2015年智利8.3级地震构造背景及对俯冲带地震的启示

2015年发生在智利Coquimbo的M_w8.3级地震是一个典型的俯冲带地震,其大小、破裂滑移分布与利用震间期GPS观测得到的智利南部俯冲带闭锁模型一致.利用反投影方法得到的破裂过程初步解显示,这次地震的破裂由震中(约25 km深)向浅部传播,并且这次地震破裂的能量辐射与频率明显相关,与2010年发生在Coquimbo地震破裂南部约50 km的M_w8.8级地震的观测结果一致,表明这部分俯冲带的断层性质随深度存在着系统变化.这次2015年8.3级地震的震前及同震观测资料将对地震破裂动力学的数值模拟提供一个难得的模型约束信息.     

伊豆-小笠原地区岩石圈软流圈边界地震学证据

岩石圈软流圈边界(lithosphere-asthenosphere boundary,LAB)是上地幔内具有负速度梯度的地震间断面.开展对俯冲带区域LAB的地震学探测有助于进一步理解岩石圈与软流圈的相互作用以及与板块俯冲相关的地球动力学过程.本文收集了2002~2014年发生于伊豆-小笠原地区的3个深源地震(400~600 km)的垂向宽频带波形资料,利用线性倾斜叠加方法对波形数据进行处理后获得了相对走时-慢度域的灰度图和叠加波形图,并成功提取了s_P震相在LAB反射的前驱震相s_(LAB)P,该震相的极性与s_P相反,幅度比为0.17~0.21.基于改进的一维速度模型IASP91-IB计算获得了近源区6个s_(LAB)P震相反射点的分布.研究表明伊豆-小笠原岛弧下方LAB深度位于58~65 km,平均深度为62 km,起伏变化较小(7 km).与菲律宾海构造稳定地区研究结果相比,伊豆-小笠原岛弧地区海洋岩石圈出现了明显减薄的现象,其应与西太平洋俯冲板块在地球深部持续释放的挥发分物质导致了软流圈出现部分熔融以及弧后地幔楔内小尺度对流的强侵蚀作用密切相关.     

智利大地震:有史以来的最大地震

1960年5月22日发生在智利的大地震(又称瓦尔迪维亚大地震),是迄今观测史上记录到的规模最大的地震,其矩震级为里氏9.5级。这次地震引起的海啸波及到智利以外的夏威夷、日本、菲律宾、新西兰东部、澳大利亚东南部和阿留申群岛,并引发了断层带两侧板块交错滑移了20米～30米。事后,这场发生在智利的大地震掀开了地震科学领域的一片新天地。英国自由撰稿人罗夫·斯密思(Roff Smith)为此撰文回顾了50年前的这场地震以及由此展开的分析研究工作。     

中国是多地震国家

中国地处世界上两个最大的地震集中发生带--环太平洋地震带与欧亚地震带之间.由于太平洋板块、印度洋板块和菲律宾板块的挤压作用,我国大陆地区地震断裂带十分发育,主要地震带就有23条,这些断裂带上均发生过强烈地震.本世纪以来,我国共有22个省、自治区、直辖市发生过6级以上地震近600次.     

21世纪以来青藏高原大震前重力变化

青藏高原自21世纪以来连续发生了多次大震:2001年昆仑山口西8.1级、2008年新疆于田7.3级和四川汶川8.0级、2010年青海玉树7.1级、2013年四川芦山7.0级地震、2014年新疆于田7.3级和2017年四川九寨沟7.0级大震.这些地震前,中国地震局在青藏高原开展过多期流动重力观测,并观测到震中附近可靠的重力随时间的变化.本研究综合利用地面绝对重力、相对重力资料,通过对多种重力观测资料的整体处理分析,研究了青藏高原区域重力场变化及其与大震发生的关系.结果表明:(1)大震易发生在与构造活动块体边界有关联的重力变化正、负异常区过渡的高梯度带上,重力变化等值线的拐弯部位,构造活动块体边界是物质变迁和构造变形差异运动强烈的地带,易产生剧烈重力变化,积累应力应变而孕育地震.(2) 2001年昆仑山口西8.1级地震发生在重力变化高梯度带与东昆仑断裂带交汇附近, 2008年汶川Ms8.0和2013年芦山Ms7.0地震发生在龙门山断裂带的重力变化高梯度带上, 2008和2014年两次于田Ms7.3地震发生在与康西瓦断裂走向基本一致的重力变化高梯度带零值线及梯度带的拐弯部位,2010年玉树7.1级地震发生在重力变化高梯度带与甘孜-玉树断裂上, 2017年九寨沟7.0级地震发生在具有显著重力变化的塔藏断裂和岷江断裂构造活动断裂带附近.(3)重力资料对青藏高原2001年以来发生的7次大震均有较好反映,地震前震中区及其附近观测到明显的区域性重力异常及重力变化高梯度带,可能是地震孕育过程中观测到的重力前兆信息.根据重力资料显示的异常变化,对2008年于田Ms7.3和汶川Ms8.0、2013年芦山Ms7.0、2014年于田Ms7.3和2017年九寨沟Ms7.0地震均进行了较准确的中期预测,尤其是震中位置的判定.     

地震空间分布特征及三大地震带

根据全球构造板块学说,地壳被一些构造活动带分割为彼此相对运动的板块,板块当中有的块大．有的块小.大的板块有六个,它们是：太平洋板块、欧亚板块、非洲板块、美洲板块、印度洋板块和南极板块。全球大部分地震发生在大板块的边界上,一部分发生在板块内部的活动断裂上。经科学家研究,全球主要地震活动带有三个：     

“岩浆引擎”与板块运动驱动力

从能量的角度看,地球内部的热是驱动板块运动的主要能量.热能要转化为动能需要集中有序释放.在地球上,热能最主要的集中有序释放发生在洋中脊岩浆作用过程中.根据"岩浆引擎"模型,在洋中脊不断形成新洋壳,新洋壳轻而薄,老洋壳厚而重,致使整个板片斜置于软流圈上,产生下滑力,导致洋中脊不断扩张,形成新洋壳并推动俯冲带老洋壳的消亡,从而驱动板块运动.地幔柱岩浆活动是"岩浆引擎"的另一种表现形式.大的地幔柱头会引起上覆岩石圈受热,与大量上涌的岩浆共同作用,在其中心部位产生千米级的隆升,从而导致地壳局部大幅度的倾斜,产生向外的下滑力.当下滑力足够大时,岩石圈拉张破裂,向两边推挤扩张,同时远端洋壳在薄弱地带挤压破裂,产生板块俯冲.这是板块运动最初起始和"岩浆引擎"的点火器.在板块构造体制下,板块俯冲起始有两种主要形式,自发俯冲和诱导俯冲.自发俯冲起始往往发生在老洋盆,通常产生双向俯冲;诱导俯冲起始则往往发生于年轻洋盆,通常产生单向俯冲.新特提斯洋的多次单向俯冲闭合是诱导俯冲起始所致."岩浆引擎"主要作用于与洋中脊和地幔柱相关的板块.其他板块构造运动的能量主要来自于板块相互作用.     

大陆板内中等强度地震前兆性空区一例

近十几年来,国内外对于大地震、中等地震前地震空区的研究逐步展开,初期一些学者曾提出板块边缘发生的大地震余震带之间的空区概念,随后述及板内大地震的空区问题。近几年,随着区域微震观测研究的深入,已由这些背景空区(利用历史地震或中等地震资料勾画的空区,仅指出可能的发震地点)的探讨,进到大、中地震前兆空区(利用微震资料勾画的空     

新疆伽师强震群过程中加卸载响应比变化特征

将加卸载响应比理论应用于新疆伽师地震序列 ,发现在序列中较大地震 (M≥ 5)前 ,均出现加卸载响应比高值异常 .这说明在一定条件下 ,加卸载响应比理论可应用于地震短期预测 ,尤其是发生中强地震后 ,地震序列的早期判断 .伽师地震序列的预报实践 ,再一次说明了这种可能性 .     

新疆伽师强震群过程中加卸载响应比变化特征

将加卸载响应比理论应用于新疆伽师地震序列 ,发现在序列中较大地震 (M≥ 5)前 ,均出现加卸载响应比高值异常 .这说明在一定条件下 ,加卸载响应比理论可应用于地震短期预测 ,尤其是发生中强地震后 ,地震序列的早期判断 .伽师地震序列的预报实践 ,再一次说明了这种可能性 .     

汶川特大地震前电离层主要参量变化

利用GPS-TEC和厦门电离层测高仪数据, 分析了汶川大地震前我国地区电离层的形态和变化. 其中, 利用JPL提供的电离层TEC地图数据分析发现, 在地震前3天的下午16~18 LT, 汶川以东南约20°范围内的我国地区电离层TEC出现了10~15 TECU的显著增强, 同时在南半球磁力线共轭区也出现了电离层TEC增强现象, 增强幅度约10 TECU, 在此区域外全球其他地区未见明显TEC增加或减少. 从TEC数据中也可以看出在地震前6天(5月6日)我国南方地区发生了电离层TEC减小现象, 与9日出现的电离层TEC增强现象相比, 此次减小的幅度较小(约4 TECU)、区域较大(经度方向约80°), 在南半球磁力线共轭区域未见如此大面积的TEC同步减小现象. 主要分析厦门站数据并参照少数其他台站测高仪资料的监测结果显示, 我国多个电离层垂测站均观测到电离层的异常扰 动. 发现震前3天地震附近地区出现了电离层参量异常增加, 与以往研究发现的震前电离层参量异常减小的结果不一致, 初步分析此次震前震前3天电离层参量异常增加可能与该区域电场突然增加有关, 可能是本次地震的电离层前兆; 震前6天电离层参量的异常减小可能与发生在5月5日的地磁小扰动有关, 具体因素需进一步分析.     

缅甸翡翠形成时代和成因的锆石U-Pb年龄与Hf同位素制约

缅甸翡翠(硬玉岩)以其巨大的经济价值和出露于印度-欧亚板块碰撞带附近的构造位置著称. 长期以来, 由于研究区地形复杂, 气候条件恶劣, 加上经常出现局部的军事冲突, 该地翡翠成因及其动力学意义的研究仍然较为薄弱. 利用激光等离子体质谱仪(ICP-MS)和配有激光器的多接收等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS)对市场筛选收集到的一块缅甸翡翠玉器中的锆石进行了微量元素组成、U-Pb年龄和Hf同位素的原位测试. 该锆石的CL图像显示典型的变质锆石特点, 且 其内部含有硬玉和绿辉石等矿物包裹体. 对其中16颗锆石进行的75次激光原位U-Pb测定获得的年龄为(158 ± 2) Ma. 尽管这些锆石的重稀土元素(HREE)明显富集, 表现出与其他类型锆石相同的特点, 但它没有明显的Eu异常而与其他岩浆锆石有所不同. 锆石¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值变化范围为0.282976～0.283122, 其平均值为(0.283066 ± 7), 相对应的ε_Hf(t)为(13.8 ± 0.3)(n=75). 上述新的证据显示, 缅甸宝石级翡翠主体形成于晚侏罗世, 是大洋板块俯冲情形下释放出的流体与地幔楔相互作用的产物, 与印度和欧亚板块的陆-陆碰撞无关.     

GPS观测的2015年尼泊尔M_S 8.1级地震震前应变积累及同震变形特征

2015年4月25日,在印度板块与欧亚板块交界区的喜马拉雅地震带上发生了尼泊尔MS 8.1级大地震.震前GPS速度场和应变率场显示,喜马拉雅地震带整体表现为15.94±1.82 mm/a的压缩特征,同时还具有分段活动特征.此次地震发生在速度场顺时针旋转和逆时针旋转的分界带,该处最大主压应变率的量值在喜马拉雅地震带并非最大.GPS观测的同震位移场揭示了尼泊尔MS 8.1级地震引起的地壳变形特征,分别有9和6个测站观测到明显的水平向和垂向同震位移,其水平分量的运动方向整体表现为南向运动,位于震中东南侧的3个测站垂直分量表现为上升,其余测站为下降.中国境内距离震中最近的5个测站的垂向同震位移显示,此次地震造成珠穆朗玛峰的沉降量约为4mm.依据GPS观测到的同震位移场,利用非负最小二乘方法反演震源断层面上的滑动分布.反演结果表明最大滑动量为6.84 m,滑动量较大的区域分布在加德满都附近及其以北区域的下方,这可能是造成加德满都地区具有较大破坏的原因之一,该滑动分布模型能够很好地解释GPS观测到的同震位移.利用此滑动分布模型计算的地震矩为8.21×1020 N m,对应的矩震级为MW7.9.     

2010年新西兰M_S7.1级地震地表潜热异常

通过分析2010年9月3日新西兰地震前后3个月的NCEP/NCAR Reanalysis SLHF资料,发现8月1日紧邻震中东北侧出现了孤立的小斑状SLHF异常高值区,幅度约160W/m2.从历史数据分析、背景像元对比、时间序列小波变换等多方面,综合分析了该异常的时空特征.通过排除风速和云的影响,确认导致该次SLHF局部异常的关键因素应是局部地表增温.结合GPS位移数据及构造环境分析,推测此次异常的形成原因可能是深部高温高压区的热物质沿板块俯冲带扩容区上涌,引起震中东北侧、北岛中部及南岛西南部的地热区局部增温,进而改变了该区的地气比湿差,导致SLHF局部增加.     

新疆乌恰三次大震与某些环境因子的关系

新疆乌恰地处印度洋板块向北楔入的尖角与欧亚板块碰撞的接合部位,构造运动强烈,是地震活动十分活跃的地区。该地区1949年以来发生过三次M_((?))≥7.0级大震,即1955年4月15日7.0级地震(双主震),1974年8月11日7.3级地震和1985年8月23日7.4级地震。对比分析震中区及邻近地区的历年气象资料与震前的资料发现,震中区震前的某些气象因素存在明显异常;同时,三次大震都发生在太阳黑子活动周期的低值年份。因此环境因子与大震之     

首都圈地区地壳三维P波速度细结构与强震孕育的深部构造环境

利用首都圈密集数字地震台网123个台站记录的2973个区域地震48750个精确P波到时数据, 采用地震层析成像方法反演得到研究区内详细的三维P波地壳速度结构模型. 其空间分辨率在水平方向为25~50 km, 在深度方向为4~17 km. 该模型提供了区域地质结构和复杂地壳构造的新信息. 华北平原、太行山和燕山隆起区内展现出明显不同的速度结构变化特征. 在上地壳层位上, 速度图像与地表地质、地形和岩性密切相关; 隆凹相间的华北盆地呈现出地震波速度快慢交替的东北-西南向异常带, 速度异常方向与区域断裂和构造的走向相同; 基岩广泛出露的太行山和燕山隆起区, 在速度图上呈现出大面积的高速异常; 而分布在山间的第四纪沉积盆地显示出小范围的低速异常. 多数大地震(M≥6.0级, 如1976年唐山7.8级地震、1679年三河平谷8.0级地震)都发生在高速块体的边侧, 而在这些强震的下面存在明显的低速和高导岩层. 我们认为这与1995年日本神户7.2级地震和2001年印度普杰(Bhuj)7.8级地震的情况类似. 这些低速和高导异常与流体有关, 下地壳中的流体容易引起中上地壳中发震层的弱化, 使孕震断层易于破裂, 从而发生大震.     

中国东北长白山火山的起源: 地震层析成像证据

利用中国东北长白山附近的19个临时地震台站和中国数字化地震台网的3个台站所记录到的高精度远震P波到时资料, 对长白山及邻近地区的地壳上地幔三维速度结构进行了详细研究. 结果表明, 长白山火山区的地壳上地幔中存在显著的低速异常, 而且该低速异常深达400 km左右、宽约200 km; 在地幔转换带及下地幔中存在高速异常. 这一结构特征与全球地震层析成像结果相同. 本文认为, 长白山火山并非如夏威夷那样的板内热点火山, 而是与太平洋板块的深俯冲及其在东亚地幔转换带中的滞留、脱水等过程密切相关的一种弧后板内火山.     

西藏东部地区层析成像及东南部裂谷成因讨论

利用西藏东部南迦巴瓦地区的51个临时地震台站所记录的169个远震事件, 从中提取出4767条P波射线, 通过反演计算得到了西藏东部地壳和上地幔的P波速度结构. 水平剖面显示, 在西藏东南部裂谷附近从近地表到250 km的深度范围均表现为低速异常; 从纵剖面结果看, 这个低速异常非垂直地向下延伸到约400 km深度. 综合分析认为, 此低速异常可能意味着地幔高温物质上涌, 从而为该区裂谷成因的探讨提供了地震学的证据; 在此低速异常的东侧出现明显的高速异常, 深度从40 km延伸到200 km, 该高速异常可能是大陆闭合遗留的产物, 并非俯冲的印度板块; 在250~400 km的深度范围内, 嘉黎断裂以北为低速异常区, 以南为高速异常区. 该高速异常可能反映了印度板块的北部边界, 并在此发生了拆沉. 同时表明, 在西藏东部印度板块的俯冲未超过嘉黎断裂.     

持续性的板块俯冲作用开始于21亿年前

<正>在漫长的地质历史时期中,地球的板块俯冲样式随着地幔温度的降低发生过重要的转变.在地球的早期,其构造样式以滞留盖型(stagnant-lid)垂向构造体制为主,后经过短暂的、间歇性的俯冲(episodic subduction)样式~([1,2]),随着地幔温度的逐渐降低~([3]),过渡到我们现在所看到的持续性的俯冲(continuous subduction),表现为大洋板块沿汇聚型板块边界持续性地再循环至地幔中(图1).     

玉树M_S7.1级地震地表破裂与历史大地震

野外调查表明,青海玉树MS7.1级地震较清晰的同震地表破裂带由3条主破裂左阶组成,走向310°～320°,总长约31km,左旋走滑性质.另在隆宝镇东侧一带见有长约2km的雁列式张裂缝带,如以该点为破裂带的北端点,则破裂带总长约51km.地表破裂带由一系列挤压鼓包与张裂缝相间排列或雁列式裂缝组成,实测最大水平位错约1.8m.地表破裂带沿甘孜-玉树断裂展布,显示该断裂是此次地震的发震构造.甘孜-玉树断裂历史上记载过多次7级左右地震,古地震遗迹明显,具有短周期的大地震重复特征.玉树地震的孕育机制与汶川地震一样,都是青藏高原东扩、地块边界应力积累和释放的结果,不同的是玉树地震为巴颜喀拉地块与川滇块体向东不均匀挤出产生的左旋走滑型地震.