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2020年 第42卷 第4期    刊出日期：2020-08-20

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研究论文

北天山博罗可努-阿齐克库都克断裂精河段的古地震事件

胡宗凯, 杨晓平, 杨海波, 吴国栋, 李军, 周本刚

2020, 42(4):  773-790.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.04.001

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博罗可努-阿齐克库都克断裂(简称博-阿断裂)是天山内部一条长约1 000km的右旋走滑活动断裂, 研究其晚第四纪的活动特征有助于理解大陆内挤压环境下活动走滑断裂在区域构造应变分配和造山过程中的作用并评价其地震危险性。 文中选取博-阿断裂精河段作为研究对象, 利用遥感影像解译、 野外调查、 探槽开挖以及第四纪测年等方法进行了古地震研究。 博-阿断裂精河段断错了多期洪积扇, 在Fan2和Fan3洪积扇上开挖了2个探槽。 通过识别探槽内的地层与断层的切盖关系、 裂缝、 崩积楔等标志, 结合沉积层的光释光定年结果, 共识别出4次古地震事件。 地震的发震时间分别为: E1(19.4±2.5)~(19.0±2.5)ka BP; E2(18.6±1.4)~(17.3±1.4)ka BP; E3(12.2±1.2)~(6.6±0.8)ka BP; E4 6.9~6.2ka BP。 地震的复发间隔分别为(1.2±0.5)ka、 (8.7±3.0)ka和(2.8±3)ka。 探槽内记录的最新一次古地震的离逝时间为6.2~6.9ka, 由断裂上单次事件的位移限定的最新一次地震的震级为M_W7.4。 较长的古地震离逝时间揭示了博-阿断裂精河段可能存在较强的地震风险。

北天山前陆盆地前缘西湖背斜带第四纪褶皱作用

王浩然, 陈杰, 李涛, 李跃华, 张博譞

2020, 42(4):  791-805.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.04.002

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西湖背斜带属于北天山前陆盆地最前缘的第四排活动褶皱-逆断裂带, 前人对西湖背斜带的第四纪活动尚无系统研究。 文中对5条横穿背斜的地震反射剖面进行解译, 结合地表地质地貌的发育特征, 对褶皱类型、 生长机制、 褶皱几何学、 运动学特征和变形量等进行了研究。 西湖背斜的EW向变形长度> 47km, 其中隐伏区的变形长度> 14km, 地表出露区的最大变形宽度约为8.5km。 西湖背斜内部连续发育一系列次级断层, 在其北部发育一个变形幅度较小的背斜(西湖北背斜)。 西湖背斜是以翼旋转方式变形的滑脱褶皱, 其缩短量在地形高点附近约为(1 070±70) m, 向W递减至(130±30) m, 向E快速递减至(650±70) m; 因外部物质涌入或内部物质流出导致其盈余面积为- 0.34~0.56km²。 通过横穿西湖北背斜的2条地震反射剖面(剖面A、 B)计算其平均缩短量为(60±10) m、 (130±40) m, 由外部物质流入导致的盈余面积为0.5km²、 0.74km²。 地震反射剖面在背斜两翼均发育生长地层, 生长地层的起始位置在背斜地表出露区的东段位于地下1.9~2.0km处, 在背斜西端隐伏区位于地下3.7km处。 地震反射剖面成像结果(剖面D、 E)显示, 在地下3.3km处可见上覆地层超覆在西湖背斜之上, 而上覆地层基本未发生变形, 表明该段背斜已不再活动。

河套盆地第四纪晚期不整合面的时代厘定及其构造意义讨论

白鸾羲, 徐锡伟, 罗浩, 李康, 李梦妮, 魏雷鸣, 王启欣, 赵俊香

2020, 42(4):  806-824.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.04.003

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由于受到青藏高原隆升和东部多板块持续俯冲作用的影响, 鄂尔多斯块体周缘在新生代不同时期发生了不同强度的断陷活动。 河套盆地是鄂尔多斯块体北缘与阴山山脉之间的新生代断陷盆地, 其内广泛分布着第四纪中晚期的湖相地层沉积。 壕赖沟剖面、 边墙壕剖面和狼山剖面位于河套盆地内, 通过分析其上更新统地层剖面的岩性和结构可知, 在厚约10m的湖相地层沉积中记录了1~2期角度不整合面。 研究壕赖沟剖面、 边墙壕剖面和狼山剖面的测年结果可知, 80ka以来形成了不整合面。

郯庐断裂带新沂段地壳浅部结构和断裂活动性探测

顾勤平, 许汉刚, 晏云翔, 赵启光, 李丽梅, 孟科, 杨浩, 王金艳, 蒋新, 马董伟

2020, 42(4):  825-843.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.04.004

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新沂市作为郯庐断裂带山东段和苏皖段的分段节点, 具有非常重要的地位。 为研究郯庐断裂带新沂段地壳的浅部结构、 活动性、 空间展布以及深浅构造关系, 文中采用了中深、 浅层地震勘探及初至波层析成像相结合的工作方法, 首先在新沂市南完成了1条长33km、 覆盖次数> 30次的中深层地震反射剖面, 同时利用共炮集记录上的初至波开展地壳浅部结构的层析成像研究, 之后给出了跨断裂的3条高分辨率浅层地震反射剖面和1条折射层析成像剖面。 研究结果表明: 郯庐断裂带新沂段是一条由5条隐伏主干断裂组成的断裂带, 具有 “两堑夹一垒”的构造样式。 中深层和浅层地震反射剖面表明, 郯庐断裂带新沂段各主干断裂具有上下一致的对应关系和明显的第四纪活动, 对新生代地层厚度和堑-垒状构造特征具有明显的控制作用。 浅层地震勘探结果揭示的地层界面形态和断裂浅部特征清楚, 墨河-凌城断裂(F₃)、 新沂-新店断裂(F₂)、 马陵山-重岗山断裂(F₅)及山左口-泗洪断裂(F₁)不仅断错了基岩顶界面, 且第四纪以来存在活动迹象, 尤其是马陵山-重岗山断裂(F₅)具有全新世的强活动特征。 文中的研究结果可为深入理解新沂市及周缘的深部动力学过程、 研究郯庐断裂新沂段的深浅构造组合关系及其活动性提供地震学依据。

利用面波频散和接收函数联合反演中国境内天山及邻区的地壳上地幔速度结构

孔祥艳, 吴建平, 房立华, 蔡妍, 范莉苹, 王未来

2020, 42(4):  844-865.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.04.005

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天山造山带是现今世界上最活跃的陆内造山带之一, 研究这一地区的壳幔深部结构对认识天山造山深部动力学过程具有重要意义。 文中利用新疆测震台网52个固定地震台站和在天山地区新布设的11个流动地震台站为期1a的观测数据, 采用背景噪声层析成像方法获得了中国境内天山及邻区(41°~48° N, 79°~91° E)10~50s周期范围内瑞利(Rayleigh)面波的相速度分布图像, 通过面波和接收函数联合反演揭示了中国境内天山地区(41°~46° N, 79°~91° E)的地壳上地幔S波速度结构和台站下方的地壳厚度。 结果表明, 在天山北部和天山南部盆山接触带附近的地壳内部存在多个明显的低速层, 北部边缘和南部边缘的壳内低速区结构特征及分布范围存在明显差异。 结合前人的相关研究结果, 我们推测塔里木盆地和准噶尔盆地向天山造山带的俯冲主要发生在中国境内天山造山带的中部, 其中天山南缘的俯冲比北缘的范围大, 东部地壳的俯冲不明显或处于俯冲的早期阶段。 天山造山带内部的地壳存在多个低速层分布的地区, 它们大多与目前正在发生强烈隆升的区域相对应。 文中得到的S波速度结构可为天山造山带的分段性及盆山耦合类型的差异性等研究提供新的深部依据。

用浅层人工地震方法探测唐山—河间—磁县地震构造带内的活动断裂

王继, 高战武, 刘芳晓, 王万合, 赵国存, 徐伟

2020, 42(4):  866-880.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.04.006

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由于唐山—河间—磁县地震构造带的位置、 断错层位与上断的埋深尚不明确, 在大名断裂、 沧西断裂、 大城东断裂附近布设了4条浅层地震勘探测线。 测线DZ1位于邯郸市大名县东南部的龙王庙镇, 以探测大名断裂。 在该测线上共探测出5个断点, 均为正断裂, 上断点埋深95~125m, 断距为6~12m, 错断晚更新统而未错断全新统。 DZ2测线位于沧州市献县县城东部, 以探测沧西断裂。 在该测线上共探测出3个断点, 均为正断裂, 上断点埋深170~190m, 断距为7~10m, 断裂上断点切割中更新统。 DZ3和DZ4测线位于大城县里坦镇西, 共探测出4个断点, 上断点埋深120~130m, 断距为5~15m, 均为正断裂, 断裂上断点切割中更新统。 根据探测结果分析认为: 大名断裂是晚更新世活动断裂, 沧西断裂和大城东断裂是中更新世活动断裂, 这3条断裂均有发生6级左右地震的能力。 大城东断裂是先存地壳 “深断裂”向上撕裂状扩展的 “新生断裂”。

云南通海2018年8月地震序列重定位及震源机制

李通, 郭志, 高星

2020, 42(4):  881-892.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.04.007

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文中使用中国地震台网中心地震编目系统、 中国地震台网数据备份中心提供的正式观测报告和区域事件的波形数据, 基于双差定位和W-Phase反演方法, 对2018年8月云南省通海地震序列进行了重定位并反演了2次M5.0主震的震源机制。 2018年8月云南通海地震序列发生在川滇块体的南部边缘地区。 川滇块体东部, 小江断裂带分割了川滇块体与华南块体; 川滇块体的西南部, 红河断裂带分割了川滇块体与中南半岛。 这2条主要断裂带阻挡并吸收了向S运动的川滇块体的大部分运动分量, 因此在川滇块体的南部边界积累了大量构造应力, 导致该地区的地震活动性较强。 作为地震活动较强的地区, 通海在1970年曾发生过M7.0强震。 2018年通海地震序列中2次M5.0主震是1970年之后发生在通海及周边地区震级较大的地震。 对通海地震序列的震源机制开展研究, 可为通海及周边地区的防震减灾工作提供重要的地震学证据支持。 文中, 首先采用双差重定位方法对通海地震序列的震中进行定位; 在此基础之上, 采用W-phase波形反演方法反演获取了2次主震的震源机制。 经过重新定位的地震震中分布显示, 通海地震序列以NE-SW优势方向呈条带状分布, 余震震源集中分布在深度5~10km的范围内, 且发震断层呈现高倾角的特征。 震源机制反演结果显示, 2018年8月13日发生的M5.0地震的2个节面的走向、 倾角和滑动角分别为298.2°、 45.2°、 -172.9°和203.2°、 84.9°、 -45.0°, 矩震级M_W5.07; 14日发生的第二次M5.0地震的2个节面的走向、 倾角和滑动角分别为297.0°、 63.6°、 -161.5°和198.5°、 73.5°、 -27.7°, 矩震级M_W4.89。 综合分析通海地震序列重定位及震源机制反演结果可知, 其发震断裂可能为NE走向的明星-二街断裂带, 且地震序列的时空分布特征及震源机制信息与区域地震构造背景一致。

利用浅层地震反射剖面探测研究大兴断裂北段新近纪—第四纪的构造特征

何付兵, 徐锡伟, 何振军, 张晓亮, 刘立岩, 张巍, 魏波, 倪敬波

2020, 42(4):  893-908.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.04.008

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跨大兴断裂北段的3条浅层二维地震反射剖面, 揭示了大兴断裂北段所在区的新近系—第四系结构与断裂结构特征。 研究结果表明: 大兴断裂北段所在区域的新近系—第四系内可识别出T₀₁—T₀₃、 T_Q和T₁₁—T₁₃ 共计7组强反射同相轴, 与其下的古近系及更早期的地层呈不整合接触。 大兴断裂是一条地壳深度的断裂, 其在浅部不同构造位置的产状、 断距等有所差异, 宏观呈现由SW向NE倾角减缓(80°~60°)、 上断点埋深变深(160~600m)、 新近系断距(80~0m)减小的特征。 在断裂NE末端表现为与三剪运动有关的变形加宽三角带, 而不是一条持续的断层。 断裂的几何结构和形态揭示其于新近纪—早第四纪仍延续了古近纪的伸展正断活动, 晚更新世以来无明显活动, 现今沿线发育的地震可能与此构造的关系不大。 大兴断裂的北段走向NNE, 长约23km, 与夏垫断裂呈右阶排列, 形成一个长约13km的断裂重叠区。 这种断裂组合在伸展构造背景下独立演化, 分别控制廊固、 大厂次级凹陷的发育, 并最终在断裂交接重叠区形成成熟型的转换斜坡。

郯庐断裂带南段对近地表大地电流的分异性

章鑫, 杜学彬

2020, 42(4):  909-922.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.04.009

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文中以渤海湾以南的郯庐断裂带南段为研究对象, 应用华北地区27个地电场台站的观测数据, 计算大地电流密度矢量和流线场, 并获取流线场的散度和涡度。 结果显示: 郯庐断裂带南段对表层大地电流的流向有分异作用, 在郯庐断裂带两侧的表层大地电流矢量方向相反, 东侧流向为NW向, 西侧流向为SW或W向; 断裂带对流线场的散度和涡度也存在分异作用, 散度和涡度的正(负)最大值主要出现在断裂带附近的浅层高导区域。 文中通过模拟断裂带两侧的磁感应电流, 并与前人的研究进行对比, 建立了断裂带分异作用的解释模型。 该模型显示电流方向的差异与郯庐断裂带南段深部的电性结构相关, 电性差异是近地表大地电流方向分异的主要原因。 研究断裂带对表层电流的分异现象对于理解深部电性差异具有参考意义。

呼图壁M_S6.2地震前后重力变化特征分析

隗寿春, 祝意青, 赵云峰, 张松, 刘芳, 李瑞, 高铎文

2020, 42(4):  923-935.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.04.010

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文中基于北天山地区2013—2018年期间的流动重力观测资料, 详细分析了2016年12月8日呼图壁M_S6.2地震前、 后区域重力场的时空分布特征及其与地震发生的关系, 结果表明: 1)重力变化等值线与断裂的走向基本一致, 震前震中附近存在四象限分布, 呼图壁M_S6.2地震发生在四象限分布的中心附近; 2)区域重力变化及点值时间序列显示震中区域积蓄的能量在地震后得到了释放, 震中附近区域震后逐渐趋于稳态; 3)震前区域重力场的时空演化图像表现为 “稳态—区域性重力异常—四象限分布特征性异常—反向变化发震”的系统演化过程。

重庆小南海滑坡原始地形恢复及滑坡体体积计算

周鑫, 周庆, 高帅坡, 李晓峰

2020, 42(4):  936-954.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.04.011

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重庆黔江小南海崩塌滑坡发生于1856年, 属于历史地震诱发滑坡。 由于无法获取震前的遥感影像及DEM数据, 只能依据相邻地区地貌类比、 数值模拟等推测滑坡发生前的原始地貌形态。 文中通过野外实地调查和无人机航拍、 水域密集人工测深等方法获取了小南海崩塌滑坡体及相邻地区的高精度DOM影像(数字正射影像图)和DEM数据。 选取相邻地区未发生崩塌滑坡的2类地貌形态作为参考, 利用MATLAB软件进行高程曲面拟合, 对崩塌滑坡的原始形态进行恢复; 采用Geostudio软件判断在地震动作用下2类山体原始形态的边坡稳定性, 推测崩塌滑坡前山体的原始形态为高耸陡立、 坡度为70°~80°的陡坡; 并收集整理小南海堰塞坝2条测线、 11个钻孔的钻井资料, 通过钻井资料显示的谷底地形对恢复的河谷原始地形的可信度进行验证。 最后, 对拟合恢复的小南海山体原始DEM数据与滑坡后当前DEM数据进行填挖方计算, 以估算崩塌滑坡体的体积, 并对分析结果进行探讨, 最终认为挖方计算的结果较为可信, 滑坡体的体积为4.3×10⁷m³。

μm级形貌测量系统——一种新型的断层面微观形貌测量技术

郝海健, 魏占玉, 何宏林, 刘力强, 郭玲莉

2020, 42(4):  955-967.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.04.012

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获取高精度断层面形貌对微观断层面形貌与地震成核、 破裂扩展及终止的相关性研究具有重要意义。 为了提高断层面形貌的测量精度、 克服现有测量方法的不足, 我们研发了一套具有自主知识产权的μm级形貌测量系统。 经过测试, 该新型μm级形貌测量系统具有以下特征: 1)其平面定位(x轴与y轴方向)精度优于3.5μm, 垂向测量精度优于4.5μm, 水平分辨率可达0.62μm, 垂向分辨率为0.25μm; 2)该系统在垂向发射激光束, 可测量形貌面中大倾角的凹谷区域, 避免产生数据空白, 可获得完整的形貌测量结果, 具有较强的陡峭表面测量能力; 3)该系统具有较大的测量量程(30cm×30cm), 测量大尺度样品时, 可避免多次测量数据的配准拼接以及由此带来的误差。 运用该形貌测量系统, 可对实验断层面进行扫描并获得高分辨率的形貌数据, 能够满足μm级尺度上的形貌分析要求。

利用居民地建筑物数据和高分遥感影像评估地震烈度的方法初探

郭建兴, 张宇翔, 姬建中, 袁小祥, 肖本夫

2020, 42(4):  968-980.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.04.013

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地震发生后, 政府和社会对地震烈度评定工作的时效性要求越来越高, 而遥感作为地震灾情获取的重要手段之一, 在地震应急救援工作中发挥着越来越重要的作用。 文中在前人研究的基础上, 提出了一种利用遥感影像结合居民地建筑数据评估地震烈度的方法模型: 在已知居民地建筑物数据的情况下, 利用群体震害预测方法, 构建居民地房屋倒塌率与地震烈度之间的关系模型; 震后利用高分辨率遥感影像解译居民地房屋的倒塌率, 并与倒塌率预测模型进行比对, 反推该居民地遭遇的地震烈度。 利用本方法对玉树县城内相邻但破坏情况相差巨大的2个街区进行了烈度计算, 计算结果与现场科考结果一致。 经验证, 在利用遥感手段评估地震烈度时, 本方法能有效避免由建筑抗震性能差异造成的影响, 可较准确地评估地震烈度, 在地震应急工作中具有一定的应用价值。

阿尔金断裂带中段现代沉积物样品钾长石红外激发后红外释光的残留信号——对年轻古地震事件测年的指示意义

覃金堂, 陈杰, 李涛

2020, 42(4):  981-992.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.04.014

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阿尔金断裂中段车尔臣河—清水河沿线发育新鲜的地震地表破裂带, 据推测可能由千年以来的强震事件所致。 然而, 由于目前缺乏可有效应用于ka时间尺度的第四纪测年方法, 建立该地区历史时期古地震事件的精确时间序列十分困难。 文中在该断裂带采集分选好、 中、 差3种不同类型的具有代表性的现代断塞塘沉积样品, 探讨了基于钾长石红外激发后红外释光(post-IR IRSL)方法测定年轻古地震事件的可能性。 通过 “积分区间-激发温度坪”实验, 确认了在首步IR激发温度为110℃时, post-IR IRSL₁₇₀ 信号在ka时间尺度上不受异常衰减影响。 采用粗颗粒2mm小测片技术, 利用最小年龄模型和有限混合模型, 可有效识别出断塞塘沉积物中post-IR IRSL₁₇₀ 信号晒退彻底的钾长石颗粒。 实验表明, 这一方法得到的post-IR IRSL₁₇₀ 信号的非光敏残留剂量为0.6~0.8Gy, 如通过合理的方法扣除其影响, post-IR IRSL₁₇₀ 技术将有望用于数百a至ka时间尺度的古地震事件测年。

中国海域及邻区统一地震目录及其完整性分析

谢卓娟, 李山有, 吕悦军, 徐伟进, 张愉玲, 刘雯歆

2020, 42(4):  993-1019.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.04.015

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地震目录是开展活动构造、 地震区划、 地震预测和防震减灾等工作的重要基础, 对地震目录的完整性、 可靠性进行分析是地震学研究的基本前提之一。 目前, 中国海域及邻区统一的地震目录编纂及其完整性分析尚属空白。 基于此现状, 文中广泛收集了中国海域及邻区的地震台网、 全球地震台网的分布情况和地震资料, 并基于此开展了以下工作: 1)研究了不同海域、 不同时段的地震观测能力; 2)分析了中国海域及邻区地震震中定位精度的时、 空分布特点; 3)采用正交回归方法拟合了中国海域及邻区面波震级、 体波震级与矩震级之间的转换关系式, 建立了中国大陆地震台网与中国台湾地区地震台网M_L震级、 中国大陆地震台网与菲律宾地震台网M_S 震级的转换关系式, 并最终建立了中国海域及邻区统一震级标度的地震目录; 4)基于震级累积频度(N-T)关系分析了中国海域及邻区统一地震目录不同范围、 不同震源深度各震级档的完整起始年限。 本研究是中国国内首次针对海域地震活动特征进行的海域及邻区统一地震目录的编制工作, 填补了中国海域及邻区地震目录编制的空白, 为中国海域及邻区活动构造、 地震活动性和地震危险性分析提供了基础, 为编制海域地震区划图以及海域建设规划和工程建设的防震减灾工作提供技术支撑。 此外, 文中对地震监测能力的分析可为今后地震台网的优化布局提供科学参考。