國(guó)內(nèi)地震地質(zhì)學(xué)研究成果及方向

1、國(guó)內(nèi)地震地質(zhì)學(xué)研究成果及方向,主講人：王德華 所在單位：中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所組員：馬思遠(yuǎn) 所在單位：中國(guó)地震局地質(zhì)研究所,資料來(lái)源：,[1]姚大全.地震學(xué)和地震地質(zhì)學(xué)研究新進(jìn)展——第六屆全歐地學(xué)大會(huì)簡(jiǎn)介[J].國(guó)際地震動(dòng)態(tài),1991,09:14-18.[2]顧邁南.會(huì)挽雕弓如滿月——記地震地質(zhì)學(xué)家馬宗晉[J].瞭望周刊,1992,19:26-28.[3]曹英.地震地質(zhì)學(xué)發(fā)展動(dòng)向[J].地震地質(zhì)譯叢,1993,03:1

2、-9+17.[4].“進(jìn)入21世紀(jì)地震地質(zhì)學(xué)發(fā)展方向研討會(huì)”在貴陽(yáng)召開(kāi)[J].地震地質(zhì),1999,03:214.[5].《地震地質(zhì)學(xué)》一書簡(jiǎn)介[J].國(guó)際地震動(dòng)態(tài),1999,11:32.[6]鄧起東.世紀(jì)之交的地震地質(zhì)學(xué)回顧與展望[A].中國(guó)地震學(xué)會(huì).中國(guó)地震學(xué)會(huì)成立20周年紀(jì)念文集[C].中國(guó)地震學(xué)會(huì):,1999:7.[7]馬宗晉.地震地質(zhì)學(xué)的研究現(xiàn)狀與展望[A].中國(guó)地震學(xué)會(huì).中國(guó)地震學(xué)會(huì)第三次全國(guó)地震科學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)論文摘要

3、匯編[C].中國(guó)地震學(xué)會(huì):,1986:1.[8]葛碧如.關(guān)于地震地質(zhì)的定量研究[J].地震地質(zhì)譯叢,1980,04:1-7.[9]汪一鵬,馬宗晉,丁國(guó)瑜.我國(guó)地震地質(zhì)工作三十年[J].地震地質(zhì),1979,04:1-9.[10].地震地質(zhì)現(xiàn)狀和發(fā)展方向討論會(huì)記述[J].地震學(xué)刊,1983,02:72-74.[11]孫壽成.中國(guó)地震地質(zhì)現(xiàn)狀和發(fā)展方向討論會(huì)概況[J].國(guó)際地震動(dòng)態(tài),1983,08:7-9+32.,主要內(nèi)容,一，地震地

4、質(zhì)學(xué)的產(chǎn)生以及概念二，目前國(guó)內(nèi)地震地質(zhì)學(xué)的研究現(xiàn)狀和主要成果三，未來(lái)國(guó)內(nèi)地震地質(zhì)學(xué)的主要研究及發(fā)展方向介紹,一，地震地質(zhì)學(xué)的產(chǎn)生以及概念,左圖為著名地震地質(zhì)學(xué)家、中科院院士馬宗晉先生?！昂髞?lái)，馬宗晉作為中國(guó)地質(zhì)力學(xué)的第一個(gè)研究生進(jìn)入北京大學(xué)深造。畢業(yè)之后，進(jìn)入科學(xué)院地質(zhì)研究所從事構(gòu)造力學(xué)的研究........。在這之后，中國(guó)接連發(fā)生的大地震，給全國(guó)人們帶來(lái)了巨大災(zāi)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(zhì)的機(jī)遇，一門新興的

5、學(xué)科----地震地質(zhì)學(xué)，從此悄然而生?！?什么叫地震地質(zhì)學(xué),國(guó)外說(shuō)法：在國(guó)外,很少直接用地震地質(zhì)學(xué)(seismogeology)一詞,與之相近或相當(dāng)?shù)膶W(xué)科術(shù)語(yǔ)是構(gòu)造物理學(xué)(tectonoPhysics),這是廣義的地震地質(zhì)學(xué)。此外,另一些用得較普遍的同義術(shù)語(yǔ)是活動(dòng)構(gòu)造學(xué)(active tectonics)、新構(gòu)造學(xué)(neotectonics)或地震構(gòu)造學(xué)(seismotectonics),這是狹義的地震地質(zhì)學(xué)。國(guó)內(nèi)說(shuō)法：地震地質(zhì)學(xué)是運(yùn)

6、用地質(zhì)學(xué)的理論和方法研究地震成因、地震活動(dòng)規(guī)律的學(xué)科。它是地質(zhì)學(xué)和固體地球物理學(xué)之間的一門邊緣學(xué)科。 地震是重大自然災(zāi)害之一，是現(xiàn)代地球運(yùn)動(dòng)的直接反映。地震地質(zhì)學(xué)在地震預(yù)報(bào)、減輕地震災(zāi)害及研究地球動(dòng)力學(xué)方面有重要的現(xiàn)實(shí)意義及理論意義。,主要研究對(duì)象和內(nèi)容,“它的研究對(duì)象不是地震本身,而是蘊(yùn)震的地體環(huán)境和蘊(yùn)震過(guò)程的條件。它是在地質(zhì)學(xué)和地球物理學(xué)一些單項(xiàng)研究對(duì)象與方法原則的部分交叉基礎(chǔ)之上摸索前進(jìn)的。地球動(dòng)力學(xué)是它的一個(gè)組成,但它更注意一萬(wàn)

7、年以來(lái)短時(shí)限的現(xiàn)今動(dòng)力作用;新構(gòu)造學(xué)是它的一個(gè)組成,但它的目的是通過(guò)淺表新構(gòu)造活動(dòng)認(rèn)識(shí)深部蘊(yùn)震構(gòu)造的活動(dòng);各種地學(xué)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)是它的一個(gè)組成,但它的工作要點(diǎn)是發(fā)現(xiàn)均變場(chǎng)中的異常及其微動(dòng)態(tài)?！薄R宗晉“我們理解的地震地質(zhì)學(xué)研究領(lǐng)域,應(yīng)以與地震有關(guān)的活動(dòng)構(gòu)造研究為主?？臻g尺度可以大到全球板塊構(gòu)造,小到鏡下觀察的斷層泥顯微構(gòu)造;時(shí)間尺度以第四紀(jì)(約200萬(wàn)年),特別是全新世(約l萬(wàn)年)以來(lái)為主?！薄钇鹜?二，目前國(guó)內(nèi)地震地質(zhì)學(xué)的研究現(xiàn)狀和

8、主要成果,1，板塊運(yùn)動(dòng)2，巖石圈應(yīng)力場(chǎng)3，斷層力學(xué)4，活動(dòng)構(gòu)造5，長(zhǎng)期危險(xiǎn)性評(píng)估,1，板塊運(yùn)動(dòng),主要成果如下：,1，現(xiàn)在把全球劃分為12個(gè)板塊,在12個(gè)板塊邊界上獲得了1122個(gè)數(shù)據(jù),其中包括277個(gè)擴(kuò)張速率,121個(gè)轉(zhuǎn)換斷層方位和724個(gè)地震滑動(dòng)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(zhuǎn)換斷層帶。如在典型的慢速滑動(dòng)轉(zhuǎn)換構(gòu)造帶亦能準(zhǔn)確分辨寬僅3一10公里的轉(zhuǎn)換斷層。這樣,可更精確地測(cè)定300萬(wàn)年內(nèi)的板塊擴(kuò)

9、張速率,如印度洋,滑動(dòng)速率誤差從8一12毫米/年減小為3毫米/年。2,震源機(jī)制解研究又有很大改進(jìn)。以前主要根據(jù)體波初動(dòng),而新的震源機(jī)制研究則綜合考慮了體波、面波及初動(dòng)資料,從而能給出更精確的滑動(dòng)矢量。德梅茨等(C.DeMets,etal、,1990)從全球數(shù)字化地震臺(tái)網(wǎng)提供的5800個(gè)CMT震源機(jī)制解中選出504個(gè)數(shù)據(jù)確定板塊運(yùn)動(dòng)。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(nèi)部是剛性的。4，根據(jù)VLBI和S

10、LR大地測(cè)量觀測(cè)資料,發(fā)現(xiàn)板塊運(yùn)動(dòng)是很穩(wěn)定的,從而使板塊構(gòu)造預(yù)測(cè)能力擴(kuò)展到很短的時(shí)間間隔。,現(xiàn)在存在的問(wèn)題：,1，地幔對(duì)流學(xué)說(shuō)的不完整；2，地殼上地幔構(gòu)造的模型問(wèn)題；3，超深海海底的地震觀測(cè)問(wèn)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(wú)震蠕動(dòng)形式釋放的?它們受什么控制?,2，巖石圈應(yīng)力場(chǎng),為查明驅(qū)動(dòng)和阻礙板塊運(yùn)動(dòng)的力,有震、無(wú)震斷層作用的機(jī)制,地殼、上地慢的流變學(xué),必須研

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

12、ck,1989)首先區(qū)分出構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和局部應(yīng)力場(chǎng)。佐巴克等提出了識(shí)別構(gòu)造應(yīng)力的方法,如果某種應(yīng)力在彈性板塊厚度二三倍到幾百倍的寬廣范圍內(nèi)是均勻的,則是構(gòu)造應(yīng)力;但局部應(yīng)力延伸距離則比板塊厚度小得多。3，活斷層應(yīng)力狀態(tài)和強(qiáng)度研究方面：已有相當(dāng)多的證據(jù)說(shuō)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(yīng)力作用下即可滑動(dòng)。這與傳統(tǒng)看法是矛盾的,以前對(duì)斷層強(qiáng)度的認(rèn)識(shí)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究得出的。目前對(duì)斷層在深部的習(xí)性認(rèn)識(shí)還不一致,今后

13、需協(xié)調(diào)近地表地震地質(zhì)和地球物理測(cè)量、斷層帶流變學(xué)實(shí)驗(yàn)研究、活斷層帶深部物理性質(zhì)和力學(xué)狀態(tài)測(cè)量。這樣,我們才能確定活斷層弱強(qiáng)度的機(jī)制。,3，斷層力學(xué),主要成果以及問(wèn)題：,1，研究應(yīng)力積累和釋放是斷層力學(xué)的重要課題,如活斷層附近的應(yīng)變?cè)跁r(shí)空上是如何積累的。近4年出現(xiàn)的GPS手段,可用來(lái)測(cè)量應(yīng)變的積累和釋放,其精度現(xiàn)在雖比地面激光測(cè)距低一點(diǎn),但未來(lái)4年在研究與形變有關(guān)的地震時(shí),GPS可能取代地面激光測(cè)距。GPS可測(cè)量相對(duì)位移的3個(gè)分量,而測(cè)站

14、間亦不受通視條件限制,故在未來(lái)地震研究中有廣闊的應(yīng)用前景。雖然如此,當(dāng)今關(guān)于應(yīng)變積累的大部分認(rèn)識(shí)仍是來(lái)自地面測(cè)量。2，斷層穩(wěn)定滑動(dòng)表現(xiàn)為蠕動(dòng),非穩(wěn)定滑動(dòng)則表現(xiàn)為地震。在很多中強(qiáng)地震發(fā)生前,用鉆孔應(yīng)變儀等觀測(cè)到了高質(zhì)量的應(yīng)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(shí)的力矩的百分之幾,如1989年美國(guó)加州洛馬普列塔地震僅為0.1%。所以,預(yù)測(cè)地震的起始比預(yù)測(cè)地震的終止更困難。由斷層非穩(wěn)定滑動(dòng)

15、產(chǎn)生的地震可能是渾沌的,要突破短期地震預(yù)報(bào),今后尚需更深人地進(jìn)行斷層力學(xué)基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)的研究。,4，活動(dòng)構(gòu)造,主要成果：,1，定量活動(dòng)構(gòu)造學(xué)的建立及與地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的結(jié)合,2，大地震孕育和發(fā)生的深淺構(gòu)造條件研究 20年來(lái)國(guó)家地震局先后開(kāi)展了若干區(qū)域性剖面的人工地震探測(cè),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(cè)剖面通過(guò),有的還作了大地電磁測(cè)深和地?zé)岬妊芯抗ぷ?這時(shí)闡明這些地區(qū)活動(dòng)構(gòu)造帶和強(qiáng)

16、震發(fā)生帶的深部構(gòu)造背景和動(dòng)力學(xué)條件是十分有意義的,它們與地質(zhì)的結(jié)合集中反映在幾條地學(xué)大斷面工作之中。90年代以來(lái),國(guó)家地震局除了繼續(xù)組織區(qū)域性剖面探測(cè)工作外,還組織地球物理專家對(duì)幾個(gè)大震區(qū)進(jìn)行深地震反射探測(cè),如邢臺(tái)、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(dòng)構(gòu)造帶(瑪納斯大震區(qū))等,并且獲得了很好的結(jié)果。這些結(jié)果與地表地質(zhì)和上地殼構(gòu)造研究結(jié)合起來(lái),很好地認(rèn)識(shí)了這些大震區(qū)的表層和深部構(gòu)造特征,使我們對(duì)這些正斷層或走滑正斷層及逆斷層

17、和活動(dòng)褶皺區(qū)(拉張區(qū)和擠壓區(qū))大地震發(fā)震構(gòu)造條件獲得了更全面的認(rèn)識(shí)。,3，活動(dòng)構(gòu)造研究方法的改善 對(duì)年輕斷層帶的研究,方法上應(yīng)用了第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地貌學(xué)和古地震學(xué),從而擴(kuò)展了有限的形變儀器或歷史記錄。此外,大地測(cè)量和地震學(xué)研究也是活動(dòng)構(gòu)造研究不可缺少的部分。典型的活動(dòng)構(gòu)造研究包括測(cè)定正在進(jìn)行的形變速率、型式(style)和幅度,特別是定量研究與活動(dòng)構(gòu)造有關(guān)的古地震的大小、分布和頻度,從而幫助確定未來(lái)地震災(zāi)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(guān)的中強(qiáng)和大地震,如1988年蘇聯(lián)亞美尼亞的7級(jí)地震,1989年美國(guó)洛馬普列塔的7.1級(jí)地震等。大地震時(shí)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(yuǎn)比預(yù)料的長(zhǎng),如1987年美國(guó)Superstition Hills地震等。在認(rèn)識(shí)隱伏震源特別重要,如有人在美國(guó)東部弱活動(dòng)地震帶,從石油工業(yè)借用一種新手段,通過(guò)地震反射和折射測(cè)量,研究隱伏斷層上方的變形,應(yīng)用于震源研究

19、和大地測(cè)量。此外,高精度衛(wèi)星遙感技術(shù)、GPS和VLBI等新技術(shù),在活動(dòng)構(gòu)造(包括隱伏活動(dòng)構(gòu)造)研究中的作用日益明顯,隨著精度的提高和觀測(cè)時(shí)間的增長(zhǎng),對(duì)活動(dòng)構(gòu)造研究所起的作用將更大。,5，長(zhǎng)期危險(xiǎn)性評(píng)估,在各種自然災(zāi)害中地震可以說(shuō)是群害之首,為減輕地震災(zāi)害損失,很多國(guó)家正大力開(kāi)展地震災(zāi)害和危險(xiǎn)性的評(píng)估研究。解決這個(gè)科學(xué)難題的途徑有多種,一種是進(jìn)行地震預(yù)報(bào)研究,其中與地震地質(zhì)學(xué)關(guān)系較大的是長(zhǎng)期地震預(yù)報(bào)研究,時(shí)間尺度為幾十年。另一種是地震危險(xiǎn)

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(yù)測(cè)。,如薩爾馬等(S.K.sarma,etal.,1991)對(duì)印度次大陸東北部地震危險(xiǎn)性做了概率研究。1897年8.7級(jí)地震和1950年8.6級(jí)地震,摧毀了整個(gè)印度東北部地區(qū)。1988年又發(fā)生一次7.3級(jí)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(xiǎn)性計(jì)算,確定M≧8地震復(fù)發(fā)期約為50年,高危險(xiǎn)區(qū)在地震叢集區(qū)。又如基拉齊(A·Kiratzi,19

21、91)通過(guò)地震區(qū)劃,把希臘劃分出19個(gè)淺震地震帶,測(cè)定了每個(gè)帶未來(lái)幾十年地震參數(shù)。如區(qū)域最大震級(jí)、活動(dòng)速率、b值等,進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)估,并將在希臘制定中的新建筑規(guī)范得到應(yīng)用。再如蘇馬萊(p.Sumalee,1991)對(duì)泰國(guó)、緬甸、印尼做了地震區(qū)劃和危險(xiǎn)性分析。他使用了歷史地震資料,應(yīng)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(xiǎn)性評(píng)估。,三，未來(lái)國(guó)內(nèi)地震地質(zhì)學(xué)的主要研究及發(fā)展方向介紹,“為服務(wù)于今后國(guó)民經(jīng)濟(jì)和地震形勢(shì)發(fā)展,考

22、慮國(guó)內(nèi)外地震地質(zhì)學(xué)發(fā)展趨向,今后應(yīng)繼續(xù)以“深、大、活”為發(fā)展方向,但應(yīng)予以新意。深要擴(kuò)為深結(jié)構(gòu)、深過(guò)程和深交叉,打下更堅(jiān)實(shí)更綜合的現(xiàn)今地球動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ);大要分解為大尺度、大震級(jí)和大城市。大尺度應(yīng)理解為一個(gè)尺度系列,分全球、區(qū)域和局域(震源)三級(jí)。大震級(jí)是預(yù)測(cè)研究的主要目標(biāo),大地震有其特定規(guī)律。大城市是防震的主要場(chǎng)所,城市地震研究已是國(guó)內(nèi)外當(dāng)前明顯的發(fā)展方向;活應(yīng)理解為短時(shí)限、微動(dòng)態(tài)和快破裂。短時(shí)限即以中新生代構(gòu)造格架為基礎(chǔ),以全新世以來(lái)的

23、現(xiàn)今變動(dòng)為對(duì)象。微動(dòng)態(tài)即在均勻場(chǎng)中微變異常場(chǎng)的暫態(tài)過(guò)程?？炱屏鸭搓P(guān)于足以激發(fā)地震波的快破裂過(guò)程的準(zhǔn)備和發(fā)展規(guī)律?！薄R宗晉,1，多學(xué)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(fù)雜的研究對(duì)象，在對(duì)其進(jìn)行地質(zhì)學(xué)研究時(shí)，如果不能有效的借用其他專業(yè)的資源，勢(shì)必造成工作量的龐大以及研究結(jié)論的片面性，進(jìn)而無(wú)法對(duì)地震的預(yù)報(bào)和預(yù)防提出合理建議。21世紀(jì)，將GPS、遙感、計(jì)算機(jī)等技術(shù)融入到地震地質(zhì)學(xué)研究是勢(shì)在必行的。,2，加強(qiáng)活動(dòng)構(gòu)造基礎(chǔ)

24、理論的研究,板塊運(yùn)動(dòng)對(duì)板內(nèi)變形和板內(nèi)地震究竟有怎樣和多大的影響?大陸構(gòu)造有什么基本特征?大陸地震與大陸構(gòu)造有什么內(nèi)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(qiáng)深部活動(dòng)構(gòu)造研究?；顢鄬舆\(yùn)動(dòng)可能與地震有最直接的關(guān)系,今后要進(jìn)一步加強(qiáng)活斷層習(xí)性研究,其中包括斷層活動(dòng)性在時(shí)、空上的變化、活動(dòng)方式(粘滑和蠕滑)等。還有構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的研究、活斷層的基本習(xí)性及其與地震的內(nèi)在聯(lián)系等都亟待基礎(chǔ)理論的支持。,3.重視活動(dòng)構(gòu)

25、造應(yīng)用基礎(chǔ)研究,繼續(xù)堅(jiān)持活動(dòng)構(gòu)造定量研究方向,促進(jìn)地震危險(xiǎn)性和工程安全性評(píng)價(jià)工作。特別是研究活斷層的長(zhǎng)期平均滑動(dòng)速率、地震復(fù)發(fā)間隔,對(duì)預(yù)測(cè)未來(lái)潛在地震最高震級(jí)、發(fā)生地點(diǎn)和發(fā)生時(shí)間有重要參考價(jià)值。斷層活動(dòng)性工程評(píng)價(jià)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(kāi)拓我國(guó)近海海域地震地質(zhì)研究,填補(bǔ)我國(guó)在這方面的空白,并把它與沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)合起來(lái),以加強(qiáng)對(duì)近海地震活動(dòng)的認(rèn)識(shí),并對(duì)