松原地震活跃区深部电性结构及其孕震机制

论文摘要

松原市位于松辽盆地的中部,是松辽盆地地震较为活跃的区域。历史上前郭曾在1119年发生了6 34?级地震。2006年3月,2013年1011月间和2018年5月在松原地区多次发生了5级以上地震。其中2018年5月Ms5.7级宁江地震造成20余万人受灾,房屋损毁5.7万余间,直接经济损失超过20亿元。松原地区频繁的发生地震,是否在未来会发生大的地震成为了人们比较关注的问题,然而目前对于松原地区地震的形成机制还存在较大分歧。为了更好的了解松原地震的发生原因以及后续强震发生的可能性,系统的研究松原地震的形成机制是十分重要的。为了研究松原地区地震的形成机制,我们在松辽盆地中南部,开展了面积性的宽频大地电磁观测,布设了94个测点,观测时间20h,点距约为35 km,在地震集中区域对测点进行加密,点距约10 km。为了对深部电阻率异常进行约束,我们还进行了长周期大地电磁观测,共12个测点,观测时间2030天。对采集的数据进行处理和分析,相位张量分析结果显示,数据在低频时,三维性较强,椭圆主轴方向复杂,主要以NE和NW向为主,还夹有EW向,因此,我们对数据进行三维反演。经过大量的反演试算,改变反演中不同参数,如数据误差水平,网格大小,正则化因子,初始模型等。最终选择主阻抗的误差门限为5%*|Zxy?Zyx|1/2,辅阻抗误差门限为10%*|Zxy?Zyx|1/2;水平网格大小为10km;初始正则化因子为10;初始模型电阻率为100??m的反演结果。不同参数之间的测试,验证了反演结果的稳定性。此外,我们还进行了灵敏度测试,证明了由测点和频率构成的观测系统的分辨率可以满足本次研究的需求,也间接地证实了反演结果的可靠性。松原地区电阻率反演结果模型显示,在横向上,中央坳陷区浅部表现为低阻,但是低阻异常体被高阻异常分开。研究区的西北部和东南部表现为高阻。在上地幔尺度,研究区内存在大面积低阻异常。在纵向上,电性结构大致可分为三个电性层:第一层为浅部低阻层;第二层为壳内不连续高阻层;第三层岩石圈高导层。其中,值得注意的是松原震区震源多位于电性梯度带上,在其下方存在来自深部的低阻异常,推断地震发生与低阻异常关系密切。结合地球物理和地球化学成果,分析低阻异常为岩浆。为了研究岩浆的深部来源,分析穿过震中位置的长周大地电磁期剖面,发现浅部异常与宽频大地电磁剖面吻合较好,宽频大地电磁结果中的低阻异常在长周期剖面也存在,并且延伸到更深处。我们对长周期大地电磁剖面中的软流圈尺度上的低阻异常体进行了流变分析,结果发现深部的两个低阻异常体发生部分熔融的比例分别约为2%6%和0.2%6%。因此,推断壳幔内的岩浆来源于发生部分熔融的软流圈物质。地震层析成像,长周期大地电磁和地磁测深的研究中,东北地区250-400km深度范围,都存在明显的大面积高导低速异常,这被认为是平卧的太平洋板块,同时包含大量的水。太平洋板块发生后撤,在减压和高温的共同作用下,含水量较高的俯冲物质和软流圈物质发生部分熔融。部分熔融的热物质上涌,穿过岩石圈中薄弱地带到达地壳,形成我们发现的低阻异常。将震中位置投影到三维电阻率结果上,发现地震主要集中在两个区域,一个位于松原市的西南方向（E1）,一个位于松原市的东北方向（E2）。从不同剖面切片图中,发现深部有两个低阻异常区,震中位置位于低阻和高阻异常的接触带上,偏向高阻一侧。低阻异常在力学性质上通常表现为塑性,高阻异常在力学性质上通常表现为脆性。当低阻异常上涌时,向上的应力增加,应力在上方的高阻体中不断积累,当应力大于岩石承受程度时,发生地震。由此推测地壳中的低阻异常体是由太平洋板块俯冲,在转换带深处的脱水以及造成的部分熔融物质上涌,经过岩石圈的薄弱的部分向上侵入,遇到上地壳高强度的相对脆性的地层阻挡,部分在脆性—韧性过渡带中积累下来,部分继续上涌。积累下的部分随着温度的降低,发生冷凝,将水释放出来,释放出来的水聚集在断裂破碎带,使得断裂破碎带的应力不稳定,导致地震。而另一部分继续的上涌,使得周围的脆性岩层中向上的应力不断积累,最终超过岩石所能承受的应力,引发地震。因此,推测松原地震本质上属于流体诱发型地震。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究目的与意义
•   1.2 前人研究现状
•   1.3 研究思路及论文结构
•     1.3.1 研究思路
•     1.3.2 论文结构
•   1.4 论文主要创新点
• 第2章 松原地震活跃区地质构造与地球物理场背景
•   2.1 构造演化阶段
•   2.2 区域大地构造
•     2.2.1 西部斜坡区
•     2.2.2 中央坳陷区
•     2.2.3 东南隆起区
•   2.3 区域主要断裂
•     2.3.1 克山—大安断裂带
•     2.3.2 扶余—肇东断裂带
•   2.4 区域地球物理场研究背景
•     2.4.1 地壳厚度与岩石圈厚度
•     2.4.2 壳幔的速度结构
•     2.4.3 地热场和大地热流值
•     2.4.4 重力场和磁场特征
•     2.4.5 构造应力场
•     2.4.6 壳幔电性结构
•   2.5 本章小结
• 第3章 大地电磁基本理论
•   3.1 方法介绍
•   3.2 大地电磁基本原理
•     3.2.1 地球内部电磁感应
•     3.2.2 大地电磁阻抗张量
•   3.3 大地电磁正演
•   3.4 大地电磁反演
•     3.4.1 非线性共轭梯度法原理
•     3.4.2 理论模型测试
•   3.5 本章小结
• 第4章 大地电磁数据与分析
•   4.1 数据分布与采集
•   4.2 相位张量分析
•   4.3 数据编辑
•   4.4 本章小结
• 第5章 松原地区MT数据三维反演
•   5.1 反演结果影响因素
•     5.1.1 不同数据误差水平
•     5.1.2 不同网格大小
•     5.1.3 不同正则化因子
•     5.1.4 不同初始模型
•   5.2 灵敏度测试
•   5.3 最终模型
•     5.3.1 总体描述
•     5.3.2 平面电阻率特征
•     5.3.3 电阻率断面特征
•   5.4 本章小结
• 第6章 松原地区地震孕震机制
•   6.1 震源位置与电阻率异常
•     6.1.1 震中分布
•     6.1.2 震中与电阻率平面异常
•     6.1.3 震中在断面图中分布
•   6.2 低阻异常性质
•   6.3 流体作用与地震
•   6.4 深部来源
•   6.5 孕震机制
•   6.6 本章小结
• 第7章 结论与展望
•   7.1 主要研究成果
•   7.2 存在的问题和下一步工作计划
• 参考文献
• 作者简介及在学期间主要科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 杨悦

导师: 翁爱华

关键词: 松原地区,大地电磁测深,三维反演,流体含量,孕震机制

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地质学,地球物理学,地球物理学,矿业工程

单位: 吉林大学

分类号: P631.325;P315.7

总页数: 134

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