红河断裂带应力演化与地震活动的数值模拟及强震危险性分析

The historic strong earthquakes ruptured northern segment of the Red River fault, while remaining a seismic gap in the middle segment. The historic strong earthquakes ruptured northern segment of the Red River fault, while remaining a seismic gap in the middle segment. Moreover, it’s very near to densely populated Yunnan Central Urban Agglomeration Area. Therefore, evaluating the potential seismic hazard of the seismic gap is not only an important scientific problem, but also a social problem that should be paid high attention to. To better understand this seismicity pattern and assess the seismic hazard in this region, we will simulate the regional stress evolution and earthquake occurrence for several seismic cycles using finite element method based on a high resolution three-dimensional viscoelastoplastic dynamic model of lateral-inhomogeneous lithosphere with complex fault system. We use GPS observations as boundary constraints and the Drucker-Prager yield criterion for the initiation of earthquakes. From the synthetic earthquake catalogues, we can analyze the long-term seismic characteristics of the Red River fault including earthquake magnitude, earthquake occurrence rate, magnitude-frequency relation at different fault segments, and quantitatively assess the seismic hazard in the future. Relevent research results would be of important scientific significance for the seismic hazard assessment and mitigation.

现今地震活动显示红河断裂带强震主要发生在断裂带北段，中段长期存在地震空区。由于靠近滇中城市群、周围人口稠密，评估红河断裂带地震空区的潜在强震危险性，既是一个重要的科学问题，也是需引起高度重视的社会问题。为了更好地理解红河断裂带不同段落地震活动性差异和评估潜在地震危险性，本课题拟通过融合精细的地壳结构、GPS等资料，考虑断层不同段落物性差异和区域介质横向非均匀性，建立具有复杂断层系统的三维粘弹塑性区域动力学模型。利用有限元方法，从多时间尺度数值模拟数万年多个地震循环的应力演化，并基于Drucker-Prager塑性屈服准则生成人工合成地震目录。计算断裂带不同地点的地震发生率，研究不同断层段的地震震级、地震发生率、G-R关系等长期的地震活动性特征，对红河断裂带的强震危险性做出定量分析。相关研究成果，将对科学把握红河断裂带地震空区的强震危险性和减轻地震灾害风险的准备，均有重要的科学参考意义。

现今红河断裂带北段地震活跃，而中段一直处于平静状态，但古地震研究表明红河断裂带中段有7级以上强震活动，且靠近滇中城市群，其强震危险性备受关注。为此，通过建立粘弹塑性有限元动力学模型，考虑背景应力场、断层系统的相互作用、地震循环的同震-震后-震间构造加载的全过程，在多个地震周期尺度上模拟地震的发生，生成数万年尺度的人工合成地震目录。模拟得到的震间构造加载速率与现今GPS观测数据进行对比，以及背景应力场与历史上的地震震源机制进行对比，具有较好的一致性，且断层系统之间具有大震的时空迁移和地震丛集特性。由此，认为人工合成地震目录的地震活动可以反应断裂带上的地震活动特征。重点分析了红河断裂带分段的地震震级分布、地震发生率、复发周期、G-R关系等长期的地震统计活动特征和强震危险性概率。发现红河断裂带在多个地震循环数万年尺度上，虽然整体上北段地震活动强度略高于中南段，但北中南三段均具有发生大震的能力。现今中段弱的地震活动，只是因为复发周期比较长，目前可能正处于地震孕育的“平静”期。计算结果将对滇中乃至川滇整个地区的防震减灾工作具有重要的社会现实意义。