國內地震地質學研究成果及方向

1、國內地震地質學研究成果及方向,主講人：王德華 所在單位：中國地震局地殼應力研究所組員：馬思遠 所在單位：中國地震局地質研究所,資料來源：,[1]姚大全.地震學和地震地質學研究新進展——第六屆全歐地學大會簡介[J].國際地震動態(tài),1991,09:14-18.[2]顧邁南.會挽雕弓如滿月——記地震地質學家馬宗晉[J].瞭望周刊,1992,19:26-28.[3]曹英.地震地質學發(fā)展動向[J].地震地質譯叢,1993,03:1

2、-9+17.[4].“進入21世紀地震地質學發(fā)展方向研討會”在貴陽召開[J].地震地質,1999,03:214.[5].《地震地質學》一書簡介[J].國際地震動態(tài),1999,11:32.[6]鄧起東.世紀之交的地震地質學回顧與展望[A].中國地震學會.中國地震學會成立20周年紀念文集[C].中國地震學會:,1999:7.[7]馬宗晉.地震地質學的研究現(xiàn)狀與展望[A].中國地震學會.中國地震學會第三次全國地震科學學術討論會論文摘要

3、匯編[C].中國地震學會:,1986:1.[8]葛碧如.關于地震地質的定量研究[J].地震地質譯叢,1980,04:1-7.[9]汪一鵬,馬宗晉,丁國瑜.我國地震地質工作三十年[J].地震地質,1979,04:1-9.[10].地震地質現(xiàn)狀和發(fā)展方向討論會記述[J].地震學刊,1983,02:72-74.[11]孫壽成.中國地震地質現(xiàn)狀和發(fā)展方向討論會概況[J].國際地震動態(tài),1983,08:7-9+32.,主要內容,一，地震地

4、質學的產(chǎn)生以及概念二，目前國內地震地質學的研究現(xiàn)狀和主要成果三，未來國內地震地質學的主要研究及發(fā)展方向介紹,一，地震地質學的產(chǎn)生以及概念,左圖為著名地震地質學家、中科院院士馬宗晉先生?！昂髞?，馬宗晉作為中國地質力學的第一個研究生進入北京大學深造。畢業(yè)之后，進入科學院地質研究所從事構造力學的研究........。在這之后，中國接連發(fā)生的大地震，給全國人們帶來了巨大災難，也給馬宗晉和他的同伴們以難得的研究和發(fā)展地震地質的機遇，一門新興的

5、學科----地震地質學，從此悄然而生。”,什么叫地震地質學,國外說法：在國外,很少直接用地震地質學(seismogeology)一詞,與之相近或相當?shù)膶W科術語是構造物理學(tectonoPhysics),這是廣義的地震地質學。此外,另一些用得較普遍的同義術語是活動構造學(active tectonics)、新構造學(neotectonics)或地震構造學(seismotectonics),這是狹義的地震地質學。國內說法：地震地質學是運

6、用地質學的理論和方法研究地震成因、地震活動規(guī)律的學科。它是地質學和固體地球物理學之間的一門邊緣學科。 地震是重大自然災害之一，是現(xiàn)代地球運動的直接反映。地震地質學在地震預報、減輕地震災害及研究地球動力學方面有重要的現(xiàn)實意義及理論意義。,主要研究對象和內容,“它的研究對象不是地震本身,而是蘊震的地體環(huán)境和蘊震過程的條件。它是在地質學和地球物理學一些單項研究對象與方法原則的部分交叉基礎之上摸索前進的。地球動力學是它的一個組成,但它更注意一萬

7、年以來短時限的現(xiàn)今動力作用;新構造學是它的一個組成,但它的目的是通過淺表新構造活動認識深部蘊震構造的活動;各種地學場的監(jiān)測是它的一個組成,但它的工作要點是發(fā)現(xiàn)均變場中的異常及其微動態(tài)?！薄R宗晉“我們理解的地震地質學研究領域,應以與地震有關的活動構造研究為主?？臻g尺度可以大到全球板塊構造,小到鏡下觀察的斷層泥顯微構造;時間尺度以第四紀(約200萬年),特別是全新世(約l萬年)以來為主?！薄钇鹜?二，目前國內地震地質學的研究現(xiàn)狀和

8、主要成果,1，板塊運動2，巖石圈應力場3，斷層力學4，活動構造5，長期危險性評估,1，板塊運動,主要成果如下：,1，現(xiàn)在把全球劃分為12個板塊,在12個板塊邊界上獲得了1122個數(shù)據(jù),其中包括277個擴張速率,121個轉換斷層方位和724個地震滑動矢量。由于nuvel-1所用新資料更精確了,故可分辨出寬度更小的轉換斷層帶。如在典型的慢速滑動轉換構造帶亦能準確分辨寬僅3一10公里的轉換斷層。這樣,可更精確地測定300萬年內的板塊擴

9、張速率,如印度洋,滑動速率誤差從8一12毫米/年減小為3毫米/年。2,震源機制解研究又有很大改進。以前主要根據(jù)體波初動,而新的震源機制研究則綜合考慮了體波、面波及初動資料,從而能給出更精確的滑動矢量。德梅茨等(C.DeMets,etal、,1990)從全球數(shù)字化地震臺網(wǎng)提供的5800個CMT震源機制解中選出504個數(shù)據(jù)確定板塊運動。3,大洋巖石圈中的板塊邊界不總是一條窄帶,而是彌散的邊界；海洋板塊內部是剛性的。4，根據(jù)VLBI和S

10、LR大地測量觀測資料,發(fā)現(xiàn)板塊運動是很穩(wěn)定的,從而使板塊構造預測能力擴展到很短的時間間隔。,現(xiàn)在存在的問題：,1，地幔對流學說的不完整；2，地殼上地幔構造的模型問題；3，超深海海底的地震觀測問題；4，什么決定了大陸板塊變形分布的寬度和形狀?5，板塊邊界變形有多少是以地震形式釋放的和有多少是以無震蠕動形式釋放的?它們受什么控制?,2，巖石圈應力場,為查明驅動和阻礙板塊運動的力,有震、無震斷層作用的機制,地殼、上地慢的流變學,必須研

11、究巖石圈的應力狀態(tài)。近幾年在巖石圈應力場研究上取得了很大進展,突出標志是出版了現(xiàn)代世界應力圖(M.D.zoback,etal一1989)。,主要成果如下：,1，應力測量精度方面：在礦井穩(wěn)定性評價和地下廢棄物儲存等方面都廣泛進行了應力測量。地應力測量、鉆孔爆裂觀測、水壓致裂測量和震源機制解等不論是觀測數(shù)量、還是觀測質量,都有了明顯增加和提高。此外,地殼中活斷層應力狀態(tài)和活斷層強度研究也受到了重視。2，區(qū)分應力場性質方面：佐巴克(zoba

12、ck,1989)首先區(qū)分出構造應力場和局部應力場。佐巴克等提出了識別構造應力的方法,如果某種應力在彈性板塊厚度二三倍到幾百倍的寬廣范圍內是均勻的,則是構造應力;但局部應力延伸距離則比板塊厚度小得多。3，活斷層應力狀態(tài)和強度研究方面：已有相當多的證據(jù)說明,有很多(雖不是所有的)活斷層,如圣安德烈斯斷層在很低水平的剪應力作用下即可滑動。這與傳統(tǒng)看法是矛盾的,以前對斷層強度的認識是根據(jù)實驗研究得出的。目前對斷層在深部的習性認識還不一致,今后

13、需協(xié)調近地表地震地質和地球物理測量、斷層帶流變學實驗研究、活斷層帶深部物理性質和力學狀態(tài)測量。這樣,我們才能確定活斷層弱強度的機制。,3，斷層力學,主要成果以及問題：,1，研究應力積累和釋放是斷層力學的重要課題,如活斷層附近的應變在時空上是如何積累的。近4年出現(xiàn)的GPS手段,可用來測量應變的積累和釋放,其精度現(xiàn)在雖比地面激光測距低一點,但未來4年在研究與形變有關的地震時,GPS可能取代地面激光測距。GPS可測量相對位移的3個分量,而測站

14、間亦不受通視條件限制,故在未來地震研究中有廣闊的應用前景。雖然如此,當今關于應變積累的大部分認識仍是來自地面測量。2，斷層穩(wěn)定滑動表現(xiàn)為蠕動,非穩(wěn)定滑動則表現(xiàn)為地震。在很多中強地震發(fā)生前,用鉆孔應變儀等觀測到了高質量的應變記錄,但不能解決主震前幾周到幾秒的加速變形,這是受震前力矩太小所限制。震前的力矩僅是同震時的力矩的百分之幾,如1989年美國加州洛馬普列塔地震僅為0.1%。所以,預測地震的起始比預測地震的終止更困難。由斷層非穩(wěn)定滑動

15、產(chǎn)生的地震可能是渾沌的,要突破短期地震預報,今后尚需更深人地進行斷層力學基礎理論和實驗的研究。,4，活動構造,主要成果：,1，定量活動構造學的建立及與地震危險性評價的結合,2，大地震孕育和發(fā)生的深淺構造條件研究 20年來國家地震局先后開展了若干區(qū)域性剖面的人工地震探測,特別是在華北和西南地區(qū),如在華北鄂爾多斯塊體及其四周的斷陷盆地帶均有人工地震探測剖面通過,有的還作了大地電磁測深和地熱等研究工作,這時闡明這些地區(qū)活動構造帶和強

16、震發(fā)生帶的深部構造背景和動力學條件是十分有意義的,它們與地質的結合集中反映在幾條地學大斷面工作之中。90年代以來,國家地震局除了繼續(xù)組織區(qū)域性剖面探測工作外,還組織地球物理專家對幾個大震區(qū)進行深地震反射探測,如邢臺、唐山、三河一平谷等大震區(qū)及延慶盆地和北天山山前活動構造帶(瑪納斯大震區(qū))等,并且獲得了很好的結果。這些結果與地表地質和上地殼構造研究結合起來,很好地認識了這些大震區(qū)的表層和深部構造特征,使我們對這些正斷層或走滑正斷層及逆斷層

17、和活動褶皺區(qū)(拉張區(qū)和擠壓區(qū))大地震發(fā)震構造條件獲得了更全面的認識。,3，活動構造研究方法的改善 對年輕斷層帶的研究,方法上應用了第四紀地質學、構造地質學、地貌學和古地震學,從而擴展了有限的形變儀器或歷史記錄。此外,大地測量和地震學研究也是活動構造研究不可缺少的部分。典型的活動構造研究包括測定正在進行的形變速率、型式(style)和幅度,特別是定量研究與活動構造有關的古地震的大小、分布和頻度,從而幫助確定未來地震災害。4，

18、隱伏斷層的研究 90年代年不斷發(fā)生與隱伏斷層有關的中強和大地震,如1988年蘇聯(lián)亞美尼亞的7級地震,1989年美國洛馬普列塔的7.1級地震等。大地震時斷層在地表不一定總要產(chǎn)生破裂。相反,也有一些地震產(chǎn)生的地表破裂變形遠比預料的長,如1987年美國Superstition Hills地震等。在認識隱伏震源特別重要,如有人在美國東部弱活動地震帶,從石油工業(yè)借用一種新手段,通過地震反射和折射測量,研究隱伏斷層上方的變形,應用于震源研究

19、和大地測量。此外,高精度衛(wèi)星遙感技術、GPS和VLBI等新技術,在活動構造(包括隱伏活動構造)研究中的作用日益明顯,隨著精度的提高和觀測時間的增長,對活動構造研究所起的作用將更大。,5，長期危險性評估,在各種自然災害中地震可以說是群害之首,為減輕地震災害損失,很多國家正大力開展地震災害和危險性的評估研究。解決這個科學難題的途徑有多種,一種是進行地震預報研究,其中與地震地質學關系較大的是長期地震預報研究,時間尺度為幾十年。另一種是地震危險

20、性分析,其中用得較廣泛的方法是地震區(qū)劃。還有一種是震害預測。,如薩爾馬等(S.K.sarma,etal.,1991)對印度次大陸東北部地震危險性做了概率研究。1897年8.7級地震和1950年8.6級地震,摧毀了整個印度東北部地區(qū)。1988年又發(fā)生一次7.3級地震,震中不在空區(qū),而是發(fā)生在地震多發(fā)的叢集區(qū)。他們用概率法作地震危險性計算,確定M≧8地震復發(fā)期約為50年,高危險區(qū)在地震叢集區(qū)。又如基拉齊(A·Kiratzi,19

21、91)通過地震區(qū)劃,把希臘劃分出19個淺震地震帶,測定了每個帶未來幾十年地震參數(shù)。如區(qū)域最大震級、活動速率、b值等,進行危險性評估,并將在希臘制定中的新建筑規(guī)范得到應用。再如蘇馬萊(p.Sumalee,1991)對泰國、緬甸、印尼做了地震區(qū)劃和危險性分析。他使用了歷史地震資料,應用了極值擬合理論,確定了衰減模型。既作了區(qū)劃分析,又作了危險性評估。,三，未來國內地震地質學的主要研究及發(fā)展方向介紹,“為服務于今后國民經(jīng)濟和地震形勢發(fā)展,考

22、慮國內外地震地質學發(fā)展趨向,今后應繼續(xù)以“深、大、活”為發(fā)展方向,但應予以新意。深要擴為深結構、深過程和深交叉,打下更堅實更綜合的現(xiàn)今地球動力學基礎;大要分解為大尺度、大震級和大城市。大尺度應理解為一個尺度系列,分全球、區(qū)域和局域(震源)三級。大震級是預測研究的主要目標,大地震有其特定規(guī)律。大城市是防震的主要場所,城市地震研究已是國內外當前明顯的發(fā)展方向;活應理解為短時限、微動態(tài)和快破裂。短時限即以中新生代構造格架為基礎,以全新世以來的

23、現(xiàn)今變動為對象。微動態(tài)即在均勻場中微變異常場的暫態(tài)過程?？炱屏鸭搓P于足以激發(fā)地震波的快破裂過程的準備和發(fā)展規(guī)律。”——馬宗晉,1，多學科、多專業(yè)的交叉研究，提高綜合性研究水平,地震是一種極其復雜的研究對象，在對其進行地質學研究時，如果不能有效的借用其他專業(yè)的資源，勢必造成工作量的龐大以及研究結論的片面性，進而無法對地震的預報和預防提出合理建議。21世紀，將GPS、遙感、計算機等技術融入到地震地質學研究是勢在必行的。,2，加強活動構造基礎

24、理論的研究,板塊運動對板內變形和板內地震究竟有怎樣和多大的影響?大陸構造有什么基本特征?大陸地震與大陸構造有什么內在聯(lián)系?大多數(shù)地震發(fā)生在10一15公里深處,這里往往是物探上的盲區(qū)。今后必須加強深部活動構造研究?；顢鄬舆\動可能與地震有最直接的關系,今后要進一步加強活斷層習性研究,其中包括斷層活動性在時、空上的變化、活動方式(粘滑和蠕滑)等。還有構造應力場的研究、活斷層的基本習性及其與地震的內在聯(lián)系等都亟待基礎理論的支持。,3.重視活動構

25、造應用基礎研究,繼續(xù)堅持活動構造定量研究方向,促進地震危險性和工程安全性評價工作。特別是研究活斷層的長期平均滑動速率、地震復發(fā)間隔,對預測未來潛在地震最高震級、發(fā)生地點和發(fā)生時間有重要參考價值。斷層活動性工程評價研究、隱伏活斷層研究、活斷層填圖、古地震研究、青藏高原隆升影響研究等等都是重要的研究方向。,4，開拓我國近海海域地震地質研究,填補我國在這方面的空白,并把它與沿海經(jīng)濟發(fā)達區(qū)地震危險性評價結合起來,以加強對近海地震活動的認識,并對