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青藏高原东南缘上地壳晚新生代构造变形综述

地球科学 2024年第2期49卷 480-499页

作者：计昊旻任治坤刘金瑞中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029 中国地震局地质研究所活动构造与火山实验室北京100029

青藏高原东南缘是检验青藏高原演化模型的理想实验场,也是全球地震活动最为频繁的地区之一.综述了青藏高原东南缘主要活动断裂十年和万年尺度的滑动习性研究和百年时间尺度区域地震活动分布,结合前人总结的百万年时间尺度的年代学研究,... 详细信息

青藏高原东南缘是检验青藏高原演化模型的理想实验场,也是全球地震活动最为频繁的地区之一.综述了青藏高原东南缘主要活动断裂十年和万年尺度的滑动习性研究和百年时间尺度区域地震活动分布,结合前人总结的百万年时间尺度的年代学研究,认为自中新世中晚期以来,青藏高原内部物质逐渐向东流出,受四川盆地阻挡,转而向东南缘地区作顺时针旋转运动,至晚第四纪时期,东南缘地区上地壳变形已由原本集中分布在大型走滑边界断裂和逆冲褶皱带转变为弥散式分布至区内次级断裂,形成了以鲜水河-小江断裂带和实皆断裂带为边界,围绕喜马拉雅东构造结作顺时针旋转的运动学特征.据此青藏高原东南缘变形可划分为两阶段,中新世早期及以前变形集中在大型边界断裂,符合刚性块体变形,至晚第四纪时期转为弥散式连续变形.基于水平滑动速率和地震活动性对比,青藏高原东南缘活动断裂可大致分为三级.一级断裂为边界断裂鲜水河-小江断裂带和实皆断裂带,水平滑动速率均≥10 mm/a,曾发生8级及以上地震和连续的7~7.9级强震,是东南缘地区晚第四纪以来一级构造格架;二级断裂往往控制东南缘地区强活动构造单元,水平滑动速率为~3~6 mm/a,通常发生过7~7.9级地震;三级断裂水平滑动速率一般≤2 mm/a,通常发生过7级以下地震,一般规模较小,但数量较多.此外,川滇地块晚第四纪变形特征发生转变,构造运动由原本的沿大型边界走滑断裂运动转变为鲜水河-小江断裂带周缘次级活动地块的旋转、平移和差异隆升.

关键词：青藏高原东南缘上地壳变形特征弥散变形断裂分级天然地震

贝叶斯反演：震源参数反演研究的重要方法与挑战

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地球物理学进展 2024年

作者：王者刘云华中国地震局地质研究所

地球物理反演在地震研究和预测中扮演着至关重要的角色。本文旨在概括传统反演方法的局限性，并专注介绍了一种以贝叶斯理论为基础的不确定性反演方法。贝叶斯反演通过不同类型的先验分布和似然函数计算后验分布，特别关注传统的马尔科... 详细信息

地球物理反演在地震研究和预测中扮演着至关重要的角色。本文旨在概括传统反演方法的局限性，并专注介绍了一种以贝叶斯理论为基础的不确定性反演方法。贝叶斯反演通过不同类型的先验分布和似然函数计算后验分布，特别关注传统的马尔科夫链蒙特卡罗法（Markov Chain Monte Carlo， MCMC）和变分推断方法，以提高反演结果的可靠性。本文详细介绍了贝叶斯反演的关键技术，着重探讨正则化方法（如拉普拉斯正则化和冯卡门正则化），它们限制了地震反演的参数空间，并通过案例研究验证了其有效性。同时，对采样方法（如Metropolis-Hastings算法和Gibbs采样）进行了阐述，这些方法能够对参数空间进行抽样，并近似计算后验分布。尤其详述了Metropolis-Hastings算法在地震反演中的应用。在讨论中强调了模型参数选择的重要性，例如与断层几何形态选择相关的不确定性对反演结果的影响，并介绍了一种将断层几何形态的不确定性纳入反问题的方法。进一步探讨了在构建有限断层源模型时所面临的挑战，并提供了一个使用贝叶斯方法评估不同滑动模型集群可信度的案例研究。最后，文章总结了贝叶斯方法的局限性，并提出了未来研究的方向。在地球物理反演领域，贝叶斯方法的应用为解决传统方法的局限性提供了新的思路和可能性。

关键词：贝叶斯方法地球物理反演正则化方法采样方法模型参数模型评价

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三维地质建模为地震数值预测带来的机遇

地震地质 2024年第1期46卷 1-18页

作者：姚琪鲁人齐苏鹏王辉朱亚玲王力维中国地震局地震预测研究所北京100036 中国地震局地质研究所北京100029

地震预测预报亟需从经验性预测向数值预测转变,但是建模难的问题制约了地震数值预测的发展和行业应用。三维地质建模技术的发展及其在地震行业的应用,为地震数值预测带来了解决模型问题的机遇。文中从地震数值预测的概念、发展历程和现... 详细信息

地震预测预报亟需从经验性预测向数值预测转变,但是建模难的问题制约了地震数值预测的发展和行业应用。三维地质建模技术的发展及其在地震行业的应用,为地震数值预测带来了解决模型问题的机遇。文中从地震数值预测的概念、发展历程和现状入手,简述了地震数值预测目前存在的难点。随后简述了三维地质建模技术的发展和在地震行业的应用,以及国内外三维公共断层模型的构建和应用情况。结合以上2部分内容,对如何利用三维地质建模技术解决地震数值预测中的难点问题进行了展望,包括多源多精度异构数据的联合建模、地质模型-属性模型-数值模型一体化建模、平直断层结构建模、三维断层结构建模、数据-模型-计算的迭代与相互驱动等。最后简述了三维地质建模在地震数值预测应用中的难点。三维地质建模技术有望为地震数值预测及相关数值计算领域提供更逼近现实的数值模型和几何模型,可缩短建模工期,实现快速更新迭代,从而解决建模难的问题。

关键词：三维地质建模地震数值预测三维公共断层模型数值模拟

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青藏高原东北缘基于W2度量的全波形成像

地球物理学报 2024年第3期67卷 843-854页

作者：董兴朋杨顶辉蒙伟娟中国地震局地质研究所北京100029 清华大学数学科学系北京100084

本研究收集青藏高原东北缘区域114个宽频带地震台站记录到的50个区域地震事件波形数据,采用基于二次Wasserstein(W2)度量的全波形成像方法,获得了10~100 s频带下该区域的高分辨率壳幔结构图像.结果显示,秦岭造山带中下地壳呈高速特征,... 详细信息

本研究收集青藏高原东北缘区域114个宽频带地震台站记录到的50个区域地震事件波形数据,采用基于二次Wasserstein(W2)度量的全波形成像方法,获得了10~100 s频带下该区域的高分辨率壳幔结构图像.结果显示,秦岭造山带中下地壳呈高速特征,表明高原内部弱物质未流入此处;而从松潘—甘孜地块跨过昆仑断裂至秦祁地块内的中下地壳呈现低S波速、正径向各向异性(V_(SH)>V_(SV))和高泊松比异常,暗示深部地壳物质存在水平流动.在秦祁地块中部,深部地壳高速特性及负径向各向异性(V_(SH)部岩石圈表现为显著的结构异常分界线,其可能代表了扬子块体西向楔入青藏高原的最前缘.

关键词：青藏高原东北缘 Wasserstein度量波形反演地壳流径向各向异性泊松比

断层接触非均匀性对米尺度断层黏滑失稳成核过程的控制

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地球物理学报 2024年第6期67卷 2336-2349页

作者：任雅琼谢凡卓燕群中国地震局地球物理研究所北京100081 中国地震局震源物理重点实验室北京100081 中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029

非均匀性是野外断层的重要特征,我们利用预制的具备接触非均匀性的米尺度岩石断层开展黏滑实验,模拟野外地震失稳过程.通过观测预制岩石断层发生的多个黏滑事件的应变时空演化,并对比断层接触非均匀性测定结果发现:(1)断层的接触弱段是... 详细信息

非均匀性是野外断层的重要特征,我们利用预制的具备接触非均匀性的米尺度岩石断层开展黏滑实验,模拟野外地震失稳过程.通过观测预制岩石断层发生的多个黏滑事件的应变时空演化,并对比断层接触非均匀性测定结果发现:(1)断层的接触弱段是成核最先启动,即最早发生预滑的区域,随失稳临近,预滑区域扩展且滑动速率增加,与厘米尺度均匀断层相比,准静态过程的预滑扩展不明显,向准动态过程转变突然且迅速;(2)断层的接触强段在成核期间一直处于闭锁状态,应力升高,且随失稳临近增幅加强,强段的屈服是断层从缓慢破裂到快速破裂的转折点,接触强段的持续闭锁在以往的厘米尺度均匀断层黏滑实验中较为少见;(3)加载速率以及加载历史是影响米尺度断层成核持续时间的重要因素,随加载速率变慢,成核持续时间变长,随加载历史变长,断层趋于均匀化,成核持续时间变短.上述研究结果明确提供断层接触非均匀性控制成核过程的直接证据.这不仅有助于将实验结果向可操作的地震预测实践转化,也有助于促进(大陆浅源)地震前兆机理的探索及理解.

关键词：摩擦黏滑地震成核断层接触非均匀性预滑

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水热条件下含橄榄石大洋玄武岩的摩擦特性实验研究

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地球物理学报 2024年第3期67卷 1069-1080页

作者：张钰曼张雷何昌荣中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029 西藏自治区地震局拉萨850000

玄武岩作为大洋地壳上的主要成分,研究其摩擦特性是更好地探究逆冲板块边界上大地震等力学行为机理的基础.为了研究少量橄榄石矿物是否会影响玄武岩的摩擦特性,本研究选用了国际大洋钻探计划(IODP)349航次获取的玄武岩样品,其中含有少... 详细信息

玄武岩作为大洋地壳上的主要成分,研究其摩擦特性是更好地探究逆冲板块边界上大地震等力学行为机理的基础.为了研究少量橄榄石矿物是否会影响玄武岩的摩擦特性,本研究选用了国际大洋钻探计划(IODP)349航次获取的玄武岩样品,其中含有少量的橄榄石矿物.本次研究的实验温度范围为100~600℃,施加的有效正压力和孔隙水压分别为150 MPa和100 MPa.实验中玄武岩样品在300~400℃的温度条件下表现出不稳定的准静态震荡现象,并且在高温条件下(T>400℃)其剪切强度表现出显著的位移弱化现象,即摩擦系数随着剪切位移的进行而持续减小.在3 mm的剪切位移范围内,摩擦系数的变化范围为0.7~0.55.通过初步的微观剪切变形研究,我们推测橄榄石在摩擦实验过程中对一种弱矿物的生成可能起到了催化作用,但生成的弱矿物含量不足以显著地弱化断层泥的摩擦强度.同时微观构造分析也发现,随着温度的升高,断层泥的剪切构造由局部剪切向整体弥散性剪切变形转变,同时伴随着孔隙度的显著降低,因此我们认为剪切强度的位移弱化现象与流体参与下的颗粒间的压溶过程的逐步增强有关.

关键词：玄武岩橄榄石摩擦强度摩擦滑动稳定性位移弱化

GNSS约束的2022年泸定M6.8地震滑动分布及同震应力变化

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地球物理学报 2024年第3期67卷 1022-1036页

作者：余建胜赵斌董培育刘刚刘成利徐锐陈正松黄功文房立华熊维王明明林牧聂兆生乔学军中国地震局地震研究所武汉430071 中国地震局地震大地测量重点实验室武汉430071 中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院武汉430074 四川省地震局成都610041 自然资源部大地测量数据处理中心西安710054 中国地震局地球物理研究所北京100081

2022年9月5日四川泸定县发生M6.8级强震,震中位于鲜水河断裂东南末端,野外地质调查初步结果显示本次地震并未发现明显的地表破裂迹象.本文基于震后科考GNSS流动观测和震中周边连续站观测资料,解算并提取震中90 km范围内31个测站的静态... 详细信息

2022年9月5日四川泸定县发生M6.8级强震,震中位于鲜水河断裂东南末端,野外地质调查初步结果显示本次地震并未发现明显的地表破裂迹象.本文基于震后科考GNSS流动观测和震中周边连续站观测资料,解算并提取震中90 km范围内31个测站的静态水平向同震位移.结果显示:GNSS同震形变场空间分布呈现明显的左旋走滑特征,观测到的最大水平向同震位移达23 cm,震中距50 km范围内同震位移量普遍大于1 cm.基于GNSS观测资料反演得到的同震滑动分布显示泸定地震地表破裂主要集中在磨西至田湾之间,主破裂深度2~8 km,最大滑动量~1.96 m,地震矩9.25×10^(18)N·m,对应矩震级M_W6.6.静态库仑应力结果显示本次地震增强了震源破裂区周边活动断层的库仑应力,并触发了大量余震,余震主要发生在库仑应力增强区域.结合震间闭锁分布、历史地震及库仑应力变化,我们认为未来需要密切关注与磨西断裂交接的安宁河、大凉山断裂以及康定—磨西段的地震危险性.

关键词：泸定地震 GNSS 同震位移滑动分布库仑应力变化

中强地震发震构造标志浅析——以2023年积石山MS6.2地震为例

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地震 2024年第1期44卷 226-234页

作者：张军龙徐岳仁李文巧陈峰中国地震局地震预测研究所北京100036

地震地表破裂是地震发生的重要特征,是研究地震动力学、构造变形的重要手段。一般认为,M6 3/4以上的地震才会形成地表破裂。但近年来,也有M6.0左右的地震发生了地表破裂。本文旨在探讨中强地震地表破裂的识别方法。中强地震发震构造的... 详细信息

地震地表破裂是地震发生的重要特征,是研究地震动力学、构造变形的重要手段。一般认为,M6 3/4以上的地震才会形成地表破裂。但近年来,也有M6.0左右的地震发生了地表破裂。本文旨在探讨中强地震地表破裂的识别方法。中强地震发震构造的识别具有一定的挑战性,主要表现在以下几个方面:(1)中强地震地表破裂的规模(位错量、宽度、长度和深度)较小,容易被黄土层厚覆盖,掩盖地表破裂的痕迹,不易识别;(2)非构造成因裂缝干扰,使得难以区分构造成因地表破裂。本文以2023年积石山MS6.2地震为例,对中强地震构造成因破裂的识别标志进行了初步分析,提出了以下识别标志:(1)地表破裂几何展布和剖面形态,地震伴生的次生灾害(滑坡、崩塌、砂土液化等)的线性分布为识别发震构造提供参考和线索;(2)地表破裂沿破裂走向呈现稳定地穿越不同地貌单元,至少穿越一条沟谷等低凹地貌;(3)地表破裂在地质剖面上表现出稳定的产状;(4)地表破裂伴生构造形态,地表沿破裂发育雁列式褶皱(挤压鼓包)与张裂缝交替出现的现象。本文提出的识别标志为中强地震发震构造的识别提供了新的思路。

关键词：青藏高原拉脊山断裂带 2023年积石山MS6.2地震发震构造地震地表破裂

工程降水对钻孔应变的干扰特征及干扰机制研究

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地球物理学报 2024年第4期67卷 1398-1411页

作者：朱成林甘卫军贾媛徐芳芳张正帅鞠佳斌冯志军刘克辉山东省地震局济南250014 中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029 吉林地震监测中心站吉林132108

抽水干扰在钻孔应变观测中常见且影响显著,为了能真实捕捉到地震前兆信息,须对其干扰机制进行研究.随着城市化进程,基坑工程及其伴随的工程降水逐步增多,工程降水对钻孔应变的干扰比普通单井抽水干扰更为严重.工程降水对钻孔应变观测有... 详细信息

抽水干扰在钻孔应变观测中常见且影响显著,为了能真实捕捉到地震前兆信息,须对其干扰机制进行研究.随着城市化进程,基坑工程及其伴随的工程降水逐步增多,工程降水对钻孔应变的干扰比普通单井抽水干扰更为严重.工程降水对钻孔应变观测有何干扰特征、干扰机制如何、干扰数据能否修复等问题对地震异常的探测具有重要意义.本文基于莱阳体应变受到附近御龙湾项目工程降水干扰的观测案例,研究了工程降水的干扰特征,修复了干扰畸变,通过数值模拟确定了干扰机制.结果表明:(1)工程降水在干扰体应变趋势变化的基础上叠加了方向明确、量级稳定的固体潮畸变,可以通过一阶差分逆运算进行修复.修复固体潮畸变并扣除背景速率后,工程降水干扰量级达-15.65×10^(-9)/d;(2)通过建立基于集中载荷模型的网格算法,模拟出工程降水在体应变异常初期和后期分别产生6.61×10^(9) N和1.73×10^(10) N的集中力载荷,干扰量级明显大于常见的单井抽水干扰,压性干扰集中于体应变仪与抽水井连线的垂直方向;(3)通过固体潮畸变特征及力学机制分析确定了工程降水造成固体潮畸变的干扰机制为"抽水引起压性趋势下降—抽水暂停引起张性台阶上升—抽水引起压性趋势下降"周期行为,固体潮畸变时间间隔(频次)和钻孔水位之间呈显著同步特征,线性系数为0.737.

关键词：钻孔应变工程降水固体潮畸变集中载荷模型干扰机制数据修复