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华北大地震的深部构造成因

Science China Press

华北地区是中国大陆地震活动强烈的地区之一。20世纪60~70年代,华北地区先后发生了1966年邢台Ms7.2级,1969年渤海Ms7.4级,1975年海城Ms7.3级和1976年唐山Ms7.8级等大地震,给人民生命财产造成重大损失,其中唐山大地震的伤亡人数达24万。近50年来我国地震学家开展大规模的深部地球物理探测和研究,取得了华北地区的深部介质的详细结构,揭示了强烈地震发生的深部构造环境。

相关研究的论文题目为“Crustal and upper mantle structure and deep tectonic genesis of large earthquakes in North China”,发表在近期出版的Science China: Earth Sciences («中国科学:地球科学»英文版),由中国地震局地球物理研究所王椿镛研究员撰写。研究小组回顾自1966年邢台大地震以来我国在华北地区地壳上地幔结构探测和研究的主要成果,总结在华北大地震孕育环境和构造模式方面的重大进展。

板块构造理论相当成功地解释了全球板块边界的大多数地震活动性规律与机理。然而,该理论在解释板块内部地震却遇到了许多困难。华北地区位于大陆内部,其地表的地质构造、地震活动图像和震源机制与板块边界地区截然不同,表明华北地区地震构造具有相当的复杂性。大陆地震孕育、发生和发展及其与地球深部构造关系是当代固体地球科学中的一个重点课题。

地震学家在华北大震区开展了全面的深地震剖面探测和地震层析成像研究,完成了42条共20000 km的深地震剖面探测,和近600个地震台站数字记录的三维地壳上地幔速度结构成像。深部探测结果显示了地壳上部铲式正断层和低角度的滑脱构造与震源下方贯通下地壳直至莫霍面的高角度深断裂共存的复杂构造图像。地震层析成像揭示华北岩石圈结构的高度不均匀性,华北大震大多都发生在高速与低速区的过渡带上,而唐山地震区中-下地壳存在明显的低速异常。华北伸展构造区深部孕震环境的特征是,大震震源区下方的低速异常带,地壳深浅构造不一致,高角度超壳深断裂,上地幔顶部速度偏低,以及莫霍界面局部隆起。

地震预测是地球科学中至今仍未解决的科学难题之一。深入了解强烈地震发生的深部构造环境有助于最终解决地震预测问题。地震学家邓起东(2008)提出,深地震反射探测与地表地质和上地壳构造相结合来认识大震区的表层和深-浅构造特征,从而对这些正断层或走滑正断层及逆断层的活动褶皱区(拉张区和挤压区)大地震发震构造条件获得了更全面的认识。他进一步指出,把地表地质工作和深部构造、深部物质探测研究结合起来是一个正确的方向,是认识大地震孕育和发生条件的关键。华北强烈地震深部构造和孕震环境研究是深部地球物理探测与地表地震地质研究相结合的一个典范。

尽管深地震探测和地震层析成像研究大大丰富了深部构造和孕震环境的知识,由于大陆地震构造的复杂性,一些深层次的问题需要深入地探讨。

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该项研究得到国家自然科学基金项目(No. 91014006,90914005和41474073)的资助。

更多详情请参阅原文:

Wang C Y, Wu Q J, Duan Y H, Wang Z S, Lou H. 2017. Crustal and upper mantle structure and deep tectonic genesis of large earthquakes in North
China. Science China Earth Sciences, 60: 821–857, doi: 10.1007/s11430-016-9009-1
http://www.scichina.com/publisher/scp/journal/SCES/60/5/10.1007/s11430-016-9009-1?slug=full%20text

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