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基于地震观测资料的构造应力场反演方法与应用研究

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基于地震观测资料的构造应力场反演方法与应用研究

作者：黄骥超中国地震局兰州地震研究所

学位级别：硕士

构造应力场作为地球科学的重要研究内容之一,在解释全球板块运动、地震孕育机制中起着重要作用。本文第二章建立了一套利用震源机制解反演应力张量的网格搜索算法。该方法网格搜索精度较高,能够考虑所使用震源机制数据的权重,采用F检验... 详细信息

构造应力场作为地球科学的重要研究内容之一,在解释全球板块运动、地震孕育机制中起着重要作用。本文第二章建立了一套利用震源机制解反演应力张量的网格搜索算法。该方法网格搜索精度较高,能够考虑所使用震源机制数据的权重,采用F检验给出反演参数的不确定范围,并用合成数据对该方法进行准确度检验。利用上述方法,本文分别针对中国大陆的首都圈地区和西南太平洋汤加—克马德克俯冲带区域,进行了典型区域构造应力场研究。(一)中国大陆现今构造应力场研究:以首都圈为例。首都圈作为中国大陆地震监测重点地区之一,近年来布设了密集的地震台网。地震观测资料的大量增加,使得小震震源机制解求解的精度逐渐提高。本文第三章收集了首都圈地区近五十年来大震震源机制以及2002004年中小震震源机制解,首次采用对不同震级地震进行加权处理的方法将强震与小震结合对首都圈地区现今地壳应力场进行反演。得到了首都圈分区构造应力场分布。结果表明:北京张家口区,主压应力轴N43°6°E向;唐山及邻区,主压应力轴N38°6°E向;邢台区,主压应力轴N79°1°E向;该反演结果与前人结果相似,反映出研究方法的正确性,并揭示了首都圈现今构造应力场的整体一致性和分区差异。(二)俯冲带深部构造应力场研究:以汤加—克马德克俯冲带为例。汤加—克马德克俯冲带是太平洋板块向澳大利亚板块俯冲碰撞的动力作用区,是全球俯冲带动力学研究的热点区域。本文第四章首先基于EHB地震目录,对汤加—克马德克俯冲带(18.5°S8.5°S)区域进行平面拟合,得到该研究区内俯冲带走向约为196°,倾角约为48°;然后基于该俯冲带研究区域内Global CMT震源机制解,对不同区域、不同深度范围进行区域应力张量反演,得到汤加—克马德克俯冲带研究区内精细的应力图像。反演结果显示:俯冲带浅部(6000km),应力结构非均匀特征明显,走滑型、正断型、过渡型应力结构共存,并且最大主压应力轴方位在24°S左右发生明显偏转,我们推测这可能与路易斯维尔海链俯冲有关。中部(30000km),局部出现走滑型应力结构,并且最大主压、张应力轴由北向南发生偏转,这可能与由北向南流动的地幔流对俯冲板片推挤作用逐渐减弱相关联;深部(50000km),应力结构主要以正断型与过渡型为主,最大主压应力轴沿俯冲方向分布;本文的结果还发现了主俯冲带西侧“偏移”板片与主俯冲带应力结构不同,表明“偏移”板片与主俯冲带是分离的。与以往根据震源机制反演应力场的方法相比,本研究建立了一套更高精度的网格搜索算法进行应力张量反演,并利用合成数据检验了该方法的正确性。本文将该方法用于首都圈现今构造应力场研究和汤加—克马德克俯冲带深部应力场研究,并取得了很好的效果。本文的结果对于首都圈地区孕震机制和俯冲带动力学研究具有一定的参考意义。

关键词：震源机制构造应力场反演网格搜索首都圈汤加—克马德克俯冲带

帕米尔—兴都库什地区构造应力场反演及拆离板片应力形因子特征研究

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地球物理学报 2019年第5期62卷 1633-1649页

作者：崔华伟万永革黄骥超盛书中靳志同山东省地震局济南250014 防灾科技学院河北三河065201 中国地震局地球物理研究所北京100081

从Global CMT目录搜集了1976年1月至2016年6月之间的震源深度大于70km的255个震源机制解,用阻尼应力反演方法,分70～160km和170～310km两个深度,计算了帕米尔—兴都库什地区的构造应力场;同时以10km为间隔计算了兴都库什地区深度介于70... 详细信息

从Global CMT目录搜集了1976年1月至2016年6月之间的震源深度大于70km的255个震源机制解,用阻尼应力反演方法,分70～160km和170～310km两个深度,计算了帕米尔—兴都库什地区的构造应力场;同时以10km为间隔计算了兴都库什地区深度介于70～310km之间的应力形因子.得到以下初步结论:兴都库什板片向下俯冲和帕米尔地区断裂带的横向拉张,可能是导致应力场不同的原因.兴都库什俯冲带与帕米尔俯冲带碰撞,导致交汇地区(37°N—37.5°N)的应力场参数突变.兴都库什俯冲板片受到深部温度、压力等因素,出现薄弱面进而形成拆离板片.其脱离了主俯冲板片的束缚后,重力的上下拉张作用导致空区附近张轴倾伏角接近90°,拆离板片俯冲至上地幔不连续面,导致板片部分熔融进而应力形因子随着深度变小.而拆离板片受到地幔挤压其内部发生破碎,其压应力轴由西部的NS到东部NW-SE方向偏转及纵向张应力轴倾伏角变小.

关键词：帕米尔兴都库什震源机制解构造应力场俯冲带应力形因子

利用小震与强震震源机制解反演首都圈现今构造应力场

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地震 2015年第1期35卷 17-27页

作者：黄骥超万永革中国地震局兰州地震研究所甘肃73000 防灾科技学院河北065201

由于首都圈地区近年来布设了较为密集的地震台网,使得较小地震震源机制的求解成为可能.本文收集了首都圈地区近50年来大震震源机制以及2002-2004年中小震震源机制解,采用对不同震级地震进行加权处理的网格搜索法将强震与小震结合对首都... 详细信息

由于首都圈地区近年来布设了较为密集的地震台网,使得较小地震震源机制的求解成为可能.本文收集了首都圈地区近50年来大震震源机制以及2002-2004年中小震震源机制解,采用对不同震级地震进行加权处理的网格搜索法将强震与小震结合对首都圈地区的现今地壳应力场进行反演.得到了较为精确的首都圈地区各区域的构造应力场.结果表明：北京张家口区,主压应力轴N（43°～86°）E向;唐山及邻区,主压应力轴N（38°～86°）E向;邢台区,主压应力轴N（79°～81°）E向;本文反演结果与前人结果相似,表明了研究方法的正确性,并揭示了现今首都圈地区应力场的整体一致性和分区差异,对解释首都圈地区的发震背景和地球动力学研究有一定的参考意义.

关键词：震源机制网格搜索构造应力场首都圈

应用综合震源机制解法推断鄂尔多斯块体周缘现今地壳应力场的初步结果

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地球物理学报 2015年第2期58卷 436-452页

作者：盛书中万永革黄骥超卜玉菲李祥中国地震局地球物理研究所北京100081 防灾科技学院河北三河065201 中国地震局兰州地震研究所兰州730000 江苏省地震局南京基准地震台南京210014

利用2007年8月1日至2013年7月21日发生在鄂尔多斯块体周缘的8499个地震的49844个P波初动符号资料,应用综合震源机制解法获得了鄂尔多斯块体周缘0.25°×0.25°的精细地壳应力场,所得应力场结果基本上覆盖了整个鄂尔多斯周缘地区.研究结... 详细信息

利用2007年8月1日至2013年7月21日发生在鄂尔多斯块体周缘的8499个地震的49844个P波初动符号资料,应用综合震源机制解法获得了鄂尔多斯块体周缘0.25°×0.25°的精细地壳应力场,所得应力场结果基本上覆盖了整个鄂尔多斯周缘地区.研究结果表明鄂尔多斯周缘地壳应力场具有以下特征:(1)在环绕鄂尔多斯周缘的银川—吉兰泰断陷带、河套断陷带、岱海断陷带、山西断陷带和渭河断陷带内,综合震源机制解结果以正断层型为主,且综合震源机制解节面走向大体与控制断陷带边界的主要断裂走向相一致,与鄂尔多斯周缘断陷带现今的拉张状态相一致.(2)在鄂尔多斯西南缘,综合震源机制解类型主要为逆冲、逆冲走滑和走滑型,反映了鄂尔多斯块体在西南缘受到青藏高原北东向挤压作用.鄂尔多斯西南缘的应力场的主压应力方向在远处为东向,源自于青藏高原向东北挤压作用,靠近鄂尔多斯块体表现为北东—南西向.(3)P轴方位在局部地区变化较大,但总体呈现规律性变化.P轴方位在鄂尔多斯块体西缘,从南向北,主压应力轴方位更加偏北;在其北缘,由西向东,主压应力轴方位更加偏东.在其南缘和东缘,主压应力轴方位变化不大,大体上平行于控制各断陷带主要断裂走向.P轴倾角在西南缘为近水平,在其周缘各盆地内P轴倾角近直立.(4)T轴方位总体表现为北西—南东向;在鄂尔多斯周缘各断陷带内,T轴走向大体与控制断陷带主要断裂走向以及断陷盆地走向相垂直.(5)鄂尔多斯块体在其西南角受到来自青藏高原的北东向挤压和其东北角深部物质上涌形成的北西—南东向拉张力联合作用,上述作用使得鄂尔多斯块体周缘地区除西南区为挤压区外,其余区域均为剪切拉张区,与先前研究认为鄂尔多斯周缘地区处于引张应力场作用相符合,较好地解释了环鄂尔多斯周缘的断陷盆地构造,亦符合鄂尔多斯块体东西两侧的右旋剪切拉张带以及南北两侧的左旋剪切拉张带的认识.

关键词：应力场综合震源机制解 P波初动鄂尔多斯块体

2017年精河M_S6.6地震邻区构造应力场特征与发震断层性质的厘定

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地球物理学报 2019年第4期62卷 1336-1348页

作者：刘兆才万永革黄骥超靳志同杨帆李瑶防灾科技学院河北三河065201 中国地震局地球物理研究所北京100081

2017年8月9日新疆精河发生M_S6.6地震,深入了解该地震的构造应力背景及其所破裂断层的活动特性对理解其孕震过程及震后的地震危险性估计十分重要.本研究自GCMT目录收集了2017年8月9日新疆精河MS6.6地震震中及其邻区的253个震源机制解,应... 详细信息

2017年8月9日新疆精河发生M_S6.6地震,深入了解该地震的构造应力背景及其所破裂断层的活动特性对理解其孕震过程及震后的地震危险性估计十分重要.本研究自GCMT目录收集了2017年8月9日新疆精河MS6.6地震震中及其邻区的253个震源机制解,应用MSATSI软件反演了该地震及其邻区的应力场.反演结果显示,西北区域应力场的最大主压应力轴的方位从西到东呈现出NNW-NS-NNE的渐变过程,东南区域应力场最大主压应力轴的方位稳定于NNE向,倾角都较小;最大主张应力轴都基本沿东西向,倾角相对较大;西北区域较大的R值显示出区域应力场主要受近NS向水平挤压作用,中部挤压分量相对较大,西部和东部挤压分量相对较小.根据所反演的区域构造应力场,结合发震的库松木契克山前断裂的地质调查参数,估算该断裂的理论滑动角为137.7°,误差为21.3°,验证了地质上得到的库松木契克山前断裂的逆冲兼右旋走滑性质.判断该断裂滑动性质的另一种方法是通过发生在该断裂上地震的震源机制验证.本研究首先计算了发生在库松木契克山前断裂不同机构给出的震源机制节面在所反演的局部应力场作用下的理论滑动角,发现理论滑动角与实际地震震源机制滑动角相差很小,验证了反演的局部应力场的正确性;而后计算了局部应力场作用下的库松木契克山前断裂上的理论震源机制与实际发生地震震源机制的三维空间旋转角,发现两者在给定的误差范围内是一致的.本研究自地球物理角度确证了库松木契克山前断裂的滑动性质,为该地区的地震孕育环境、地震活动性和地球动力学研究提供了基础.

关键词：震源机制解精河地震应力场反演滑动角三维空间旋转角

汤加—克马德克俯冲带现今非均匀应力场特征及其动力学意义

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地球物理学报 2016年第2期59卷 578-592页

作者：黄骥超万永革盛书中李祥高熹微中国地震局兰州地震研究所兰州730000 防灾科技学院河北三河065201 中国地震局地球物理研究所北京100081

汤加—克马德克俯冲带是太平洋板块向澳大利亚板块俯冲碰撞的动力作用区,是全球俯冲带动力学研究的热点区域.本研究基于EHB地震目录,对汤加—克马德克俯冲带（18.5°S—28.5°S）区域进行平面拟合,得到该范围内俯冲带走向约为196°,倾... 详细信息

汤加—克马德克俯冲带是太平洋板块向澳大利亚板块俯冲碰撞的动力作用区,是全球俯冲带动力学研究的热点区域.本研究基于EHB地震目录,对汤加—克马德克俯冲带（18.5°S—28.5°S）区域进行平面拟合,得到该范围内俯冲带走向约为196°,倾角约为48°;利用该俯冲带研究区域内Global CMT目录,对不同位置、不同深度进行区域应力张量反演,得到汤加—克马德克俯冲带研究区内精细的应力图像.结果显示：（1）俯冲带浅部（60-300km）应力结构非均匀特征明显,主应力轴倾伏角变化多样,并且最大主压应力轴方位在24°S左右发生明显偏转,我们推测这可能与洋底构造路易斯维尔海链俯冲有关;（2）中部（300-500km）最大主压、主张应力轴由北向南逐渐发生偏转,这可能与由北向南流动的地幔流对俯冲板片产生推挤作用有关,并且这种推挤作用向南逐渐减弱;（3）深部（500-700km）最大主压应力轴沿俯冲方向分布;（4）本文的结果还发现了主俯冲带深部西侧＂偏移＂板片与主俯冲带应力结构不同,表明＂偏移＂板片与主俯冲带是分离的.

关键词：汤加—克马德克俯冲带应力场反演应力场非均匀性震源机制

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2013年吉林松原震群重定位及其发震构造

地学前缘 2017年第2期24卷 212-219页

作者：盛书中万永革王晓山黄骥超徐志国李静防灾科技学院河北三河065201 河北省地震局河北石家庄050021 国家海洋环境预报中心北京100081

为探讨2013年松原震群的发震构造,本研究采用中国地震台网中心提供的2013年10月31日至2014年7月13日的观测数据,利用双差定位法对吉林松原震群序列进行了重定位,并使用不同速度模型考查重定位结果的稳定性。研究结果表明:由不同速度模... 详细信息

为探讨2013年松原震群的发震构造,本研究采用中国地震台网中心提供的2013年10月31日至2014年7月13日的观测数据,利用双差定位法对吉林松原震群序列进行了重定位,并使用不同速度模型考查重定位结果的稳定性。研究结果表明:由不同速度模型获得的震群序列空间分布形态较为一致,速度模型对震群序列的震源深度存在一定的影响。本次地震序列的优势分布为NW-SE向,呈条带状分布,长度约10km。震群深度分布为7~11km,厚度约4km的一个较小深度范围内。结合已有的震源机制解研究结果,我们推断此次震群序列的发震构造是震源区基底深部一条与长岭—大山子断裂近似正交的NW-SE向隐伏逆断层上。

关键词：地震定位双差定位法发震构造松原震群

2017年九寨沟M_S7.0地震对周围地区的静态应力影响

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地球物理学报 2019年第4期62卷 1282-1299页

作者：靳志同万永革刘兆才黄骥超李瑶杨帆中国地震局地球物理研究所北京100081 防灾科技学院河北三河065201

基于九寨沟M_S7.0地震的破裂模型及均匀弹性半空间模型,本文计算了该地震在周围主要活动断层上产生的库仑应力变化、在周围地区产生的应力场和位移场和同震库仑应力变化对余震的触发.结果表明:(1)九寨沟地震造成虎牙断裂中段库仑破裂应... 详细信息

基于九寨沟M_S7.0地震的破裂模型及均匀弹性半空间模型,本文计算了该地震在周围主要活动断层上产生的库仑应力变化、在周围地区产生的应力场和位移场和同震库仑应力变化对余震的触发.结果表明:(1)九寨沟地震造成虎牙断裂中段库仑破裂应力有较大增加,已经超过0.01 MPa的阈值,虎牙断裂北段、塔藏断裂中段和岷江断裂北段北部的库仑破裂应力有较大降低,因此尤其要注意虎牙断裂中段的危险性.(2)水平面应力场在该地震震中东西两侧增加(拉张),张应力起主要作用.在震中南北两侧降低(压缩),压应力起主要作用.从水平主压和主张应力方向来看,均呈现出条形磁铁的磁场形态.从剖面上的应力场来看,在上盘的面膨胀区域内,大部分点的主张应力方向与地表是垂直的,在其他区域内,主张应力和主压应力均以震中为中心,向外呈辐射状.(3)从地表水平位移场来看,震中东西两侧物质朝震中位置汇聚,南北两侧物质向外流出,在震中处的最大水平位移量达43mm.从地表垂直位移场来看,震中南北两侧出现明显的隆升,隆升最大值达56.8mm.震中东西两侧出现明显的沉降,沉降最大值达74.5mm.从剖面的位移场来看,九寨沟地震为左旋走滑地震,且有一定的正断成分.由分析可以推测该断层破裂在大致22~26km的深度上就截止了.并推测下盘物质运动的动力来自震源北东东方向(四川块体)深度在6~30km的下盘下层物质,上盘物质运动的动力来自震源北西西方向(巴颜喀拉块体)深度在0~6km的上盘上层物质.(4)通过计算不同深度上主震对余震的触发作用可知,主震后的最大余震受到了主震的触发作用,多数其他余震也受到主震的触发作用.主震的发生促使了库仑应力增加地区余震的发生,抑制了一部分库仑应力减少地区余震的发生.

关键词：九寨沟地震震源破裂模型库仑应力应力场位移场

2018年帕卢M_(W)7.6地震震源及苏拉威西地区构造应力场特征

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地球科学 2021年第7期46卷 2657-2674页

作者：崔华伟万永革王晓山黄骥超靳志同山东省地震局山东济南250014 河北省地震动力学重点实验室河北三河065201 防灾科技学院河北三河065201 河北省地震局河北石家庄050021

为分析帕卢地震的发震构造及构造应力场特征,基于1976年1月至2018年4月全球CMT目录的震源机制解,反演了2018年9月28日印度尼西亚帕卢地震震源区及苏拉威西地区构造应力场,得到以下初步认识:赤道0°两侧南、北区域的应力场呈现出整体的... 详细信息

为分析帕卢地震的发震构造及构造应力场特征,基于1976年1月至2018年4月全球CMT目录的震源机制解,反演了2018年9月28日印度尼西亚帕卢地震震源区及苏拉威西地区构造应力场,得到以下初步认识:赤道0°两侧南、北区域的应力场呈现出整体的一致性和局部的不均匀性,北部是以向北倾伏的低倾伏角挤压和向南倾伏的高倾伏角拉张作用为主;南部是近水平的NNW-EW向挤压及低倾伏角的近N-S向拉张的应力状态.摆堆易逆冲推挤及西里伯斯海阻挡导致北部地区的应力场显示俯冲带的特征,也导致北苏拉和马纳都块体的应力场出现差异性.在班达海自东向西的挤压及西部马卡萨盆地的阻挡作用下,南部地区呈现出近E-W向的挤压状态,并沿着NNE-SSW向呈现出地壳物质的构造逃逸现象.深部地幔物质上涌致使苏拉威西中部的R值偏小,形成活火山.受到桑吉双俯冲带和麦纳哈撒海沟的推挤及火山喷发作用,东部交汇区的应力场呈较大倾伏角的拉张为主及R值复杂突变.西部交汇地区的应力场是走滑为主兼有正断应力机制,该应力场有益于此次地震的触发及超剪切波破裂现象的出现.

关键词：帕卢地震苏拉威西地区震源机制解构造应力场 R值天然地震