全球已證實(shí)的蠕滑區(qū)主要分布于板塊邊緣的活動(dòng)斷裂帶與俯沖帶，是板塊運(yùn)動(dòng)的一種表現(xiàn)形式。海原斷裂帶是中國大陸兩個(gè)具有蠕滑現(xiàn)象的區(qū)域之一，且沿該斷裂帶發(fā)生了多次7級以上大地震，但其蠕滑的驅(qū)動(dòng)機(jī)制、蠕滑與地震的關(guān)系、以及蠕滑區(qū)斷裂帶精細(xì)結(jié)構(gòu)尚不清楚。
針對海原斷裂帶蠕滑區(qū)域的地震特性和驅(qū)動(dòng)機(jī)制，鄧陽凡及其合作者于2020年以長時(shí)間連續(xù)地震記錄為基礎(chǔ)，利用波形互相關(guān)技術(shù)確證了該地區(qū)存在重復(fù)地震，而重定位的結(jié)果顯示地震主要發(fā)生于大地測量學(xué)所觀測到蠕滑速率的最大值附近；根據(jù)板內(nèi)大地震的愈合周期，認(rèn)為蠕滑可能是大震的震后長期愈合所致(Deng et al., 2020, JGR)。
圖1 在海源斷裂帶蠕滑區(qū)布設(shè)的短周期密集臺(tái)站位置。(a) 海原斷裂帶蠕滑區(qū)域Smartsolo和QS-05儀器的分布。蠕滑區(qū)用方框標(biāo)出，左上角插入圖給出了青藏高原的地質(zhì)背景簡圖和研究區(qū)位置；(b) 放大的Smartsolo布設(shè)位置。
為了研究蠕滑區(qū)域的精細(xì)結(jié)構(gòu)，鄧陽凡研究團(tuán)隊(duì)在該地區(qū)布設(shè)了110臺(tái)短周期地震儀，最小臺(tái)間距可達(dá)6m(圖1)。通過與美國麻省理工學(xué)院裘鴻瑞博士，佐治亞理工學(xué)院彭志剛教授，天津大學(xué)劉靜教授合作，詳細(xì)剖析了該地區(qū)的精細(xì)結(jié)構(gòu)(Zhang, Deng* et al., 2022, JGR)：
1）通過分析遠(yuǎn)震到時(shí)延遲，發(fā)現(xiàn)在地表斷裂帶下方存在寬約1km的低速區(qū)，且斷裂帶北側(cè)地震波速低于南側(cè)。2）通過結(jié)合基于機(jī)器學(xué)習(xí)的地震到時(shí)拾取程序EQTransformer，基于非線性算法的絕對到時(shí)地震定位程序NonLinLoc，以及基于聚類算法和波形互相關(guān)的相對到時(shí)地震定位程序GrowClust，最終獲得了該地區(qū)1個(gè)月內(nèi)的小/近震目錄。3）基于小/近震的波形振幅，發(fā)現(xiàn)在斷裂帶附近寬約200m的區(qū)域內(nèi)具有較高的振幅能量，根據(jù)斷層圍陷波的特點(diǎn)(圖2)認(rèn)為該寬度區(qū)域?qū)?yīng)于斷層核心損傷帶的范圍。4）為了獲得更精細(xì)的斷層損傷帶空間結(jié)構(gòu)特征，本研究挑選了具有明顯圍陷波的波形進(jìn)行了數(shù)值模擬，認(rèn)為該損傷帶呈現(xiàn)為自上部寬約150m至下部寬約50m，深度約4km的空間幾何形態(tài)，總體呈從上往下逐步變窄的花狀構(gòu)造特征(圖3)。
圖2 一個(gè)近震的三分量波形記錄。紅色線標(biāo)出了遠(yuǎn)震到時(shí)延遲發(fā)現(xiàn)的~1km低速區(qū)。
根據(jù)斷裂帶南北兩盤的速度差異，本研究討論了海原地震具有超剪切破裂的可能性；通過與其他斷層破裂區(qū)的對比，發(fā)現(xiàn)蠕滑區(qū)的損傷帶與破裂區(qū)并無差異，本研究對此給出了兩種解釋：1）損傷帶與斷層行為（蠕滑 或 破裂）可能沒有關(guān)系；2）海原斷裂帶的蠕滑只是短時(shí)間的響應(yīng)，該區(qū)可能曾被大地震穿透，進(jìn)而產(chǎn)生了類似破裂區(qū)的損傷帶特征。
本研究展示了密集地震臺(tái)陣觀測對于研究斷裂帶精細(xì)結(jié)構(gòu)的有效性。本研究工作對認(rèn)識(shí)板內(nèi)斷裂帶行為，和進(jìn)一步開展強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)預(yù)測、斷層破裂模擬等工作具有重要意義。本研究同時(shí)認(rèn)為有必要加強(qiáng)對重點(diǎn)斷裂帶的不同區(qū)段（蠕滑區(qū)和破裂區(qū)）以及不同斷裂帶精細(xì)結(jié)構(gòu)的對比研究。
圖3 海原斷裂帶蠕滑區(qū)域的精細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖。(a) 斷層損傷帶模型；(b) 與地圖對應(yīng)的損傷帶寬度：~ 1km的低速區(qū)，與~100 m的核心損傷帶；(c) 通過遠(yuǎn)震、近震及波形模擬揭示的上部寬下部窄的損傷帶花狀構(gòu)造特征。
該成果發(fā)表在國際知名SCI期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth上。感謝課題組參加野外的人員。本研究得到國家自然科學(xué)基金 (42021002, 42104103)，和中科院青促會(huì)(YIPA2018385)等項(xiàng)目資助。
論文信息：
Zhang, Z. (張周), Deng, Y.*(鄧陽凡), Qiu, H.(裘鴻瑞), Peng, Z.(彭志剛), & Liu-Zeng, J.(劉靜) (2022), High-resolution structure of the creeping section of the Haiyuan Fault, NE Tibet, from data recorded by dense seismic arrays, Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 127(9), e2022JB024468.
Deng, Y.(鄧陽凡), Peng, Z.(彭志剛), & Liu-Zeng, J.(劉靜) (2020). Systematic search for repeating earthquakes along the Haiyuan fault system in Northeastern Tibet. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 125(7) e2020JB019583.
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