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2023年 第45卷 第5期    刊出日期：2023-10-20

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第45卷第5期目次

2023, 45(5):  0-0. 

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研究论文

早更新世地层ESR法测年可靠性研究——以靖远剖面为例

魏传义, 尹功明, 王旭龙, 王度, 姬昊, 刘春茹, 李新秀

2023, 45(5):  1041-1056.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2023.05.001

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第四纪碎屑沉积物是新构造运动和第四纪地质环境变化的重要信息载体。对第四纪碎屑沉积物, 尤其是对距今200ka以上不含火山灰的粗颗粒样品(如砾石堆积)进行测年, 一直是第四纪年代学研究中的重点和难点问题, 石英ESR测年法是能够直接测定这类样品的测年方法之一。但是, 将石英ESR法测年应用于早更新世沉积物(特别是粗颗粒沉积)结果的可靠性国内外至今鲜有报道, 是目前亟待解决的年代学问题之一。文中基于石英ESR法测年原理和前人的研究成果, 以已知年龄的下更新统靖远砾石层为研究对象, 探讨了早更新世砾石堆积石英ESR法测年的可靠性。结果显示: 1)靖远砾石层石英Ti-Li心在11 000Gy附加剂量范围内ESR信号未饱和, Al心在13 000Gy附加剂量范围内ESR信号未饱和; 2)单饱和指数函数和“指数+线性”函数可分别为Ti-Li心和Al心提供更优的等效剂量拟合结果, 且拟合效果均优于0.98; 3)靖远砾石层石英Ti-Li心和Al心的平均ESR测年结果分别为(1.67±0.15)Ma和(1.65±0.69)Ma, 与已知的宇生核素测年结果(约为(1.73±0.13)Ma)和岩石地层结果在误差范围内是一致的。综上所述, 石英Ti-Li心和Al心ESR法测年均可为早更新世含砂质透镜体的砾石层堆积提供可靠的年代学数据。

基于高分辨率遥感影像的地震破裂带精细特征研究——以理塘断裂为例

游子成, 毕海芸, 郑文俊, 彭慧, 梁淑敏, 段磊, 覃乙根

2023, 45(5):  1057-1073.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2023.05.002

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同震地表破裂是地震在地表最直观的地貌表现, 其几何形态和展布特征记录了丰富的断层活动信息。近年来, 高分辨率遥感影像的日益丰富和摄影测量方法等的快速发展, 能帮助我们快速获取研究区高分辨率地形地貌数据, 以便更好地识别地震地表破裂带的精细几何结构, 并测量沿线断错位移分布等信息。文中选取川西理塘断裂1890年地震的同震地表破裂为研究对象, 利用WorldView遥感卫星影像立体像对和摄影测量方法生成了研究区0.5m分辨率的正射影像和1m分辨率的数字高程模型(DEM)。基于此数据解译获取了1890年地震地表破裂带的空间展布范围和精细几何结构, 沿破裂带测量了90组冲沟、 田埂等线性地貌标志的左旋位移, 并统计了其累积概率密度分布(COPD)。结果表明, 理塘断裂全新世中期以来至少经历过4次规模相当的强震事件, 其中最近一次的1890年地震事件的破裂长度约为27km, 同震左旋位移约为1.3m, 估算震级为 M_W6.8 ~7.1, 其他3次由老到新的地震事件的同震位移约为1.8m、 1.9m、 1.1m。研究结果充分展示出高分辨率遥感影像数据在同震地表破裂研究中的应用潜力。

InSAR数据约束的鲜水河断裂带北西段震间滑动速率及浅部蠕滑特征

陈毅, 赵斌, 熊维, 王伟, 余鹏飞, 余建胜, 王东振, 陈威, 乔学军

2023, 45(5):  1074-1091.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2023.05.003

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作为中国大陆最为活跃的断裂带之一, 鲜水河断裂现今的滑动模式, 尤其是北西段的浅部蠕滑特征长期以来备受关注。文中首先利用Sentinel-1卫星降轨数据, 基于小基线集时序分析(SBAS)方法获取鲜水河断裂带北西段2014—2021年的地表视线向(LOS向)平均速度场; 再采用弹性螺旋位错模型拟合InSAR跨断层剖面速度, 估计断层的长期滑动速率和浅部蠕滑速率; 最后结合黏弹性地震周期模型分析炉霍段地震的复发周期、 下地壳和上地幔流变对滑动速率估计的影响。InSAR处理结果显示, 断层两侧LOS向速度场呈现出明显的速度差异。使用弹性螺旋位错模型估计得到的鲜水河断裂北西段的断层滑动速率为7.2~11.0mm/a, 自西向东逐渐减小。断裂带浅部蠕滑速率为0.3~3.1mm/a, 蠕滑主要集中在虾拉沱和道孚—松林口之间。基于历史地震的复发周期及青藏高原东缘下地壳和上地幔黏滞系数的研究, 文中采用黏弹性地震周期模型反演得到炉霍段的滑动速率为(7.91±0.3)~(9.85±0.4)mm/a, 略低于纯弹性螺旋位错模型的结果((10.14±0.5)mm/a)。

长周期地电场变化特征及机理——以都兰地震台为例

席继楼, 赵家骝, 高尚华, 王晓蕾, 李国佑, 孟凡博

2023, 45(5):  1092-1111.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2023.05.004

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地电场是重要的地球物理场, 长周期地电场是地球电磁场的重要组成部分。文中针对2015—2022年青海省都兰地震台较长时间尺度的地电场观测数据资料, 采用小波分析、 中值滤波、 卷积滤波及线性拟合等多种方法和途径, 对长周期地电场及其变化特征进行提取和分析。研究结果显示: 1)都兰地震台地电场观测数据具有比较强的长期平稳性和变化可靠性, 同测向日相关系数的算术平均值≥0.98, 日变化差值的算术平均值≤0.2mV/km; 2)FFT频谱分析结果表明, 数据除包含24h、 12h、 8h和6h等中短周期变化外, 同时也包含年周期、 半年周期及3月周期等长周期变化成分; 3)地电场观测值的日变化幅度呈现夏高冬低的季节性变化, 显著性变化包括年周期、 半年周期、 4月周期、 27日周期及半月周期等; 4)观测值的趋势性变化呈现比较典型的周期性年变化特征, 变化形态近似正弦波, 且每年的极值点和变化幅度基本相当; 5)玛多 M_S7.4 地震前后地电场观测值出现了较为明显的破年变化异常畸变现象。机理分析显示, 在地球围绕太阳公转及自转过程中, 太阳直射点的往复改变是长周期地电场变化的重要激发机制。综合分析认为, 都兰地震台较长时间尺度的地电场观测数据变化具有比较优良的客观性、 可靠性及长期变化平稳性, 能够充分反映长周期地电场的基本变化特性, 具有较高的研究和应用价值。

基于汶川地震前重力场与热场关联性分析的应力致热假说的野外证明

宋冬梅, 王慧, 单新建, 王斌, 崔建勇

2023, 45(5):  1112-1128.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2023.05.005

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地震作为最严重的地质灾害之一, 具有突发性和巨大的破坏性, 开展地震监测预警工作具有十分重要的意义。地表热红外辐射增强的现象是普遍存在的中强地震前兆, 目前已被作为地震监测预警与短临预报的重要参考信息。学者们对其产生的内在机理给出了多种解释。其中, 应力致热假说已被广泛接受, 并已在实验室的岩石力学加载实验中得到证实, 即岩石受力挤压时升温、 拉张时降温, 但这种地壳的挤压拉张运动和热辐射异常间的对应关系能否在野外条件下被观测到, 一直以来尚未有相关研究报道。为此, 文中采用GRACE重力和MODIS热红外2种卫星遥感数据, 以构造应力变化明显的大地震——汶川地震为时间节点开展应力致热假说的野外遥感验证研究。首先, 借助GRACE卫星反演得到的地壳质量密度进行与热红外辐射增温的比对分析; 然后, 分别采用基于最大切应变的重力异常提取方法和原地温度法获得重力异常和热异常, 并分别从时间尺度和空间尺度上检测震前重力异常和热异常的关联性, 对二者与构造断裂带的空间展布进行一致性分析, 得到以下结论: 1)应力致热假说在野外条件下能够被遥感手段验证。地壳的升温区(热偏移指数为正)与挤压区(地壳质量密度增加)、 降温区(热偏移指数为负)与拉张区(地壳质量密度减少)皆高度对应, 二者正、 负变化的一致性高达88.9%, 这为应力致热假说提供了野外观测证据。2)震前重力异常和热异常的时空变化具有较强的关联性。在时间域上, 重力异常和热异常具有较强的相关性, 主要表现为在震前3个月, 2种异常的强度同步出现了突增现象, 并同时达到最大值。在空间域上, 重力异常多出现在热偏移指数值的正、 负值交界处, 这表明重力异常和热异常的空间分布亦具有一定的关联性。此外, 2种异常多次呈现出沿断裂带分布的现象, 由此可知, 二者与构造活动皆密切相关。

考虑地表起伏的不规则区域重力梯度场模型构建方法——以云南地区为例

刘金钊, 梁星辉, 叶周润, 陈兆辉, 胡敏章, 韩宇飞, 王青华, 刘东, 郝洪涛, 张双喜, 陈铭

2023, 45(5):  1129-1146.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2023.05.006

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文中推导并给出了基于非格网分布的起伏面扰动重力或重力异常解算区域扰动重力梯度场模型的数值计算公式。基于澳大利亚West Arnhem Land地区的格网重力数据, 以频谱域(二维快速傅里叶变换)解算的扰动重力梯度全张量作为“基准值”, 然后利用基于推导公式的最小二乘配置方法(LSC)对相同区域非规则范围的重力数据进行扰动重力梯度模型解算, 将结果作为“评估值”。对比“基准值”与“评估值”之差, 研究发现: 1)基于推导公式的最小二乘配置方法解算得到的扰动重力梯度值与频谱域方法得到扰动梯度“基准值”各分量在空间形变变化上是一致的; 2)统计扰动重力梯度各分量的差值 \mathrm{\Delta } \delta {\mathrm{\Gamma }}_{\mathrm{x}\mathrm{x}}^{\mathrm{f}\mathrm{f}\mathrm{t}-\mathrm{l}\mathrm{s}\mathrm{c}} 、 \mathrm{\Delta } \delta {\mathrm{\Gamma }}_{\mathrm{x}\mathrm{y}}^{\mathrm{f}\mathrm{f}\mathrm{t}-\mathrm{l}\mathrm{s}\mathrm{c}} 、 \mathrm{\Delta } \delta {\mathrm{\Gamma }}_{\mathrm{x}\mathrm{z}}^{\mathrm{f}\mathrm{f}\mathrm{t}-\mathrm{l}\mathrm{s}\mathrm{c}} 、 \mathrm{\Delta } \delta {\mathrm{\Gamma }}_{\mathrm{y}\mathrm{y}}^{\mathrm{f}\mathrm{f}\mathrm{t}-\mathrm{l}\mathrm{s}\mathrm{c}} 、 \mathrm{\Delta } \delta {\mathrm{\Gamma }}_{\mathrm{y}\mathrm{z}}^{\mathrm{f}\mathrm{f}\mathrm{t}-\mathrm{l}\mathrm{s}\mathrm{c}} \mathrm{和} \mathrm{\Delta } {\mathrm{\Gamma }}_{\mathrm{z}\mathrm{z}}^{\mathrm{f}\mathrm{f}\mathrm{t}-\mathrm{l}\mathrm{s}\mathrm{c}} , “基准值”与“评估值”差值的标准差分别为5.54E、 5.30E、 1.85E、 6.55E、 2.09E和9.67E(1E=1×10^-9s^-2), 远低于国际上实测重力梯度与解算模型差值的研究结果。最后, 基于云南地区实测地表差分重力值, 文中首次给出了该区域半波长约20km的重力梯度场年际变化模型。文中的思路和方法提高了广泛分布的重力数据(主要为重力异常和扰动重力)的使用效率, 可为地球物理学、 地质学研究更好地理解和解释重力数据、 重力梯度数据及其与场源的关系提供数据基础。

大别山金寨重力基线场混合重力测量试验与分析

徐如刚, 张新林, 梁霄, 孙鸿博, 储飞, 黄显良, 谈洪波, 汪健

2023, 45(5):  1147-1169.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2023.05.007

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在地震重力区域监测网数据处理过程中, 相对重力仪的格值标定和基准控制通常采用本网内的绝对重力基准值, 由于仪器格值和控制基准的影响相互耦合, 难以定量分析格值、 基准控制对测网数据平差处理的影响。文中基于大别山金寨重力基线场的混合重力测量数据, 解耦了格值、 基准控制的影响, 获得了金寨重力基线场的初值。结果表明: 金寨重力基线场可以满足安徽地震重力测网仪器标定的需求, 对提升监测效率、 节约经济成本具有重要意义, 也可为其他基线场、 地震重力区域监测网数据处理提供参考。

四分量钻孔应变对气压响应的传递函数及围岩力学参数估算——以江苏江宁台为例

杨小林, 杨锦玲, 苏利娜, 冯静, 王军

2023, 45(5):  1170-1186.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2023.05.008

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目前中国有60余处四分量钻孔应变测点, 这些测点的观测数据在地球动力学和地震前兆等研究中均发挥着重要作用。但在实际观测中, 不少四分量钻孔应变仪会受到不同周期气压波的干扰。截至目前, 还鲜有关于该类仪器对气压频响效应研究的报道。文中以江宁台为例, 尝试采用传递函数对其进行系统诊断; 在此基础上, 进一步利用双衬套力学模型反演其钻孔围岩的力学参数。结果表明: 1)在0.1~30cpd频带内, 气压和钻孔应变的相干性较好; 2)低频带(0.1~0.5cpd)的气压响应最好, 高频带(>8cpd)次之, 中频带(0.5~8cpd)则略差; 3)若不考虑日波和半日波频段的影响, 在整个频带内, 4个分量的应变和面应变气压系数谱近线性平稳; 4)在高频带, 钻孔应变对气压响应的相位谱呈指数形式上升, 平均滞后约24.2°, 频率依赖性明显; 5)利用面应变低频气压系数均值反演的钻孔围岩弹性模量和泊松比分别为33.9GPa和0.27。以上结果将不仅有助于气压效应的分频改正, 同时还能为钻孔围岩力学参数的定量反演提供新方法。

基于概率密度函数表示的地震计自噪声模型

王凯明, 余大新, 赵立军, 李文一, 叶庆东

2023, 45(5):  1187-1199.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2023.05.009

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不同型号地震计的自噪声水平直接影响了地震观测数据的质量, 并进一步限制了利用地震数据解决地球科学问题的能力。长久以来, 由于受到观测条件的限制, 准确地测量和比较不同型号地震计的自噪声水平颇具挑战。文中利用马陵山地震台4个月的连续地震波形, 基于概率密度函数的表示方法计算了7个型号地震计的自噪声功率谱密度曲线。对于超宽频带地震计CMG-3T-360, 在微震频带(0.1~1Hz), 水平方向的自噪声明显高于垂直方向, 这可能是地震计水平方向相对方位未对齐导致的计算偏差; 在低频段(<0.03Hz), 水平方向显著偏高的自噪声可能源于大气压的变化。短周期地震计JS-S02的自噪声水平在频率为0.15~7Hz时低于全球新低噪声模型(NLNM)。宽频带地震计TDV-60B和甚宽频带地震计TDV-120VB在垂直方向的自噪声水平基本一致。宽频带地震计JS-60和甚宽频带地震计JS-120的自噪声水平在微震频段接近或低于CMG-3T-360。当频率为0.008~0.08Hz时, JS-120水平向NS通道的自噪声水平高于CMG-3T-360功率谱密度68%的置信区间。

逆断层上覆土层地表破裂影响因素的数值模拟

郭婷婷, 徐锡伟, 袁仁茂, 杨宏智

2023, 45(5):  1200-1218.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2023.05.010

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强震发生时, 震源断层错动引发上覆土体变形破裂是地面建(构)筑物破坏的重要原因。为研究和分析上覆土层地表变形与破裂特征及其影响因素, 文中通过有限元数值模拟方法, 综合分析断层倾角、 断层错动位移量、 上覆土层厚度对上覆土层地表变形与破裂的影响及其规律。结果表明: 1)断层垂直位错量为上覆土层厚度的3.3%、 倾角仅为30°时, 发生地表破裂; 断层垂直位错量为上覆土层厚度的5%、 倾角为30°、 45°时, 发生地表破裂; 断层垂直位错量为上覆土层厚度的6.6%、 倾角为30°、 45°、 70°时, 发生地表破裂; 断层垂直位错量为上覆土层厚度的10%、 倾角为30°、 45°、 70°与逼近90°时, 均发生地表破裂。2)随垂直位错量的增加或上覆土层厚度与断层倾角的减小, 地表等效应变逐渐变大, 越容易发生地表破裂。3)随着断层倾角由30°、 45°增加至70°, 上、 下盘地表破裂宽度比值从约3︰1增加至3︰2~1︰1。4)上覆土层的变形与破裂, 首先始于断层基岩与土体交界面的土体破裂, 随着位错量的增加, 当断层倾角为30°、 45°、 70°时, 地表均出现了1个初始破裂点; 当断层倾角逼近90°时, 地表出现了2个初始破裂点, 最后上覆土层出现贯通破裂。

基于强震动记录的震级快速估算方法

孟睿, 张远帆, 谢霄峰, 聂志喜, 王振杰, 单新建

2023, 45(5):  1219-1232.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2023.05.011

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在破坏性地震中, 快速估算震级对于早期预警和应急响应具有重要意义。然而, 利用强震动地面峰值速度(Peak Ground Velocity, PGV)快速准确地估算震级仍是一项挑战。文中开展了基于强震动PGV的震级快速估算方法研究。首先, 基于全球范围内23次 M_W6.0 ~9.0地震事件的5 596条强震动PGV, 构建了可用于震级快速估算的强震动PGV震级模型。其次, 采用未参与建模的4次地震事件进行模型验证, 并开展了震级快速估算研究。结果表明: 23次地震事件的强震动PGV预测值与观测值基本一致, 残差的均方根误差为0.296。4次地震事件的强震动PGV估算震级与美国地质调查局报告的矩震级基本相符, 其绝对偏差分别为0.15个、 0.14个、 0.05个、 0.13个震级单位, 震级快速估算的收敛时间分别为76s、 50s、 84s、 70s。

四川芦山2022年6月 M_S6.1 地震的发震构造及其与2013年4月 M_S7.0 地震关系的探讨

陈翰林, 王勤彩, 张金川, 刘瑞丰

2023, 45(5):  1233-1246.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2023.05.012

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文中对2013年4月—2022年7月发生在芦山震区的地震进行重定位, 并反演了芦山2022年6月1日 M_S6.1 地震的震源机制解。芦山 M_S6.1 地震序列的震源深度北浅南深, 断层长约10km, 自深向浅破裂。通过分析芦山震区的发震构造和地震活动特征, 认为震源断层为一条走向NE、 倾向SE的盲逆冲断层, 其与2013年 M_S7.0 地震走向NE、 倾向NW的主逆冲断层及其上盘走向NE、 倾向SE的反向逆冲断层共同组成双层“Y”字形结构。进一步综合分析库仑应力变化, 认为2013年芦山 M_S7.0 地震对2022年芦山 M_S6.1 地震具有抑制作用。