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利用GIS方法研究南北地震带和中央造山带交汇区活动断裂与地震的关系.pdf

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上传者: zhuliang 2012-07-17 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《利用GIS方法研究南北地震带和中央造山带交汇区活动断裂与地震的关系pdf》,可适用于人文社科领域,主题内容包含刘峰、张家声、黄雄南等,,利用GIS方法研究南北地震带和中央造山带交汇区活动断裂与地震的关系,中国地震,(),~。利用GIS方法研究南北地震带和中央符等。

刘峰、张家声、黄雄南等,,利用GIS方法研究南北地震带和中央造山带交汇区活动断裂与地震的关系,中国地震,(),~。利用GIS方法研究南北地震带和中央造山带交汇区活动断裂与地震的关系刘峰张家声黄雄南牛向龙中国地震局地质研究所,北京市德外祁家豁子摘要基于地理信息系统(GIS)技术研究南北地震带和中央造山带交汇区断裂带分布与地震活动的关系,对区内条主要断裂带,以km为缓冲区宽度,进行叠加,分析各断裂带的地震活动性及其特征。结果表明,主要的发震断裂有西秦岭北缘断裂的西段、礼县罗家堡断裂西南段以及临潭宕昌断裂的东南段、文县断裂西南段、虎牙断裂和雪山断裂虎牙断裂和雪山断裂地震活动性最强,其次是塔藏断裂、礼县罗家堡断裂以及光盖山迭山北麓断裂按震源深度可将研究区划分为个区域,区内的震源深度由北向南逐渐加大,震源深度剖面图反映了断层的几何形态和力学性质,进一步揭示出了青藏高原向东挤压、物质向东向南逃逸的运动模式。关键词:活动断层缓冲区分析空间叠加分析地震活动性地理信息系统(GIS)文章编号()中图分类号P文献标识码A收稿日期修定日期。项目类别国家重点基础研究发展计划(课题)CB:中亚大陆强震构造格局及其动力环境项目资助。作者简介刘峰,男,生于年,理学硕士,主要方向为用GIS方法研究地震地质问题。引言研究区位于我国南北地震带与中央造山带的交汇区,东经b~b,北纬b~b,包括宁夏南部、甘肃东南部和四川北部。研究区以北的西秦岭北缘断裂、西部的岷江断裂和东部的文县断裂组成近似倒三角形,在中国第四代地震区划图上,这里位于鄂尔多斯度区、华南度区以及青藏度区的交接部位,是我国地震最频发的地区之一,也是目前我国地震地质研究的热点地区。区内有记录的历史地震次,其中级以上次,分别为公元年甘谷级地震、公元年天水级地震、公元年天水级地震、公元年武都南级地震、公元年甘肃通渭级地震和公元年叠溪级地震世纪年代有地震仪器记录以来发生级以上地震次,其中级以上次,为年四川松潘平武地震序列中的两次强地震。地震活动受新构造运动特别是活动断裂的控制,活动断裂(Activefault)又称活断层,是指第四纪以来(或晚第四纪以来)活动、至今仍在活动的断层。由于活动断裂是距今万~万年以来的最新构造活动,与现代构造活动相连,所以这类活动构造与地震及其他的地第卷第期(~)年月中国地震EARTHQUAKERESEARCHINCHINAVolNoDec质灾害密切相关。据统计,约有~的级以上地震是由活动构造尤其是活动断裂引起的,活动构造与地震的关系不仅在空间分布上具有一致性,而且活动断裂的运动特征与大地震中沿断裂产生的同震破裂也具同一性(邓起东等,)。地震与活动断裂的关系是地震地质研究的最重要内容之一。研究区地质构造情况复杂,在大地构造上属于青藏、新疆和华北三大亚板块交界地带,被深大断裂交错切割,地貌反差强烈,是地壳物质最易变形和流动、构造活动极其强烈的地区(丁国瑜等,),区域内多高山峻岭、深壑陡谷,地表植被覆盖率高,常规地质调查方法较难开展,而地理信息系统(GIS,GeographicInformationSystem)分析方法为定量研究断层活动性与地震的关系提供了一种便捷方法。GIS是为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统(邬伦等,),它以地理空间数据库(GeospatialDatabase)为基础,采用地理模型分析方法,实时提供多种空间的、动态的地理信息。GIS在我国地震研究中的应用始于年中国地震局和新疆维吾尔自治区地震局等单位研制的乌鲁木齐市震害预测与防震减灾对策管理信息系统(宋俊高等,)。近年来,GIS在我国一些大中城市的地震预测、防震减灾与救灾、地震数据管理等工作中逐步得到应用(张秋文等,章熙海等,周斌等,)。但是,利用GIS技术分析断层与地震的关系仍处于起步阶段,屈春燕等()利用GIS确定断层两侧的历史地震次数和震级等参数,彭自正等()对江西省内主要断裂利用GIS缓冲区方法分析了地震的频度和强度,邬宁芬等()利用GIS对上海市活动断裂走向与地震的关系以及活动年代与地震的关系进行了分析。本文以MapInfo和Arcinfo软件为平台,建立了中国南北地震带与中央造山带交汇区的地震和新构造断层数据库,用缓冲区和空间叠加的分析方法,分析了断裂带与地震的定量或半定量关系以及断裂的地震活动性,并探讨了研究区内主要发震断裂构造及其深部变化。数据库的建立和GIS研究方法地震与断层数据库的建立地震数据库和断层数据库的建立如图所示。地震数据库包括中国地震台网中心的地震目录和历史地震资料,删除重复记录后,台网中心的目录中自年月日至年月日的地震记录共计条(M),而历史地震资料则来自顾功叙收集整理的公元前年至公元年间发生在我国的破坏性地震(M),共条(顾功叙,)。断层数据库以中国活动构造图(邓启东等,)为基础,综合研究区内的文献图表资料等整理而成。数据库内容包括各断层的走向、倾向倾角、长度、活动年代以及断层类型、所控制的地形地貌等(邓起东等,周荣军等,唐文清等,袁道阳等,韩竹军等,)。断裂缓冲区、地震与断裂缓冲区叠加分析缓冲区又称影响区或影响带,是指围绕地理要素的具一定宽度的区域。缓冲区分析是中国地震台网中心数据查询网址:http:PPwwwcsndmcaccn。期刘峰等:利用GIS方法研究南北地震带和中央造山带交汇区活动断裂与地震的关系图数据来源及处理流程用来确定不同地理要素的空间临近性(proximity)和接近程度的一类重要的空间操作(张超,)。在GIS叠加分析中,主要分为点与多边形叠加、线与多边形叠加、多边形与多边形叠加等,在进行地震与断裂缓冲区的叠加分析时,主要用地震点与断层线缓冲区多边形的叠加以及断层线和地震点缓冲区的叠加,统计落入各断层线缓冲区内地震的个数、震级的大小、震源深度等,以及可能引发地震的断层,以加深对研究区断裂的活动强度、构造背景及地震活动性的理解。研究内容及结果对于研究区内的断裂及地震数据,分别进行各断裂缓冲区与地震的叠加分析,研究断层的地震活动性特征和震源深度数据所反映的断裂深部特征进行典型强震缓冲区与断层线的叠加分析,研究强震与周围活动断层的关系,分析可能的发震断裂。各缓冲区内地震数目断层的缓冲区半径是重要参数,对于以后的叠加分析至关重要。断层的影响范围有多大,即地震的震中到与其相关的断层的距离目前还不明确。对研究区内的地震和断层经过多次试验,分别进行了宽度为km、km、km、km、km、km缓冲区分析,统计落入各个缓冲区内地震的个数及占该区内地震总数的百分比,得到表所示的结果。因研究区内的断层规模较大,延伸较长,如西秦岭北缘断裂带延伸超过km,临潭宕昌断裂带超过km,所以其影响范围一般都比较广。经过统计比较,确定km作为缓冲区宽度效果最好,如图所示。在现代地震记录中,无论是级以上地震还是级以上破坏性地震落入km缓冲区以内的都在以上(考虑误差范围~km),对于历史地震,在km缓冲区内的地震数约占以上,说明近年以来研究区内断裂处于相当高的活跃阶段,同时中国地震卷也表明该区内的地震与断裂密切相关。表各缓冲区地震数占地震总数的比缓冲区宽度(km)现代地震M现代及历史地震M地震个数现代地震百分比()现代地震数历史地震数现代地震百分比()历史地震百分比()断裂带的地震活动性由分析得出,接近的现代地震都发生在距断裂km范围内,表明km缓冲区内的地震可以明显反映研究区内断裂的活动性,统一比较单位长度内的地震个数,具体步骤为:()统计每条断裂带的km缓冲区内地震个数:其中全部地震(M)个数为n,破坏性地震(M)个数为n对于断裂交汇地区,缓冲区有部分重叠,地震可能落入多个缓冲区,对于这部分地震,如果震级小于,即非破坏性地震,由于其发震构造不明确,可能受多条断裂影响,在各缓冲区都进行统计如果震级为级或级以上的破坏性地震,区分地震属于哪条断裂的原则是:距断裂带的距离º根据现有研究资料确定发震断裂。()统计每条断裂带的长度,将断续分布、分段出露的同一断裂归到一条断裂带中,得统计长度L(km)。()计算单位长度内的地震个数:N=nPL和N=nPL。结果如表:表各条断裂单位长度内的地震个数断裂名称断裂走向L(km)nnNN西秦岭北缘断裂NW林潭宕昌断裂NW光盖山迭山北麓断裂NW光盖山迭山南麓断裂NW迭部白龙江断裂NW塔藏断裂NW虎牙断裂NW文县断裂NE成县盆地北缘断裂NE横切断裂NE礼县罗家堡断裂NE雪山断裂WE康县断裂WE成县盆地南缘断裂WE麻河沿断裂WE岷江断裂NS期刘峰等:利用GIS方法研究南北地震带和中央造山带交汇区活动断裂与地震的关系图断裂缓冲区(km)与级及级以上破坏性地震叠加结果F西秦岭北缘断裂F临潭宕昌断裂F礼县罗家堡断裂F麻河沿断裂F成县盆地北缘断裂F成县盆地南缘断裂F康县断裂F文县断裂F光盖山迭山北麓断裂F光盖山迭山南麓断裂F迭部白龙江断裂F塔藏断裂F岷江断裂F虎牙断裂F雪山断裂F横切断裂结果显示,在研究区的条主要断裂带中,根据N(含N、N)值可明显分为组。虎牙断裂和雪山断裂的N值最高,明显高于其他断裂,即在距这两条断裂km内地震最密集,说明这两条断裂的活动性最强。其次是塔藏断裂、礼县罗家堡断裂与光盖山迭山北麓断裂,也属于地震多发断裂。再次是迭部白龙江断裂、横切断裂、光盖山迭山南麓断裂、临潭宕昌断裂、文县断裂、岷江断裂,地震活动性最弱的是西秦岭北缘断裂带、成县盆地北缘断裂、康县断裂、麻河沿断裂和成县盆地南缘断裂。地震缓冲区与断层叠加分析研究区内现代仪器记录的级以上强震共次,分别是年月日松潘(黄龙)级以及年月、和日松潘平武发生的、和级地震。对这次中国地震卷地震的震后研究都很深入,本文通过对比前人的研究成果,验证地震缓冲区与周围相关断层的关系,分别对这次地震作缓冲区分析。年松潘(黄龙)级地震发生在虎牙断裂、雪山断裂和塔藏断裂相互交切的地区,地震km缓冲区表明该地震与这条断裂的距离基本相同(图),但塔藏断裂在第四纪晚更新世以来活动较弱,而雪山断裂与虎牙断裂继续活跃,并且其深部北倾,更有可能是该地震的发震断裂。根据前人研究结果,结合余震的走向认为,虎牙断裂向北西方向的延伸段可能就是该地震发震断裂。图典型强震的缓冲区与断层叠加结果年月、和日连续次强震属于松潘平武地震序列,分别对其建立地震缓冲区,次地震都发生在虎牙断裂的东侧,即雪山断裂带与虎牙断裂带交错区,缓冲区分析显示次地震的最有可能的发震断裂为虎牙断裂和雪山断裂,其中虎牙断裂带距震中更近。期刘峰等:利用GIS方法研究南北地震带和中央造山带交汇区活动断裂与地震的关系前人地质调查认为,北西向的虎牙断裂与北北东向的次级断裂(叶塘断裂)构成汇而不交的不连续状态,形成断层的闭锁段,应力易于在此处集中而发生大震。研究区内共包括次级以上和次级以上历史地震,分别对地震建立缓冲区,与周围断层进行叠加分析后得出:公元年、年、年的次级以上地震的最有可能的发震断裂为西秦岭北缘断裂的中段(和政天水段),其中前两次地震震中距主断裂在km以内,年的通渭地震km缓冲区内只有西秦岭北缘断裂公元年天水南级地震更清晰地表明发震断裂为礼县罗家堡断裂带,野外的实地考察也证实这一点(韩竹军,)公元年武都文县级地震发生在临潭宕昌断裂带、迭部白龙江断裂带、文县断裂带的交错地区,曾有学者认为其发震断裂为临潭宕昌断裂带。但地震缓冲区图分析显示,该地震震中距迭部白龙江断裂带和文县断裂带更近,约km,且这两条断裂带中间地区的次级断裂、隐伏断裂非常密集,而距离林潭宕昌断裂带为km,所以作者认为其发震断裂应该即为这两条断裂带,具体证据还需要野外考察的验证公元年的四川叠溪级地震是在汶川地震前中国地震遗迹保存最完整、最典型的最大一次地震,对这次地震,不同部门曾进行多次考察,但给出的烈度等值线图有明显差异,表明对该次地震构造的认识不同。本文地震缓冲区分析结果比较支持的观点是南北向岷江断裂的延伸构造为此次地震的发震断裂,该地区的次级断裂和隐伏断裂较少且活动性较弱,从历史与现代地震记录来看,该区强震多沿岷江断裂南北分布,距岷江断裂约~km,叠溪级地震震源节面解是近南北和近东西向,所以南北向断裂发生左旋滑动可能是该次地震发生的直接原因(钱洪等,)。震源深度与断裂的关系震源深度能反映震区主要的发震构造格局、深部应力情况等,研究区内级以上破坏性地震的震源深度基本都小于km,属浅源地震(图)。分析震源深度数据,又可将震源深度分为~km、~km、~km组,不同断裂带上的震源深度不同,震源深度接近的地震在发震区域内相对集中,这也反映了研究区内的断裂构造特点。研究区内破坏性地震按震源深度可明显分为个密集区域,区为西秦岭北缘断裂与临潭宕昌断裂中段之间的区域,该区地震的震源深度绝大多数为~km,表明断层破裂位置较浅区为由礼县罗家堡断裂、西秦岭北缘断裂和临潭宕昌断裂组成的三角区,震源深度多在~km内,少数为~km,说明该区条断裂带构造破裂部位浅,但比区深区为光盖山迭山南北麓断裂和迭部白龙江断裂的西北段,震源深度多在~km,而这条断裂带的东南段震源深度则多在~km,表明这条断裂的南缘和相邻的礼县罗家堡及临潭宕昌断裂具构造连续性,是断层构造变动的过渡区区为虎牙断裂、雪山断裂、岷江断裂和塔藏断裂组断裂组成的区域,震源深度为~km的约占,深度为~km和~km的地震共占左右,表明该区内的活动断裂往下延伸最深,已达地壳下部(周民都等,张季生等,)。由此可见,随着青藏高原往东挤压,其东缘由北往南震源深度逐渐变深,断裂的活动性也越来越强,地震越来越密集,表明挤压应力并不均匀分布,南部因四川盆地的阻挡受力更强、地震危险性更大。利用MapInfo的二次开发语言Mapbasic,开发了地震震源深度剖面投影程序,将上述个地震密集区内的地震按垂直于断裂方向分别进行剖面投影,得到的结果如图(图)所示。中国地震卷图级及级以上破坏性地震震源深度图图清楚地反映出断层的构造类型,图(a)中FFc为光盖山迭山南北麓断裂以及迭部白龙江断裂的西北段,上部发散,下部陡立,表现出典型的走滑断裂的垂向结构图(b)、(c)为西秦岭断裂的黄香沟段,反映出明显的走滑兼逆冲性质,且沿断层往东其逆冲角度增大图(d)、(e)为礼县罗家堡断裂西南段,也反映出明显的走滑兼逆冲性质,且断裂北部逆冲性质比南部更明显,南部则主要为走滑图(f)为临潭宕昌断裂的东南段,向南穿过礼县罗家堡断裂,向光盖山迭山北麓断裂方向延伸,断层相互作用,其反映的走滑性质并不十分明显图(g)~(j)为文县断裂、塔藏断裂、雪山断裂以及虎牙断裂相互交切地区,断层几何结构、活动性质和断层间组合关系较为复杂,反映在震源深度剖面上是地震呈分散分布,相应的断裂有不明显的逆冲性质。综上所述,研究区内北部断裂以走滑为主,且震源深度较小,向南逐渐转变为逆冲性质,震源深度加大。表明青藏高原向东挤压过程中物质向东逃逸,深部地壳结构发生强烈变化,致使地壳厚度剧增,又由于受到北部鄂尔多斯地块以及东南部四川盆地的阻挡,逐渐转变为向南运动的模式。研究区地壳厚度由北向南、由东往西增厚,东部四川盆地深度约km,而西部达km以上。在北部受到的挤压应力相对较小,而在倒三角的顶部受四川盆地阻挡,挤压应力达到区域高值,地壳强烈增厚,地表突然隆起,致使该区域积累了大量能量,这是发期刘峰等:利用GIS方法研究南北地震带和中央造山带交汇区活动断裂与地震的关系图断裂带的地震震源深度剖面图生强震与深震的根本原因。结论()利用GIS方法通过对缓冲区进行叠加分析研究活动断裂与地震的关系,并对活动断层的地震活动性进行定量分析,对所选区域而言是一种新的方法。()通过比较分析各断裂带地震活动性的强弱以及震源深度变化反映的应力不均分布可以看出,研究区内主要的发震断裂有:西秦岭北缘断裂西段、礼县罗家堡断裂西南段、临中国地震卷潭宕昌断裂东南段、文县断裂西南段、虎牙断裂和雪山断裂。其中,南部的雪山断裂与虎牙断裂的地震活动性最强。在年月日发生的汶川级地震的余震中,有级和级次地震发生在文县断裂,有次级地震发生在虎牙断裂,说明这两条断裂的地震活动性持续增强。()活动断层与所发生地震密切相关,研究区内地震活动性最强的活动断层是虎牙断裂和雪山断裂,其次是塔藏断裂、礼县罗家堡断裂以及光盖山迭山北麓断裂研究区内地震按震源深度可划为个地震密集区,越往南震源深度越大,最深者达到地壳下部。利用GIS二次开发语言开发的震源深度剖面揭示了断裂的深部构造特征及区域应力特征,进一步验证了受青藏高原挤压物质向东向南运动的模式。参考文献丁国瑜、蔡文博、于品清等,,中国岩石圈动力学概论,~,北京:地震出版社。邓启东、冉永康、杨晓平等,,中国活动构造图,北京:地震出版社。邓启东、张培震、冉永康等,,中国活动构造与地震活动,地学前缘,(sp),~。顾功叙,,中国地震目录,北京:科学出版社。韩竹军、向宏发、冉永康,,青藏高原东缘礼县罗家堡断裂带晚更新世以来的活动性分析,地震地质,(),~。彭自正、赵爱平、胡翠娥等,,基于GIS的江西活动断裂分布与地震活动关系研究,华南地震,(),~。屈春燕、叶洪,,利用GIS分析活动断裂与地震的相关性,地震研究,(),~。钱洪、周荣军、马声浩等,,关于年叠溪级地震若干问题的讨论,四川地震,(),~。宋俊高、朱元清,,GIS技术应用于城市防震减灾工作,西北地震学报,(),~。唐文清、刘宇平、陈智梁等,,岷山隆起边界断裂构造活动初步研究,沉积与特提斯地质,(),~。邬伦、刘瑜、张晶等,,地理信息系统,,北京:科学出版社。邬宁芬、周祖翼、劳秋元等,,GIS支持下地震与活动断裂关系研究)))以上海及邻近海域为例,大地构造与成矿学,(),~。袁道阳、雷中生、何文贵等,,公元前年甘肃武都地震考证与发震构造探讨,地震学报,(),~。张超,,地理信息系统实习教程,,北京:高等教育出版社。张季生、高锐、李秋生等,,松潘甘孜和西秦岭造山带地球物理特征及基底构造研究,地质论评,(),~。张秋文、张培震,,地理信息系统(GIS)在地震危险性分析中的应用,地壳形变与地震,(),~。章熙海、吴洪、安琪伟,,基于GIS的江苏省地震应急指挥系统,地震学刊,(),~。周斌、刘涛、文俊武,,GIS技术在地震学中的应用,地球物理学进展,(),~。周民都、吕太乙、张元生等,,青藏高原东北缘地质构造背景与地壳结构研究,地震学报,(),~。周荣军、蒲晓红、何玉林等,,四川岷江断裂带北段的新活动、岷山断块的隆起及其与地震活动的关系,地震地质,(),~。期刘峰等:利用GIS方法研究南北地震带和中央造山带交汇区活动断裂与地震的关系AGISResearchontheRelationshipBetweenActiveFaultsandEarthquakesinChinaNorthsouthSeismicBeltandCentralOrogenicSystemIntersectionZoneLiuFengZhangJiashengHuangXiongnanNiuXianglongInstituteofGeology,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing,ChinaAbstractThisresearchisdoneontherelationshipbetweenfaultsandseismicityinChinanorthsouthseismicbeltandcentralorogenicsystemintersectionzonebasedonGeographicInformationSystem(GIS)Foreachofthefaultsinthisarea,akmbufferzoneissetwiththemethodofoverlayanalysisoftheseismicityoffaultsandtheircharacteristicsTheresultshowsamainseismicfaultconsistingofthenorthernedgeofWestQinlingFault,southwestzoneofLixianLuojiabaoFault,southeastzoneofLintanDangchangFault,southwestzoneofWenxianFault,HuyaFault,andXueshanFaultThemostactivefaultsareHuyaandXueshanFaults,followedbyTazangFault,LixianLuojiabaoFaultandnorthzoneofGuanggaishanDieshanFaultTheresearchzonecanbedividedintofourcompressedzonesbasedonearthquakedepth,withthehypocentergoingdeeperfromnorthtosouthThesectionalviewofhypocenterdepthcanshowthegeometricshapeandmechanicalpropertyofthefaults,andindicatefurtherthemovementmodelofTibetanplate,whichcanserveasabasisfortheprotectionofearthquakeandhazardmitigationinthisareaKeywords:ActivefaultBufferanalysisOverlayanalysisSeismicityGeographicInformationSystem(GIS)中国地震卷

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