【摘 要】
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中国大陆的强震受控于活动地块的运动和变形。活动地块边界带上集中了中国大陆的主要构造变形和强震,块体内部分布少数较低震级的强震。活动地块的运动与变形导致了中国大陆强震分布广泛、西强东弱、动静交替和分块成带的特征。研究活动地块边界带上古地震和历史强震的活动特征与机制对揭示中国大陆内部强震的时空演化模式与机制、进行地震危险性分析具有重要意义。鄂尔多斯活动地块西缘边界带位于南北地震带北段,是鄂尔多斯活动地
【基金项目】
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国家重点研发计划重点专项课题,活动地块理论完善与边界带强震危险性研究(2017YFC1500104); 第二次青藏高原科学考察综合研究专题,活动断裂与地震灾害(2019QZKK0901); “中卫市沙坡头区地震活断层探测与地震危险性评价”项目专题目标区活断层地震危险性评价;
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中国大陆的强震受控于活动地块的运动和变形。活动地块边界带上集中了中国大陆的主要构造变形和强震,块体内部分布少数较低震级的强震。活动地块的运动与变形导致了中国大陆强震分布广泛、西强东弱、动静交替和分块成带的特征。研究活动地块边界带上古地震和历史强震的活动特征与机制对揭示中国大陆内部强震的时空演化模式与机制、进行地震危险性分析具有重要意义。鄂尔多斯活动地块西缘边界带位于南北地震带北段,是鄂尔多斯活动地块与阿拉善地块、柴达木-陇西地块的交汇区。该区域断裂活动性质多样,南部是数条左旋走滑断裂与端部的逆冲断裂组成的弧形构造带,属于青藏高原构造域;北部为多条正断裂控制的银川断陷盆地和贺兰山,形成了典型的盆山构造,属于华北构造域。两构造域中间形成了三关口-牛首山-罗山东麓-云雾山断裂右行剪切带,构成了青藏高原东北缘弧形构造和华北西缘盆岭构造的分界线。该区域的历史强震和古地震研究较为深入,为研究鄂尔多斯活动地块边界带强震活动特征与机制提供了条件。本文通过汇总该区域古地震和历史地震资料,借助统计分析方法和库仑应力作用模型进行强震活动特征与机制的研究。主要获得的认识有以下几点:1.鄂尔多斯活动地块西缘单条/段断层上强震的复发模式以准周期型为主,区域上强震平静期和活跃期相交替。鄂尔多斯活动地块西缘的最近4期历史强震活跃期表明,强震活跃期在时空上存在由东向西迁移的过程,这种迁移规律在最近一次古地震事件的时空分布中也有所体现。综合95次古地震事件,采用不考虑测年误差计算的单条/段断层上强震复发的变异系数介于0.051~0.7,其中小于0.5的占比为83%;采用蒙特卡罗模拟计算,当误差服从正态分布时变异系数介于0.109±0.026~0.704±0.150,当误差服从均匀分布时变异系数介于0.130±0.03~0.708±0.149;基于bootstrap取样方法计算地震随机复发概率,得到研究区断裂中服从准周期复发模式断层比例Pd为67%。2.通过黏弹性库仑应力数值模拟研究,发现鄂尔多斯活动地块西缘边界带1495—1920年M≥61/2级地震之间不仅库仑应力触发作用明显(前序地震引起的累积库仑应力变化可达0.01~0.1MPa),而且这些强震发生前,发震断层上均经历库仑应力快速增加的过程。模拟研究还发现,1219—1352年3个强震间累积库仑应力作用为负,并且对1495年以后强震发震断层的应力影响不明显。在强震活跃期(1495—1920年)和平静期(1219—1495年)中,强震之间库仑应力作用特征的差异表明,断层面上库仑应力的快速增加过程是触发强震的重要原因,库仑应力触发作用会导致地块边界带区域强震活动性变得更活跃。3.在古地震数据的基础上,对典型的走滑断裂系统、走滑-逆冲断裂系统、正断系统中构造间的库仑应力相互作用进行了研究,表明构造样式对强震的触发具有一定的控制作用。冷龙岭-金强河-毛毛山-老虎山-海原断裂和冷龙岭-天桥沟-黄羊川-香山-天景山断裂由于断层的几何分布近线性、断层力学机制相似(左旋走滑为主),强震在断层端部造成的高库仑应力变化促进了相邻断裂的破裂,促成了强震活跃期。近似平行分布的断层间,如海原断裂西段和中段与香山-天景山断裂西段和东段之间由于强震发生时断层破裂长宽比较大,会形成相互抑制的库仑应力作用。但是,由于端部作用,天桥沟-黄羊川断裂在其中起到了过渡作用,促成了天桥沟-黄羊川断裂、香山-天景山断裂西段和东段、海原断裂西段和中段之间的强震活跃期。考虑断层深部倾角变化时,银川盆地正断系统中,东边界的黄河断裂北段和西边界的贺兰山东麓断裂间的相互作用表现为黄河断裂北段的破裂会在贺兰山东麓断裂和芦花台断裂浅部(约13 km以上)累积正的库仑应力,而贺兰山东麓断裂的破裂会在盆地内部形成负库仑应力为主的应力环境,在盆地内部断层的浅部(约3 km)会形成正的库仑应力变化。这种断层相互作用与断层间的几何展布、力学性质以及深部构造有着紧密联系。4.基于同震和震后库仑应力累积、地震空区及强震复发概率模型分析得到鄂尔多斯活动地块西缘边界带近南北展布断裂的地震危险性相对较高。断层面上现今库仑应力变化表明鄂尔多斯活动地块西缘边界带上的黄河断裂南段、云雾山断裂、六盘山断裂南段以及清水河、烟筒山等近南北展布的断裂上库仑应力累积较大;这些应力较高的区域也是历史地震空区集中的主要部位,加之利用概率模型计算的黄河断裂南段、三关口等断裂未来20年有相对较高的强震复发概率,因此鄂尔多斯活动地块西缘边界带近南北展布断裂的潜在危险性较大。此外,利用正态分布概率模型计算的未来20年强震复发概率在有历史强震记录的罗山东麓、老虎山、海原西段和中段、六盘山断裂北段等断裂上也较高。
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