新闻动态张周等-JGR：密集地震台阵揭示海原断裂带蠕滑区域花状构造特征
全球已证实的蠕滑区主要分布于板块边缘的活动断裂带与俯冲带，是板块运动的一种表现形式。海原断裂带是中国大陆两个具有蠕滑现象的区域之一，且沿该断裂带发生了多次7级以上大地震，但其蠕滑的驱动机制、蠕滑与地震的关系、以及蠕滑区断裂带精细结构尚不清楚。
针对海原断裂带蠕滑区域的地震特性和驱动机制，邓阳凡及其合作者于2020年以长时间连续地震记录为基础，利用波形互相关技术确证了该地区存在重复地震，而重定位的结果显示地震主要发生于大地测量学所观测到蠕滑速率的最大值附近；根据板内大地震的愈合周期，认为蠕滑可能是大震的震后长期愈合所致(Deng et al., 2020, JGR)。
图1 在海源断裂带蠕滑区布设的短周期密集台站位置。(a) 海原断裂带蠕滑区域Smartsolo和QS-05仪器的分布。蠕滑区用方框标出，左上角插入图给出了青藏高原的地质背景简图和研究区位置；(b) 放大的Smartsolo布设位置。
为了研究蠕滑区域的精细结构，邓阳凡研究团队在该地区布设了110台短周期地震仪，最小台间距可达6m(图1)。通过与美国麻省理工学院裘鸿瑞博士，佐治亚理工学院彭志刚教授，天津大学刘静教授合作，详细剖析了该地区的精细结构(Zhang, Deng* et al., 2022, JGR)：
1）通过分析远震到时延迟，发现在地表断裂带下方存在宽约1km的低速区，且断裂带北侧地震波速低于南侧。2）通过结合基于机器学习的地震到时拾取程序EQTransformer，基于非线性算法的绝对到时地震定位程序NonLinLoc，以及基于聚类算法和波形互相关的相对到时地震定位程序GrowClust，最终获得了该地区1个月内的小/近震目录。3）基于小/近震的波形振幅，发现在断裂带附近宽约200m的区域内具有较高的振幅能量，根据断层围陷波的特点(图2)认为该宽度区域对应于断层核心损伤带的范围。4）为了获得更精细的断层损伤带空间结构特征，本研究挑选了具有明显围陷波的波形进行了数值模拟，认为该损伤带呈现为自上部宽约150m至下部宽约50m，深度约4km的空间几何形态，总体呈从上往下逐步变窄的花状构造特征(图3)。
图2 一个近震的三分量波形记录。红色线标出了远震到时延迟发现的~1km低速区。
根据断裂带南北两盘的速度差异，本研究讨论了海原地震具有超剪切破裂的可能性；通过与其他断层破裂区的对比，发现蠕滑区的损伤带与破裂区并无差异，本研究对此给出了两种解释：1）损伤带与断层行为（蠕滑 或 破裂）可能没有关系；2）海原断裂带的蠕滑只是短时间的响应，该区可能曾被大地震穿透，进而产生了类似破裂区的损伤带特征。
本研究展示了密集地震台阵观测对于研究断裂带精细结构的有效性。本研究工作对认识板内断裂带行为，和进一步开展强地面运动预测、断层破裂模拟等工作具有重要意义。本研究同时认为有必要加强对重点断裂带的不同区段（蠕滑区和破裂区）以及不同断裂带精细结构的对比研究。
图3 海原断裂带蠕滑区域的精细结构示意图。(a) 断层损伤带模型；(b) 与地图对应的损伤带宽度：~ 1km的低速区，与~100 m的核心损伤带；(c) 通过远震、近震及波形模拟揭示的上部宽下部窄的损伤带花状构造特征。
该成果发表在国际知名SCI期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth上。感谢课题组参加野外的人员。本研究得到国家自然科学基金 (42021002, 42104103)，和中科院青促会(YIPA2018385)等项目资助。
论文信息：
Zhang, Z. (张周), Deng, Y.*(邓阳凡), Qiu, H.(裘鸿瑞), Peng, Z.(彭志刚), & Liu-Zeng, J.(刘静) (2022), High-resolution structure of the creeping section of the Haiyuan Fault, NE Tibet, from data recorded by dense seismic arrays, Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 127(9), e2022JB024468.
Deng, Y.(邓阳凡), Peng, Z.(彭志刚), & Liu-Zeng, J.(刘静) (2020). Systematic search for repeating earthquakes along the Haiyuan fault system in Northeastern Tibet. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 125(7) e2020JB019583.
