喜马拉雅造山带构造特征与2015年尼泊尔M_w7.8级大地震

<正>2015年4月25日,位于喜马拉雅碰撞造山带上的尼泊尔境内发生了震级(M w)7.8级的低角度逆冲推覆型强震,发震断层为喜马拉雅主逆冲断裂.在其后的半个月内又先后发生了一系列的强余震,造成了超过8000人的死亡及巨大的财产损失,引起了国际社会及国内外地震学界的广泛关注.中国地震局地质研究所的刘静研究员、美国加州大学圣塔芭笆拉分校的纪晨教授等研究人员在本期《科学通报》上发表论文"2015年4月25日尼泊尔M w7.8级地震     

2015年尼泊尔M_s8.1与M_s7.5级地震活动特征

2015年尼泊尔8.1级地震发生在喜马拉雅地震带上,为低角度逆冲型单侧破裂.余震区呈WNW-ESE展布,长轴约170 km,短轴约60 km.余震空间分布不均匀,主震和强余震分布在余震区两端,中部余震稀疏,这与8.1级地震矩释放主体区一致.7.5级地震发生在8.1级地震余震区的东部边缘,8.1级地震对其具有显著的触发作用.8.1级和7.5级地震发生在尼泊尔1505年和1934年两次大震之间的8级地震破裂空段上,1870年以来至本次地震前该破裂空段内没有发生过6级以上地震,存在6级地震背景空区.这次地震前13年,形成长约590 km的5级地震空区,震前19个月空区被打破.8.1级地震序列发生在5级地震空区的中部,其东、西两侧仍有较大范围没有发生地震,库伦应力计算表明8.1级地震对其东西两侧断层具有明显的触发作用.考虑到历史地震的离逝时间与复发周期,认为1934年地震破裂区再次发生大震的危险性较小,而1505年地震破裂区发生大震的危险性增大.2005年巴基斯坦M_w7.6和2015年尼泊尔8.1级地震的发生,表明喜马拉雅地震带已经进入了一个7级以上地震相对活跃的时段.     

尼泊尔大地震发生的构造背景及发展趋势

本文介绍了2015年4月25日尼泊尔8.1级地震是发生在喜马拉雅弧形地带的逆冲构造系内,是20 km深处的主喜马拉雅逆冲断裂(MHT,或拆离层)的上盘发生破裂,并引发一条向上逆冲断裂活动,这条逆冲断裂可能是主边界逆冲断裂(MBT)的再活化,或是一条新断裂;这是印度大陆持续向北移动(4 cm/a)与亚洲大陆挤压的结果;地震导致MBT南、北的上地壳楔抬升;地应力的释放将导致其东边或北侧地段地震的活动加多;喜马拉雅弧形地带大震的周期可能为50~60年,新地震发生在弧形地带内的临近发震地段内,是专家早已推测的将要发震的地段;喜马拉雅弧形地带是地震监测力量薄弱地带,从"一带一路"建设角度讲今后应加强监测工作,寻求地震前兆现象.     

2008年汶川8.0级特大地震孕育和发生的多单元组合模式

2008年5月12日四川省汶川县境内发生8.0级特大地震. 这次逆冲型地震发生在大陆内部的高角度逆冲断裂之上, 与有历史记载以来所发生的逆冲型特大地震是不同的. 通过对汶川地震的地表破裂、震源机制、余震定位、地震破裂过程、同震地壳形变、强地面运动等的综合研究, 认为汶川特大地震的孕育和发生是3个地质单元共同作用的结果. 川西高原作为变形单元震前发生长期持续的变形, 并且将变形转换为积累在龙门山断裂带的应力; 龙门山断裂带作为闭锁单元震前变形缓慢但积累很大的应力, 当其超过断裂的摩擦强度或岩体的破裂强度时就突发破裂, 形成地震, 释放出巨大的能量; 四川盆地作为支撑单元对川西高原和龙门山的向东运动产生阻挡, 是汶川地震孕育不可缺少的元素. 汶川地震的孕育和发生可以用多单元组合模型来理解.     

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.     

GPS测定的尼泊尔M_w7.9和M_w7.3级地震同震形变场

2015年尼泊尔M w7.9和M w7.3级地震致灾范围包括尼泊尔、印度北部、巴基斯坦、孟加拉和中国藏南地区,地震应变应力调整将对震区和邻区的地震活动产生不同程度的影响.尼泊尔境内的GPS连续观测数据、"中国大陆构造环境监测网络"GPS基准站和地震应急流动站观测数据计算结果揭示了尼泊尔地震的静态和动态同震形变场.对M w7.9级地震,尼泊尔境内近场静态同震GPS水平位移最大为1.89 m,距震中100~400 km的中国藏南地区观测到几毫米到几十厘米的静态水平位移,毗邻尼泊尔的聂拉木县最大形变54.0 cm.M w7.3级地震静态同震形变最大为2 cm,局限在震中附近200 km范围内.距震中约2000 km内的GPS基准站均记录到M w7.9大震明显的动态形变信号,高频GPS动态形变幅度与地震破裂方向有关,位于破裂方向上的测站动态形变幅度明显大于其他方向的测站.用弹性半空间位错模型正演模拟了震区和青藏高原南部格网点上的同震形变,并分析了地震应变影响,认为尼泊尔地震对中国藏南地区产生一定程度的拉张型应力变化,需要持续关注.     

2022年青海门源Mw 6.6地震的发震断层及孕震构造模式

2022年1月8日青海门源盆地北缘发生Mw 6.6地震,震源机制反演表明此次地震属于左旋走滑事件.震后10 d内,近600个余震被检测到,最大余震为M 5.1级.此次地震发生在祁连-海原左旋走滑断裂系统的冷龙岭段,该断裂段全长127 km,由古地震研究确定的特征地震大小在Mw 7.3～7.5.为了更为全面理解此次地震的震源机制以及当地孕震模式,我们分析了地震波形,获取了主震和17个Ms≥3.0余震的震源机制与矩心深度.利用升、降轨道SAR数据获取的像元偏移数据和同震干涉相位(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)确定了两条地表破裂带的位置,并利用InSAR数据反演了主震的滑动模型.研究发现,此次地震破裂带对应于冷龙岭断裂西段和托莱山断裂的阶区,发震断层存在3个形变中心,最大滑动量约为4 m,出现在冷龙岭断裂上,形变中心深度为4 km.滑动模型显示释放了累计能量～1.58×10¹⁹Nm,约合矩震级Mw 6.68,与本文利用地震学方法得到的Mw 6.58接近.结合区域活动构造特征、1986和2016年两次门源地...     

四川芦山7.0级强震:一次典型的盲逆断层型地震

芦山地震区发育着龙门山推覆构造带南段大邑隐伏断裂、双石-大川断裂、盐井-五龙断裂、耿达-陇东断裂等活动断层.地震现场应急科学考察表明,沿这些活动断层及其邻近地段没有发现明显的地震地表破裂带,地表可见到一些脆性水泥路面挤压破裂现象,说明在双石镇、太平镇、龙门乡、隆兴乡等地存在着NW-SE向局部的地壳缩短,结合余震的空间分布特征、震源机制解等资料,推测芦山地震属典型的盲逆断层型地震.龙门山推覆构造带尚未发生历史地震破裂的地震空段应引起有关部门高度重视.     

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.     

四川九寨沟M_s7.0地震主震及其余震序列精定位

采用基于三维速度模型的定位方法,测定了九寨沟M_s7.0级地震的主震位置,震中为103.806°E,33.201°N,震源深度为20.4 km.使用最近一个强震台(51JZB)的S-P到时差,估算了主震初始破裂点的深度不浅于14.3 km.利用流动观测获得定位精度较高的余震,对早期余震位置进行校正,并采用双差方法对震后一个月的余震进行了重定位,获得了3030个地震的位置.余震呈北西西向的条带状分布,长约42 km,余震北临塔藏断裂,南接虎牙断裂北端.主震位于余震带的中央,其两侧各有长约20 km的余震带,西北侧有一长约5 km的余震稀疏段.西北段余震深度较浅,余震带宽度约6 km;东南段余震深度较深,余震带较窄,约4 km.余震震源深度的优势分布范围在4~20 km之间.发震断层倾角较陡,平均值约为84°.断层倾向和倾角沿走向方向有明显变化,断层在浅部向西南倾斜,深部略向北东倾斜.主震初始破裂点深度大于矩心深度和余震平均深度,地震破裂由深向浅传播.余震沿断层走向有明显的时空扩展特征,震源区可能存在余滑.     

汶川地震破裂近场震后变形观测及其意义

汶川地震破裂带上的近场震后变形, 是一种震后的蠕滑行为, 而且大部分表现为与同震滑移的方向相反. 地震断层的活动通常划分成震前、同震、震后和震间4个阶段, 反映了一次地震从孕育、发生到结束的整个演化过程, 而不同活动阶段的变形特征反映出不同的应力状态和力学性质. 汶川地震沿龙门山断裂带形成了两条长分别为250和72 km的地表破裂带. 为了了解汶川地震地表破裂带的震后变形特征, 对中央主破裂带上人为破坏较轻的断层崖或断层挠曲崖进行反复测量, 结果显示在19个观测点中, 13个观测点(68%)的断层崖或断层挠曲崖的高度(垂直同震位移)震后降低回落, 平均降低了9.7%; 5个观测点(26%)没有发生变化; 1个观测点(6%)的在震后继续抬升, 抬升了12.8%, 而且该观测点位于中央主破裂带的南西端部. 尽管这种变化中存在着上冲断层盘虚假抬升后压实回落的影响, 但主要是沿汶川地震破裂带发生的震后滑移造成的, 而且大部分震后滑移(68%)与同震滑移的方向相反. 除破裂端部存在同震位移亏损, 弹性能释放不完全外, 其他部位同震位移要么与震间累积达到平衡, 要么过冲产生能量亏损, 揭示了汶川地震的能量可能基本释放完全, 发生7级以上强余震的可能性不大. 此外, 这种震后变形特征还告诉我们, 在进行活动断层构造地貌研究时, 特别是通过断层崖高度(或其他水平位错量)判断断层运动速率和估计古地震事件大小时, 除侵蚀作用产生的误差外, 还需要考虑10%左右来自震后滑移的系统误差.     

2014年康定M_s6.3级地震发震断裂的古地震

2014年11月22日四川康定发生Ms6.3级地震,综合震源机制解、余震分布、区域断裂展布及震前对区域断裂的野外详细调查研究,发现本次地震的发震断裂是鲜水河断裂带色拉哈段.但对色拉哈段的古地震背景还缺乏深入了解,依据遥感解译、野外考察、4个探槽的开挖、测年样品采集测试等古地震研究技术,综合研究表明:(1)鲜水河断裂带色拉哈段全新世以来发生过多次地表破裂型古地震事件,色拉哈段上最新一次地表破裂型古地震事件的发生时间为2027~2359 a BP,在本段上发生康定Ms6.3级地震或更强烈的地震事件丝毫不让人意外;(2)色拉哈段上全新世以来的古地震事件表现出明显的丛集期和平静期相间的特征,在6812~11316 a BP之间表现出明显的丛集特征,复发周期1000 a左右,而在6812 a BP以来仅在3840~4295和2027~2359 a BP之间发生两次古地震事件,复发间隔明显变长.     

2011年日本本州东海岸附近9.0级地震活动特征

分析了2011年3月11日日本本州东海岸附近9.0级地震序列的时空演化特征及该次地震前日本海沟附近地震活动特点:①本次特大地震为前震-主震-余震型,前震序列具有空间分布集中、低b值、震源机制一致的特点;②主震后0.5h先后发生最大余震7.9级和次大余震7.7级,其后强度迅速衰减,主震后半个月和1个月左右余震出现起伏增强活动.本次地震为双侧破裂,主震后5h,余震区展布在长500km、宽300km范围内;3月12日后余震区长轴略有扩展,约600km;③9.0级地震震前9a,震源区附近出现了中强以上地震的显著增强活动,增强区范围大体与余震区相当.     

西藏米林M6.9级地震及其余震序列地震定位

利用布设在南迦巴瓦构造结及其周边地区流动地震台的观测数据,测定了2017年11月18日西藏米林M6.9级地震的主震位置,主震震中位于29.87°N,95.05°E,震源深度12 km.采用Geiger法和双差定位法对余震序列进行了地震定位.定位结果表明余震沿着主震的北西和南东向两侧扩展分布,其展布长度约40 km,宽度约10 km.米林地震发生在西兴拉断裂带最南侧的一条次级断裂上,震源深度剖面和主震震源机制研究结果揭示发震断层以高角度、北东倾向为主要特征,米林地震触发了靠近主震发震断层北东侧一条近平行断层的地震活动.米林地震表明,南迦巴瓦构造结顶部目前仍处于较高的构造挤压状态,南迦巴瓦变质体持续向北东方向推进,导致构造结内部块体缩短变形,其东西两侧的墨脱断裂和米林断裂存在未来发生大震的可能性.     

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.     

基于水准数据的芦山7.0级地震震间期和同震位移场特征

利用1985~2010年跨龙门山断裂带南段的精密水准观测,并消除2008年汶川地震同震变形的影响,获取了龙门山断裂带南段震间期的地壳垂直形变场.结果表明,双石-大川断裂(龙门山前山断裂)和新开店断裂(大邑断裂南段)之间的芦山地块处于正、负垂直形变梯度带相交的区域,说明该区域在芦山地震前25年内已闭锁.根据2010~2013年穿过震区的水准观测数据,同时消除震前近3年的地壳垂直变形,得到了芦山地震同震垂向位移.同震位移场揭示距离震中最近的达多35水准点最大同震位移达到198.4 mm(相对马雅165基),西北盘(上盘)相对东南盘(下盘)向上运动,显示发震断层以逆冲错动为主.对比芦山地震垂向同震变形和震间期变形,可发现该地震符合弹性回跳学说,芦山地块震间期积累的弹性应变能(位移亏损)在震时得到弹性回跳释放.     

汶川-映秀M_S8.0地震的地球物理场与动力过程

汶川-映秀M_S8.0大地震发生在当今构造、地震远不如相邻地带的龙门山断裂系上,震间和震后在地表形成了一条长300 km,宽近80 km,发生了70000多次余震的长廊地带,造成了严重的地表破坏和大量人员伤亡,而震前却未见到可视为与大地震发生与发展有因果关系的征兆现象,可是大地震就在这里发生了.多年的研究表明,这次M_S8.0大地震的发生乃是由于印度洋板块与欧亚板块碰撞、挤压,且东构造结向北"顶进"插入青藏高原东北缘力系作用下导致的该区构造、地震均强烈活动,在此背景下:(1)高原腹地壳、幔物质向东运移受阻、应力集中,深部物质重新分异、调整,物质与能量进行强烈交换;(2)震源深处介质属性与结构变异、破裂,且导致重力场的高度不均衡;(3)川西高原,相对低速壳、幔物质在坚硬的四川盆地壳、幔物质阻隔下,沿龙门山陡峭主断裂面相上逆冲,并在龙门山3条不同角度西倾断裂向下收敛处强烈碰撞;(4)震源深处汇聚断裂的形成构成了汶川-映秀M_S8.0大地震的发震断裂.     

全球定位系统(GPS)测定的印尼苏门达腊巨震的远场同震地表位移

以中国的连续GPS观测资料为基础, 结合其他全球GPS观测资料, 计算了2004年12月和2005年3月发生在苏门达腊岛9.3和8.7级巨大地震的同震位移场. 2004年地震的同震永久位移的影响范围达6000~7000 km, 并呈现波状起伏的特征. 2005年地震的同震位移主要局限在震中区附近, 可能只是2004年地震诱发的强余震.     

全球定位系统测定的尼泊尔M_w7.8级地震同震位移

据尼泊尔境内的连续GPS观测资料显示,2015年4月25日的尼泊尔M_w7.8级地震造成尼泊尔向南移动,最大位移量达到了1.88 m.利用国家重大科技基础设施项目"中国大陆构造环境监测网络"、中国气象局中日合作JICA项目及加州理工学院在尼泊尔境内所建的连续GPS观测资料,分析了此次地震对中国大陆构造形变场的震时动态响应及同震影响.结果显示,地震造成中国西藏地区毫米至厘米级的同震水平位移,最大值在震中北东方向,震中距220 km的珠峰站,约为30 mm,波及范围远至1500 km之外的高原东北部的祁连山地区.1 Hz的高频GPS数据分析表明,震中距1200 km内的站点记录了弹性震波和永久变形的叠加和破裂方向效应等丰富信息.通过分析中国境内地震活动频度并对比2011年日本宫城地震发现,本次尼泊尔地震并未造成中国境内微震活动显著增加,同震过程对中国西藏部分地区、川滇地区及南北地震带断裂带的应力扰动和构造加载有限,与其震级相对较小有关.     

四川汶川Ms 8.0级地震北川-映秀地表破裂的复杂现象

通过对2008年5月12日四川汶川Ms8.0级地震后北川和映秀两地的地震破裂带调查, 得出几点初步认识: 北川-映秀地震破裂带总体上走向NE, 倾向NW; 北川-映秀地震破裂带以逆冲为主, 兼小量走滑运动, 并表现出不同地区的复杂性, 在北川发现与右旋走滑相关的现象, 在映秀则可见左旋走滑构造; 北川2条地表破裂带挤压逆冲缩短量总和为2.8~3.9 m, 映秀地表破裂左旋走滑位移为0.52 m.