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地震地质2012年第34卷第3期目录

2014, 36(3):  0-0. 

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地震构造与地震活动

失稳前断层加速协同化的实验室证据和地震实例

马瑾, 郭彦双

2014, 36(3):  547-561.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.001

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地震是断层的快速错动，它有2个主要条件：一是断层协同化程度较高，一旦应力条件达到，能够迅速连接造成较长断层段的快速错动；二是断层上一些部位积累了足够高的应变，能够克服局部高强部位的错动阻力。地震短临前兆和必震信息识别是地震预报研究的焦点问题之一，为此开展了实验室平直断层失稳模拟研究。从应力变化曲线上可以判定标本所处的应力状态和识别亚失稳应力阶段。利用在实验室便于对压机信息和场上物理量的观测信息进行对比的优势，捕捉和比较应力偏离线性阶段和亚失稳阶段平行断层应变的时空演化过程中的差别。研究表明，由于断层上不同部位相互作用，断层各部位由独立活动逐渐转变为协同化活动，而断层活动协同化程度是判定断层所处应力状态的一个标志。断层活动协同化过程一般包括应变释放点产生、释放点的扩展和增多以及释放段之间相互连接3个阶段：第1阶段发生在偏离线性阶段，断层上不同部位的应变变化开始分化，出现孤立的应变释放区和积累区；第2阶段应变释放区的平稳扩展与亚失稳前期准静态失稳有关，断层上孤立应变释放区增多，并出现稳态扩展；第3阶段相当于亚失稳的后期，即准动态失稳阶段，断层上的应变释放区加速扩展，积累区应变水平加速提高。加速协同化开始于由准静态扩展向准动态扩展的转化，加速的机制是断层段间出现强相互作用。转化的本质在于扩展机制发生了变化，即由孤立断层段的扩展转变为断层段间在相互作用下的连接，这时断层进入发生地震的临界状态。根据实验结果，结合海原断裂带西侧的老虎山-毛毛山断裂地震活动的时空演化，分析了2000年6月6日M_L6.2地震前该断层的协同化过程。

再议走滑断裂与地震孕育和发生条件

邓起东, 朱艾斓, 高翔

2014, 36(3):  562-573.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.002

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走滑断裂是与大地震关系最紧密的活动断裂带。研究走滑断裂带上大地震是如何孕育和发生的是地震学家们极为关心的问题。构造地质学研究表明，走滑断裂是一个复杂的构造系统，反映了在剪切作用下产生的各类变形组合。文中立足于国内外不同走滑断裂带实例，对连续或不连续走滑断裂的几何学、运动学和演化过程进行了研究和总结；分析了走滑断裂的枢纽作用，发现枢纽轴部强烈挤压，形成闭锁，应力在此集中，应变在此局部化，地震在此成核和孕育。当闭锁的枢纽轴被突破时，沿走滑断裂发生失稳错动，产生突发性大位移，伴随大地震发生。而在不连续走滑断裂不同性质的阶区，则遵循其相应的应力场和破裂机制孕育和发生相应规模和类型的地震。

东亚大陆新生代构造演化

张培震, 张会平, 郑文俊, 郑德文, 王伟涛, 张竹琪

2014, 36(3):  574-585.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.003

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东亚大陆的新生代构造演化受两大地球动力系统所控制：印度-欧亚板块的碰撞及陆内汇聚体系、西太平洋-印度尼西亚板块俯冲消减体系。从晚白垩纪到古新世期间，温暖宽阔的新特提斯洋分割着欧亚大陆和印度次大陆，并且向北俯冲消减于欧亚板块之下。与此同时，太平洋板块继续向西俯冲消减于欧亚板块之下，随着俯冲速率的大幅度降低，俯冲边界发生海沟后撤（trench rollback），使得欧亚大陆东边界开始形成一系列NNE走向的弧后拉张盆地。尽管印度与欧亚大陆碰撞的起始时间仍有争议，但至少强烈碰撞发生在距今45～55Ma期间。陆-陆碰撞及印度板块持续的楔入作用导致了新特提斯海的退出，青藏高原南部和中部的地壳增厚，并隆起形成 “原青藏高原”。碰撞及其强烈的楔入作用还导致了青藏高原南部岩石圈块体向SE方向的大规模挤出。青藏高原南部块体的挤出时间与西太平洋-印度尼西亚海洋俯冲消减带的加速后撤是一致的，表现为沿消减带上盘弧后盆地的快速拉张和裂陷，构成具有成因联系的 “源-汇关系”。距今20～30Ma期间，随着青藏高原大规模南东挤出的减弱，碰撞和楔入引起了向NE方向挤压的增强，导致了青藏高原本身向S和向NE方向的扩展。构造变形向南迁移到主边界逆冲推覆带，向北扩展到昆仑山断裂，造成柴达木盆地、河西走廊、陇西盆地开始接受最初的新生代沉积，形成青藏高原东北缘的大规模晚新生代沉积盆地群。西太平洋-印度尼西亚板块的海沟后撤大幅度减速或停止，直接导致了日本海扩张的停止，华北盆地裂陷期终止，进入整体热下沉阶段。大约距今10Ma以来，青藏高原内部的高海拔地区晚中新世以来开始出现近SN向的拉张，形成一系列SN向裂谷以及NW向右旋和NE向左旋的共轭走滑断裂系。与此同时，青藏高原向周边生长扩展，祁连山快速隆起形成高原北边界，龙门山也第2次加速隆升，与四川盆地形成近4 000m的地貌高差。在东部，沿西太平洋-印度尼西亚板块俯冲消减带的运动开始加速，不仅弧后拉张作用停止，一些早新生代的拉张盆地还发生反转而遭受到挤压缩短作用。

内蒙古1979年五原6.0级和1996年包头6.4级地震的震源区构造

闻学泽

2014, 36(3):  586-597.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.004

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在内蒙古河套断陷带中—西段，1979年8月和1996年5月分别发生了五原6.0级地震和包头6.4级地震。针对这2次地震的发震构造，在前人研究工作的基础上，进一步集成活动构造、石油物探、重新定位的地震分布、烈度分布以及震源机制解等信息进行分析，构建通过这2次地震震源区的地震构造剖面，并重新确定了相应的发震断层。结果表明：1979年五原6.0级地震更可能是走向近EW、倾向S的色尔腾山山前主断层发生正断层作用的结果；而1996年包头6.4级地震更可能是乌拉山凸起之下的一条走向NWW、倾向SSW的无名隐伏断层发生斜滑正断层作用的结果。对这2次地震发震构造的新认识，能够最大程度符合并解释各自震源区的地表活动构造、余震分布、主震的烈度分布与震源机制解以及主震时的地面宏观破坏等现象。惟一不能完全解释的是包头地震的极震区（Ⅷ度区）面积约有 2/5 位于所判定的发震断层北侧（下盘）。另外，包头地震发震构造的例子显示出在大型活动断陷带内部的相对凸起区之下，也可能存在具有发生强震能力的活动性正断层或斜滑正断层。

缅甸孟帕亚7.2级地震及其对云南强震活动趋势的意义

皇甫岗, 苏有锦, 张建国

2014, 36(3):  598-608.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.005

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20世纪云南地区6.7级以上地震具有时空丛集分布特点。在1996年丽江7.0级地震结束云南地区20世纪第Ⅳ强震活跃期后，21世纪强震活跃期首发大震研究成为地震形势跟踪的重点。2011年3月24日，滇、缅交界缅甸境内发生孟帕亚7.2级地震，震中距中缅边界仅80km。该地震的动力及地震带、区归属对云南地区6.7级以上地震活动统计特征及其大震形势研判有重要影响。根据地表破裂及余震的空间展布等证据判断，发震断裂为穿越中缅两国的NE向孟帕亚-勐腊断裂（国外称之为Nam Ma断裂）。事实上，北起云南腾冲、龙陵一带，南至泰、缅、老交界地区，近等间距平行展布一系列包括孟帕亚-勐腊断裂在内的NE向断裂，其中绝大多数在历史上都发生过7级地震，而这些7级地震在空间上又构成了一条非常清晰的NNW向地震密集条带，它同样穿越了滇、缅、泰、老多地。区域大地构造演化、现今地壳运动状态及地震活动特征的综合分析表明，孟帕亚7.2级地震与传统划定的云南地区西南部的地震活动动力同源，构造相连，应归属滇西南地震带上的地震；进而应纳入云南地区6.7级以上地震活动特征的统计研究中。由此认为，缅甸孟帕亚7.2级地震拉开了云南地区21世纪首轮强震活跃期的序幕。

公元842年甘肃碌曲地震考证与发震构造分析

袁道阳, 雷中生, 刘兴旺, 谢虹, 苏琦

2014, 36(3):  609-624.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.006

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唐会昌二年（公元842年），在中国西北的汉藏交界地区（现甘肃省东南部地区）发生了一次大地震，造成 “地震裂，水泉涌，岷山崩，洮水逆流三日”的严重震害。经过对这次地震史料的系统梳理、考证和综合分析，认为其极震区大致位于今甘肃省甘南藏族自治州碌曲、卓尼和迭部三县交界的光盖山—迭山山区，发震时间很可能为唐会昌二年十二月二十四日（公元843年1月31日或27日），震级可达7～7 1/2 级，震中烈度达Ⅸ～Ⅹ度。在这次地震破坏区附近发育了临潭-宕昌断裂、光盖山-迭山断裂和迭部-白龙江断裂等3条以挤压逆冲为主兼具左旋走滑特征的晚第四纪活动断裂带。根据近年来对上述断裂的最新考察结果和对该区现今小震活动的对比分析，认为这次地震应与其中的光盖山-迭山断裂西段的最新构造活动有关，为这次地震的发震断裂。光盖山-迭山断裂为中国大陆近10多年来7级以上大震主体活动区——巴颜喀拉块体北部边界断裂（东昆仑断裂）东段的重要分支断裂，具备发生7级以上大震的构造条件。

沉积岩储藏系统小断层在油气田注水诱发地震中的作用——以四川盆地为例

雷兴林, 李霞颖, 李琦, 马胜利, 付碧宏, 崔银祥

2014, 36(3):  625-643.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.007

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以四川盆地为例，通过分析沉积岩储藏系统中断层的发育特征和典型沉积岩断层形成前后岩石变形破坏过程的实验研究，探讨沉积岩层中小断层在油气田注水诱发地震中的作用及较大地震发生条件。首先，通过分析已有的有关四川盆地深部注水诱发地震活动情况的资料得到具有一定普遍性的认识：诱发地震的空间分布明显受已有断层或破裂的控制，有感地震尤其是可导致一定灾害的中强地震往往都是已有断层的重新活动所致。其次，结合石油地质资料及盆地边缘地区出露的一些未成熟小型断层的地质与构造特征观察分析，发现这些断层的存在具有普遍性而且是地下油气纵向运移的主要通道。进而，在实验室条件下对四川盆地几个典型沉积岩样本进行了三轴压缩破坏实验。采用多通道宽动态高速声发射观测技术与三维X射线CT成像技术分析断层形成过程及形成后的几何特征和摩擦系数的变化。最后，通过融合各方面研究结果分析注水诱发地震的发生机制和模型，探讨了较大地震发生条件，为提升注水诱发地震评估能力和建立安全注水操作管理指南提供理论基础。该结果有助于理解为何四川盆地油气田注水诱发地震活动如此剧烈。主要的前三叠系沉积岩（包括白云岩、页岩及白云质灰岩）均具有较高的破坏强度和脆性变形破坏特征，使四川盆地油气储藏系统有条件保持较高的应力水平和在一定条件下导致地震性断层破坏。一般，一条尺度达到几km的断层便足以产生M5级别的中强地震。这些条件使得该区具有发生破坏性注水诱发地震的可能。有必要在对注水孔周围的破裂及断层构造的空间分布、尺度大小及力学性质特征有基本了解的条件下，通过注水数值模拟和监测注水诱发地震的时空演化，建立适当的统计模型实现诱发地震的统计评估和预测，指导注水操作而达到减少灾害性地震发生的风险。

溪洛渡库首区蓄水后震源机制分析

刁桂苓, 王曰风, 冯向东, 王晓山, 冯志仁, 张洪智, 程万正, 李悦, 王利兵

2014, 36(3):  644-657.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.008

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目前世界第三大水库溪洛渡的库首区遍布碳酸盐岩、灰岩，存在溶洞，蓄水后水位升高140m左右，随之发生6 000多次地震，但绝大多数是1级以下微震，最大震级仅仅M_L3；集中在库岸两侧10km、深度5km、从大坝向上游沿库盆40km长度的范围内。微小地震对于水库、大坝的安全没有产生影响。使用较为密集的水库数字地震台网资料反演得到蓄水前后700多次地震的震源机制，并进一步反演了全区和分区的应力场，发现：震源机制空间取向复杂、破裂类型多样，应力状态不均匀、不稳定。与他人使用大量天然地震资料反演的区域应力场不一致，表明水库诱发地震没有受到区域应力场的严格控制。分析认为库水涌入溶洞、渗透到裂隙、节理，原来存在的小断层面或者间断面的孔隙压力增加，摩擦强度、岩石破裂强度降低以及库水载荷加大造成弹性变形等共同作用是地震的成因。并且首先主要释放的是已经积累的区域应力、局部应力，然后才表现出以库水载荷产生的附加应力为主。库首区没有较大的活动断层，2014年库水位将再度升高数十m，伴随裂隙的贯通，应力场的调整，回流的库水淹没库盆上游，还会发生中小地震乃至中等强度地震。溪洛渡水库大坝抗震设防水准较高，不会造成安全问题。建议在诱发地震继续活动期间，尽早实施详细的水文地质、地球物理探测，提供精细的科学资料，为确定诱发地震的成因、寻找控制诱发地震的技术条件，以减轻突发事件的影响，为其他类似水库发挥示范作用。

芦山地震、汶川地震与龙门山地区水汽异常

邓志辉, 陈梅花, 杨竹转, 严兴, 邓远立

2014, 36(3):  658-666.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.009

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对龙门山地区水汽动态的分析研究表明，在2013年芦山M_S 7.0地震和2008年汶川M_S 8.0地震前，龙门山地区大气相对湿度异常频次都出现了先逐年下降，然后快速回升的过程；下降时间较长，10a以上，上升时间较短，1～2a；震中位于异常频次相对下降和上升幅度都是最大的中心或邻近区域。在地震孕育中期阶段发生水汽异常趋势变化的原因可能是由于岩层裂隙的张合、地下流体的运动和地热能的变化，影响地面温度和潜热交换的速度所致。在地震孕育的中长期阶段（10a～几a），地壳岩石受压缩变形，孔隙、裂隙不断闭合或减少，由地下释放的热水、热汽减少，潜热交换速度也随之降低，相对湿度异常频次表现为逐年下降的趋势。在地震孕育的中短期阶段，地壳岩石变形进一步加大，可能导致微破裂不断扩展，由地下释放的热水、热汽由减少转为增加，潜热交换速度由降低转为迅速增加，相对湿度异常频度也表现出由逐年下降转为突发的快速上升。

2013年甘肃岷县漳县6.6级地震前后重力场动态变化

祝意青, 赵云峰, 李铁明, 梁伟锋, 徐云马, 郭树松

2014, 36(3):  667-676.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.010

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利用青藏高原东北缘2011—2013年期间的流动重力观测资料，系统分析了区域重力场动态变化及其与2013年7月22日岷县漳县6.6级地震发生的关系。结果表明：1）测区内重力场异常变化与主要断裂带在空间上关系密切，反映沿主要断裂带（段）在2011—2013年期间发生了引起地表重力变化效应的构造活动或变形。2）岷县漳县6.6级地震前，测区内先出现了较大空间范围的区域性重力异常，后在震源区附近产生了局部重力异常及重力变化高梯度带，其中，甘肃临夏与岷县一带重力差异变化达150×10^-8ms^-2 以上；这些可能反映岷县漳县地震前，区域及震源区附近均产生与该地震孕育、发生有关的构造运动或应力增强作用。3）重力场1a尺度动态变化图像和差分动态演化图像均反映岷县漳县6.6级地震孕育过程的最后2a出现较显著的流动重力异常变化，地震发生在NE向重力变化高梯度带上、重力变化零值线附近和等值线的拐弯部位。4）基于流动重力异常变化在岷县漳县6.6级地震前做过一定程度的中期预测，尤其是地点判定。

滑脱褶皱陡坎的变形特征和运动学模型：以帕米尔-南天山前陆地区明尧勒背斜为例

李涛, 陈杰, 肖伟鹏

2014, 36(3):  677-691.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.011

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褶皱陡坎是褶皱变形过程中形成的地貌陡坎，是近期发现的一种不同于断层陡坎的构造作用形成的陡坎状地貌。在缺少地震反射剖面等深部资料时，利用褶皱陡坎可对活动褶皱的变形特征和生长演化历史进行限定，但迄今为止有关研究较少。位于帕米尔-南天山前陆地区的明尧勒背斜为第四纪活动的滑脱褶皱。在背斜南翼的河流阶地上发育了一系列褶皱陡坎：在T₂和T₃b阶地上，褶皱陡坎的高度/宽度/坡度分别为16m/40m/25°和20m/50m/26°，陡坎位置与下伏基岩中向斜枢纽位置对应。通过对这些褶皱陡坎的分析，得出：1）这些褶皱陡坎是滑脱褶皱通过膝折带迁移机制形成的。2）褶皱陡坎形成初期，陡坎高度、宽度和坡度逐渐增大；当陡坎宽度达到枢纽带宽度2倍时，陡坎坡度将达到最大值；之后尽管陡坎高度和宽度逐渐增大，其坡度将保持恒定。3）褶皱陡坎吸收的缩短增量与陡坎高度和下伏地层倾角间存在定量几何关系。根据T₂阶地上褶皱陡坎的高度约16m和暴露年龄约8ka，估算T₂阶地面暴露以来明尧勒背斜南翼的缩短速率为～1.3mm/a。在上述分析基础上，还对比总结了滑脱褶皱陡坎和断弯褶皱陡坎的异同点。

东海地区新构造运动研究

张力方, 徐杰, 彭艳菊, 计凤桔, 吕悦军, 周本刚

2014, 36(3):  692-705.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.012

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文中涉及的东海地区主要包括东海大陆架和冲绳海槽。该区的地质构造基本属于中国东部大陆向海域延伸的部分，新生代发育东海陆架盆地、钓鱼岛隆褶带和冲绳海槽盆地。由于东海位于大陆板块及其与菲律宾海板块接合的地带，中新世中期以来的新构造运动及其产生的地质构造具有独特性和复杂性。在充分解读前人有关资料和研究成果的基础上，从构造地貌、地质构造、岩浆活动和地震活动性等方面，对东海地区新构造运动的特征进行了较为系统而深入的分析研究，并在此基础上探讨了该区新构造运动的动力条件，取得了一些初步认识。东海地区新构造运动开始于中新世中期，构造应力作用由原先左旋剪切拉张转为左旋剪切挤压；区内新构造运动性质具有非一致性，东海陆架盆地表现整体微向SE倾斜下沉活动，冲绳海槽为主动机制的地壳拉张裂陷运动，钓鱼岛褶皱带具侧向挤压拱曲隆升活动；活动断裂以NNE和NE向为主，基本分布在东海陆架盆地以东地区，尤其是冲绳海槽；岩浆作用和地震活动也主要分布在东海陆架盆地东边，特别是冲绳海槽；东海地区的新构造运动，是菲律宾海板块往东海陆架之下俯冲导致弧后地幔隆起，引起冲绳海槽NW-SE向扩张，及与青藏高原东边地块被侧向挤出推动华南地块往东南运动共同作用的结果。

空间对地观测与地壳形变

川西地区安宁河断层古地震行为及其与则木河断层的比较

王虎, 冉勇康, 李彦宝, 陈立春

2014, 36(3):  706-717.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.013

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安宁河断层与则木河断层是青藏高原东南川滇地块东边界断裂带的重要组成部分，晚第四纪以来变形样式主要以左旋走滑运动为主。安宁河断层走向近SN向，以冕宁为界分为南北两段，北段古地震复发周期500～700a，全新世以来左旋平均位移速率约4mm/a。南段的古地震研究程度较低，通过在月华一带开挖探槽及大量¹⁴ C测年限定其大地震平均复发间隔为600～800a。则木河断层北接安宁河断层，全新世以来平均左旋位移速率为2.4～3.6mm/a，大地震复发周期约2 300a。对比安宁河断层与则木河断层的古地震行为，发现安宁河断层大地震复发间隔相对较短，平均左旋位移速率稍大，存在着古地震行为的不协调性。安宁河断层与则木河断层走向不一致、螺髻山的快速隆升以及安宁河断层南侧SN向展布的走滑断层系统等可能是造成安宁河-则木河断层古地震行为差异的原因。

基于InSAR与GPS观测的汶川同震垂直形变场的获取

单新建, 屈春燕, 郭利民, 张国宏, 宋小刚, 张桂芳, 温少妍, 汪池升, 徐小波, 刘云华

2014, 36(3):  718-730.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.014

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发震断层的形变是断层活动的重要参数之一，对认识断层性质、震源机理有重要作用。文中以逆冲性质为主的汶川地震为例，采用符合地表水平形变特征的Biharmonic样条插值对GPS水平形变矢量插值，然后再分解为EW和SN向分量。利用可靠的GPS观测值对InSAR参考点进行校正，统一两者的坐标系。通过对汶川地震视线向形变场剖面与GPS对比分析发现，断层上盘GPS与InSAR观测参考点相差9.93cm，而下盘则为-11.49cm。在此研究基础上，通过GPS水平形变场与InSAR视线向形变场联合解算，获取了汶川地震垂直连续形变场。结果表明，断层两侧垂直形变衰减较快，横跨断裂带形变量>30cm的宽度不超过50km；沿发震断层附近垂直形变高值区分布不均匀，主要集中分布在发震断裂的汶川县城至都江堰段、茶坪—北川—南坝段和青川段。这3段各有特色，南段断层两侧垂直形变极不对称，主要以上盘剧烈抬升为主，最大抬升区域在映秀镇至连山坪一带，抬升量达到5.5m。中段表现为较强的反对称性，断层一侧抬升另一侧沉降。该段上盘最大抬升区域在茶坪东侧，抬升量为255cm，下盘最大沉降量在永庆，沉降量为-215cm。北端垂直形变相对较小，主要分布在青川北侧，呈对称分布，在发震断层最北端，最大抬升量为120cm。

时序InSAR断层活动性观测研究进展及若干问题探讨

屈春燕, 单新建, 张国宏, 徐小波, 宋小刚, 张桂芳, 刘云华

2014, 36(3):  731-748.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.015

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基于大量SAR数据的时序InSAR技术已被广泛应用于断裂带震间长期缓慢地壳形变的观测研究，文中对现有多种时序InSAR方法（如Stacking，PSInSAR，SBAS等）的基本原理和技术特点进行了概括总结。采用PSInSAR技术，利用2003—2010年的17景降轨ENVISAT/ASAR数据，在海原断裂带中段开展了震间地壳形变观测的实验研究，获得了海原断裂中段的跨断层InSAR形变速率场整体图像，显示了约5mm/a的左旋走滑运动速率，与GPS和地质学研究基本一致。在此基础上，对时序InSAR断层活动性观测研究中的若干问题，如LOS形变速率与目标断层走向的关系、LOS 形变速率与跨断层观测宽度的关系、LOS 形变速率与GPS等其他形变速率的关系以及LOS 形变速率场揭示的断层相互作用及断层滑动方式等进行了分析探讨。这些将为进一步推进InSAR构造变形监测研究提供参考。

南水北调总干渠中线工程豫北段基础稳定性的InSAR时序分析

马超, 屈春燕, 孟秀军

2014, 36(3):  749-762.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.016

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南水北调总干渠中线工程豫北段受矿区开采沉陷、区域地质构造活动及城市地下水开采沉降等多种威胁，区域地质结构稳定性较差。为了评估干渠沿线基础稳定性，为引水工程提供安全评价保障，以南水北调中线豫北段为例，利用2009年全年共9期ENVISAT ASAR雷达数据，采用二通加外部DEM的D-InSAR数据处理算法和“相位累积式”干涉测量甄别大气影响，采用 “相邻重访周期式”干涉测量减小时间退相干影响，获得了沿线126km渠段、33个监测点在2009年8个时间段的时序差分形变相位图像；提取了不同时期采矿、地下水开采造成的地面沉降区及沉降幅度信息；评价了区域活动构造及稳定性。研究表明：研究渠段全线有不均匀下沉，350d累积最小下沉量为-33mm，最大下沉量为-73mm。年下沉速率0.34～0.76m/a，年平均下沉速率0.53m/a。监测点下沉总体符合指数分布，平均相关系数R²=0.741 8。根据监测点下沉拟合曲线预测，调水干渠多数段落基础下沉趋稳；南水北调中线工程豫北段受多种因素叠加影响，总体基础稳定性较差，地质构造活动、城市地表沉降为主要影响因素，基础施工为次要影响，矿区开采沉陷对基础失稳未见直接相关性。

GRACE卫星重力场同震变化的经验正交函数分解：以日本M_W9.0地震为例

张克亮, 甘卫军, 周新

2014, 36(3):  763-774.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.017

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2011年3月11日日本东海发生M_W9.0地震，造成日本岛整体东移、下沉并伴随巨大的质量重新分布。对于海底地震的震中区域，空间观测的GRACE卫星重力数据很好地弥补了GPS、InSAR等形变资料的缺失。利用GRACE卫星月重力场数据计算了地面0.5°×0.5°网格点上的重力变化时间序列，采用最小二乘拟合、经验正交函数（EOF）2种方法，提取了同震重力变化，结果显示震中两侧区域的重力变化呈两极分布，其中弧后区域重力下降，最大降幅约6μgal，海沟区域重力增加，最大增幅约3μgal。EOF方法避免了最小二乘拟合方法所需的地震发生时刻等先验信息，但卫星重力信号是由多种地球物理过程引起的重力变化的叠加，EOF结果的可靠性及其反映的真实物理来源往往随着事件的规模、观测时间的长短等而改变。文中第2，3，4主成分主要反映了非构造因素的影响，通过第1主成分空间一致性提取的同震重力变化与位错理论模型计算结果较为接近，因此较真实地反映了地震引起的重力变化特征。

利用卫星遥感热场信息探索现今构造活动：以汶川地震为例

陈顺云, 马瑾, 刘培洵, 刘力强, 扈小燕, 任雅琼

2014, 36(3):  775-793.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.018

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以汶川地震为例，探索卫星遥感获取的地表温度场中可能存在的构造活动信息。主要开展了3方面工作：1）分析了汶川地震前后的热场演化过程。结果表明，通过数据处理，将地表温度中的地形、大气和稳定年周期太阳辐射等非构造因素的影响去除后，获得的原地温度场中，存在丰富的、与构造展布密切相关的热信息。2）结合浅层气温的实际观测资料，初步尝试建立地表温度与地壳应力应变之间的定量关系。结果表明，地壳应力引起的温度变化，可对近地表大气温度产生比较明显的影响。特别是地表温度场中的低温区具有较高的可信度。汶川地震前后，降温区主要沿着大型活动地块的边界展布，反映出这些块体边界之间的相对拉张（或松弛）运动关系。3）以同震变形响应资料为基础，开展了变形与热信息的对比分析。结果表明，温度场获得的结果与同震变形观测结果高度吻合。这说明青藏高原内部地块边界的温度变化，可能正是地震前后青藏高原内部变形调整过程的真实反映。总之，可以通过“热”的方式来获取地壳应力状态的变化信息。

基于LiDAR数据开展活动断层填图的实验研究——以新疆独山子背斜-逆冲断裂带为例

魏占玉, 何宏林, 高伟, 徐锡伟, 甘卫军, 卫蕾华

2014, 36(3):  794-813.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.019

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机载LiDAR技术为描绘活动构造相关构造地貌和最新的地表形变提供更精确的基础数据。如何将LiDAR新技术、新数据应用于活动构造填图和活动断层地震危险性评价等方面，是今后活动构造研究领域的一个重要的发展方向。文中以新疆天山北麓的独山子背斜-逆冲断裂带为试验区，开展了基于LiDAR数据的活动构造填图实验研究。首先，采用机载LiDAR技术进行数据采集，获得点云密度为6.6个/m²、平均点间距为0.39m的LiDAR原始数据；其次，利用试验区内12个测量精度可达mm级的GPS静态测量点评估LiDAR的相对垂直精度为0.12m、均方差值为0.078m；最后，对密度为6.4个/m²的地面点云数据进行DEM最佳分辨率评估，利用反距离权重算法获得0.5m分辨率的数据高程模型（DEM）。该分辨率的DEM数据足以完成独山子背斜-逆冲断裂带的精细构造地貌特征的确定以及高精度的空间解译。文中仅使用DEM可视化工具从不同虚拟的视角、不同色度或其他处理方式来识别微构造地貌、划分地貌面和确定断层位置等，宏观上获得与前人通过航片解译和野外调查一致的断裂分布特征，微观上较前者具有更高的精细程度。此外，数据采集、数据质量检验、数据处理及数据应用等技术和方法适用于其他能够获得LiDAR地形数据的活动断裂研究工作。

构造物理与地震机理

岩石高速摩擦实验的进展

马胜利, 姚路, 嶋本利彦, 東郷徹宏, 侯林锋, 王羽

2014, 36(3):  814-824.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.020

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文中简述了地震动力学国家重点实验室近年来在岩石高速摩擦实验方面的进展。为了深化断层与地震力学研究，实验室建设了一套旋转剪切低速-高速摩擦实验装置，可开展滑动速率介于板块运动速率（cm/a量级）至地震滑动速率（m/s量级）的岩石摩擦实验，其中高速摩擦性能填补了实验室的技术空白。以此为依托，围绕汶川地震断层带力学性质研究，开展了一系列高速摩擦实验。结果表明，龙门山断裂带断层泥的高速摩擦性质具有一致性，其高速滑动下显著的滑动弱化必定在汶川地震中极大地促进了破裂的扩展；断层弱化的主导机制是与摩擦生热相关的过程，包括凹凸体急速加热弱化和热压作用；断层泥在经历高速滑动弱化之后摩擦系数可在5～10s内恢复0.4，断层强度的快速恢复是同震主破裂带余震减少的原因之一。基于对实验装置现状和现有成果的分析，展望了近期实验室岩石高速摩擦的发展方向。

弹性回跳模型：从经典走向未来

刘力强

2014, 36(3):  825-832.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.021

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弹性回跳模型包含3个基本要点：1）地震来自于断层的运动；2）断层运动导致其两侧的岩石发生不均匀的弹性变形，积累巨大的能量，地震中部分弹性能得以释放；3）在断层带的各个点上积累能量的过程是缓慢而不均匀的。Brace（1966）提出弹性回跳的物理机制应当用摩擦滑动过程中出现的不平稳滑动（jerky sliding motion或stick-slip）来解释。Byerlee定律以量化形式表达了地壳摩擦规律，但是没有给出变差的范围。用弹簧滑块模型比拟粘滑，摩擦单元被抽象为刚性滑块，变形被归结于实验加载机的机械框架。后人在此基础上发展了所谓的速度依赖性模型。实验结果表明，速度扰动所带来的摩擦系数变化远远小于材料本身摩擦系数波动，其影响几乎可以忽略不计。而刚性摩擦滑块的假定与实验观测不符，本质上违反了弹性回跳模型所描述的地震现场考察结果。回到经典就是回归对地震现场问题的研究，这是正确的未来之路。

岩体间超低摩擦发生机理的摆型波理论

潘一山, 王凯兴

2014, 36(3):  833-844.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.022

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针对深部冲击地压发生时煤岩体有明显的错动现象，基于块系岩体中的摆型波传播理论，研究摆型波在块系岩体中传播时诱发岩块间的超低摩擦发生机理。通过分析动力作用下岩块间的相对位移最大值，研究块系岩体的超低摩擦发生规律。当岩块间的软弱介质处于拉伸最大值状态时，在侧向扰动作用下岩体极易发生超低摩擦滑动，由此给出了块系岩体的超低摩擦发生判据。最后，通过计算分析了块系岩体自身特性及外界扰动特性对岩块间超低摩擦的影响。基于摆型波理论的超低摩擦发生机理研究，对认识深部岩体错动型冲击地压启动规律具有重要意义。

实验室尺度典型断层系统破坏、前兆及粘滑过程数值模拟

王学滨, 马冰, 吕家庆

2014, 36(3):  845-861.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.023

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尽管实验室尺度典型断层模型的基本物理、力学参数已知，载荷、边界条件明确，但其变形、破坏、前兆及稳定性的综合数值模拟并不容易。实验室尺度模型的数值模拟可为大尺度模型的模拟积累经验，并提供某些必要的技术基础。文中主要从数值模型的角度，评述实验室尺度模型中引入非均质性和粘滑过程模拟的各种方法，着重介绍了2种模型：断层-岩石系统的非均质应变弱化模型和摩擦强化-摩擦弱化模型。在第1种模型中，提出利用事件的频次-能量释放关系的斜率绝对值的不同演变规律评价断层的不同应力状态。在挤压雁列区贯通过程中，剪切应变降对岩石破裂具有更为灵敏的指示作用，可能比声发射更为有效。在第2种模型中，通过控制内摩擦角在粘着和滑动两阶段不同的演变规律实现断层粘滑过程的模拟。尽管在提出的摩擦强化-摩擦弱化模型中未引入速度，但由于对节点的运动方程进行求解，所以节点速度在粘着和滑动两阶段将发生变化。指出以下需要进一步研究的问题：1）亟待发展适于地质体材料变形、破坏及运动整个过程模拟的计算力学模型；2）亟待发展复杂断层系统中断层稳定性的可靠判别方法；3）亟待发展动力学方程的高效求解方法。

地震断层带流体作用的岩石化学-物理响应——来自矿物学、岩石化学、岩石物理学的启示

杨晓松, 陈建业, 段庆宝, 杨彧, 陈进宇

2014, 36(3):  862-881.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.024

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地震断层带是壳内深部流体的通道。流体与地震破裂带内的岩石相互作用导致其具有与地壳完整岩石完全不同的特性，包括其矿物成分、化学成分、粒度分布、孔隙度、渗透性和弹性等方面，这些特征可以视为流体与地震断层带相互作用的响应。深入研究断层岩的岩石化学和岩石物理性质将有助于准确和精细地了解地震断层岩的形成过程，分析地震能量分配，认识物质迁移的方式，解释或约束地震断层带深部探测结果等。文中以汶川地震破裂带内的断层岩为例，研究并总结了地震断层岩的渗透率、孔隙度、纵波速度、粒度分布和矿物组成等特征。结果显示，地震破裂带上的断层岩形成与地震破裂作用有关，但表现出的性质更大程度上烙有间震期流体与断层岩相互作用的印记。汶川地震破裂带上的断层岩本身并不是汶川地震破裂的直接产物，而是多次地震破裂和间震期流体与断层带相互作用的综合结果。此外，还探讨了地震破裂能、地震破裂扩展、围陷波形成及解释的问题。

龙门山断层脆-塑性转化带流变结构与汶川地震孕震机制

周永胜, 韩亮, 靖晨, 何昌荣, 党嘉祥

2014, 36(3):  882-895.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.025

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汶川地震发震断层为高角度逆断层，这种断层滑动和发生强震需要断层深部具备特殊的力学条件。发震断层地区地表出露若干韧性剪切带，其中不同类型石英变形具有不同的变形温度。细粒糜棱岩中的石英表现为高温位错蠕变，变形温度为500～700℃；含残斑初糜棱岩中的石英表现为中温位错蠕变，其变形温度为400～500℃；早期石英脉中的石英表现为低温位错蠕变，变形温度为280～400℃；晚期石英脉以碎裂变形为主，其变形温度为150～250℃。石英的这些变形特征显示出断层带经历了多期脆-塑性转化。根据糜棱岩中的重结晶石英的粒度估计的断层塑性流动应力为15～80MPa。石英和长石内的微量水以晶体缺陷水、颗粒边界水和流体包裹体水的形式存在，水含量随岩石的应变增加而升高，变化范围为0.01～0.15wt%。断层脆-塑性转化带内石英含有大量与裂隙愈合相关的次生流体包裹体，其捕获温度为330～350℃，流体压力为70～405MPa，估计的流体压力系数为0.16～0.9，代表强震发生后，断层带内产生的大量微裂隙逐渐愈合过程中的流体特征。在考虑断层带流体压力和应变速率变化条件下，利用石英流变参数建立了从间震期到地震成核阶段断层脆-塑性转化带流变结构和震后快速蠕滑阶段断层脆-塑性转化带流变结构。结果表明，在间震期、地震成核阶段、震后快速滑动阶段，断层强度和脆-塑性转化深度随应变速率和流体压力变化而变化，且脆-塑性转化特征与石英的变形机制、断层速度弱化和强化转化深度、汶川地震震源深度等吻合，显示映秀-北川断层具备摩擦滑动速度弱化和地震成核的基础，而断层带内存在高压流体可能是触发高角度逆断层滑动和汶川地震发生的主要机制。

龙门山映秀-北川断裂平溪黑色断层泥中有机质成分分析及对断层摩擦滑动性质的影响

张雷, 何昌荣

2014, 36(3):  896-906.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.026

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通过对龙门山映秀-北川断裂平溪黑色断层泥一系列的分析测试，发现黑色断层泥中含有约9wt%的有机质组分，并且属于干酪根类型。通过对有机质的气相色谱质谱分析得到，其中主要的烷烃化合物成分为正构烷烃（C₁₄-C₂₁）、无环异戊二烯烷烃（姥鲛烷和植烷）、甾烷、萜烷和n烷基环已烷（C₁₀-C₂₁）。对有机化合物的初步分析表明，有机质形成于海相或咸水湖泊相的还原环境，并且赋存时间长，有机质成熟度高。通过对比实验发现，黑色断层泥中有机质的出现能够显著地弱化断层的摩擦强度以及提高断层摩擦滑动的稳定性。

黑云斜长片麻岩电导率研究

郭颖星, 王多君, 李丹阳, 陈小斌

2014, 36(3):  907-917.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.027

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在压力为1.0GPa、温度为400～1 073K条件下，用交流阻抗谱法研究了采自山东泰山的黑云斜长片麻岩平行及垂直面理方向的电导率。在实验温度范围内，黑云斜长片麻岩实验样品电导率的对数值为-6.0～0.5S/m，满足Arrhenius方程。电导率在平行面理方向比垂直面理方向高出约1个数量级。平行面理方向样品电导率分别在第3轮升、降温过程中的881～1 040K之间出现1个明显的电导率突变过程，这可能与黑云母的脱水有关。在低温段，垂直及平行面理方向样品的活化焓分别为0.43和0.49eV，在高温段则分别为3.40和 1.53eV。将该实验电导率结果与华东地区大地电磁结果进行对比发现，在中下地壳范围内，该实验结果部分位于大地电磁结果范围内，说明黑云斜长片麻岩可能是组成这一地区中下地壳的候选岩石之一。

先存组构对各向异性岩石流变强度的影响

刘贵, 周永胜, 石耀霖

2014, 36(3):  918-928.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.028

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地壳深部岩石普遍存在变形组构，花岗质岩石中的变形组构不仅影响岩石强度，而且对后期变形具有显著控制作用。近年来，先存组构对各向异性岩石的流变强度影响成为高温高压实验研究的热点之一。文中对前人给出的各向异性岩石（包括云母片岩-片麻岩、石英-钙长石均匀混合体与层状组构样品）半脆性-塑性流变实验数据进行了重新整理与分析，结合作者开展的不同组构条件下花岗片麻岩与糜棱岩流变实验结果，讨论了先存组构对各向异性岩石流变强度的影响。实验数据表明：1）各向异性岩石的面理与最大主应力方向的角度是影响强度的主要因素。在半脆性破裂域，样品压缩方向垂直于面理（PER）和平行于面理（PAR）的强度基本相同，在压缩方向与面理呈30°夹角时，岩石破裂强度最小；在塑性流变域，垂直于面理方向的强度显著高于平行于面理方向的强度，当面理与最大主应力方向的角度为45°时，岩石强度最小。2）后期变形对原有组构的继承与改造程度，决定了各向异性岩石强度高低。3）样品中矿物的含量、分布与粒度对各向异性岩石强度有显著影响。理论模型预测结果与云母片岩实验结果比较吻合，但其他类型各向异性岩石的流变比理论模型结果要复杂得多。因此，进一步开展具有先存组构的各向异性岩石的流变实验，并将实验变形与实际地质条件下更为复杂的岩石变形进行对比分析，是认识各向异性岩石流变和变形机制最有效的方法。

多通道动态应变观测系统在地震模拟实验中的应用

郭玲莉, 刘力强, 刘培洵

2014, 36(3):  929-938.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.029

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为了研究实验变形失稳过程中的应变场快速调整阶段和岩石结构破坏过程中的复杂变形场，将高速、高分辨率、多通道的应变观测技术引入构造物理实验，搭建了用以观测瞬态变形场的多通道动态应变观测系统，形成了16Bit分辨率、96通道、3.4kHz采样速度、1με分辨率且连续记录的应变观测系统。通过观测断层失稳过程高速滑动阶段和裂纹扩展过程的力学场时空变化，发现断层粘滑失稳过程的演化具有3个特征阶段：预滑动阶段、高频震荡阶段和低频调整止滑阶段。每个阶段的持续时间、应变速率、频率特性、振幅等都具有自身特点；三维断层扩展模型的实验结果显示，岩桥区断层贯通是一个快速过程，先多点局部扩展，后跳跃式连接。在断层贯通之后，样品整体崩垮之前，存在一个相对稳定的阶段，持续时间为几十ms。多通道动态应变观测系统填补了在地震模拟与岩石力学实验中应变观测频带的空缺，可以获得高密度、高精度的动态应变场，进一步研究瞬态应变场演化与应变波时空过程，为理解从缓慢递进变形到突发失稳释放过程提供了技术支持。