鲜水河—安宁河断裂带深部构造特征、固体潮应力变化与地震触发相关性研究
发布时间：2021-01-25 06:05
本研究通过反演241,561条纵波和209,363条横波高质量的地震走时数据,获得了鲜水河、安宁河断裂带的P波、S波以及泊松比的三维结构模型,并结合相位分析与Schuster测试讨论了该断裂带上地震事件的触发与其深部构造以及固体潮所产生的应力变化三者之间的关系.结果表明,鲜水河—安宁河断裂带26.5°N、28°N、29.5°N以及31.5°N四个位置附近存在低速、高泊松比异常,可能暗示着深部流体（包括部分熔融物质）的上涌.这些大范围分布的流体提高了孕震层的孔隙流体压力,削弱了断层面之间摩擦力,在鲜水河—安宁河断裂带形成了一些具有高度地震活动性的区域.此外,相位分析与Schuster测试的结果表明,鲜水河—安宁河断裂带附近的地震触发与固体潮剪切应力的变化密切相关.综合分析的结果表明,固体潮与构造应力对地震触发可能存在某种"合"的关系.在分布着大量流体的区域,地震事件可能对固体潮更加敏感.
【文章来源】：地球物理学报. 2020,63(03)北大核心
【文章页数】：16 页
【部分图文】：
反演前后P波、S波走时残差的对比
为了深入探讨断层面上的流体分布与地震触发的机制，我们从ISC bulletin收集了1900年1月1日至2018年12月31日之间发生在XAF剖面附近的地震事件数据，其中每个事件的震级都大于等于2.0．此外，我们还将本研究中用于反演的、经过震源重新定位的地震事件加入其中．最后，我们总共找到1000余个震源至剖面之间的距离小于等于20km的地震事件（图8）．根据图8给出的结果，XAF剖面上的地震震源位置的分布与高速度和高泊松比异常的分布高度契合，说明该剖面上的流体侵入可能与地震触发之间有较为强烈的联系．一般来讲，流体影响地震触发的机制主要有两种：其一，“弱化”作用，即流体侵入具有一定裂缝密度或孔隙度的岩石并将其力学强度降低，地震因力学强度下降的岩石更容易破裂而触发（Wang and Kao,2019;Wang et al.,2019）．在这种情况下，震源区域通常会表现出较高的P波速度异常、较低的S波低速异常以及高泊松比异常．这是因为，一方面，具有一定脆性的岩石往往表现出较高的速度异常（Brace and Kohlstedt,1980;Meissner and Strehlau,1982;Sibson,1982;Umeda et al.,1996）．但另一方面，其孔隙或裂缝中存在着一定的流体，对S波具有明显的衰减作用，进而表现出较低的S波速度异常．其二，“润滑”作用，即流体侵入断层进而减小断层面上的摩擦力，使断层面更容易发生滑动而触发地震（Wang et al.,2019;Wang and Kao,2019）．在这种情况下，相比于上述第一种情况下通常所表现出的结构特征，震源位置更可能位于高、低速度异常体的分界线上，或者大范围高速、高泊松比异常的区域内．而由图8给出的结果来看，震源普遍集中在上地壳中大范围的高速、高泊松比异常区域．据此推断，在上述两种流体运移触发地震的机制中，基于流体侵入引起的脆性形变的可能性更高．从地震的空间分布上看，多数地震位于28°N以北的区域，且发生在康纳德面以上的浅层地震较多．不仅如此，历史上发生在XAF剖面上的5起6.0级及6.0级以上地震事件，其中四起都发生在XAF的北段．相同的是，这些强震事件的震源都位于高泊松比异常区域内或附近．从构造上看，位于XAF北段的鲜水河断裂是松潘—甘孜地块与川滇地块的分界线，其南北两侧的地表运动速度差异较大，具有很强的剪切作用力．如前文所述，该区域恰好分布着大范围的低速、高泊松比异常，可能代表来自地幔的流体比较富集，提高了该区域的流体应力．我们认为，这种横向大范围分布的流体与构造运动及地震触发之间可能具有非常强烈的相互影响，而这种相互的影响很可能是触发地震的关键因素之一．一方面，频发的、横向分布的地震事件很可能提高了断层面之间的横向渗透率，让更多的流体发生横向的渗入断层面．另一方面，不断积累流体大幅度削减了断层面之间的摩擦力，增加了岩石的库伦应力，使断层更容易发生滑动，进而触发更多的地震．此外，我们从图8的结果中我们还能看到，在29°N—30°N之间存在着一个地震事件较为集中的区域（图8中白色矩形区域）．该区域的范围虽然较狭窄，但其速度与泊松比结构特征却比较复杂，其中包括（1）低速、低泊松比异常；（2）高速与低速体的分界以及高泊松比的异常，以及（3）高速、高泊松比异常．从速度、及泊松比结构方面推测，对于上述三种异常情况而言，流体对地震触发的贡献方式不同．对于前两种情况，流体主要体现的是润滑作用．而对于最后一种情况而言，流体主要体现的是弱化作用．从构造方面看，该区域是松潘—甘孜块体、川滇块体与扬子板块三者的交界处，同时也位于松潘—甘孜块体与四川前陆盆地发生倾斜碰撞的区域附近．除了较强的剪切作用力外，该区域断层面之间还可能分布着松潘—甘孜块体与四川前陆盆地发生倾斜碰撞所产生的分力．该区域内地震事件的频发，可以解释为上述作用力与流体分布综合作用的结果（Wang et al.,2009,2019;Wang and Kao,2019).
地球的固体潮是指固体地球受到外部天体的引力作用而发生的周期性形变现象．虽然固体潮对大地应力场的改变幅度远远小于构造过程产生的应力变化（Melchior,1983;Wilcock,2001），但前者的变化周期性效应却远大于后者（Wilcock,2001）．这种较为频繁的应力变化很可能成为触发地震的另一关键因素（Aki,1956;Lockner and Beeler,1999）．为了研究固体潮与地震触发之间的关系，我们必须首先获得固体潮的实际数据或理论模型．在本研究中，我们选择建立固体潮理论模型．根据牛顿万有引力定律，对于地球上质量为m的某质点，来自外部天体的引力场可以表示为其中，W称为“起潮位”或“引潮位”，G是引力常数，M是外部天体的质量，d是外部天体到质点的质心距．假设该质点的坐标为P(r，θ，λ），起潮位可以写成Legendre多项式的形式为
【参考文献】：
期刊论文
[1]南北地震带地壳结构多参数成像及强震触发机制研究[J]. 胡亚平,王志,刘冠男,柳存喜,伏毅. 地球物理学报. 2017 (06)
[2]利用面波频散与接收函数联合反演青藏高原东南缘地壳上地幔速度结构[J]. 郑晨,丁志峰,宋晓东. 地球物理学报. 2016(09)
[3]南北构造带岩石圈结构与地震的研究[J]. 王椿镛,杨文采,吴建平,丁志峰. 地球物理学报. 2015(11)
[4]基于Love波相速度反演南北地震带地壳上地幔结构[J]. 徐小明,丁志峰,叶庆东,吕苗苗. 地球物理学报. 2015(11)
[5]青藏高原东南缘基于背景噪声的Rayleigh面波方位各向异性研究[J]. 王琼,高原,石玉涛. 地球物理学报. 2015(11)
[6]南北地震带南段远震P波走时层析成像研究[J]. 徐小明,丁志峰,张风雪. 地球物理学报. 2015(11)
[7]南北构造带及邻域地壳、岩石层速度结构特征研究[J]. 江为为,姜迪迪,胥颐,郝天珧,胡卫剑,余景锋. 地球物理学报. 2014(12)
[8]青藏东南缘背景噪声的瑞利波相速度层析成像及强震活动[J]. 王琼,高原. 中国科学:地球科学. 2014(11)
[9]Crustal and uppermost mantle structure of SE Tibetan plateau from Rayleigh-wave group-velocity measurements[J]. Yonghua Li,Jiatie Pan,Qingju Wu,Zhifeng Ding. Earthquake Science. 2014(04)
[10]小江断裂带周边地区三维P波速度结构及其构造意义[J]. 吴建平,杨婷,王未来,明跃红,张天中. 地球物理学报. 2013(07)
硕士论文
[1]汶川余震活动的固体潮触发研究[D]. 李金.中国地震局地震预测研究所 2012
本文编号：2998715
【文章来源】：地球物理学报. 2020,63(03)北大核心
【文章页数】：16 页
【部分图文】：
反演前后P波、S波走时残差的对比
为了深入探讨断层面上的流体分布与地震触发的机制，我们从ISC bulletin收集了1900年1月1日至2018年12月31日之间发生在XAF剖面附近的地震事件数据，其中每个事件的震级都大于等于2.0．此外，我们还将本研究中用于反演的、经过震源重新定位的地震事件加入其中．最后，我们总共找到1000余个震源至剖面之间的距离小于等于20km的地震事件（图8）．根据图8给出的结果，XAF剖面上的地震震源位置的分布与高速度和高泊松比异常的分布高度契合，说明该剖面上的流体侵入可能与地震触发之间有较为强烈的联系．一般来讲，流体影响地震触发的机制主要有两种：其一，“弱化”作用，即流体侵入具有一定裂缝密度或孔隙度的岩石并将其力学强度降低，地震因力学强度下降的岩石更容易破裂而触发（Wang and Kao,2019;Wang et al.,2019）．在这种情况下，震源区域通常会表现出较高的P波速度异常、较低的S波低速异常以及高泊松比异常．这是因为，一方面，具有一定脆性的岩石往往表现出较高的速度异常（Brace and Kohlstedt,1980;Meissner and Strehlau,1982;Sibson,1982;Umeda et al.,1996）．但另一方面，其孔隙或裂缝中存在着一定的流体，对S波具有明显的衰减作用，进而表现出较低的S波速度异常．其二，“润滑”作用，即流体侵入断层进而减小断层面上的摩擦力，使断层面更容易发生滑动而触发地震（Wang et al.,2019;Wang and Kao,2019）．在这种情况下，相比于上述第一种情况下通常所表现出的结构特征，震源位置更可能位于高、低速度异常体的分界线上，或者大范围高速、高泊松比异常的区域内．而由图8给出的结果来看，震源普遍集中在上地壳中大范围的高速、高泊松比异常区域．据此推断，在上述两种流体运移触发地震的机制中，基于流体侵入引起的脆性形变的可能性更高．从地震的空间分布上看，多数地震位于28°N以北的区域，且发生在康纳德面以上的浅层地震较多．不仅如此，历史上发生在XAF剖面上的5起6.0级及6.0级以上地震事件，其中四起都发生在XAF的北段．相同的是，这些强震事件的震源都位于高泊松比异常区域内或附近．从构造上看，位于XAF北段的鲜水河断裂是松潘—甘孜地块与川滇地块的分界线，其南北两侧的地表运动速度差异较大，具有很强的剪切作用力．如前文所述，该区域恰好分布着大范围的低速、高泊松比异常，可能代表来自地幔的流体比较富集，提高了该区域的流体应力．我们认为，这种横向大范围分布的流体与构造运动及地震触发之间可能具有非常强烈的相互影响，而这种相互的影响很可能是触发地震的关键因素之一．一方面，频发的、横向分布的地震事件很可能提高了断层面之间的横向渗透率，让更多的流体发生横向的渗入断层面．另一方面，不断积累流体大幅度削减了断层面之间的摩擦力，增加了岩石的库伦应力，使断层更容易发生滑动，进而触发更多的地震．此外，我们从图8的结果中我们还能看到，在29°N—30°N之间存在着一个地震事件较为集中的区域（图8中白色矩形区域）．该区域的范围虽然较狭窄，但其速度与泊松比结构特征却比较复杂，其中包括（1）低速、低泊松比异常；（2）高速与低速体的分界以及高泊松比的异常，以及（3）高速、高泊松比异常．从速度、及泊松比结构方面推测，对于上述三种异常情况而言，流体对地震触发的贡献方式不同．对于前两种情况，流体主要体现的是润滑作用．而对于最后一种情况而言，流体主要体现的是弱化作用．从构造方面看，该区域是松潘—甘孜块体、川滇块体与扬子板块三者的交界处，同时也位于松潘—甘孜块体与四川前陆盆地发生倾斜碰撞的区域附近．除了较强的剪切作用力外，该区域断层面之间还可能分布着松潘—甘孜块体与四川前陆盆地发生倾斜碰撞所产生的分力．该区域内地震事件的频发，可以解释为上述作用力与流体分布综合作用的结果（Wang et al.,2009,2019;Wang and Kao,2019).
地球的固体潮是指固体地球受到外部天体的引力作用而发生的周期性形变现象．虽然固体潮对大地应力场的改变幅度远远小于构造过程产生的应力变化（Melchior,1983;Wilcock,2001），但前者的变化周期性效应却远大于后者（Wilcock,2001）．这种较为频繁的应力变化很可能成为触发地震的另一关键因素（Aki,1956;Lockner and Beeler,1999）．为了研究固体潮与地震触发之间的关系，我们必须首先获得固体潮的实际数据或理论模型．在本研究中，我们选择建立固体潮理论模型．根据牛顿万有引力定律，对于地球上质量为m的某质点，来自外部天体的引力场可以表示为其中，W称为“起潮位”或“引潮位”，G是引力常数，M是外部天体的质量，d是外部天体到质点的质心距．假设该质点的坐标为P(r，θ，λ），起潮位可以写成Legendre多项式的形式为
【参考文献】：
期刊论文
[1]南北地震带地壳结构多参数成像及强震触发机制研究[J]. 胡亚平,王志,刘冠男,柳存喜,伏毅. 地球物理学报. 2017 (06)
[2]利用面波频散与接收函数联合反演青藏高原东南缘地壳上地幔速度结构[J]. 郑晨,丁志峰,宋晓东. 地球物理学报. 2016(09)
[3]南北构造带岩石圈结构与地震的研究[J]. 王椿镛,杨文采,吴建平,丁志峰. 地球物理学报. 2015(11)
[4]基于Love波相速度反演南北地震带地壳上地幔结构[J]. 徐小明,丁志峰,叶庆东,吕苗苗. 地球物理学报. 2015(11)
[5]青藏高原东南缘基于背景噪声的Rayleigh面波方位各向异性研究[J]. 王琼,高原,石玉涛. 地球物理学报. 2015(11)
[6]南北地震带南段远震P波走时层析成像研究[J]. 徐小明,丁志峰,张风雪. 地球物理学报. 2015(11)
[7]南北构造带及邻域地壳、岩石层速度结构特征研究[J]. 江为为,姜迪迪,胥颐,郝天珧,胡卫剑,余景锋. 地球物理学报. 2014(12)
[8]青藏东南缘背景噪声的瑞利波相速度层析成像及强震活动[J]. 王琼,高原. 中国科学:地球科学. 2014(11)
[9]Crustal and uppermost mantle structure of SE Tibetan plateau from Rayleigh-wave group-velocity measurements[J]. Yonghua Li,Jiatie Pan,Qingju Wu,Zhifeng Ding. Earthquake Science. 2014(04)
[10]小江断裂带周边地区三维P波速度结构及其构造意义[J]. 吴建平,杨婷,王未来,明跃红,张天中. 地球物理学报. 2013(07)
硕士论文
[1]汶川余震活动的固体潮触发研究[D]. 李金.中国地震局地震预测研究所 2012
本文编号：2998715
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