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北京及邻区现代地壳形变特征及其与地震活动关系的研究

李腊月  
【摘要】:大量事实表明,地壳形变是研究构造运动、地震孕育与发生过程的一种有效手段。北京及邻区(首都圈地区)是全国的政治、经济和文化中心,同时也是地壳运动强烈、强震多发的地区。由于所处的地震地质环境比较特殊,在经济、社会加快发展的同时,加强该地区的地震预测预报研究、做好该地区的防震减灾工作具有重要的理论与现实意义。 本论文选取北京及邻区作为分析区域和研究对象,充分利用该地区较丰富的地形变观测资料,主要包括所有的跨断层形变资料,再结合首都圈地区的部分定点形变及GPS资料,系统开展首都圈地区的断层活动性质、活动水平、现代地壳形变时空演化特征及其与地震活动的内在关系研究,为首都圈地区的震情跟踪和预测预报工作提供理论依据和背景参考信息。 本文在全面收集整理地质构造、地壳形变、地震活动、大地测量、震源机制等方面的资料,并在参阅大量研究文献的基础上,开展系统研究并主要获得如下几方面的成果与认识: (1)首先开展了首都圈地区断层现今活动特征的研究,通过逐年逐月相减的技术思路,初次完整、定量地计算了跨断层累积滑动量,即水平扭错量,水平张压量和垂直升降量,并用累积的方法计算了断层现今滑动速率,研究了断层活动的演化规律,进而分析其与地震活动的关系。结果表明,目前首都圈地区的断层活动水平不高,无论是垂直活动速率还是水平活动速率都不大,均在1.00mm/a以内;断层活动性质反映出断层左旋活动相对增强,右旋活动相对减弱,张性活动相对增强,压性活动相对减弱的应力状态;断层活动还显示出明显的阶段性特征,一条断层在时间进程中的活动强度、活动方式不同;断层活动与地震活动存在一定的关系,强震前断层活动明显增强,并具有一定的异常特征。 (2)为了一般性地定量把握该地区的断层演化特征,本文在基本参量合理计算与客观分析的基础上,从时空演化的角度对该地区断层活动特征进行了深入分析,并结合以往发生的实际震例,探讨中强地震发生前后断层活动的时空演化特征和性质的变化,甄别和提取地震前兆时空演化过程中不同阶段、不同空间的异常变化信息。结果发现,中强地震发生前区域断层出现了明显的异常特征,时间上,地震发生在异常加速、转折、恢复的过程中;空间上,地震前2~3年震中及周边地区张压性质发生了变化,形成了以震中区为压性区而远离震中的地区压性逐渐减弱的空间分布格局,而震后出现大范围的张性区,可为地震预测中时间和地点的确定提供参考依据。 (3)为了进一步研究首都圈地区区域断层活动的时程演化总体特征,本文首次引入了主成分分析、断层活动总体状态参量Rt值二种新方法,定量获得该区域断层活动的总体演化水平。前人在处理此问题时一般采用速率合成方法,与以往的速率合成方法及结果相比,本论文采用的方法更加客观,在结果上能更有效的获得断层活动的总体特征,并有利于提取地震前兆异常信息,可以作为地震预测和前兆信息挖掘的有效工具。 (4)在以上跨断层资料分析和研究基础之上,为了验证、补充和完善跨断层资料所得结果,本文还对首都圈地区部分定点形变资料(伸缩应变)进行相关研究,计算了最大主应变、剪应变等平面应变参数。研究表明,地表潮汐平面应变与地震存在一定的关系,而且在中强地震前后地表平面应变状态表现出不同的演化特征。 首都圈地区经过了几十年的跨断层形变观测,积累了丰富的观测资料,为本区域地壳形变、断层性质与活动水平、地震活动及其之间的内在关系研究奠定了坚实的基础。正因为如此,本文才能够有条件对首都圈地区断层现今活动水平、性质进行系统的分析与研究,并采用新的方法对跨断层形变资料进行综合、定量分析,有效提取了一些地震前兆异常信息。本论文获得的北京及邻区现代地壳形变特征与地震活动关系的研究结果进一步丰富了该地区震情跟踪和预测预报工作相关方面的理论依据和背景参考信息。


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