摘要
中国地处欧亚板块的东部，是全球大陆地震最频繁、地震灾害最严重的国家之一。占全球7％的国土上发生了全球33％的大陆强震。印度板块、太平洋板块、菲律宾板块与欧亚板块的相互作用及欧亚板块内深部动力作用造就了中国大陆不同类型的活动构造，现今地壳构造运动强烈，破坏性地震频发。因此，针对重要活动断裂带进行地震危险性分析及有效的震害防御是政府和社会必须面对的科学问题。 安丘-莒县断裂是中国东部大陆深大断裂—郯庐断裂带的主要组成部分，构成了鲁西断块和鲁东断块的构造分界线，属于强震发生的有利地带。该断裂及附近地区人口较为稠密、村镇分布密集，潜在的强震将引起巨大的人员伤亡和经济损失。历史上曾发生1668年郯城Ms8.5地震和公元前70年安丘Ms7.0地震，现今该断裂北段呈现小震活动异常稀疏，断层两侧块体存在明显的差异运动，具有类似地震活动空区的特点。因此，对安丘-莒县断裂的地壳运动特征和强震风险开展精细化研究具有非常重要的防震减灾意义。 自20世纪90年代以来，GNSS大地测量观测技术的迅速发展和广泛应用，为获取区域高精度的三维地壳形变提供了可靠的技术手段。本文一方面通过计算区域GNSS三维速度场以及应变率场，获取了安丘-莒县断裂的远场地壳运动特征，并通过加密GNSS网计算了断裂近场相对运动特征。另一方面结合GNSS速度场及震相资料对安丘-莒县断裂区域的深部结构特征进行了研究，基于地震震相资料采用双差层析成像方法建立了研究区地壳内部三维速度结构模型，计算了三维地震b值分布，反演得到了安丘-莒县断裂不同区段的闭锁程度。本文通过由远场至近场，由表面至深部，对研究区的变化特征进行了系统研究，综合分析得到了安丘-莒县断裂更加精细化的地震危险性，为防震减灾工作提供了有力支撑。本文主要内容和研究成果如下: 1、利用高精度GNSS观测数据获取了安丘-莒县断裂带的高时空分辨率的三维形变速率场，并对研究区地震活动特征进行了分析。研究了 GNSS跨断层剖面特征，对垂直速率剖面和梯度变化特征进行了分析，计算了应变率场，获得了研究区高时空分辨率的地壳形变特征。结果表明安丘-莒县断裂两侧块体具有不同的运动模式，其中北段两侧平行和垂直于断裂走向的相对运动速率存在明显差异化运动，北段为挤压应变，南段为张性应变，并且断裂北段具有小震不活跃，地震震源深度浅，地震频次及释放能量都较低的特征，具有地震活动空区的类似特点。 2、基于地质考察结果，沿安丘-莒县断裂两侧不同区段分别加密布设了 16个GNSS观测站，构建了断裂近场运动特征模型。获取了断层不同区段的近场相对差异运动特征和应变场特征，以断层走向N20°E将基线变化速率分解为沿断层走向和垂直于断层走向的速率,获取了更加精细化的运动特征。结果表明安丘-莒县断裂现今运动表现为右旋走滑特征,其中南段郯城段为拉张状态,约为1.17mm/a，而北段安丘段呈现挤压活动，约为0.78mm/a,使安丘段断层内部应变能进一步积累。 3、为对研究区地壳深部特征进行研究，利用2011年～2021年山东及附近地区的178个地震台站资料及震相观测资料，建立了研究区三维地壳P波速度模型，获取了安丘-莒县断裂及其附近地区的速度异常分布特征，并结合地壳速度场特征优化了安丘-莒县断裂的划分区段。安丘-莒县断裂地区的速度结构差异变化较大，呈现出明显的分段特性，结合速度结构异常分布特征与地壳速度场特征可将安丘-莒县断裂划分为南段郯城段、中段莒县段和北段安丘段;断层两侧的速度结构存在明显的差异，与断裂为构造分界线的特征具有一致性，并且安丘段深部存在明显的高低速结构异常分布地区，地震危险性相对较高。 4、利用1999年～2009年和2011年4月～2019年12月两个时间段的山东地区GNSS水平速度场结果，以安丘-莒县断裂的地质构造特征、断层参数及三维b值结果和双差层析成像结果为约束条件，优化了安丘-莒县断裂三维节点模型，通过TDEFNODE反演获取了日本2011年3月11日Mw9.0地震对安丘-莒县断裂闭锁特征的影响及差异，发现了不同区段的地震危险性存在一定差异。现今安丘-莒县断裂诸城以南基本处于蠕滑状态，无滑动亏损积累;断裂北段诸城以北断层存在明显闭锁，深度约为26km,挤压亏损表现为右旋滑动亏损，速率约为0.4mm/a～0.6mm/a,且地震活动b值较低，说明该区段应力水平和地震危险性相对较高，因此需对安丘-莒县断裂安丘段重点关注。
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