1.概述發(fā)震斷裂帶/段震間應(yīng)變積累狀態(tài)是強(qiáng)震中長(zhǎng)期危險(xiǎn)性研判的重要指標(biāo)之一,構(gòu)造大地測(cè)量學(xué)的發(fā)展已為開(kāi)展這一方面的研究提供了理論基礎(chǔ)與技術(shù)方法。川滇塊體東邊界是我國(guó)大陸內(nèi)部斷層滑動(dòng)速率和強(qiáng)震頻度最高的典型活動(dòng)構(gòu)造帶,主要分布有左旋走滑、逆走滑及逆沖等性質(zhì)的斷裂帶,該區(qū)歷史強(qiáng)震活動(dòng)頻繁,且不同的斷裂段的最晚一次歷史(或古)大地震的離逝時(shí)間不同,可能存在不同應(yīng)力積累程度和活動(dòng)習(xí)性的段落,且歷史強(qiáng)震活動(dòng)背景反映沿安寧河斷裂帶和昭通-蓮峰等斷裂帶存在第一類(lèi)地震空區(qū),這種不同大震離逝時(shí)間斷層段的變形/閉鎖狀態(tài)的研究對(duì)該區(qū)中長(zhǎng)期地震危險(xiǎn)性的判定具有重要的意義。另外,與之相連的龍門(mén)山斷裂帶的中北段于2008年發(fā)生的汶川8.0級(jí)大地震對(duì)區(qū)域構(gòu)造形變與斷層應(yīng)變積累造成顯著影響,且僅5年龍門(mén)山斷裂帶南段又發(fā)生了蘆山7.0級(jí)地震,研究蘆山地震前后龍門(mén)山斷裂帶南段的應(yīng)變積累狀態(tài)對(duì)于認(rèn)識(shí)震間晚期變形特征和判定該區(qū)的后續(xù)強(qiáng)震危險(xiǎn)性也具有重要的意義。因此,本文以川滇塊體東邊界帶及龍門(mén)山斷裂帶南段為研究區(qū),在回顧構(gòu)造大地測(cè)量學(xué)理論和研究方法數(shù)十年發(fā)展的基礎(chǔ)上,開(kāi)展多類(lèi)型不同活動(dòng)習(xí)性斷層帶/段的震間應(yīng)變積累特征的研究。本文首先以1999—2007和2009—2013兩期GPS速度場(chǎng)為約束,利用Savage and Burford(1973)經(jīng)典位錯(cuò)模型反演了以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主的安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶不同段的滑動(dòng)速率和斷層閉鎖深度;其次,以GPS速度場(chǎng)為約束,基于Defnode負(fù)位錯(cuò)模型反演了安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶和昭通、蓮峰斷裂帶的斷層閉鎖狀態(tài);然后,基于流動(dòng)和連續(xù)GPS觀測(cè)資料研究了蘆山地震前后龍門(mén)山斷裂帶南段應(yīng)變積累特征;最后分別基于數(shù)學(xué)方法和數(shù)值流形方法對(duì)研究區(qū)域的水平應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)行了聯(lián)合分析。2.本論文取得的主要進(jìn)展(1)安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶不同段的應(yīng)變積累特征根據(jù)前人的研究結(jié)果和歷史地震破裂圖像,將安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶分為石棉—冕寧段、冕寧—西昌段和西昌以南段進(jìn)行研究,并在位錯(cuò)模型反演過(guò)程中充分考慮到近旁大涼山斷裂帶的可能影響。首先,基于Savage and Burford經(jīng)典位錯(cuò)模型以及兩期GPS速度場(chǎng)資料對(duì)包含大涼山斷裂帶/段在內(nèi)的斷層水平運(yùn)動(dòng)速率和斷層閉鎖深度進(jìn)行反演,結(jié)果顯示石棉—冕寧段的兩期平均左旋滑動(dòng)速率分別約為10.2mm/a和12.2mm/a,斷層面閉鎖深度分別約為20km和42km;冕寧—西昌段的兩期平均左旋滑動(dòng)速率分別約為11.2mm/a和13.1mm/a,斷層面閉鎖深度分別約為23km和46km。而不包含大涼山斷裂帶的GPS速度剖面的擬合結(jié)果顯示,石棉—冕寧段和冕寧—西昌段在2009—2013年的左旋滑動(dòng)速率分別約為7.3mm/a和8.1mm/a,斷層閉鎖深度分別為18.5km和23.6km,均小于精定位地震活動(dòng)確定的孕震層底界的下限。采用兩期相同站點(diǎn)反演的石棉—冕寧段的閉鎖深度分別為19km和29km,冕寧—西昌的斷層閉鎖深度分別為23km和38km,2009—2013期的結(jié)果也是顯著偏深的。上述結(jié)果表明,采用消除大涼山斷裂帶影響反演結(jié)果較為合理。1999—2007年時(shí)段由于GPS站點(diǎn)較少,對(duì)模型約束不足,反演結(jié)果不具備參考性。另由Savage and Burford經(jīng)典位錯(cuò)模型反演的則木河斷裂帶的兩期平均滑動(dòng)速率分別約為5.7mm/a和4.7mm/a,斷層面閉鎖深度分別為5km和8km,與該段為1850年M7?地震的破裂段,大震離逝時(shí)間距今僅167年的背景相符。本文在以上經(jīng)典位錯(cuò)模型的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了顧及主斷裂旁側(cè)次級(jí)活動(dòng)斷裂的位錯(cuò)模型表達(dá)式,并由理論數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果顯示,采用經(jīng)典位錯(cuò)模型對(duì)伴有次級(jí)活動(dòng)斷裂的走滑型斷裂反演的滑動(dòng)速率是兩條斷層滑動(dòng)速率之和,斷層閉鎖深度也是兩條斷層共同作用的結(jié)果,因此,就會(huì)出現(xiàn)反演的斷層面閉鎖深度超出孕震層底界的現(xiàn)象。本文的對(duì)比分析和測(cè)試結(jié)果表明,走滑型主斷裂近旁的平行、次平行分支斷裂的運(yùn)動(dòng)和變形對(duì)主斷裂帶的滑動(dòng)速率和閉鎖深度反演具有顯著影響,在GPS站點(diǎn)密度有限的情況下,為保證遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)站的貢獻(xiàn),可在一定程度削弱次級(jí)斷層活動(dòng)的基礎(chǔ)上再采用位錯(cuò)模型對(duì)主斷層進(jìn)行反演,以獲得較為合理的結(jié)果。其次,負(fù)位錯(cuò)模型反演結(jié)果顯示,安寧河斷裂帶石棉—冕寧段的斷層閉鎖深度約為20-25km,閉鎖系數(shù)在0.9以上,滑動(dòng)虧損速率約為7-9mm/a;冕寧—西昌段斷層閉鎖系數(shù)0.6-0.8,滑動(dòng)虧損速率約為5-7mm/a;則木河斷裂帶不閉鎖,與經(jīng)典位錯(cuò)模型的結(jié)果一致。負(fù)位錯(cuò)模型也顯示大涼山斷裂帶對(duì)安寧河斷層的閉鎖深度反演存在顯著影響,如果在模型中不考慮大涼山斷裂帶,大涼山斷裂帶引起的變形則會(huì)被累加到安寧河斷裂帶上,使得反演的安寧河斷裂帶閉鎖程度偏深,但就目前GPS站點(diǎn)的分布密度還無(wú)法滿(mǎn)足考慮多條斷裂帶的聯(lián)合模型反演的準(zhǔn)確度和精度,在研究過(guò)程中還是采用單一斷層的模型能獲得較合理的結(jié)果。由于汶川地震對(duì)周邊區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的顯著影響,2009—2013期GPS觀測(cè)到的地殼變形可能包含汶川地震后深部滯后效應(yīng)的影響,因此,這期兩種方法反演的安寧河斷裂帶的閉鎖深度顯著偏深。(2)昭通、蓮峰斷裂帶的應(yīng)變積累特征首先,GPS速度剖面結(jié)果顯示NEE走向的昭通、蓮峰斷裂帶水平縮短速率約為5-6mm/a,剪切變形速率較小約為1-2mm/a,表明昭通、蓮峰斷裂帶存在顯著的擠壓應(yīng)變積累的現(xiàn)象。其次,基于負(fù)位錯(cuò)模型分別以1999—2007年和2009—2013年GPS速度場(chǎng)為約束反演該斷裂帶昭通—彝良段的閉鎖深度約在16km左右,會(huì)澤—昭通段閉鎖深度稍淺,約在10km左右。2014年8月3日發(fā)生的魯?shù)?.5級(jí)地震發(fā)生在兩段的連接處,但此次地震使昭通斷裂帶的應(yīng)變釋放不顯著,未緩解昭通、蓮峰斷裂帶強(qiáng)震危險(xiǎn)性,該斷裂帶依舊處于擠壓應(yīng)變積累狀態(tài)。(3)龍門(mén)山斷裂帶南段在蘆山地震前后的變形特征首先,蘆山地震前的GPS速度場(chǎng)結(jié)果顯示,2009—2011年間的龍門(mén)山南段的擠壓應(yīng)變積累速度約為5.6×10~(-8)/a,左旋剪切應(yīng)變速率約為3.6×10~(-8)/a,明顯高于汶川地震前1.4×10~(-8)/a的擠壓應(yīng)變積累速率;GPS連續(xù)觀測(cè)資料顯示,龍門(mén)山斷裂帶南段近場(chǎng)擠壓應(yīng)變速率明顯低于茂縣—汶川斷裂西側(cè)區(qū)域,擠壓變形速率自西向東逐漸遞減。蘆山發(fā)震斷層兩側(cè)的剪切變形模式相反,東側(cè)表現(xiàn)為相對(duì)于N45oE走向主斷裂的左旋剪切變形,西側(cè)表現(xiàn)為以右旋剪切變形為主(局部區(qū)域有差異)。以上變形特征說(shuō)明汶川地震后巴顏喀拉地塊的東向運(yùn)動(dòng)對(duì)龍門(mén)山斷裂帶南段提供了快速加載,而斷裂帶內(nèi)部特別是蘆山地震孕震區(qū)的擠壓變形速率相對(duì)緩慢,因此應(yīng)處于顯著加速應(yīng)變積累的狀態(tài)。其次,2013—2016年的GPS速度剖面結(jié)果顯示,以茂縣—汶川斷層為界表現(xiàn)出右旋剪切變形,右旋滑動(dòng)速率約為6.4mm/a,而茂汶斷裂以東區(qū)域以灌縣—安縣斷裂為界表現(xiàn)出弱左旋剪切變形,左旋滑動(dòng)速率約為1.6mm/a。垂直斷裂帶的GPS速度剖面顯示,巴顏喀拉地塊以6-7mm/a的速度向華南地塊推擠,茂縣—汶川斷裂以東地區(qū)為連續(xù)的擠壓變形特征,平均擠壓應(yīng)變率約為2.6×10~(-8)/a,說(shuō)明龍門(mén)山斷裂帶南段總體上依舊處于擠壓應(yīng)變積累和右旋剪切變形的狀態(tài),特別是茂縣—汶川斷裂帶以東的區(qū)域,應(yīng)變積累特征顯著。(4)研究區(qū)應(yīng)變率場(chǎng)分布特征首先,采用Kriging方法和最小二乘配置方法分別獲取了研究區(qū)GPS主應(yīng)變率分布特征,結(jié)果顯示Kriging方法計(jì)算的應(yīng)變率分布的連續(xù)性不如最小二乘配置方法,且更容易受局部站點(diǎn)和觀測(cè)誤差的影響,不適用于較大范圍的應(yīng)變率場(chǎng)變形趨勢(shì)的分析。川滇地塊東邊界中段地區(qū)的主壓應(yīng)變率方向?yàn)镹WW-SEE,安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶主壓應(yīng)變率約為-(2-4)×10~(-8)/a,主張應(yīng)變率約為(1-3)×10~(-8)/a,兩種方法計(jì)算的結(jié)果均顯示2009—2013期兩個(gè)主應(yīng)變率有所增強(qiáng),2013—2015期恢復(fù)到汶川震前的狀態(tài);龍門(mén)山斷裂帶南段汶川地震前后調(diào)整顯著,表現(xiàn)為汶川震后主壓應(yīng)變率的顯著增強(qiáng),龍門(mén)山斷裂帶南段面應(yīng)變率由汶川震前的-2.7×10~(-8)/a增強(qiáng)到-3.7×10~(-8)/a,雖然2013—2015的面收縮率有所減小,但該區(qū)依舊處于顯著的擠壓應(yīng)變積累狀態(tài);昭通、蓮峰斷裂NW向主壓應(yīng)變率維持在3.8×10~(-8)/a左右。其次,利用數(shù)值流形方法(NMM)模擬了川滇地塊研究區(qū)的水平形變場(chǎng)和應(yīng)力增量分布,在邊界約束中除了考慮塊體兩側(cè)的推擠作用,也考慮到川滇地塊繞喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的底部拖曳作用。采用1999—2007和2009—2013期GPS速度場(chǎng)為約束模擬的速度場(chǎng)與觀測(cè)速度場(chǎng)具有高度的一致性,模擬結(jié)果顯示川滇交界東部主壓應(yīng)變率方向?yàn)镹WW-SEE,汶川地震前后龍門(mén)山斷裂帶和三岔口地區(qū)主壓應(yīng)變率顯著增強(qiáng),安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶和大涼山斷裂帶無(wú)顯著變化,川滇地塊東邊界為最大剪應(yīng)力增量變化的梯度帶,反映了此處主要斷層的應(yīng)力應(yīng)變積累的孕震特征。值得注意的是,龍門(mén)山斷裂帶的應(yīng)變率的增加是汶川震后變形引起的,已超出連續(xù)應(yīng)變計(jì)算的范疇,此時(shí)的高應(yīng)變率不代表高應(yīng)變積累狀態(tài)。3.主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)(1)基于構(gòu)造大地測(cè)量學(xué)相關(guān)思路和方法,針對(duì)川滇地塊東邊界中段具有不同強(qiáng)震破裂背景/大震離逝時(shí)間以及現(xiàn)今活動(dòng)特征的活動(dòng)斷裂帶/段,開(kāi)展震間運(yùn)動(dòng)與變形狀態(tài)的定量研究,結(jié)果深化了研究區(qū)地殼形變與主要走滑、傾滑斷裂帶/段閉鎖程度、應(yīng)變積累狀態(tài)的認(rèn)識(shí);特別是針對(duì)汶川地震前后應(yīng)變狀態(tài)變化的新認(rèn)識(shí),揭示了汶川地震對(duì)龍門(mén)山斷裂帶南段的顯著構(gòu)造加載作用,以及逆沖型斷裂在震間晚期階段的變形特征。(2)深入研究了主斷裂近旁平行、次平行的分支斷裂運(yùn)動(dòng)和變形對(duì)反演走滑型主斷裂的滑動(dòng)速率和閉鎖深度具有顯著影響,推導(dǎo)了企圖減小這種影響的位錯(cuò)模型表達(dá)式,由理論和實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行試算,并將結(jié)果與沿主斷裂的精定位震源深度分布進(jìn)行比較和檢驗(yàn),在此基礎(chǔ)上提出可在一定程度削弱次級(jí)斷層活動(dòng)影響的,采用位錯(cuò)模型針對(duì)主斷裂的反演技術(shù)思路。(3)針對(duì)相同研究區(qū)并采用相同的GPS速度場(chǎng)數(shù)據(jù),通過(guò)計(jì)算,系統(tǒng)比較分析了采用Kriging方法和最小二乘配置方法計(jì)算區(qū)域GPS應(yīng)變率的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)Kriging方法結(jié)果容易受局部站點(diǎn)和觀測(cè)誤差的影響,應(yīng)變率場(chǎng)分布的連續(xù)性較差,不適用于較大區(qū)域應(yīng)變率總體趨勢(shì)特征分析,比較適用于應(yīng)變率場(chǎng)細(xì)節(jié)特征的識(shí)別。(4)引入可準(zhǔn)確描述斷層運(yùn)動(dòng)與非連續(xù)變形的數(shù)值流形方法,充分考慮斷層的幾何展布,對(duì)研究區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)進(jìn)行定量模擬,獲得新結(jié)果。
【學(xué)位單位】：中國(guó)地震局地質(zhì)研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：P315.2
【部分圖文】：

具備第一類(lèi)地震空區(qū)的特性，分析認(rèn)為冕寧以北段和冕寧—西昌段為緊鄰的 2個(gè)斷層閉鎖段。區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)資料結(jié)果顯示，安寧河—?jiǎng)t木河斷裂帶存在 5 個(gè)不同現(xiàn)今活動(dòng)習(xí)性的段落，其中，安寧河斷裂帶的冕寧—西昌段屬于高應(yīng)力下的閉鎖段，其核心部分為一較大尺度的凹凸體；則木河斷裂帶的西昌—普格段則表現(xiàn)為低應(yīng)力下的微弱活動(dòng)狀態(tài)（易桂喜等，2004）。

1.3 論文的研究思路和內(nèi)容1. 本論文的總體研究思路本文在回顧數(shù)十年構(gòu)造大地測(cè)量學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上，充分考慮歷史地震破裂背景、深淺部構(gòu)造等對(duì)研究區(qū)內(nèi)多類(lèi)型不同活動(dòng)習(xí)性的斷層帶(段)的震間應(yīng)變積累特征開(kāi)展有針對(duì)性的系統(tǒng)研究。通過(guò)對(duì) GPS 資料的分析、描述震間期斷層應(yīng)變積累狀態(tài)的位錯(cuò)模型的反演和研究區(qū)應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)空間分布等的研究，充分理解大地測(cè)量觀測(cè)結(jié)果所揭示的構(gòu)造變形與孕震斷層應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)機(jī)理。本論文利用GPS 觀測(cè)資料研究典型斷層帶（段）的震間變形特征的技術(shù)思路如圖 1.2 所示。

圖 2.1 圣安德烈斯三邊測(cè)量結(jié)果，上圖為測(cè)網(wǎng)分布，下圖為跨斷層速度剖面（據(jù) Lisowski eal.1991 改繪）（a）三邊測(cè)量觀測(cè)到的斷層蠕滑運(yùn)動(dòng)特征；（b）三邊測(cè)量觀測(cè)到的震間期應(yīng)變積累特征雖然三角/邊網(wǎng)復(fù)測(cè)可以獲取地殼的水平速度場(chǎng)，但三角邊網(wǎng)測(cè)量無(wú)法監(jiān)測(cè)地殼的垂直運(yùn)動(dòng)和變形，精密水準(zhǔn)測(cè)量通過(guò)復(fù)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的高程信息，可以獲取地殼的垂向運(yùn)動(dòng)。20 世紀(jì)初水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)被應(yīng)用到長(zhǎng)期垂直變形分析，應(yīng)用到地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與變形分析始于 1920s 末（Yamasaki, 1928；Imamura, 1934,1935；Tsuboi1933）。我國(guó)精密水準(zhǔn)測(cè)量始于 1950s 初期，經(jīng)過(guò)近 30 年的發(fā)展，1981 年已完成全國(guó)一等水準(zhǔn)網(wǎng)的布測(cè)，積累了較豐富的水準(zhǔn)測(cè)量資料，我國(guó)學(xué)者將精密水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)用與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與變形，識(shí)別到地震同震的垂直過(guò)程，論證了垂直形變的彈性回跳特征（國(guó)家測(cè)量隊(duì)1977；Zhang and Fu, 1981；Mei, 1984；Zhu et al.1984；謝覺(jué)民等，1984）。Reilinger and Brown (1981)回顧總結(jié)了美國(guó)多個(gè)地震震前、同震和震后的垂直滑動(dòng)過(guò)程，垂向滑動(dòng)與地震的類(lèi)型和構(gòu)造環(huán)境顯著相關(guān)，一般在以逆沖為主的地震中較垂向震后余滑較顯著，與走滑和正斷的地震相比水平余滑

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6 杜方;聞學(xué)澤;蘇有錦;;汶川8.0級(jí)地震前龍門(mén)山斷裂帶及鄰近區(qū)域的震間形變與發(fā)震機(jī)理[A];中國(guó)地震學(xué)會(huì)第14次學(xué)術(shù)大會(huì)專(zhuān)題[C];2012年

7 樓海;王椿鏞;呂智勇;姚志祥;;龍門(mén)山斷裂帶深部構(gòu)造和地殼組分的分段特征[A];中國(guó)地球物理2010——中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)第二十六屆年會(huì)、中國(guó)地震學(xué)會(huì)第十三次學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2010年

8 劉立煒;張希;王雙緒;;汶川8.0級(jí)地震前龍門(mén)山斷裂帶短水準(zhǔn)異常分析[A];中國(guó)地球物理2010——中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)第二十六屆年會(huì)、中國(guó)地震學(xué)會(huì)第十三次學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2010年

9 路靜;張景發(fā);姜文亮;商曉青;胡樂(lè)銀;;龍門(mén)山斷裂帶北段活動(dòng)特征的遙感地質(zhì)解譯研究[A];中國(guó)地震學(xué)會(huì)空間對(duì)地觀測(cè)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)成立大會(huì)暨學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2008年

10 張雷;何昌榮;;龍門(mén)山斷裂帶天然斷層泥的摩擦特性[A];中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)第二十七屆年會(huì)論文集[C];2011年

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1 凌光;龍門(mén)山斷裂帶為何多發(fā)地震？[N];北京日?qǐng)?bào);2013年

2 四川省科普作家協(xié)會(huì)科考隊(duì) 董仁威邋董晶;談?wù)匌堥T(mén)山斷裂帶[N];四川科技報(bào);2008年

3 本報(bào)記者 王婷婷;探源龍門(mén)山斷裂帶[N];科技日?qǐng)?bào);2013年

4 本報(bào)特約記者 李曉明;汶川地震：禍起龍門(mén)山斷裂帶[N];地質(zhì)勘查導(dǎo)報(bào);2008年

5 李曉明;汶川地震大災(zāi)難禍起龍門(mén)山斷裂帶[N];四川科技報(bào);2008年

6 本版編輯邋中科院院士 劉寶s

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