近日，中国科学技术大学地球和空间科学学院姚华建教授团队与香港中文大学杨宏峰副教授和中国地震局地球物理研究所田宝峰副研究员等学者合作，在安宁河断裂带精细结构成像及其孕震构造和强震灾害研究中取得新进展。相关成果以“Apparent Low-Velocity Belt in the Shallow Anninghe Fault Zone in SW China and Its Implications for Seismotectonics and Earthquake Hazard Assessment”为题于2023年2月发表在地学核心期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》。
安宁河断裂带位于中国川滇地区（图1），是新生代以来青藏高原隆升和物质挤出的重要调和带，在历史上发生过一系列7级以上的大地震。但自1977年以来，安宁河断裂历经30多年未发生大于4级以上的地震，被认为是一个重要的地震空区。前人基于GPS数据、InSAR数据等研究也都表明，安宁河断裂带未来存在发生大地震的可能性。然而至今仍然未见报道安宁河断裂带浅地壳三维精细结构，限制了我们对该断裂带孕震构造的认识。并且，沿安宁河断裂带中南段人口分布密集，存在包括冕宁县等城市和村镇，构建精细浅地壳速度结构对于该区域强地面震动模拟和地震灾害评估等也至关重要。
图1. （a-c）依次为研究区域周边构造背景、区域内地层和台站等分布。
在该研究中，研究人员沿安宁河断裂带中南段布设了134个短周期地震仪，采集了近3个月的连续地震波形数据，通过背景噪声互相关技术计算得到了台站对互相关函数。但是原始互相关函数受到了零时噪声的强烈干扰导致后续面波频散分析和精细结构成像受阻。研究人员提出利用高分辨线性拉东变换方法压制背景噪声互相关函数中的零时噪声干扰，较好的提升了面波信噪比（图2），并且进一步获得了安宁河断裂带浅地壳精细横波速度结构。新的速度模型揭示安宁河断裂带在浅地壳为一条明显的低速异常条带，横穿包括震旦纪以来的多个时期地层（图1和图3）。随着深度的增加，低速条带发生东移，与当地微地震事件较好对应（图3）。
图2. （a-c）依次为原始的互相关函数、分离的零时噪声、分离的面波信号。
结合前人在安宁河断裂带所做的大地电磁测深剖面、纵波速度剖面以及浅地表钻井等资料，研究人员提出安宁河断裂带的浅地壳孕震模式（图3）。安宁河断裂带下方浅部地壳的低速异常带主要是在转换挤压应力下的左行走滑运动所形成的含水断裂破碎带。同时，由于转换挤压作用，部分破碎带区域逐渐隆升，形成现今所观测到的“两堑夹一垒”的地形。在大于5公里深度，水的加入弱化了深部岩层形成一个易产生微震的孕震区域。
图3. 安宁河断裂带浅部地壳速度结构及孕震构造模式。
基于新的浅层精细结构模型，研究人员推测安宁河断裂带的破碎面的垂向倾角近似为68°，倾向朝东。通过设定大地震破裂模拟发现（图4），新的浅层精细结构模型的加入会使得强地面运动的峰值地表速度（PGVh）增加约25%-50%，尤其是在低速异常带区域。冕宁县城也是位于PGVh的相对增强区域，这进一步表明了浅地壳精细结构对安宁河断裂带强震模拟和灾害评估的重要意义。
图4. 从左至右依次为不考虑浅层精细结构的PGVh分布、考虑浅层精细结构的PGVh分布、以及两者之间的差异百分比分布。
本研究的第一作者为中国科学技术大学罗松特任副研究员，通讯作者为中国科学技术大学姚华建教授，合作者包括中国科大文健博士、香港中文大学杨宏峰副教授、中国地震局地球物理研究所田宝峰副研究员以及中国科大博士生闫梦旋。第一和通讯单位为中国科学技术大学。此次研究得到了国家重点研发项目、国家自然科学基金项目、中国地震局地震预测研究所重点实验室基础研发项目和安徽省重点研发项目等的联合支持。
论文链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1029/2022JB025681