论文部分内容阅读
中国是一个地震高发国家,据统计,全球大陆地震30%发生在中国大陆及其邻区,使我国多个省市受到地震灾害的威胁。因此地震震前形变特征及异常信息识分析对我国防震减灾事业具有重要意义。地震的孕育和发生过程本质上为区域应力的加载及释放过程,通过观测和研究获取地壳应力、应变变化成为地震危险性分析的重要手段。但是,受限于当时早期的观测手段,长期以来获取地壳应力应变的能力存在局限。近20年来,空间大地测量技术飞速发展,尤其是GPS等观测技术在地学领域中的广泛应用,为获取地壳应力应变信息提供了新的途径。GPS资料在获取震间应变积累,同震及震后形变研究方面取得了大量成果。但是由于GPS连续站点的密度局限,震前形变异常信息方面研究较少。然而,对震前孕震形变信息提取对于地震孕育全过程和地震预测十分重要,基于此,本文在前人研究基础上,加入较新观测数据,选取合适研究区域,以震前中长期应变特征研究为起点,开展以地震前形变变化异常信息为重点的研究探索,深化对地震孕育和发生机理的认知,为地震监测预测预警等提供理论基础。基于以上考虑,本文以青藏高原东缘的南北地震带及其邻区为研究区域,利用多期GPS速度场资料以及Mw 6.0以上地震震中分布,获取地震前中长期应变率特征;以芦山地震为研究对象,通过地震前后GPS连续观测资料,获得龙门山推覆构造带南段黏弹性性质并进一步排除芦山地震前观测资料中汶川地震的影响。最后以此为基础分析芦山地震前形变异常信息。主要研究内容分为以下几个部分:1、南北地震带应变率特征研究首先以1999-2007、2009-2013、2013-2016三期GPS速度场数据为约束,利用最小二乘配置方法解算南北地震带附近区域不同时段内应变率场。其次,结合2008年至今研究区域内Mw 6.0以上地震震中分布位置,总结分析震前应变率参数变化特征。然后,结合地震地质学已有研究成果分析了地震危险性并划分地震危险区。最后,讨论分析了南北地震带附近块体间相互作用。取得主要研究成果如下:（1）2009-2016年巴彦喀拉块体内部及周边区域应变率相较于1999-2007期应变率场变化强烈,主要表现为鲜水河断裂带最大剪应变率的削弱以及东昆仑断裂带最大剪应变率的增强;2009-2013年鲜水河断裂带最大剪应变率极大值向南移至龙门山推覆构造带南段附近,鲜水河断裂带西段附近最大剪应变率显著降低,量值约为2.0×10-8/a,而东昆仑断裂带附近最大剪应变率由2007年以前约1.5×10-8/a增大至约2.0×10-8/a,反映出此两处区域受汶川地震影响显著;汶川地震后巴彦喀拉块体东向速率显著增强,从而使得巴彦喀拉块体与川滇块体速率差异性减弱,而与柴达木块体差异性增强,这种速率差异性的变化导致最大剪应变率的变化。汶川地震后鲜水河断裂带西段最大剪应变率减弱,但与龙门山推覆构造带交接处应变率依然较高,约为3.5×10-8/a,反映出汶川地震后（2009-2013年）龙门山推覆构造带南段的闭锁特征。2013年芦山地震发生后,鲜水河断裂带与龙门山南段交接处最大剪应变率虽然有所降低,但相对于周边区域依然有较高的量值,约3.0×10-8/a,表明芦山地震后龙门山南段并未完全解锁,由盲逆断层引发的芦山地震并未完全释放龙门山南段所积累的应力,致使该区域巴彦喀拉块体一侧与川滇块体仍有一定速率差异。（2）研究区域内Mw 6.0级以上走滑地震均发生在最大剪应变率高值及高低值边界区域。汶川地震与芦山地震前主应变率方向均偏离了长期构造应力方向,可能表现为大地震前震源区域应变方向的异常。走滑型地震基本发生在第一、第二剪应变率高值区域。研究区域中长期地震危险区分别为祁连山中段危险区、玛沁-玛曲危险区、安宁河-小江断裂系危险区以及红河断裂带中南段危险区。以上4个危险区最近一次古地震离逝率均已达到或超过1.0。此外,GPS观测资料显示,祁连山中段危险区处于最大剪应变率高值区域,并且区域主应变率方向已偏离长期构造应力方向,具有较高的发震可能性;玛沁-玛曲危险区处于最大剪应变率高低值边界区域,同时处于第二剪应变率高值区域,具有较高发震危险;安宁河-小江断裂系危险区在观测时段内均处于最大剪应变率高值区域,同时第二剪应变率在2013年后明显增大,增加了该区域发震危险;红河断裂带处于最大剪应变率和第一剪应变率的高值区域,表明该区域有较大的发震危险。（3）祁连块体内部应变积累率逐渐增强,面应变率高于1×10-8/a的区域逐渐向东扩展,表现出柴达木块体对祁连块体推挤的增强;同时,则木河断裂附近面应变率出现一定程度的增强,这种增强在2013年之前并没有发生,反映出川滇块体对华南块体产生一定程度的推挤。以上两区域应变率的增强可能表现为青藏高原自身对外扩展的加速。研究时段内,青藏高原东北缘应变率分布表现出明显的不均匀性。这表现出该区域存在介质性质的横向不均匀性,与地震学结果具有一致性。2、龙门山推覆构造带南段黏弹性结构研究2008年汶川地震与2013年芦山地震震中位置较近,时间间隔较短。芦山地震震前观测数据中必然包含汶川地震震后影响。因而首先应明确龙门山推覆构造带南段黏弹性性质,并进一步模拟汶川地震对芦山地震震源区的影响,才能更好的分析芦山地震震前形变特征。本文采用龙门山推覆构造带南段7个GPS连续观测站点所记录的数据,研究了龙门山推覆构造带南段区域地壳黏弹性结构。主要研究进展如下:（1）经过多次验证与数据实验,芦山地震震后位移提取最佳方案为指数拟合,通过对观测数据进行指数拟合,扣除数据中线性背景运动以及汶川地震震后衰减项,最终获取芦山地震震后位移数据。该方案误差95%置信区间为[-0.49,0.49],误差单位为毫米。通过指数拟合方法分别拟合汶川地震及芦山地震震后位移时间序列,两次地震特征时间分别为1.5年和0.4年。（2）芦山地震震中近场站点LS06（震中距约为17.6 km）在震后123天内出现与震后位移方向相反的回跳现象,而其他站点变化并不明显,可能表现出与汶川地震类似的震后近场短期回跳现象。（3）采用具有低速层的地球分层结构和黏弹性Maxwell体进行反演,通过网格搜索得到龙门山推覆构造带南段中下地壳及低速层最佳黏滞系数分别为2.56×1018(6?以及2.75×1017(6?;利用T检验方法,研究不同黏滞系数下芦山地震震后位移之间的差别,并获取中下地壳黏滞系数95%和99%的置信区间。通过T检验对比不同上地幔黏滞系数下芦山地震震后位移差异性结果显示,巴彦喀拉块体上地幔黏滞系数对芦山地震震后位移影响不大。通过前人研究成果对比发现,龙门山推覆构造带南段与中北段中下地壳黏滞系数差异不大,推测不同段之间断层活动性差异并非由介质黏弹性差异所导致。根据前人地质填图工作可知,龙门山推覆构造带南段结构单元更多,相同的应变积累分配到更多的结构单元,使得单一断层应变积累量较少,可能是不同段落断层活动性差异的原因之一。3、芦山地震震前形变异常特征收集芦山地震震前龙门山推覆构造带南段10个GPS连续观测站点所记录震前形变资料。由于芦山地震是由巴彦喀拉块体向华南块体推挤所致,为体现两个块体间相互作用,首先将参考基准转换至华南参考框架。随后滤除观测数据中共模误差并提取低频地壳运动信息。最后结合汶川地震震后形变分析芦山地震震前形变特征。主要研究成果如下:（1）LS05、LS06站点震中距较小,两者在芦山地震前均存在较为明显的异常现象。主要表现为,芦山地震前站点东向位移出现偏离其理论值的异常衰减现象。由于观测数据东西向运动方向与汶川地震震后位移方向相反,表明该衰减现象并非由汶川地震震后松弛直接造成,而是背景运动在震前出现偏离现象,表现为震前形变异常。LS02、LS07均存在不同程度的异常衰减现象,但相比LS05、LS06等震中距较近站点衰减程度较弱。芦山地震震前异常信息与震中距存在负相关关系,震中距越小震前异常越明显;反之,震中距较大,则无明显震前异常现象。（2）芦山地震震前异常信息可能与震源附近地壳应变积累极限状态有关。地震孕育过程中,在构造力长期加载下发震断层附近地壳持续变形产生应变积累,当应变积累达到地壳承受极限时,应变不再积累,断层发生破裂。芦山地震前,近场站点（LS05、LS06）背景运动存在明显衰减现象,2011年后累计位移量几乎为零。表明发震断层附近应变积累已达到地壳承受极限,随后断层破裂发生地震。（3）汶川地震、芦山地震并未使得龙门山推覆构造带完全破裂,两次地震发震断层之间存在一破裂空段。在观测站点中,LS02及LS05站点均紧邻断裂带,LS05位于芦山地震震中附近,LS02位于破裂空区附近。芦山地震前,两者所在断裂均处于库仑应力增加区域且未发生破裂。然而,LS05站点震前异常较LS02更为明显,震前位移量几乎为零。表明芦山地震震源附近应变积累已达极限,而破裂空区仍有应变积累空间。这一定程度上解释了汶川、芦山地震之间破裂空区存在的原因。