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2020年 第42卷 第3期    刊出日期：2020-06-20

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2019年四川长宁6.0级地震主震及中强余震(M_S≥4.0)的震源机制及其应力场

梁姗姗, 徐志国, 盛书中, 张广伟, 赵博, 邹立晔

2020, 42(3):  547-561.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.03.001

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北京时间2019年6月17日22时55分43秒, 四川省宜宾市长宁县发生M_S6.0地震, 震源深度16km。 为了更好地了解此次地震的发震构造, 文中利用四川省地震局提供的震相观测报告资料, 采用HYPOINVERSE 2000方法对四川长宁M_S6.0主震进行重定位, 并使用四川、 云南、 重庆和贵州区域地震台网的波形资料, 采用gCAP方法反演了2019年6月17日长宁M_S6.0地震序列主震的双力偶机制解、 全矩张量解以及中强余震序列(M_S≥4.0)事件的双力偶机制解。 重定位结果显示, 此次地震的主震位置为(28.35°N, 104.88°E), 震源深度为6.98km, 为极浅源地震。 震源机制结果表明, 长宁M_S6.0主震的发震断裂主要为逆断兼左旋走滑性质, 且全矩张量解显示其含有一定比例的非双力偶成分。 主震发生后, 连续发生的中强余震序列表现为走滑和逆冲型断层机制, 发震类型在空间上呈现分段差异分布的特征, 反映了发震断层错动过程的复杂性。 基于震源机制解确定的震源区域应力场方向与整体区域的构造应力场相比存在较大差异, 说明整体区域构造主压应力轴方向由长宁地震前的NWW向变为震后的NEE向。 综合长宁地区的区域构造地质特征和余震展布方向分析认为, 此次长宁M_S6.0地震是在背景应力场作用下, 长宁背斜上的先存断裂破裂引起滑动而引发的, 发震断层为NW走向的高倾角逆冲兼左旋走滑趋势断层。

利用小震分布和区域应力场确定龙滩库区地震断层面参数

阎春恒, 周斌, 李莎, 向巍, 郭培兰

2020, 42(3):  562-580.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.03.002

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文中基于2006-2016年龙滩水库数字地震台网记录的地震波形和震相资料, 采用结合波形互相关技术的双差定位方法对4 017次地震进行重新定位, 求解得到库区126个中小地震的震源机制解, 并反演各地震丛所在区域的应力场。 将库区地震划分为11个地震密集带, 依据成丛小地震发生在活动断裂面及其附近的原则, 结合模拟退火算法和高斯-牛顿算法反演了11个地震密集带相应的断层及断层面参数, 包括断层面的走向、 倾向、 倾角、 长度、 深度和地理位置, 并依据局部区域应力场参数计算了各断层面的滑动角。 结果显示: 11条断层的走向、 倾向、 倾角及运动性质与地质调查给出的穿过各地震丛所在区域的主要断裂信息基本一致, 研究成果可作为龙滩库区主要断裂带资料的重要补充。 龙滩库区最大主应力优势方向为NW-SE或NWW-SEE, 最大和最小主应力轴倾角近水平, 中间主应力轴倾角很陡, 蓄水前、 后区域应力场主压应力方向未发生明显变化, 与华南块体的构造应力场方向基本一致。 蓄水后库区的R值逐渐增大, 且不同地震丛所在区域的R值变化存在差异。 八茂、 拉浪和布柳河地震丛所在区域R值增幅显著, 表明中间应力轴压应力状态减弱并逐渐转为张应力状态。 精定位和断层面参数计算结果显示, 地震丛集活动与穿过地震丛的主要断裂带密切相关。 这些断裂的倾角普遍很陡, 均与库区主要河流交会, 利于流体向断层深部渗透。 推测库区蓄水主要影响库区应力场主应力的相对大小, 对主应力方向的影响有限。 水对库区介质的润滑作用及附加应力场与原地应力的叠加可能是导致库区主应力相对大小发生变化的主要因素。 龙滩库区蓄水后的张剪性应力环境有利于库区断层失稳滑动, 可较好地解释蓄水后库区地震密集活跃现象。 量化的断裂信息可为龙滩库区地震危险性分析、 地震成因的数值模拟、 地震预测等方面的深入研究提供支持。

深地震反射剖面揭示的华北地块南缘地壳的精细结构

酆少英, 刘保金, 李倩, 袁洪克, 朱国军, 田一鸣, 王宏伟, 侯黎华, 邓小娟, 谭雅丽

2020, 42(3):  581-594.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.03.003

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文中基于长100km的深地震反射剖面, 揭示了秦岭造山带北缘和华北地块南缘交接部位的地壳精细结构和断裂的深、 浅构造特征。 结果显示, 研究区地壳具有双层反射结构特征, 莫霍面由一系列叠层状的弧形强反射构成, 地壳厚约32~35km。 上地壳内一系列方向不同、 形态各异的反射波组分别对应秦岭北缘的逆冲推覆体及伸展构造环境下形成的沉积盆地。 下地壳以错断莫霍面的地壳深断裂为界, 具有南、 北2段明显不同的反射结构。 剖面南段以弧状强反射为主, 北段由产状近水平或S倾的叠层状反射构成, 暗示该区曾经历强烈、 复杂的构造运动。 剖面揭示的上地壳断裂控制了该区盆山构造的形成和地层沉积, 错断莫霍面的地壳深断裂为深部物质的上涌和能量交换创造了条件, 从而调节了地壳内部的物质构成和能量分配。

新疆天山中段的震源机制解与构造应力场特征分析

张志斌, 赵晓成, 任林

2020, 42(3):  595-611.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.03.004

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文中收集了新疆测震台网2009-2018年记录的492个M_S2.5以上的地震事件, 以M_S=3.5为界, 分别用CAP方法和FOCEMEC程序计算其震源机制解, 并收集了GCMT记录的该区域历史地震事件的震源机制解结果。 按照全球应力图分类标准对计算得到的震源机制解数据进行分类, 发现区域内中强地震主要以逆冲型为主, 兼有一定的走滑分量。 采用阻尼区域应力场反演方法获取新疆天山中段的构造应力场空间分布特征, 结果表明研究区内最大主压应力轴由西向东呈扇形旋转, 自西段的NW向逐渐转为NE向, 仰角近水平, 最大主张应力轴近EW向, 仰角近直立。 受喀什河断裂、 那拉提断裂、 博阿断裂、 准噶尔南缘断裂和北轮台断裂等大型断裂带的影响, 局部区域应力场呈现出复杂的多样性。 在帕米尔和塔里木块体持续向N挤压的影响下, 天山整体被挤压缩短, 但由南向北、 由西向东缩短速率逐渐降低, 应力形因子自西向东逐渐增大, 且中间主压应力轴由偏压缩成分转为偏拉张成分。 研究区南侧最大主压应力轴方向为N15°E, 而北侧则为近SN向, 这与塔里木块体的顺时针旋转有直接关联。 区内近期发生的2次M_S6.6地震均造成区域应力场的逆时针旋转, 震后应力场与主震震源机制解趋于一致。

由km尺度的跨断层基线测量断层近场运动与变形--川滇块体东边界2个场地的初步实验

曹建玲, 张晶, 闻学泽, 冯蔚, 石耀霖

2020, 42(3):  612-627.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.03.005

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现行的基于数十至百m长的跨断层短基线的测量方法精度较高, 但往往不能有效跨越大型活动断裂带进行观测; 而GNSS目前受站点密度及观测精度所限, 对断层近场尤其是运动速率偏低的断层开展形变观测的分辨率较差。 基于上述现状, 在川滇块体东边界构造带新布设2个实验场地, 分别跨越则木河断裂大箐梁子段和昭通断裂的龙树分支进行测量。 实验利用km尺度跨距的基线测量活动断裂带的近场运动与变形, 获得3a的实验观测数据。 文中首先介绍了场地选建、 监测断裂、 基线测量方法以及实验观测结果, 然后利用测量资料, 基于刚体、 弹性和组合模型3种假设条件计算分析这2个场地的断层近场位移和应变。 则木河断裂大箐梁子段在刚体模型下2盘近场平行断裂走向的位移分量在±3mm内波动, 无明显趋势变化; 垂直断裂走向的位移分量在2015-2016年持续下降, 反映断裂呈横向水平压缩, 累计降幅达6mm, 但2017年出现近2mm的横向水平拉张; 弹性模型下该断裂段的横向水平应变分量ε_y以挤压为主, 年变化幅度接近1×10^-5, 另外2个应变分量均为10^-6 量级。 昭通断裂龙树分支2盘近场的相对位移虽然变化较小, 但表现出与该断裂地质活动一致的右旋走滑特征, 位移速率约0.7mm/a; 沿该分支断层走向的应变分量ε_x为挤压状态, 量值不超过2×10^-6; 垂直断层走向的应变分量ε_y则以拉张为主。 文中还讨论了应用组合模型的效果与问题。

利用HVSR方法研究广州地区的场地效应及估算地震灾害特征

宗健业, 孙新蕾, 张鹏

2020, 42(3):  628-639.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.03.006

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为获取广州地区的场地效应和沉积层分布情况, 2018年初于广州地区布设了100台流动台站进行背景噪声观测。 文中利用HVSR方法得到了表征场地效应的共振频率和放大倍数2个参数的分布结果, 并利用共振频率-沉积层厚度转换公式得到了广州地区的沉积层分布。 文中综合考虑共振频率和放大系数, 同时得到了广州地区表征场地易破坏程度的K值分布。 研究结果显示: 广州地区的共振频率为1~6.5Hz; 沉积层厚度整体较小, 多为10~25m, 珠江下游最厚, 达40m; 研究区场地整体易破坏程度低, 极少区域超过安全值(K>20), 表明在地震灾害中较为安全。 文中结果与地表地形及公开的钻孔数据相符, 可为城市整体工程扩建和防灾减灾工作提供基本参考。

琼东北马鞍岭-雷虎岭火山区深部岩浆系统大地电磁三维探测

孙翔宇, 詹艳, 赵国泽, 赵凌强, 邓琰, 胡亚轩, 胡久常, 向小娟

2020, 42(3):  640-653.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.03.007

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海南琼东北地区是中国新生代以来火山活动最强烈、 持续时间最长的地区之一, 历史上曾发生1605年琼山7.5级大地震。 最新的水准、 形变测量以及InSAR资料揭示在琼山7.5级大地震震中以南的地区存在1条SN向展布的沉陷区, 沿该区小地震活动频发, 即铺前湾-冯家湾小地震密集条带, 有研究推测该小地震密集条带与深部岩浆系统的发育有关。 为了进一步探测研究琼东北火山区火山岩浆系统的深部结构、 地下介质属性、 小地震活动和形变变化与火山深部岩浆系统分布的深层关系, 2017年初在琼东北地区以雷虎岭-马鞍岭火山区为中心针对2条剖面开展了大地电磁探测, 使用相位张量分解技术对其电性结构进行分析, 并使用大地电磁三维反演技术获得了沿剖面的三维深部电性结构图像。 探测结果进一步确定了琼东北火山区下方的介质属性和低阻体的赋存范围, 并发现琼东北地区的电性结构存在明显的东西差异, 电阻率值东高西低。 此外, 在琼东北地区地壳中存在2个低阻体, 分别为海南岛西北部澄迈县区域(即雷虎岭和马鞍岭火山口西侧)下方中地壳碗状向W倾斜的低阻体和龙泉下方的低阻体; 而在海南岛东北部的铺前湾-冯家湾小地震密集条带与地面沉陷区的深部并没有低阻介质赋存, 排除了小地震是由于壳内火山岩浆活动引起的可能。

高阶交错网格和PML吸收边界在横向各向同性介质地震波场模拟中的应用

陈洁, 朱守彪

2020, 42(3):  654-669.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.03.008

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完全匹配层吸收边界条件通常可以很好地吸收模型边界的地震反射波, 但对于横向各向同性介质的模拟效果欠佳, 且尚在发展阶段。 为此, 文中推导了横向各向同性介质中弹性动力学波动方程, 给出了施加完全匹配层(PML)吸收边界条件下时间域二阶、 空间域十阶精度的高阶交错网格的有限差分形式, 并分别建立了均匀的垂直向对称轴的横向各向同性介质(VTI介质)和倾斜向对称轴的横向各向同性介质(TTI介质)模型。 计算结果表明, 对于对称轴为任意角度的横向各向同性介质, 当PML边界层厚度达到一定的数值时, 可以很好地抑制人工边界所产生的地震波反射效应, 且PML的吸收效果不会被入射角与入射波频率影响。

活动褶皱地区横向河演化与风口形成的研究进展和案例分析

曹喜林, 耿豪鹏, 潘保田, 胡小飞

2020, 42(3):  670-687.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.03.009

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河流偏转和风口发育是横向河流域最显著的地貌现象, 其形成体现着区域抬升和河流侵蚀间的平衡, 并受控于断层侧向生长、 连接与几何形态等构造过程以及影响河流侵蚀的气候和岩性要素。 风口与横向河网的演化可用于评估相关断层活动的速率和方式, 探索河流侵蚀与构造抬升之间的相互作用以及复杂环境下沉积系统的形态, 研究成果对地貌学、 地震灾害、 油气储藏等学科领域具有重要的理论意义。 文中围绕影响风口形成与保存的地质地貌过程, 对过去20a活动褶皱区域的横向河演化研究案例进行了初步总结。 最后以河西走廊地区的合黎山-金塔南山为例, 探讨在褶皱隆起和水动力变化的条件下黑河在该区域的演化过程。 分析认为现代黑河约1.1Ma BP穿过合黎山, 而随着合黎山的生长、 黑河水动力条件的变化, 黑河偏转到达金塔南山区域; 由于合适的水沙比与抬升速率, 金塔南山区域早期抬升时处于夷平状态; 约0.23Ma BP以来, 大部分支流无法到达金塔南山区域, 黑河在金塔南山与合黎山连接的区域下切, 形成正义峡。

夏垫断裂荣家堡探槽揭示的断裂活动特征及未来地震危险性概率评价

余中元, 潘华, 李金臣, 张萌, 戴训也

2020, 42(3):  688-702.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.03.010

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时间相依的活动断裂地震危险性概率评价以地震地质学定量研究为基础, 采用随离逝时间增长的发震概率和预测震级共同描述断裂段的地震危险性, 对地震预防和灾害管理具有重要的现实意义。 传统概率方法中泊松分布(Poisson)模型的时间不相关性与活动断裂上大地震的活动特征不符, 不能直接用于计算上次大地震离逝时间较短的活动断层的地震危险性。 曾于1679年发生过三河-平谷8级大地震的夏垫断裂即是典型实例, 现有的泊松模型可能高估了该断裂的潜在地震风险, 应考虑该地震之后的应力积累和时间因素来评估其地震危险性。 文中基于野外探槽古地震和地貌测量等调查工作, 揭示该断裂晚全新世以来发生过2次古地震事件: 事件E₁即1679年三河-平谷大地震, 距今341a; 另一次古地震事件E₂的年龄限定为距今(4.89±0.68)ka, 平均同震位移约为(1.4±0.1)m。 与前人的研究数据进行对比可发现, 最近一次大地震的离逝时间约341a, 预测未来的最大震级为8.0级。 同时, 文中采用时间相依的布朗模型(BPT)、 随机特征滑动模型(SCS)和通用模型(NB)表述断层破裂源上特征型地震活动的时间相依特征, 综合计算了该断裂带未来30a的强震发震概率, 并与泊松模型的计算结果进行了对比。 研究结果表明, 该断裂未来30a的强震发震概率较低, 原来所采用的时间不相关的泊松模型所计算的发震概率值相对偏保守。 所得结果有助于科学评价该断裂的地震潜势, 同时有助于讨论时间相依的概率方法如何更好地适用于东部地区活动断裂的地震危险性评价。

青海达日断裂中段晚第四纪活动性与1947年M73/4地震地表破裂带再研究

梁明剑, 杨耀, 杜方, 宫悦, 孙玮, 赵敏, 何强

2020, 42(3):  703-714.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.03.011

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巴颜喀拉块体的边界断裂近20a发生了一系列大地震, 引起了国内外学者的关注。 然而, 在该块体内部还存在一些规模巨大的断裂带, 不仅具有晚第四纪活动性, 而且具有孕育和发生强震的构造条件。 达日断裂是巴颜喀拉块体内一条规模巨大的左旋走滑断裂, 曾发生过1947年达日M7大地震。 文中基于高分辨率遥感影像解译和地震地质调查, 详细研究了达日断裂中段的晚第四纪新活动性和1947年达日大地震的地表破裂带。 达日断裂中段晚第四纪活动的行迹尤为显著, 1947年达日地震地表破裂带的SE端始于达日县莫坝乡隆根, 向NW延伸至建设乡依龙沟脑NW侧, 长约70km。 地震地表破裂带主要表现为地震坎、 地震鼓包与陷坑、 地震滑坡、 线性的碎裂基岩出露等地貌迹象, 并使一系列冲沟被同步左旋位错2~4m。

岩石加载变形过程中超声尾波与声发射变化的实验

杨海明, 陈顺云, 刘培洵, 郭彦双, 卓燕群, 齐文博

2020, 42(3):  715-731.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.03.012

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文中采用尺寸为50mm×50mm×150mm的花岗闪长岩、 大理岩以及砂岩3种不同的岩石样品, 开展了超声尾波和声发射同步观测研究。 结果显示: 1)尾波变化与声发射演化过程存在良好的对应关系, 声发射频度增加时尾波的变化随之改变, 尤其是声发射频度增加的早期阶段尾波便出现变化。 这预示了分析尾波可获得岩石早期的损伤信息。 2)不同变形阶段, 尾波变化的物理机制不同。 加载初期, 尾波变化存在明显的散射体改变特征; 随后, 在线弹性变形阶段则以波速变化为主; 加载后期, 散射体的改变增加, 且与波速变化共存, 散射体的改变效应与岩石微破裂的程度有关。 3)随着载荷的增加, 波速增加的幅度总体呈逐渐减小的趋势, 这与通过直达波获得的认识基本一致。 4)岩石变形过程中产生的微破裂会改变尾波变化的物理机制, 散射体效应将显著增强。 同时, 声发射波形将对超声尾波造成干扰, 因此在仅利用尾波资料分析岩石损伤时需要关注相关的问题。 总之, 超声尾波变化和声发射均可反映岩石内部的损伤情况, 且不同的变形阶段尾波的变化机制不同, 二者的联合观测可起到相互验证的作用, 有利于提高观测结果的可靠性。

2种基于Matlab平台的断层位移测量软件对比分析--以阿尔金断裂东段为例

康文君, 徐锡伟, 于贵华, 罗佳宏

2020, 42(3):  732-747.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.03.013

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测量地表的断层位移对于恢复同震位移和长期累积位移分布非常重要。 近年来, 编程软件的不断更新和高精度地形数据(例如激光雷达探测与测量和无人机航空摄影测量)的积累为测量密集的断层位移数据提供了前所未有的机会。 文中主要对2款比较常用的断层位移测量软件--LaDiCaoz和3D_Fault_Offsets进行介绍。 首先, 基于阿尔金断层东段石包城铁矿附近的1个位移测量实例分别说明这2款软件的工作原理; 然后, 分别对比和总结了其在目标地貌标志、 界面、 输入文件类型、 自动化程度、 适应性、 可重复性和输出文件类型等方面的差异和优劣; 最后, 基于2种软件在阿尔金断裂东段获得的2组断层位移数据的相关性研究, 探讨2种软件的结果是否相互验证, 以及线性地貌标志的弯曲程度对测量结果的影响。 通过对2种软件所得测量结果与野外地质测量结果的对比, 以及对软件测量结果的可靠性和地质意义的讨论, 我们认为目前这2款软件都存在自动化程度较低和人为因素影响较大等不足之处, 高度自动化和人工智能的引入可能是断层位移测量方法的发展方向。

基于模板匹配的地震应急制图方法

徐敬海, 周海军, 聂高众, 安基文

2020, 42(3):  748-761.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.03.014

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震后各类应急图件可为有效开展应急指挥与救援提供参考和依据, 地震应急制图具有快速性、 动态性、 表现方法多样等特点。 文中引入受众理论, 系统研究了地震应急制图的对象及制图内容, 将地震应急制图对象划分为地震应急指挥决策人员、 辅助决策技术人员、 应急救援人员和普通公众, 论述了不同受众对地震应急图件的需求及这些图件的表达方法, 并在此基础上研究了基于地震应急制图模板匹配的快速制图方法。 该方法在震前根据不同受众需求, 设计不同的地震应急制图模板及对应的数据库结构, 震后在GIS与专业模型的支持下, 根据灾情信息动态更新制图模板, 实现快速地震应急制图。 文中设计了地震应急制图模板库体系, 包括制图对象层、 地图模板层、 模板图层和具体地图元素层等及相应的地震应急制图通用模板。 最后, 应用ArcEngine开发了地震应急制图系统, 通过案例展示了系统的制图应用, 可为震后快速、 系统地生成各类地震应急图件提供支撑。

防震减灾公共服务现状与需求全国公众调查结果分析

董丽娜, 连尉平, 陈为涛, 马海建

2020, 42(3):  762-771.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.03.015

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为了更好地了解防震减灾公共服务的基本现状、 分析公众的防震减灾公共服务需求, 2018年与国家统计局社情民意调查中心合作, 开展了全国公众防震减灾基础调查。 对31个省份18~75周岁的城乡居民进行分层抽样, 采用计算机辅助电话调查的方法共获得20078个有效样本。 结果表明, 全国公众地震应急演练参与度仅27.4%; 防震减灾知识宣传知晓度为73.5%, 满意度为75.22分; 公众对地震信息的关注度高达82.9%, 地震信息获取便利度评价为81.51分; 公众对地震部门发布信息的权威性评价为83.69分; 全国防震减灾公共服务总体感受满意度评分为76.44分; 震后救援和灾后重建、 地震预警、 房屋抗震能力测试为公众最想获取的3类防震减灾公共服务。 文中获得的调查分析结果可为防震减灾公共服务评价和现代化建设提供参考。