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2020年 第42卷 第6期    刊出日期：2020-12-20

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2020, 42(6):  0-0. 

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研究论文

普通角闪石的速率依赖性及其对俯冲带慢滑移机制的启示

刘洋, 何昌荣

2020, 42(6):  1267-1281.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.06.001

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为了解俯冲带中常见含水矿物角闪石在水热条件下的摩擦滑动行为, 以普通角闪石作为模拟断层泥样品的材料, 在温度为101~607℃、 围压为136MPa的条件下进行了速率阶跃滑动试验, 孔隙压力为30MPa, 轴向载荷速率为0.04~1.0μm/s。 实验结果表明摩擦系数为0.70~0.72, 与温度无系统性关系。 在303℃、 505℃和607℃时均发生了速度弱化行为, b-a<0.001 4, b/a值为1.06~1.18。 速率与状态摩擦本构关系中的b值随着温度升高而从0.001 3升至0.010 2, 呈上升趋势, 表明在摩擦接触点激活了Arrhenius型蠕变。 普通角闪石的速度弱化程度很弱, 这种微弱的速度弱化特性可能导致在闭锁的孕震带下方的俯冲界面下倾部分上发生慢滑移事件, 例如日本西南部、 卡斯卡迪亚北部和墨西哥的情况。

基于三维大地电磁AR-QN反演的长白山天池火山区电性结构

阮帅, 汤吉, 董泽义, 王立凤, 邓琰, 韩冰

2020, 42(6):  1282-1300.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.06.002

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长白山天池火山是具有潜在喷发危险的巨型活火山, 对其深部低阻岩浆囊的精确探测和准确定位是人们关注的一个重要问题。 应用大地电磁方法研究深部电阻率结构是确定岩浆囊的最有效途径之一。 文中采用自主研发的三维大地电磁自适应正则化拟牛顿反演程序, 对长白山天池火山区大地电磁数据进行了带地形三维反演, 获取了较合理的深部三维电性结构模型。 反演除拟合大地电磁主阻抗外, 同时增加了对横向不均匀性更灵敏的倾子数据, 并通过定性分析对比、 模型验证的方法确认了三维反演的电性结构可靠性。 三维电性结构模型比以前的二维解释结果更加准确合理, 在有限稀疏的数据集下尽量精细地勾画了壳内低阻岩浆囊及通道的三维空间分布。 三维电性结构显示壳内岩浆囊位于天池东北部深10~30km处, 整体上岩浆囊和岩浆通道系统呈 “V”字形分布, 天池火山口的岩浆通道在天池以北10km的EW向剖面图上清晰可见。

2013年芦山M_S7.0地震同震地磁变化分析

宋成科, 张海洋

2020, 42(6):  1301-1315.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.06.003

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同震地壳应力变化能够引起地磁场的变化。 文中利用成都地磁台连续观测资料分析了芦山M_S7.0地震前后的地磁场变化特征, 并根据芦山M_S7.0地震的同震破裂模型和岩石磁化强度-应力的线性模型, 计算了芦山M_S7.0地震同震引起的稳定地磁场变化。 分均值分析结果显示成都地磁台观测的同震稳定地磁变化非常微弱, 以武汉台和兰州台为参考, 同震稳定地磁变化分别为+0.09nT和+0.04nT; 秒观测值分析结果显示同震稳定地磁场变化为+0.02nT。 压磁效应计算结果显示, 断裂带下盘磁场垂直分量以向下变化为主, 断裂带上盘磁场垂直分量以向上变化为主, 水平分量的变化则比较散乱。 当应力响应系数为1×10^-3MPa^-1、 岩石磁化强度为1A/m时, 计算得到震中稳定地磁场总强度变化达5nT, 而距离震中约15km处为1nT, 在距离震中99km的成都地磁台处为+0.007nT。 以上结果为同震地磁变化研究提供了新的数据。

利用孔壁竖向裂缝方位数据分析沂沭断裂带的地应力场特征

王璞, 王成虎, 王洪, 陈念, 周昊, 魏学勇

2020, 42(6):  1316-1334.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.06.004

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区域地应力场状态的特征参数对于区域地壳稳定性分析、 深部能源和资源开采以及深部基础设施建设都至关重要。 主应力方向是地应力场的重要特征指标之一。 在众多基于钻孔的地应力测量与估算方法中, 利用钻孔孔壁诱发裂缝(DITF)确定区域应力场最大水平应力方向是最直接的方法之一。 利用跨沂沭断裂带布置的3个深度约400m的钻孔, 于2012—2014年开展了为期3a的高精度超声波钻孔电视重复扫描录井及水压致裂应力测量工作, 以期准确确定区域的地应力场特征。 通过录井图像精确识别出竖向裂缝共199组, 其中包括钻孔诱发裂缝99组、 水压致裂裂缝43组、 后期生长裂缝57组。 经循环统计方法确定的沂沭断裂带区域应力场的最大水平主应力优势方向为92.28°, 并在优势方向附近首次发现竖向裂缝自然生长现象, 进一步验证了利用超声波钻孔电视确定应力方向的准确性。

用微动台阵记录联合反演场地浅层速度结构——以唐山响嘡台3^#场地为例

王继鑫, 荣棉水, 符力耘, 傅磊

2020, 42(6):  1335-1353.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.06.005

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目前, 利用台阵观测记录反演浅地表土层波速剖面的研究一般单独进行面波频散曲线(Dispersion Curve, 简称DC)或微动水平与竖向谱比(Microtremor Horizontal-to-Vertical Spectral Ratio, 简称MHVSR)反演, 但其反演的速度结构往往存在明显的多解性。 鉴于此, 文中发展了DC与MHVSR联合反演方法, 提出了一种新的反演策略。 区别于已有的反演方法, 文中方法首先利用微动台阵记录获得面波频散曲线, 进而采用改进的半波长法获得场地初始速度结构, 最后通过DC和MHVSR的联合反演得到场地最佳速度结构。 该反演方法的优势体现在2个方面: 1)在面波频散曲线提取环节, 综合应用修正空间自相关(MSPAC)法和频率-波数(F-K)法, 拓宽了采用单一方法提取频散曲线的频率范围; 2)在初始速度结构确定环节采用了改进半波长法, 可较好解决当前其他反演方法依赖一定先验信息的难题。 文中分别以一理论算例及台阵观测算例验证了新反演策略的有效性及稳定性。 结果表明, 单独的DC反演模型的理论MHVSR在峰值频率之后(特别在高频段)与理论算例模型的MHVSR有差异, 单独的MHVSR反演所得模型的DC在较低频段内与理论算例模型的DC有差异, 而二者联合反演可弥补DC反演模型的MHVSR高频差异和MHVSR反演模型的DC低频差异, 极大地降低了反演模型的多解性。 相比已有的浅层速度结构反演方法, 文中提出的基于微动台阵记录的联合反演方法更具有实用价值。

青藏高原东北缘老虎山断裂的断层面参数拟合及其几何意义

刘白云, 尹志文, 袁道阳, 李亮, 王维欢

2020, 42(6):  1354-1369.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.06.006

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文中利用2008—2019年甘肃和周边地震台网20个台站形成的观测报告, 以及中国地震科学台阵探测二期项目在南北地震带北段布设的18个流动观测台站于2014—2015年记录的老虎山地区小地震资料, 经双差定位方法重新进行了震源位置的修定, 获得了700个重新定位的震源资料。 重新定位后, 研究区内小地震更加集中地沿老虎山断裂呈NW向线性分布, 震源深度也明显呈集中分布的趋势, 大部分地震均匀分布于0~10km深度范围, 显示出该区地震多为浅源地震的特征。 依据成丛地震发生在断层附近的原则, 采用模拟退火算法及高斯-牛顿算法相结合的方式, 精确地获得了老虎山断裂断层面的详细参数(走向为103°、 倾角为89°、 滑动角为0°), 表明该断裂是一条NW走向的高倾角左旋断裂, 长约38km, 自SE从景泰喜集水(37.05°N, 104.05°E)延伸至NW的天祝松山(37.12°N, 103.66°E)。 将所得结果与1990年天祝M_S6.2地震和2000年景泰M_S5.9地震的发震构造和震源机制解进行对比可知, 反演得到的断层面参数与前人的认识十分吻合。 老虎山地表断裂与反演断层面在地表的投影线为相互平行关系, 且距离非常近。

珠江三角洲西缘西江断裂鹤山—磨刀门段的活动性

卢帮华, 王萍, 王慧颖, 赖忠平, 邓志辉, 毕丽思, 王万合

2020, 42(6):  1370-1384.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.06.007

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西江断裂是位于珠江三角洲西缘的一条重要的NW向断裂, 以鹤山为界可划分为南、 北2段。 其南段为鹤山—磨刀门段, 大部分呈隐伏状, 由于缺乏系统性的深、 浅部探测工作, 对于该段断裂的活动性存在着不同的认识, 影响了断裂沿线的地震灾害风险评估及防治工作。 文中通过地震地质调查、 浅层地震勘探、 钻孔联合剖面探测、 第四纪沉积物年代测试等, 对该段断裂的展布与活动性进行了研究。 在浅层地震勘探的断点附近, 基于有代表性的2个跨断层钻孔联合剖面的探测结果开展了相关分析, 均发现了存在基岩断裂。 构造岩以断层角砾岩、 碎裂岩为主, 断层物质已固化。 后期沿断层带的部分地段被侵蚀形成凹槽, 其上覆晚更新世河流堆积或全新世海侵沉积层内未见断错或地层扰动变形。 根据地貌、 断层产状以及横向断裂的发育, 以竹排岛南的五指山断裂为界将西江断裂划分为南、 北2段, 没有发现北段晚更新世晚期以来、 南段至少自全新世以来活动的证据。

柴达木盆地北缘断裂(锡铁山段)的构造地貌特征与晚第四纪活动速率

姚生海, 盖海龙, 殷翔, 刘炜, 张加庆, 袁建新

2020, 42(6):  1385-1400.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.06.008

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柴达木盆地北缘断裂是控制柴达木盆地东北部的边界活动断裂, 对其晚第四纪的活动性进行研究对于理解南祁连山地区的应变分配模式以及该地区断裂向柴达木盆地内部的挤压扩展过程具有重要意义。 文中通过遥感解译、 地质考察、 开挖探槽、 GPS地形剖面测量及OSL测年等开展了相关研究, 结果表明: 柴达木盆地北缘断裂锡铁山段的遥感影像线性特征明显, 存在一系列断层陡坎、 断层三角面、 水系扭错等地貌现象, 是一条以走滑为主、 逆冲为辅的全新世活动断裂。 综合分析锡铁山镇西和全集河东2处不同期次洪积扇的垂直位错以及相应地貌面的年龄, 并通过实测该区地貌面的水平、 垂直位错数据, 得到该断裂全新世晚期(3.2ka BP)以来的水平滑动速率为1.81~2.1mm/a, 平均逆冲速率为0.33~0.38mm/a。

基于Sentinel-1A的新疆阿克陶M_S6.7地震同震形变与滑动分布特征

温少妍, 单新建, 张迎峰, 刘云华, 汪驰升, 宋春燕

2020, 42(6):  1401-1416.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.06.009

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文中利用Sentinel-1A升、 降轨数据获取了2016年新疆阿克陶地震的同震形变场。 形变场以水平运动为主, 形变主要发生于断层南盘; 升、 降轨最大形变量分别约为12cm和-21cm; 基于雷达影像观测右视成像的特点可知阿克陶地震具有右旋走滑的破裂特征, 结合形变场形态特征与余震剖面推断认为, 阿克陶地震的发震断层为S倾的木吉断裂。 基于均匀弹性半空间模型反演双断层面的静态滑动分布, 结果显示: 2个断层面上各存在1个椭圆状的滑动集中区, 破裂基本到达地表, 滑动主要发生在沿断层面走向长约50km、 沿断层面倾向方向0~20km的范围内, 最大滑动量位于约9km深处, 量级约为0.7m; 西段主要以走滑为主, 东段为走滑兼具少量正断性质, 反演得到的地震矩约为8.81×10¹⁸N·m, 相当于M_W6.57。 综合分析认为, 本次地震的震源特征为右旋走滑兼有少量正断分量, 是发生在公格尔拉张系内拉张环境下的构造地震事件。

2019年11月14日印尼马鲁古海7.1级地震的震源机制及海啸数值模拟

徐志国, 王君成, 王宗辰, 梁姗姗, 史健宇

2020, 42(6):  1417-1431.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.06.010

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2019年11月14日16时17分(UTC), 印尼马鲁古附近海域发生了M_W7.1地震, 并引发小规模海啸。 为深入理解和认识该地震的震源参数和发震构造特征, 评估其引发海啸的危险性, 文中初步分析了该地震的区域构造背景、 震源机制以及海啸数值模拟等内容。 W震相快速矩张量解反演结果表明马鲁古海地震是一次浅源、 以高倾角右旋斜向逆冲为主的地震事件, 余震呈SSW-NNE向带状分布, 推测此次地震是在马鲁古海东、 西两侧哈马黑拉弧-桑义赫弧碰撞所产生的区域应力场的作用下发生的以挤压破裂为主的地震事件。 海啸的数值模拟结果表明, 在高倾角发震断层近垂直倾滑的逆冲过程中, 海底地形产生了同震垂直位移, 使得震源上方的水体突然抬升, 从而产生了小规模的局地海啸; 震源周边大部分潮位站记录的海啸首波理论波形和观测波形的到达时间和波形幅度都较为一致, 说明结合W震相反演所得的地震断层面的几何参数能够用于海啸早期预警, 可有效地预测海啸地震产生的海啸波高, 并对于认识海啸成灾过程及灾害分布具有重要的现实意义。

长岛地区小地震断层面参数拟合及应力场特征

崔华伟, 郑建常, 张正帅, 李冬梅, 柴光斌

2020, 42(6):  1432-1445.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.06.011

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文中基于小地震重定位数据计算了2017年长岛2个震群的断层面参数, 并使用综合震源机制法求解了长岛地区应力场。 通过应力场及断层面参数求得断层面上的滑动角, 确定了南部与北部震群发震断层的左旋走滑性质, 分析了南部与北部2个震群的应力场特征及发震构造, 并得到以下初步结论: 南部与北部震群的断层参数、 应力场存在一定差异; 北部震群断层面的走向为287.18°、 倾角为84.09°, 推断发震断层是大竹岛-威海北断裂NWW向延伸的隐伏断层; 北部震群受左旋走滑性质的蓬莱-威海断裂带控制, 呈NEE-SWW向挤压及NNW-SSE向拉张的走滑应力机制; 南部震群断层面的走向为269.67°、 倾角为67.46°, 其应力场呈NE-SW向挤压, 为近SN向拉张的正断兼走滑的应力机制, 其可能在蓬莱-威海断裂带左旋走滑的控制下还受到SN向的拉张作用, 北部震群的持续活动诱发EW走向的次级断裂错动产生南部震群。

参与式渭南地震情景构建: 中国地震风险对策的行动研究示范

苏桂武, Janise Rodgers, 田青, 齐文华, Philip England, Timothy Sim, John Young, 王东明, 李志强, 冯希杰, 孙磊, 陈鲲, Emily So, Barry Parsons, 赵金礼, 石建梁, 袁志祥, Yue Cao, 周旗, 魏本勇, David Milledge, Alexander Densmore

2020, 42(6):  1446-1473.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.06.012

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中国政府层面自上而下的防震减灾管理卓有成效; 但是, 对于提升全社会的整体防震减灾能力而言, 尚需推动基于此而又有民众与基层自下而上广泛参与的全社会治理模式。 为发展这种模式积累经验, 渭南市地震情景构建示范项目借助参与式行动研究范式, 特别关注了中国防震减灾工作当前存在的以下2点广泛不足: 一是社会民众与基层的自下而上办法薄弱, 且与政府层面自上而下对策之间的相互衔接与促进不足; 二是科学研究向实际减灾对策的转化不足, 特别是针对自下而上办法的科学研究与应用转化不足。 取得的主要进展有: 1)基于广泛参与理念, 通过 “研究者”和 “减灾实践者”、 “相关者”、 “当事人”2方面人员间的密切合作, 共同诊断评估了渭南面临的主要地震灾害风险及隐患、 共同提炼了针对性的减灾对策改进建议等, 从而使情景构建所得的结果或认识更加可靠、 所提对策建议更加符合当地实际需要; 借助行动研究过程平台, 尝试了风险评估、 风险沟通和风险对策改进3大环节的无缝衔接与同步互动, 促进了科学研究与实际应用的直接对接与就地转化。 2)基于多尺度、 多层面视角和同时为 “政府”或 “部门”与 “基层”或 “民众”两大类用户服务。 在关注改进自上而下对策的同时, 针对薄弱的自下而上办法, 特别是就这两大对策途径间最广泛与最可持续的接口——宣传教育和家庭、 学校、 社区减灾, 开展了大规模的专项调查分析, 梳理了系列化的现今本底与改进方向。 3)聚焦改善减灾宣教和促进风险沟通, 编创了由 “故事”引导的2版内容与形式均有显著差别的地震情景叙事读本: 政府版和公众版, 以期借助 “故事”和艺术呈现 “故事”带动人们更好地理解与应用情景构建结果和认识, 借助 “故事”演绎社会性灾害脆弱成分——“留守儿童家庭与贫困”之于灾害的强化与叠加效应, 促进人们对地震灾害风险更加全面与深入的认识; 在理性刻板科学中融入感性与人文艺术情怀, 以引导共识与共鸣、 改善减灾态度、 培养减灾价值观, 进而激发减灾行动和减灾参与意愿, 特别是激励人们就相关问题进行长期思考和持续行动改善。 以上3方面进展, 从总体上实现了对中国防震减灾工作存在的前述2点广泛不足的有益研讨与部分弥补推动尝试。 参与式渭南地震情景构建行动研究示范, 对国内相关工作具有抛砖引玉的作用, 也为国际同类工作积累了中国经验。

新技术应用

四川长宁M_S6.0地震震源干涉成像定位

赵博, 高原, 刘杰, 梁姗姗

2020, 42(6):  1474-1491.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.06.013

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文中利用干涉成像定位方法对2019年6月17日四川长宁M_S6.0主震及部分余震进行定位。 天然地震波振幅的极性和大小随震源机制和辐射花样的变化而变化, 利用原始波形的特征函数可消除震源在不同方位上远场P波的初动极性和大小的不一致性。 文中将干涉成像技术应用于天然地震定位, 通过对干涉波形进行偏移和叠加处理, 分别对震源的水平位置和深度进行偏移成像, 确定了主震及较大余震(M_S≥4.0)的震源位置参数, 其中主震的位置为(28.38°N, 104.88°E), 震源深度为8.0km。 此外, 还测试了4种不同的速度模型对定位的影响, 结果显示利用震源干涉成像定位方法获得的结果较为稳定。 通过计算台阵、 台网的响应函数, 评估了台站分布及特征函数周期长短对定位结果的影响。 计算得到的特征函数优势周期约为4s, 该周期的台阵、 台网响应函数在水平和垂直方向均显示了较好的收敛性和稳定性。

地貌参数方法在小尺度地貌研究中的应用——以北天山独山子背斜为例

周朝, 何宏林, 魏占玉, 苏鹏, 任光雪

2020, 42(6):  1492-1508.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.06.014

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地貌参数是定量地貌研究的重要方法, 旨在从地表形态中提取构造运动及地表侵蚀等信息。 近年来, 空间对地观测技术的发展使得高精度地形数据的获取更加便捷, 利用这些数据提取小尺度地貌中蕴含的更精细的地质信息成为定量地貌学研究的重要内容。 文中以北天山独山子背斜为研究对象, 探究地貌参数在小尺度地貌研究中的适用性及其所反映的背斜构造地貌特征。 研究基于ALOS卫星12.5m分辨率的地形数据, 计算了独山子背斜区的HI指数、 k_sn和起伏度, 并对参数的适用性和含义进行讨论。 结果表明: 1)独山子背斜自倾伏端向核部呈现由河流逐渐深切向地势逐渐消减的连续变化, 背斜核部相对倾伏端抬升速率更高、 侵蚀量更大、 地貌演化阶段更靠后。 地貌参数的计算结果与背斜的地质特征相符, 说明地貌参数方法在小尺度地貌研究中是行之有效的。 2)在小尺度地貌的定量研究中, 计算HI指数时在确保数据有效的前提下应尽量选择更低级别的汇水盆地参与计算, 以提高计算结果的分辨率。 计算k_sn时需要剔除小流域无效数据并保证剩余数据具有足够的密度, 以确保该参数能作为抬升速率评价指标。 计算起伏度时在确保采样窗口满足统计误差要求和研究需求的前提下, 应尽量选择更小的窗口进行计算以提高结果的分辨率。 使用更高分辨率的地形数据有助于提高以上参数计算结果的分辨率和准确度。

基于偏度的地震热红外异常提取

刘文宝, 孟庆岩, 张继超, 张颖, 卢显, 孟亚飞

2020, 42(6):  1509-1524.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.06.015

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地震热异常的存在已被大量震例研究所证实, 但天气仍是热异常精细提取的限制因素。 为此, 文中在提取热异常时先采用时间域差值, 后计算空间域差值以去除天气因素的影响; 引入偏度异常数据监测算法, 针对不同样本数选择不同阈值判断热异常。 基于以上新算法分析了2016年12月8日呼图壁M_S6.2、 2017年8月8日九寨沟M_S7.0和2017年8月9日精河M_S6.6地震的热异常时空分布情况。 结果表明: 1)先采用时间域差值、 后计算空间域差值将减少云对温度空间分布差异造成的热异常假象; 2)在样本数满足异常判断需求的前提下, 当背景场数量发生变化时, 不同样本数对应不同阈值的热异常面积基本不变, 热异常判断阈值的稳定性更强; 3)九寨沟M_S7.0地震的震前热异常整体围绕震中从NW军功断裂向NE陇县-宝鸡断裂以顺时针移动; 呼图壁M_S6.2地震的震前热异常从南往北整体向震中移动; 精河M_S6.6地震的震前热异常整体从NW的塔斯特-巴尔雷克断裂附近向震中移动且呈条状; 4)分析多年热异常与地震间的关系发现, TPR随震级的增大升高, 即震级越高则震前发生地震热异常的概率越大, 该发现对未来地震预报具有重要意义。