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2021年 第43卷 第1期    刊出日期：2021-02-20

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研究论文

亚失稳准动态及同震过程变形场时空演化特征——实验与分析

李世念, 马瑾, 汲云涛, 郭彦双, 刘力强

2021, 43(1):  1-19.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.01.001

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断层亚失稳模型指出, 在临震亚失稳阶段中各种物理量存在规律性的时空演化特征, 控制这些物理参数变化的根本原因是震源的力学过程。 为深入观测和分析该过程, 文中介绍了一套自主研发的64通道、 16位分辨率、 4MHz采样频率、 可并行连续采集的超动态变形场观测系统(UltraHiDAM), 首次实现了在4MHz频率下对应变信号和声发射信号的同步采集。 依托该系统对断层失稳变形的全过程, 特别是失稳前几s到若干μs的瞬态变形过程, 即亚失稳准动态阶段进行了精细、 深入的观测, 解析了相关的震源力学问题, 获得以下认识: 1)伴随断层局部卸载而出现的应变局部化加速是进入亚失稳准静态阶段的近场判据; 2)亚失稳准动态阶段的应变场特征(应变调整)表现为以应变逐点的逐次加速和往复传递; 3)准动态过程中每个子阶段都存在短暂的准备期, 其可能有助于临震预测; 4)一次断层失稳事件(实验室地震)可以伴随发生多次震源应变高频震荡以及对应的多次声发射事件。

花岗岩非稳态流变实验

牛露, 周永胜, 姚文明, 马玺, 何昌荣

2021, 43(1):  20-35.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.01.003

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脆塑性转化带对于研究岩石圈变形、 断层强度和变形机制以及强震的孕育和发生具有重要意义。 文中采用汶川地震震源区彭灌杂岩中具有代表性的细粒花岗岩样品, 在固体压力介质三轴实验系统上开展了高温高压非稳态流变实验研究。 实验设计模拟了汶川地震区地壳10~30km深度的实际温度和压力, 温度为190~490℃, 压力为250~750MPa, 应变速率为5×10^-4s^-1, 利用扫描电镜对实验样品进行微观结构观察。 实验力学数据、 微观结构及变形机制分析表明, 在相当于地壳浅部10~15km深处的低温低压条件下, 表现为应变强化, 样品具有脆性破裂-半脆性流动的变形特征; 在相当于地壳15~20km的深度条件下, 随着应变量增加, 应力趋于稳态, 样品具有脆塑性转化特征; 在相当于地壳20~30km的深度条件下, 样品具有塑性流动特征。 当样品处于半脆性域时发生非稳态流变, 主要变形机制为碎裂作用, 同时激活了动态重结晶作用、 位错蠕变等塑性变形机制。 样品强度随着深度不断增大, 在深度为15~20km时达到极大值, 深度为20~30km时强度逐渐减小。 因此, 花岗岩的强度随深度的变化规律与微观结构及变形机制均表明, 在实验温度和压力条件下, 花岗岩具有非稳态流变特征, 在15~20km深处, 龙门山断裂带处于脆塑性转化带, 花岗岩强度达到最大值, 该深度与汶川地震的成核深度一致, 显示出彭灌杂岩的强度和变形对汶川地震的孕育和发生具有控制作用。

海原断裂干盐池拉分盆地中央断层的形成机制探讨

雷生学, 冉勇康, 李彦宝, 李海鸥, 高也, 郭巍

2021, 43(1):  36-52.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.01.003

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拉分盆地内部的 “对角线式中央断层”, 不仅在拉分盆地的消亡过程中发挥着重要作用, 还对大地震的发生具有重要控制作用, 研究其形成演化具有重要的意义。 然而, 与拉分盆地相比, 专门针对中央断层的研究较少, 制约了人们对拉分盆地乃至走滑断裂带构造演化过程的理解。 文中以海原断裂带中段的干盐池拉分盆地为例, 对盆地内的中央断层开展了地质地貌调查、 浅层人工地震勘探和钻孔联合探测等工作, 着重对该断层的性质和形成机制进行了探讨, 获得的主要认识有: 1)与前人的认识不同, 干盐池盆地中央断层为一条倾向SW的逆走滑断层; 2)干盐池盆地为一不对称拉分盆地, 其形成演化主要受盆地北缘的南-西华山北麓断层控制, 盆地内堆积了厚度>680m的生长地层且构成了翻转背斜; 3)干盐池拉分盆地的实例表明, 逆走滑中央断层的形成机制可能是 “截弯取直”作用, 即初期发育的反向正断层在截弯取直后吸收了边界断层的逆走滑位移而形成, 而翻转背斜可能对中央断层的倾向发生旋转有一定影响。

大凉山断裂带北段石棉断裂的古地震

冯嘉辉, 陈立春, 王虎, 刘姣, 韩明明, 李彦宝, 高帅坡, 卢丽莉

2021, 43(1):  53-71.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.01.004

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大凉山断裂带是大型走滑断裂鲜水河-小江断裂系的重要组成部分, 其活动性是认识和探讨青藏高原东南缘现今地震活动和构造变形机制的重要基础资料。 相较于中段和南段, 关于大凉山断裂带北段活动性的相关研究成果, 尤其是古地震资料非常缺乏。文中基于野外地质地貌调查, 在石棉断裂联合村处开挖了一组(2个)探槽, 揭露出断裂全新世活动的直接证据。 通过古地震分析和炭样加速器质谱仪(AMS)测年, 共获得了4次古地震事件: 事件E1: 20925—16850BC; 事件E2: 15265—1785BC; 事件E3: 360—1475AD; 事件E4: 1655—1815AD。其中包括全新世以来的3次事件, 最新2次事件的复发间隔骤然缩短, 反映断裂活动可能正在加剧。

西秦岭临潭-宕昌断裂第四纪最新活动特征

张波, 田勤俭, 王爱国, 李文巧, 徐岳仁, 高泽民

2021, 43(1):  72-91.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.01.005

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临潭-宕昌断裂是西秦岭造山带内一条重要的分支断裂, 其最新活动特征是分析西秦岭构造变形的重要依据。 临潭-宕昌断裂的新构造活动强烈, 中强地震频繁, 但目前对于断裂的新活动特征研究程度较低, 未见有其全新世活动地质地貌证据的报道。 文中基于遥感解译、 宏观地貌分析研究断裂的长期活动表现和分段性; 同时通过地质地貌考察、 无人机摄影测量、 差分GPS和放射性碳测年等方法定量研究断裂的新活动特征; 最后基于研究结果探讨了断裂及附近区域的地震危险性和区域构造变形。 结果表明: 根据断层迹线收敛程度和宏观地貌差异, 可将临潭-宕昌断裂分为西、 中、 东3段; 断裂的运动性质以左旋走滑为主, 兼具逆冲分量, 左旋走滑使洮河及其支流、 冲沟和山脊等发生同步左旋拐弯, 最大左旋位移可达3km, 逆冲分量使新近纪盆地边缘和内部形成300~500m的垂向位移; 断裂的最新活动时代为全新世, 限定了1次2090~7745aBP(置信度为2σ)的全新世古地震事件; 全新世早期以来, 临潭-宕昌断裂东段主干断裂的左旋走滑速率为0.86~1.65mm/a, 垂直滑动速率为0.05~0.10mm/a。 临潭-宕昌断裂分配了约2mm/a的左旋走滑分量, 是东昆仑-西秦岭阶区变形分配的关键断裂之一。

鲁甸地震的滑坡物质运移规律与地形特征

陈晓利, 刘春国, 传一健, 兰剑, 魏延坤

2021, 43(1):  92-104.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.01.003

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长期、 缓慢的地貌演化具有阶段性的特点, 构造抬升与侵蚀相互作用引起山坡物质运移, 使地貌单元具有向相对稳定状态转变的趋势。 滑坡作为山坡物质运移的一种主要方式, 在地貌演化过程中起到了重要作用。 2014年鲁甸M_S6.5地震诱发了异常多的滑坡, 可以看作是该区地貌物质在短时间内发生的集中调整过程。 这些滑坡主要沿河流分布, 表明河流侵蚀使河岸地形变陡、 强度降低, 形成发生物质运移的有利条件, 从而增强了地震滑坡的易发性。 文中以SRTM 30m数字高程模型(DEM)为基础, 通过对鲁甸地震滑坡分布区的网格化划分, 对研究区滑坡分布及其与地形特征的关系进行了定量分析。 除计算网格单元内的高程、 高差及算数平均坡度外, 还提出期望坡度的计算方法以对网格单元内的地形进行平滑。 在此基础上, 对该区域地貌特征参数自相关性进行了分析和比较, 以判断地表物质分布是否均衡并寻找其中的分异性单元(滑坡易发区)。 结果表明, 研究区的高程与坡度、 地形高差呈负相关, 反映出显著的河流侵蚀效应; 其中地形特征在分析单元的期望坡度与算数平均坡度这2个不同尺度下表现出很高的一致性, 可能代表着研究区地貌在演化中具有的一种动态稳定特征, 而与此特征不符的地貌单元则是可能发生滑坡进行物质调整的区域, 是地貌自适应调整的一种表现。 2014年鲁甸地震触发的大部分规模较大的滑坡发生在期望坡度与平均坡度差异较大的区域, 这些区域大多位于河谷, 显示河流侵蚀及其所造成的地形特征对滑坡易发性的控制作用。 基于这样的认识, 认为该区未来的物质运移区域仍然受到河流侵蚀的控制, 滑坡易发性高的位置仍将沿河流分布。 作为对比的九寨沟地震震区的地貌参数分析结果则表现出不同的特点, 这种地形地貌分布上的差异性与滑坡空间分布及滑坡规模等之间的关系值得深入探讨。

一种特殊的火山作用形式——射汽岩浆喷发作用

张雯倩, 李霓

2021, 43(1):  105-122.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.01.007

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高温岩浆在上升过程中遇到地下水或地表水发生水岩相互作用, 产生大量水蒸汽导致的爆炸式喷发作用, 可称为射汽岩浆喷发作用, 是一种较为特殊的火山活动, 主要产物为低平火山口和基浪堆积物。 国内外许多火山学家对射汽岩浆喷发作用的喷发过程和产物开展了岩相学、 沉积学、 火山物理学和地球化学综合研究, 通过实验、 计算机模拟等方法探究了射汽岩浆喷发过程的影响因素。 文中介绍了国内外研究人员的相关研究成果, 以便更好地了解射汽岩浆喷发这种特殊的火山作用形式, 以期能将其应用于现代火山灾害预防和监测工作中, 保护人们的生命和财产安全。

基于人工地震资料的珠江口地区最小一维P波速度模型

王力伟, 王宝善, 叶秀薇, 张云鹏, 王小娜, 吕作勇

2021, 43(1):  123-143.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.01.008

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珠江口地区位于南海北部大陆的边缘, 具有洋陆过渡型地壳特征, 且NE向滨海断裂带从其中穿过, 强震风险不可忽视。 文中基于2015年珠江口海陆联合三维人工地震探测数据, 人工进行初至P波震相拾取, 并使用VELEST程序分别反演了陆域和海域的最小一维P波速度模型(走时残差均方根最小)和台站校正结果。 台站校正结果的空间分布与区域地形、 地质构造和沉积厚度相关较好, 正值多分布在珠江三角洲沉积盆地和珠江口盆地内, 而负值多分布在花岗岩等基岩出露地区以及滨海断裂带北侧和北部断阶带内的部分隆起地区。 新模型对人工地震走时的拟合精度较高, 陆域走时残差均方根为0.07s, 海域为0.21s。 与华南模型相比, 新模型对区域地震定位的效果更好, 重定位后, 陆域的P波地震走时残差降低了22.6%、 S波降低了21.2%; 海域的P波地震走时残差降低了25.7%、 S波降低了15.6%。 新模型可为区域地震定位、 地震参数和三维成像研究提供参考。

镇江地区主要NW向断裂的第四纪活动性

张鹏, 许奎, 范小平, 张媛媛, 汪勇, 郝景润

2021, 43(1):  144-157.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.01.009

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五峰山-西来桥断裂和丹徒-建山断裂是镇江地区2条主要的NW向断裂, 可能与镇江多次破坏性地震相关。 文中通过浅层地震勘探和钻孔联合剖面探测方法, 对五峰山-西来桥断裂和丹徒-建山断裂的展布特征及第四纪活动性进行了系统研究。 五峰山-西来桥断裂在浅层地震剖面上倾向NE, 倾角约为60°, 断距约为5~9m, 以正断活动为主; 大路镇场地上, 该断裂断错的最新地层为中更新统底部, 位错量为2m, 判断五峰山-西来桥断裂的最新活动时代为中更新世早期。 丹徒-建山断裂在浅层地震剖面上倾向SW, 倾角约为50°~55°, 断距约为2~7m, 以正断活动为主; 访仙镇场地上, 中更新统之上的地层没有被断错的迹象, 中更新统底部可能被断层影响, 判断丹徒-建山断裂的最新活动时代为早更新世—中更新世早期。

大别造山带东段重力异常多尺度分解及其构造意义

黎哲君, 义崇政, 周冬瑞, 郑海刚, 王俊, 李军辉, 倪红玉

2021, 43(1):  158-176.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.01.010

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文中通过多源数据融合、 模型构建、 数据试验、 二维离散小波变换和功率谱分析等方法获取了大别造山带东段深、 浅部场源布格异常及其场源似深度, 并结合地壳结构、 地质构造、 岩石圈有效弹性厚度和地震活动等资料, 讨论了地壳深、 浅部的结构特征及地震活动构造背景。 结果表明, 低频布格异常显示大别造山带东段与华北地块间深部构造缝合带在东部应位于青山-晓天断裂前缘, 在落儿岭-土地岭断裂和商城-麻城断裂之间向N偏移至梅山-龙河口断裂之下, 造山带南侧与扬子地块间深部构造缝合带位于襄樊-广济断裂以北约20km, 造山带东侧与扬子地块间的深部构造转换带位于郯庐断裂带之下, 造山带东段腹地显著的低频布格异常低值表明对应部位的莫霍面存在明显下凹, 造山带内部的布格异常高梯度带表明其深部结构不完整; 高频布格异常揭示肥中断裂、 六安-合肥断裂、 肥西-韩摆渡断裂和郯庐断裂带等主要断裂对地壳中上部密度结构的影响明显, 落儿岭-土地岭断裂对地壳中上部密度结构的影响范围向N延伸至肥西-韩摆渡断裂前缘。 结合地震活动资料进一步分析认为, 大别造山带东段与华北地块在青山-晓天断裂前缘附近接触和相互作用, 且大别造山带东段地壳深、 浅部结构均不完整, 不利于应力积累, 趋向于在断裂交错的脆弱部位频繁释放应力, 是霍山地区小地震活动频繁的主要原因。

南北地震带中段及周边中强地震序列类型的特征

祁玉萍, 龙锋, 林圣杰, 肖本夫, 赵小艳, 王培玲, 冯建刚

2021, 43(1):  177-196.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.01.011

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文中根据南北地震带中段及附近区域1973年以来86次5.0级以上的地震序列统计结果, 对地震序列类型和空间分布进行分析, 结果表明: 1)研究区域内的地震序列以主余型为主(51%), 多震型次之(29%), 孤立型最少(20%); 同一序列类型中, 随着地震震级增大, 主余型地震所占的比例增加, 多震型、 孤立型逐渐减少, 7.0级以上地震以主余型为主, 无孤立型地震; 对于不同破裂类型, 逆冲型地震中主余型最多, 多震型地震更可能为走滑和正断性质的地震。 2)主余型和多震型地震序列的主震与最大余震震级的线性关系相对较好; 绝大多数地震的最大余震多发生在震后20d内, 主余型最大余震集中在震后3d内发生, 多震型地震中次大地震集中在震后12d内发生, 孤立型地震的最大余震多发生在地震当天。 3)地震序列空间分布显示, 主余型地震分布相对较广, 多震型地震主要集中在川西巴塘—理塘、 川东马边—昭通一带、 川北松潘和滇西北云龙、 姚安、 龙陵及附近区域, 甘孜-玉树断裂带、 鲜水河断裂带NW段及四川盆地等地更易发生孤立型地震。 4)地震序列类型的空间分布可能与本区域的地质构造和历史地震活动存在一定的关系。

2019年夏河M5.7地震的余震序列重定位及发震构造

刘旭宙, 沈旭章, 何骁慧, 蒲举

2021, 43(1):  197-208.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.01.012

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甘肃夏河M5.7地震的震中位于临潭-宕昌断裂与西秦岭北缘断裂之间。 文中采用gCAP方法及P波初动方法求解了主震的震源机制解, 并利用双差定位方法对夏河地震及其余震序列进行了重定位, 分析了地震的发震断层。 结果显示: 节面Ⅰ的走向、 倾角和滑动角分别为185°、 56°和127°; 节面Ⅱ的走向、 倾角和滑动角分别为312°、 48°和48°。 重定位后, 余震序列的震源呈NE倾、 宽2~4km的条带状分布, 深度集中于3~9km。 余震的分布特征与主震震源机制解的节面Ⅱ相符, 由此推断夏河M5.7地震的发震断裂为临潭-宕昌断裂的次级断裂, 该断裂的走向为312°, 倾向NE。 最后, 初步探讨了该次地震的发震模式。

丁青地区地震重定位、 震源机制及其发震构造初步分析

李启雷, 李玉丽, 屠泓为, 刘文邦

2021, 43(1):  209-231.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.01.013

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文中利用青海省地震台网的宽频带数字记录, 通过CAP反演等方法获取了西藏丁青8次M_S≥3.0地震的震源机制解(1次地震的震源机制解来自USGS)。 结果显示, 7次地震以正断破裂为主, 兼具少量右旋走滑分量, 断层优势走向为NNE, P轴的优势方位为SWW, T轴的优势方位为SEE。 同时, 利用双差相对定位法获得了217个地震的重定位结果。 重定位后, 余震沿NE-SW向展布, 与震源机制解的走向基本吻合, 但与区域内主要走滑型断裂近EW的走向不一致。 2015—2018年发生的地震主要分布在5~15km深度范围, 2018—2020年震源深度范围缩小至7~12km, 2018年以后震源深度的分布范围明显收窄。 丁青地震发生在羌塘块体中部, 域内既受到SN向印度洋板块与亚欧板块的强烈碰撞挤压作用, 也存在EW向伸展构造活动。 综合分析重定位、 震源机制结果及地质构造背景等资料, 认为2016年M_S5.5、 2020年M_S5.1地震的发震构造可能是同一条NE走向的正断型断裂, 发震断层面可能为节面I, 即走向、 倾角和滑动角分别为12°、 58°、 -103°与9°、 57°、 -101°的节面。 由于丁青地区地质资料匮乏, 无法明确具体的发震断裂。

青海共和及周边地区的地壳三维速度结构

罗仁昱, 陈继锋, 尹欣欣, 李少华

2021, 43(1):  232-248.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.01.014

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文中收集了2009年1月—2019年1月青海、 甘肃固定地震台网及野外流动观测台阵记录的青海共和及周边地区的P波和S波到时数据, 应用双差层析成像方法反演了该地区地壳的三维速度结构和震源位置参数, 分析了共和1990年4月26日M_W6.4地震孕育发生的地质构造背景与该地区速度结构和地震活动性之间的关系。 结果显示, 共和地区的地壳速度结构呈现出明显的横向不均匀性, 共和主震位于共和盆地正下方区域的低速异常体内, 主震的SW侧为高速异常, 该异常从地下向NE向上逆冲至近地表处, 推测35.95°N处即为哇玉香卡-拉干隐伏断裂。 共和主震发生在水平NE向构造应力作用下, 由走向NWW、 倾向SSW的隐伏断层的滑动造成。

天山地震带主要活动断层现今的滑动速率及其地震矩亏损

朱爽, 梁洪宝, 魏文薪, 李经纬

2021, 43(1):  249-261.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2021.01.015

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文中收集了1999—2015年天山地震带及其周边地区的GNSS数据, 计算得到了速度场结果, 并利用弹性块体模型计算了研究区域内各块体的闭锁深度和主要断层的滑动速率。 研究结果表明: 南天山断裂带西段的迈丹断裂的缩短速率处于高值状态, 达(-6.3±1.9)mm/a, 高于南天山东段; 北天山断裂带西段的缩短速率同样高于东段。 利用主要断裂带的滑动速率计算出各地震带的地震矩积累变化及1900年以来的地震矩释放变化量, 以分析地震矩亏损分布, 结果显示北天山山前断裂、 迈丹断裂、 额尔齐斯断裂带北段和喀什河断裂西段存在较大的地震矩亏损, 具有孕育7级以上地震的潜能, 而北轮台断裂、 柯坪断裂带中段则呈现地震矩盈余状态, 在未来的一段时间内不具备发生强震的可能。