松原地震活跃区深部电性结构及其孕震机制

发布时间：2020-11-10 08:10

　　 松原市位于松辽盆地的中部,是松辽盆地地震较为活跃的区域。历史上前郭曾在1119年发生了6 3_4?级地震。2006年3月,2013年10~11月间和2018年5月在松原地区多次发生了5级以上地震。其中2018年5月Ms5.7级宁江地震造成20余万人受灾,房屋损毁5.7万余间,直接经济损失超过20亿元。松原地区频繁的发生地震,是否在未来会发生大的地震成为了人们比较关注的问题,然而目前对于松原地区地震的形成机制还存在较大分歧。为了更好的了解松原地震的发生原因以及后续强震发生的可能性,系统的研究松原地震的形成机制是十分重要的。为了研究松原地区地震的形成机制,我们在松辽盆地中南部,开展了面积性的宽频大地电磁观测,布设了94个测点,观测时间~20h,点距约为35 km,在地震集中区域对测点进行加密,点距约10 km。为了对深部电阻率异常进行约束,我们还进行了长周期大地电磁观测,共12个测点,观测时间20~30天。对采集的数据进行处理和分析,相位张量分析结果显示,数据在低频时,三维性较强,椭圆主轴方向复杂,主要以NE和NW向为主,还夹有EW向,因此,我们对数据进行三维反演。经过大量的反演试算,改变反演中不同参数,如数据误差水平,网格大小,正则化因子,初始模型等。最终选择主阻抗的误差门限为5%*|Z_(xy)?Z_(yx)|~(1/2),辅阻抗误差门限为10%*|Z_(xy)?Z_(yx)|~(1/2);水平网格大小为10km;初始正则化因子为10;初始模型电阻率为100??m的反演结果。不同参数之间的测试,验证了反演结果的稳定性。此外,我们还进行了灵敏度测试,证明了由测点和频率构成的观测系统的分辨率可以满足本次研究的需求,也间接地证实了反演结果的可靠性。松原地区电阻率反演结果模型显示,在横向上,中央坳陷区浅部表现为低阻,但是低阻异常体被高阻异常分开。研究区的西北部和东南部表现为高阻。在上地幔尺度,研究区内存在大面积低阻异常。在纵向上,电性结构大致可分为三个电性层:第一层为浅部低阻层;第二层为壳内不连续高阻层;第三层岩石圈高导层。其中,值得注意的是松原震区震源多位于电性梯度带上,在其下方存在来自深部的低阻异常,推断地震发生与低阻异常关系密切。结合地球物理和地球化学成果,分析低阻异常为岩浆。为了研究岩浆的深部来源,分析穿过震中位置的长周大地电磁期剖面,发现浅部异常与宽频大地电磁剖面吻合较好,宽频大地电磁结果中的低阻异常在长周期剖面也存在,并且延伸到更深处。我们对长周期大地电磁剖面中的软流圈尺度上的低阻异常体进行了流变分析,结果发现深部的两个低阻异常体发生部分熔融的比例分别约为2%~6%和0.2%~6%。因此,推断壳幔内的岩浆来源于发生部分熔融的软流圈物质。地震层析成像,长周期大地电磁和地磁测深的研究中,东北地区250-400km深度范围,都存在明显的大面积高导低速异常,这被认为是平卧的太平洋板块,同时包含大量的水。太平洋板块发生后撤,在减压和高温的共同作用下,含水量较高的俯冲物质和软流圈物质发生部分熔融。部分熔融的热物质上涌,穿过岩石圈中薄弱地带到达地壳,形成我们发现的低阻异常。将震中位置投影到三维电阻率结果上,发现地震主要集中在两个区域,一个位于松原市的西南方向(E1),一个位于松原市的东北方向(E2)。从不同剖面切片图中,发现深部有两个低阻异常区,震中位置位于低阻和高阻异常的接触带上,偏向高阻一侧。低阻异常在力学性质上通常表现为塑性,高阻异常在力学性质上通常表现为脆性。当低阻异常上涌时,向上的应力增加,应力在上方的高阻体中不断积累,当应力大于岩石承受程度时,发生地震。由此推测地壳中的低阻异常体是由太平洋板块俯冲,在转换带深处的脱水以及造成的部分熔融物质上涌,经过岩石圈的薄弱的部分向上侵入,遇到上地壳高强度的相对脆性的地层阻挡,部分在脆性—韧性过渡带中积累下来,部分继续上涌。积累下的部分随着温度的降低,发生冷凝,将水释放出来,释放出来的水聚集在断裂破碎带,使得断裂破碎带的应力不稳定,导致地震。而另一部分继续的上涌,使得周围的脆性岩层中向上的应力不断积累,最终超过岩石所能承受的应力,引发地震。因此,推测松原地震本质上属于流体诱发型地震。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P631.325;P315.7
【部分图文】：

第 1 章 绪论1.1 研究目的与意义松原地震活跃区位于松辽盆地中南部，是整个松辽盆地中地震发生较为活跃的区域。历史上该区域有记载的地震资料较少，曾在 1119 年发生了 634 级地震。2006 年以后地震活动增强，2006 年 3 月，2013 年 10 ~ 11 月间和 2018 年 5月在松原地区多次发生了5级以上的地震。其中2018年5月Ms5.7级宁江地震，受灾人数超过 20 万，损毁房屋 5.7 万多间，由地震造成的经济损失多达 20 余亿元，在长春，哈尔滨等地均有震感。根据吉林省地震台网信息，松原地区地震仍在发生（图 1.1），但是震级较小，震感不强烈。地震的发生对人们生命安全和财产安全都构成巨大的威胁，因此地震形成机制的研究，对地震危险性的预估具有着重要的意义。

吉林大学博士学位论文资料显示，东北地区 70%以上 Ms≥4.0 的地震发生在松辽盆地内部及周边（图 1. 1）（李恩泽等，2012）。松辽盆地在大地构造上位于天山—兴蒙地槽褶皱系的东端，属于吉黑地槽褶皱系，西部为早海西褶皱带和晚海西印支褶皱带，东部是加里东增生褶皱带，南邻华北地台北缘—加里东增生褶皱带。同时盆地边界受深断裂控制，西部为嫩江断裂，南部为开源—赤峰断裂，东部为依兰—伊通断裂，北部受塔溪—鸡西断裂控制。松原地区的主要动力源是地壳深部地幔物质的热动力和太平洋板块向亚洲板块俯冲形成的挤压应力（李君等，2018）。

图 1. 3 2013 年~2016 年地震序列的 M-T 图（据刘俊清，2018）2013 年前郭 Ms5.5 级震群是东北地区显著的一次地震事件，其强度大、频率高、分布范围集中、爆发性强，其发震机制仍然不十分明确。为了研究它的发震机制，很多地震学家借助地震定位法，矩张量反演等方法对地震群进行了分析。张洪艳等（2015）采用 HypoDD 方法对 2013 年 10 月 31 日 ~ 12 月 10 日的 343次地震的震源位置进行了精定位，认为震中分布的优势长轴走向为北偏西 30°左右，从而推断发震构造为 NNW 向的查干泡—道字井断裂。图 1. 4 为刘俊清等利用双差定位法对前郭地震群进行了重新定位，结果同样认为震中分布主要集中在 NW 向，但他们推断的发震构造与张洪艳等不同，认为发震构造是克山—大安断裂带内的推覆逆冲构造。
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本文编号：2877701