The prolonged quiescence anomaly and the future trends of strong earthquakes in Yunnan region
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摘要:
从1996年丽江MS7.0地震发生后至2023年8月，云南地区M≥6.7和M≥7.0地震出现了长达27.55 a的超长时间平静现象。本文从更大时空尺度上对该平静异常现象及其与青藏高原和川滇地块的强震活动之间的关系进行了分析和总结，并讨论了云南地区未来地震趋势。结果表明，1887年以来，云南地区5次M≥7.0地震平静期内其周边地震活动环境有很大差异性：第 Ⅰ ，第 Ⅱ 和第 Ⅴ平静期出现在青藏高原M≥7.0地震活跃背景下（即云南地区平静，但青藏高原活跃），第 Ⅲ和第Ⅳ平静期出现在青藏高原M≥7.0地震平静背景下（即云南地区平静，青藏高原也平静）。当前云南地区处于27.55 a超长时间平静期（即第Ⅴ平静期），其所处的周边地震活动环境与第Ⅰ 和第 Ⅱ平静期相似，据此推断，其后续地震趋势可能也与第Ⅰ 和第 Ⅱ活跃期相似，处于相对弱的活跃期。同时，未来较长时间青藏高原可能仍将处于M≥7.0地震活跃时段；2022年泸定MS6.8地震后，川滇地块可能会进入M≥6.7地震活跃时段。
Abstract:From the Lijiang MS7.0 earthquake in 1996 to August 22, 2023, a significant phenomenon of seismic quiescence has lasted for 27.55 years, which are the longest quiet period since 1900, both for M≥6.7 and M≥7.0 earthquakes in Yunnan Province. We further analyze and summarize the quiescence anomaly phenomenon of Yunnan’s strong earthquake and its relationship to the seismic status of the Qinghai-Xizang Plateau and Sichuan-Yunnan block on a larger spatio-temporal scale. Meanwhile, we discuss the future seismic trends in Yunnan region. Here are the conclusions.
1） The energy released by all M≥5.0 earthquakes per year in Yunnan region is equivalent to an M6.7 earthquake, which means an M6.7 represents the mean released energy per year, so we choose M6.7 as the lower limit of strong earthquake to study the seismicity in Yunnan region. The retrospective analysis based on historical earthquakes indicates that the characteristics of active-quiet alternation in Yunnan region, Sichuan-Yunnan block, and QinghaiXizang Plateau, which are closely related to tectonic settings of M≥6.7 or M≥7.0 earthquakes.
Since 1887, there are four active-quiet alternative periods for M≥6.7 earthquakes in Yunnan region, the active periods are 1913−1925, 1936−1955, 1970−1979, 1988−1996 with the mean duration of （11.96±5.35） years, while the quiet periods are 1887−1913, 1925−1936, 1955−1970, 1979−1988 with the mean duration （15.07±7.57） years. As for M≥7.0 earthquakes, the active periods are 1913−1925, 1941−1950, 1970−1976, and 1988−1996 with the mean duration （8.40±2.12） years, while the quiet are 1887−1913, 1925−1941, 1950−1970, 1976−1988 with the mean duration （18.58±5.87） years. The annual rate of occurrence is 0.42−0.83 times per year for M≥6.7 earthquakes and 0.27−0.63 times per year for the M≥7.0 earthquakes in Yunnan region.
Since 1887, there have been two active-quiet alternative periods for M≥6.7 earthquakes in the Sichuan-Yunnan block, and the active periods are 1887−1925, 1948−1996 with the mean duration （42.47±7.38） years, while the quiet periods are 1925−1948, 1996−2022 with the mean duration （24.89±2.40） years. The annual rate of occurrence is 0.16−0.25 times per year for M≥6.7 earthquakes in Sichuan-Yunnan block.
Since 1897, there have been three active-quiet alternative periods for M≥7.0 earthquakes in Qinghai-Xizang Plateau. The active periods are 1904−1956, 1970−1976, and 1988 to now, while the quiet periods are 1897−1904, 1956−1970, 1976−1988 with the mean duration （10.88±3.26） years. The annual occurrence rate is 0.88−1.36 times per year for M≥7.0 earthquakes in Qinghai-Xizang Plateau.
2） Since 1887, there have been significant differences in seismicity around Yunnan region for its five quiet periods of M≥6.7 earthquakes. The quiescence periods Ⅰ , Ⅱ , and Ⅴ appeared under the background of the seismic activity of M≥7.0 earthquakes in QinghaiXizang Plateau, namely, seismic quiescence appeared in Yunnan region while activity in Qinghai-Xizang Plateau. However the quiescence periods Ⅲ and Ⅳ appeared under the background of the quiescence of M≥7 earthquakes in Qinghai-Xizang Plateau, namely both quiescence in Yunnan region and Qinghai-Xizang Plateau. Currently, the period Ⅴ has lasted for 27.55 years in Yunnan region, and the surrounding seismic activity is similar to that in the quiet periods Ⅰ and Ⅱ . Therefore we deduce the following seismic trend may be in relatively weak active periods, similar to the periods Ⅰ and Ⅱ .
3） The comparison of seismicity between the Big Triangle area and Qinghai-Xizang Plateau shows that the active period （1904−1956） of M≥7.0 earthquakes in Qinghai-Xizang Plateau corresponds to the active period （1879−1957） of M≥8.0 earthquakes in Big Triangle area; from 1956 to 1988 there were two quiet periods in Qinghai-Xizang Plateau which correspond to the quiet period （1954−2001） in Big Triangle area, seismicity of M≥7.0 earthquakes in Qinghai-Xizang Plateau has been in an active period since 1988 while the seismicity of M≥8.0 earthquakes in Big Triangle area has come into a new active period since 2001. These seem to indicate that the active periods are consistent, as well as the quiet periods of M≥7.0 earthquakes in Qinghai-Xizang Plateau and M≥8.0 earthquakes in the Big Triangle area. The analogy of the current and the period （1840−1957） of M≥8.0 earthquakes in the Big Triangle area suggests that the current active period of M≥7.0 earthquakes and M≥8.0 earthquakes in the Big Triangle area of East Asian continent will last for decades in the future.
4） On September 5, 2022, an MS6.8 earthquake occurred in Luding, Sichuan Province. The earthquake was located on the Moxi fault, the southeast section of the Xianshuihe fault zone. The quiet period of M≥6.7 earthquakes that lasted for 26.59 years in the SichuanYunnan block since 1996 has been terminated by the Luding MS6.8 earthquake. The following seismicity may be a new active period of M≥6.7 earthquakes in the Sichuan-Yunnan block that analogizes the seismicity of quiet and active periods around 1948.
5） Since 1997, all earthquakes with M≥7.0 in Qinghai-Xizang Plateau have concentrated in the Bayan Har block except for several occurred in the Himalayan belt and Myanmar arc region. The retrospective analysis based on historical earthquakes indicates that the main region of seismic activity is alternative in the Sichuan-Yunnan block and Bayan Har block: Seismic activity appeared in the Bayan Har block while quiescence in the Sichuan-Yunnan block, by contrast, seismic activity appeared in the Sichuan-Yunnan block while less activity in Bayan Har block. Based on the inference, seismicity will be active in the Sichuan-Yunnan block and weak in the Bayan Har block after the Luding MS6.8 earthquake in 2022.
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引言
沉积环境和沉积作用的各种特点会在沉积产物中留下某些记录, 对于土壤而言，主要表现为土层颗粒的来源、几何形态、结构和构造等方面的差异(王良忱，张金亮，1996).例如，水动力环境会影响沉积物颗粒的大小和磨圆度等性状，从而影响其形成的沉积层的物理性质.沉积土层的物理性质及其分层结构共同构成了地下的速度结构，从而对地震动产生了一定程度的影响；尤其对于局部地质条件，如地表几十米以内的土壤沉积层，这种影响更为显著.局部地质条件在地震工程学中一般称为场地条件.国内外的震害经验一致表明，场地条件是引起地表震害和地震动局部变化的主要因素，而场地土层对震害的影响在场地条件中占首要地位(薄景山等，2003；胡聿贤，2006)，其中土层剪切波速及其在空间上的速度结构是对地面运动影响最大的因素.因此，对土层颗粒特征与土层剪切波速的关系进行研究，有助于认识、验证、预估不同地区土层的物理力学特性及其对地震动的影响.
云南地区多山，其城市和人口多分布于山间盆地，而沉积盆地是一种典型的复杂场地条件.在很多情况下，沉积盆地会加重地表震害，盆地效应的研究在工程抗震验算的地震动定量估计、重大工程与重要建筑物的建筑选址与抗震设计、地震小区化等领域具有重要意义.玉溪盆地是云南地区具有代表性的山间沉积盆地之一，处于该盆地的玉溪市经济比较发达、人口密度较大，且历史上发生过1970年通海MS7.8地震，死亡人数超过1万5 000人，震害严重，地震风险较高.因此，本文将对玉溪盆地浅层土层颗粒特征与土层剪切波速的关系进行分析.
建立高精度速度结构模型是研究场地效应、盆地效应的有效方法，该方法需要以大量的地球物理勘探资料为基础.然而，地球物理勘探的成本较高，且对于人口、建筑密集的地区进行地球物理勘探，尤其是钻孔钻探，具有很大的难度.本文尝试利用特定土层的颗粒特征估计其等效剪切波速的方法，将未进行波速测井的钻孔数据应用于场地模型的构建，以增加场地速度结构模型的准确性；同时将受沉积环境影响的土层颗粒特征与剪切波速建立一定的联系，这样就可以在地球物理勘探资料有限的情况下，利用地质资料对场地条件特征进行更深入的认识.
1. 土层剪切波速与埋深关系的统计分析
玉溪盆地地处云贵高原西南部的盆岭分布区，是发育于NS走向的普渡河断裂带南端的一个较大的沉积盆地，其浅层沉积土层主要为冲洪积成因(朱炎铭，1997).本文所使用的资料来自中国地震科学台阵探测项目在玉溪盆地进行的16个钻孔的钻探及剪切波测井工作，钻孔深度均大于80 m，地层均为第四系沉积土层.
对钻孔柱状图和波速测试结果进行整理，得到了黏土层、角砾层、砾石层、圆砾层、砾砂层、细砂层以及淤泥质黏土层的深度、层厚度、层平均波速以及钻孔柱状图所给出的土层颗粒大小、颗粒磨圆度等土层颗粒特征，分别采用线性拟合(y=a+bx)、多项式拟合(y=a+bx+cx2)及指数拟合(y=axb)等3种常用的经验公式(刘红帅等，2010；邱志刚等，2011)统计了不同类型土层的埋深与剪切波速的拟合关系，拟合结果列于表 1.可以看出：除黏土层以外，其余各层较所有土层的校正决定系数更接近于1，平均方差更小，这表明玉溪盆地中的角砾层、砾石层、圆砾层、砾砂层和细砂层的埋深与剪切波速的相关性较高；角砾层、砾砂层和细砂层采用多项式拟合的结果最好，砾石层、圆砾层和淤泥质黏土层采用线性拟合的结果最好；黏土层的拟合度较差，离散性较大；指数拟合的结果较差，表明该方法不适用.
表 1 玉溪盆地浅层土层深度-波速拟合结果Table 1. Depth-velocity fitting results of shallow soils in Yuxi basin沉积层类别 拟合函数 回归参数值 校正决定系数 平均方差 样本数 a b c y=a+bx 189.7 4.000 0.74624 3076 所有土层 y=a+bx+cx2 175.5 5.077 -0.0133 0.74842 3050 174 y=axb 94.99 0.3681 0.72728 3306 y=a+bx 192.0 3.800 0.69247 3427 黏土层 y=a+bx+cx2 176.0 5.076 -0.0164 0.69394 3411 82 y=axb 105.30 0.3352 0.67642 3607 y=a+bx 225.8 4.691 0.87870 1695 角砾层 y=a+bx+cx2 180.6 7.731 -0.0355 0.89955 1403 11 y=axb 102.30 0.3917 0.89486 1469 y=a+bx 221.9 4.534 0.81417 1982 砾石层 y=a+bx+cx2 222.4 4.504 0.0004 0.79352 2202 12 y=axb 95.79 0.3995 0.80068 2126 y=a+bx 189.6 3.670 0.80768 1640 圆砾层 y=a+bx+cx2 199.5 2.801 0.0116 0.80129 1695 22 y=axb 105.00 0.3275 0.74213 2199 y=a+bx 191.2 4.297 0.89322 1314 砾砂层 y=a+bx+cx2 115.1 8.481 -0.0434 0.92909 873 14 y=axb 68.55 0.4641 0.92643 905 y=a+bx 168.7 4.181 0.89881 1444 细砂层 y=a+bx+cx2 155.3 5.326 -0.0138 0.89910 1440 28 y=axb 82.54 0.4001 0.86751 1891 y=a+bx 168.0 2.062 0.80323 481 淤泥质黏土层 y=a+bx+cx2 235.0 -1.929 0.0458 0.84034 390 5 y=axb 82.13 0.3010 0.73047 659 玉溪盆地中拟合度较高的浅层土层的线性和多项式深度-剪切波速拟合结果如图 1所示.可以看出，在玉溪盆地浅层80 m深度范围内，角砾层、砾石层、砾砂层、细砂层和淤泥质黏土层的剪切波速呈现出由高到低的特征，其中淤泥质黏土层的剪切波速远低于其它土层，而圆砾层与细砂层相近.这几类土层在玉溪盆地浅层80 m范围内的埋深与剪切波速的相关性较高，故表 1中的拟合结果在缺乏波速数据的模型构建中可以作为经验公式使用.
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图 1 玉溪盆地浅层土层的深度-剪切波速线性拟合(a)与多项式拟合(b)结果对比Figure 1. Comparison of linear fitting result (a) with polynomial fitting result (b) between depth and shear wave velocity of shallow soils in Yuxi basinBlack line denotes soil breccia layer, red line denotes gravel layer, blue line denotes round gravel layer, green line denotes gravel sand layer, pink line denotes fine sand layer, and brown line denotes silty clay layer玉溪盆地浅层土层的拟合结果表明，具有明显颗粒特征的土层的埋深与剪切波速的相关性较高，其主要原因是具有相同颗粒特征的土层具有相似的沉积物源，形成于相似的沉积环境中，并分布于盆地内地质条件相似、地理位置相近的区域内，具有相似的物理性质.对于玉溪盆地内的黏土层，难以从柱状图的描述中获得明显的颗粒特征，故无法对其作进一步分类，这是由黏土本身颗粒较小的特点所决定的；同时，黏土层广泛分布于盆地内各个位置，在所有钻孔内均可见，因此将其作为一个整体进行统计分析的离散性较大.
另外，玉溪盆地浅层土层的剪切波速与其颗粒特征也有一定的关系.主要由洪积物、坡积物形成的土层，如角砾层、砾石层，其颗粒较大，磨圆度低，剪切波速较高；主要由河流冲积物形成的土层，如细砂层、圆砾层，其颗粒较小，磨圆度高，剪切波速较低；主要由河滩沉积形成的淤泥质黏土层，其剪切波速最低.
2. 沉积环境与剪切波速的关系
为了研究玉溪盆地浅层土层颗粒特征与剪切波速的关系，将钻孔数据按沉积物的磨圆度和颗粒大小进行重新分类.其中，角砾层和砾石层的磨圆度低，圆砾层和砾砂层的磨圆度中等，细砂层的磨圆度高；直径ϕ为2-20 mm及以上为颗粒大，ϕ为2-10 mm为颗粒中，ϕ < 2 mm为颗粒小.
由表 1和图 1可知:线性拟合方法在拟合度上与多项式拟合方法相近，能更清晰地体现出不同土层的剪切波速特征；对于样本点较少的情况，多项式拟合结果可能出现误差(图 1b中的淤泥质黏土层).
按照土层颗粒磨圆度分类的深度与剪切波速的拟合结果见表 2和图 2.可以看出，玉溪盆地中颗粒特征明显的土层的剪切波速与颗粒的磨圆程度有一定的关系，即磨圆程度越低，其剪切波速越高.按照土层颗粒大小分类的深度与剪切波速的拟合结果见表 3和图 3.可以看出，土层剪切波速与沉积物的颗粒大小也有明显的关系，即沉积物的颗粒越大，其剪切波速越高.
表 2 玉溪盆地不同磨圆度的土层深度-波速线性拟合结果Table 2. Depth-velocity linear fitting results of soils with different psephicity in Yuxi basin沉积层类别 拟合函数 回归参数值 校正决定系数 平均方差 a b 磨圆度低 223.1 4.632 0.85612 1697 磨圆度中 y=a+bx 183.6 4.143 0.86299 1669 磨圆度高 168.7 4.181 0.89881 1444 ![]()
图 2 玉溪盆地不同磨圆度的土层深度-波速线性拟合结果对比Figure 2. Comparison of depth-velocity linear fitting results of soils with different psephicity in Yuxi basinBlack line denotes low psephicity, red line denotes medium psephisity, and blue line denotes high psephicity表 3 玉溪盆地不同颗粒大小的土层深度-波速线性拟合结果Table 3. Depth-velocity linear fitting results of soils with different particle size in Yuxi basin沉积层类别 拟合函数 回归参数值 校正决定系数 平均方差 a b 颗粒小(ϕ < 2) 184.1 4.103 0.81442 2137 颗粒中(2≤ϕ < 10) y=a+bx 204.6 3.811 0.81925 1985 颗粒大(2≤ϕ < 20, ϕ≥20) 216.1 4.624 0.86648 2121 注：ϕ表示直径，单位为mm. ![]()
图 3 玉溪盆地不同颗粒大小的土层深度-波速线性拟合结果对比Figure 3. Comparison of depth-velocity linear fitting results of soils with different particle size in Yuxi basinBlack line denotes small particle, red line denotes medium particle, and blue line denotes large particle由于玉溪盆地的浅层土层主要为冲积、洪积成因，故推测浅层土层的剪切波速与其形成时所处的水动力沉积环境有一定的关系.沉积物的颗粒大小与水流的搬运能力有关，水流量越大、流速越快，则其能够搬运的沉积物颗粒越大，较大的颗粒往往会沉积在水系的上游，而较小的颗粒往往会沉积在水系的下游.与此同时，在搬运过程中，颗粒被水流侵蚀、互相碰撞，其磨圆程度会增高.因此，玉溪盆地浅层土层的剪切波速与其形成时所处的水动力环境有关，具体表现为：颗粒较小的沉积物在水流中搬运的距离较长，其磨圆度较高，所形成的沉积层波速较低；颗粒较大的沉积物在水流中搬运的距离较短，其磨圆度较低，所形成的沉积层波速较高.这一方面是由于不同大小和磨圆度的颗粒对沉积土层的密实程度、孔隙率、含水率等特征具有影响，另一方面是由于不同颗粒大小的沉积物的沉积物源不同，其本身的弹性模量也不同.较小颗粒可能来自风化程度较高的软弱岩石，其本身的弹性模量较低；而较大颗粒可能来自风化程度较低的坚硬岩石，其本身的弹性模量较高.
总体而言，对于玉溪盆地中沉积物颗粒特征明显的土层，距其碎屑物源供给区越远，其剪切波速越低.
3. 钻孔的等效剪切波速估计
对于一些地质或工程中的钻孔资料，通常其柱状图中只有土层分层及性质描述，而无波速测试资料.利用前文得到的玉溪盆地颗粒特征明显的土层的深度-波速拟合结果，可以给出一种由该类土层估计玉溪盆地钻孔80 m深度范围内等效波速的方法，从而利用只有地层分层及性质的钻孔资料，在地震地面运动分析时作为有波速测井的钻孔资料的补充.
对目标钻孔的土层分类与埋深进行整理，由前文给出的拟合经验公式即可得到目标钻孔中若干个颗粒特征明显的土层的剪切波速.考虑到离散性较大的黏土层的影响，本文使用颗粒特征明显的土层的数据对黏土层的剪切波速进行修正.
假设黏土层的剪切波速与其所在钻孔的其它土层的颗粒特征有一定关系，即在形成较大颗粒的沉积土层的环境中，其形成的黏土层剪切波速也较大.依据上述假设，本文将玉溪盆地的黏土层按照其所处钻孔土层的颗粒大小进行分类，直径ϕ为2-20 mm及以上为颗粒大，ϕ为2-10 mm为颗粒中，ϕ < 2 mm为颗粒小，分别对其进行深度-波速关系的拟合，结果列于表 4.可以看出，按照假设分类后黏土层的拟合度明显提高，表明这种假设在一定程度上反映了玉溪盆地黏土层的剪切波速特性.同时，处于土层颗粒较大钻孔的黏土层的剪切波速较高，这一方面表明黏土层的剪切波速受到沉积环境因素的影响，且与颗粒特征明显的土层具有相似的规律；另一方面，可能是由于黏土层混有少量的上覆、下覆地层的颗粒，但在柱状图描述中未体现.
表 4 玉溪盆地不同颗粒大小的黏土层的深度-波速线性拟合结果Table 4. Depth-velocity linear fitting results of clay layers with different particle size in Yuxi basin沉积层类别 拟合函数 回归参数值 校正决定系数 平均方差 a b 小颗粒(ϕ < 2) 163.8 3.757 0.80156 1931 中颗粒(2≤ϕ < 10) y=a+bx 235.7 3.325 0.72000 2099 大颗粒(2≤ϕ < 20, ϕ≥20) 250.7 4.044 0.80411 1946 注：ϕ表示直径, 单位为mm. 由上述拟合结果，即可得到修正后的黏土层的波速估计值.对目标钻孔所有土层的估计剪切波速进行深度-速度关系拟合，即可得到目标钻孔在一定深度内的等效剪切波速.为了验证该估计方法的准确性，对玉溪盆地钻孔在80 m深度范围内的等效剪切波速进行估计，结果列于表 5.可以看出：该方法在对所使用的钻孔数据进行自估计时，其平均误差约为15 m/s；而如果不按照颗粒特征对黏土层的估计值进行修正，直接使用全部黏土的拟合结果作为黏土层的经验公式，则其平均误差约为30 m/s.这表明玉溪盆地黏土层的剪切波速特征在一定程度上符合前文“在颗粒较大的钻孔中剪切波速较高”的假设.
表 5 玉溪盆地颗粒特征明显的土层钻孔等效波速的自估计Table 5. Self-estimate of equivalent velocity by using soil with significantly particle characteristic in Yuxi basin钻孔 土层颗粒特征 实际波速/(m·s-1) 修正黏土的估计误差/(m·s-1) 未修正黏土的估计误差/(m·s-1) BH1 颗粒大 412.9 27.9 66.3 BH2 颗粒大 371.6 16.7 23.2 BH4 颗粒大 357.9 1.0 32.0 BH5 颗粒小 321.6 3.2 20.1 BH6 颗粒中 321.6 0.0 7.9 BH7 颗粒中 379.4 18.7 33.3 BH8 颗粒中 288.4 12.4 26.0 BH9 颗粒小 341.3 22.7 11.7 BH11 颗粒小 309.7 12.4 3.6 BH13 颗粒小 285.6 18.9 32.8 BH15 颗粒小 281.3 18.2 36.1 BH16 颗粒小 224.1 52.6 73.6 BH18 颗粒小 251.2 19.3 38.7 BH19 颗粒小 340.3 2.9 3.0 BH20 颗粒大 327.6 10.2 15.3 平均误差 15.8 28.2 注：由于钻孔BH14绝大部分为黏土层，无法获得钻孔颗粒特征，故未列入. 为了进一步验证该方法的可靠性和误差范围，随机去掉3个钻孔的资料，使用剩余13个钻孔的资料外推另外3个钻孔的等效剪切波速，并重复3次，结果列于表 6.可以看出，估计剪切波速结果的平均误差为13.1 m/s，最大误差小于31 m/s.由于玉溪盆地内部不同沉积环境中的土层在80 m深度范围内等效波速的最大值与最小值之差可达180 m/s左右(表 5)，故上述估计钻孔等效剪切波速的方法具有一定的应用价值.
表 6 玉溪盆地颗粒特征明显的土层中钻孔等效波速的外推Table 6. Extrapolation of equivalent velocity by soil with significantly particle characteristic in Yuxi basin钻孔 沉积物颗粒特征 估计波速/(m·s-1) 实际波速/(m·s-1) 误差/(m·s-1) 去掉BH2，BH6，BH19钻孔资料 BH2 颗粒大 378.8 371.6 7.2 BH6 颗粒中 328.8 321.6 7.2 BH19 颗粒小 341.9 340.3 1.6 去掉BH4，BH11，BH20钻孔资料 BH4 颗粒大 363.4 357.9 5.5 BH11 颗粒小 300.0 309.7 9.7 BH20 颗粒大 297.3 327.6 30.3 去掉BH8，BH9，BH15钻孔资料 BH8 颗粒中 301.2 288.4 12.8 BH9 颗粒小 318.3 341.2 22.9 BH15 颗粒小 302.3 281.3 21.0 平均误差 13.1 4. 讨论与结论
通过对玉溪盆地浅层土层颗粒特征与剪切波速的研究表明，玉溪盆地浅层土层80 m深度范围内的埋深与剪切波速可以通过经验关系进行估计，其中角砾层、砾砂层和细砂层采用多项式关系，砾石层、圆砾层、淤泥质黏土层采用线性关系.玉溪盆地浅层土层的剪切波速与其形成时所处的沉积环境有关，具体表现为：颗粒较小的沉积物在水流中搬运的距离较长，其磨圆度较高，所形成的沉积层波速较低；较大的沉积物颗粒在水流中搬运的距离较短，其磨圆度较低，所形成的沉积层波速较高.玉溪盆地颗粒特征明显的土层的碎屑物源供给区距离越远，其剪切波速越低.此外，沉积土层的波速还可能与沉积过程中的化学作用、生物作用等其它因素有关，尚待进一步研究.
本文给出了一种利用颗粒特征明显的钻孔数据对钻孔等效波速进行估计的方法，可用于玉溪盆地未测波速钻孔的剪切波速估计.玉溪盆地浅层土层80 m深度范围内的等效剪切波速的平均误差为13.1 m/s.该方法存在一定的局限性：首先，要以一定数量的具有波速测试结果的钻孔资料为基础，使颗粒特征明显的土层样本达到一定数量；其次，估计目标钻孔也必须有多层土层具备相同的特征.
本文采用的玉溪盆地浅层土层深度-剪切波速经验公式以及估计钻孔场地等效剪切波速的方法，在场地地震动反应分析的模型构建等研究中具有一定的应用价值，可以使玉溪盆地具有土层颗粒特征信息的资料，如钻孔柱状图、第四系沉积分布和沉积相等，应用于场地效应和盆地效应的研究中.
本文主要对于与沉积环境、沉积相相关的土层颗粒特征与场地条件中的关键因素剪切波速的关系进行研究，是使用地质资料对地球物理模型参数进行完善的一种尝试.在地震地面运动的研究中，可以利用丰富的地质资料对地球物理勘探资料较少的地区，或者难以开展地球物理勘探工作的地区进行一定程度的补充，具有较为广泛的应用前景.对于沉积环境、沉积相与场地速度结构模型的关系，尚待进一步研究.
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图 1 青藏高原活动地块划分及历史强震震中分布图
（a） 青藏高原M≥7.0地震分布。Ⅰ ：拉萨地块；Ⅱ ：羌塘地块；Ⅲ ： 巴颜喀拉地块；Ⅳ：柴达木地块；Ⅴ：祁连地块；Ⅵ：川滇地块；Ⅶ：滇南地块；Ⅷ：滇西地块；地块边界数据来引自张培震等（2003）。（b） 云南地区M≥6.7地震分布. F1：安宁河—小江断裂带；F2：红河断裂带；F3：澜沧江断裂带；断裂数据引自张国民等（2005）
Figure 1. Distribution of active blocks and strong earthquakes in Qinghai-Xizang Plateau
（a） Distribution of M≥7.0 earthquakes in Qinghai-Xizang Plateau. Ⅰ ：Lhasa block；Ⅱ ：Qiangtang block；Ⅲ ：Bayan Har block；Ⅳ ：Qaidam block；Ⅴ ：Qilian block；Ⅵ ：Sichuan-Yunnan block；Ⅶ ：Southern Yunnan block；Ⅷ：Western Yunnan block. Block data are from Zhang et al （2003）. （b） Distribution of M≥6.7 earthquakes in Yunnan region. F1：Anninghe-Xiaojiang fault zone；F2：Honghe fault zone；F3：Lancangjiang fault zone；the fault data refer from Zhang et al （2005）
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图 2 1887—2022年云南地区M≥6.7和M≥7.0地震M-t图
图中彩色条带中数字为持续时间，下同
Figure 2. M-t plot of M≥6.7 and M≥7.0 earthquakes in Yunnan region in the period of 1887−2022
The numbers in color bar represent the duration，the same below
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图 3 1880—2022年青藏高原M≥7.0地震时序分布
（a） M-t图；（b） 时间间隔dt-t图，tavg为青藏高原M≥7.0平均间隔时间；1std为1倍均方差线；2std为2倍均方差线，下同
Figure 3. Distribution with time series for M≥7.0 earthquakes in Qinghai-Xizang Plateau in 1880−2022
（a） M-t；（b） dt-t， where tavg represent the mean time interval for M≥7.0 earthquake in Qinghai-Xizang Plateau，1std represent the 1 time mean square variance，2std represent the 2 times mean square variance，the same below
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图 4 云南地区5个M≥7.0地震平静期内青藏高原M≥7.0地震震中分布图
Figure 4. Distribution of M≥7.0 earthquakes in Qinghai-Xizang Plateau during five quiescence periods of M≥7.0 earthquakes in Yunnan region
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图 5 1880—2022年川滇地块M≥6.7地震时序分布图
（a） M-t图；（b） 时间间隔dt-t图
Figure 5. Distribution of M≥6.7 earthquake with time in Sichuan-Yunnan block （1880−2022）
（a） M-t；（b） Time interval dt-t
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图 6 1880—2022年巴颜喀拉地块和川滇地块M≥6.7地震的分布
（a） 震中分布图；（b） 时序分布图M-t图，①，②，③，④为划分的4个时段
Figure 6. Distribution of M≥6.7 earthquakes in Bayan Har block and Sichuan-Yunnan block in 1880−2022
（a） Distribution of epicenters；（b） M-t plot，where ①，②，③ and ④ represent four divided periods
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图 7 1800—2022年大三角区内M≥8.0地震震中分布图（a）、M-t图（b）和时间间隔dt-t图（c）
Figure 7. Distribution of M≥8.0 earthquakes （1800−2022） in Big Triangle area of East Asian continent （a），M-t （b），time interval dt-t （c）
表 1 云南地区M≥6.7和M≥7.0地震活跃-平静分期特征
Table 1 Characteristics of active-quiet periods of earthquakes with M≥6.7 and M≥7.0 in Yunnan region
序号 发震日期
年-月-日震中位置 震级 震中
位置间隔时间/a 活动分期 活动特征 北纬/° 东经/° M≥6.7 M≥7.0 M≥6.7 M≥7.0 0 1 887-12-16 23.70 102.50 7.0 石屏 第Ⅰ平静期 t＝26.01 a
n＝0
r＝0t＝26.9 a
n＝0
r＝01 1 913-12-21 24.15 102.45 7.0 峨山 26.01 t＝12.00 a t＝11.24 a 2 1 917-07-31 28.00 104.00 6.7 大关 3.61 3 1 923-06-22 22.75 98.75 7.3 缅甸 5.89 9.51 第Ⅰ活跃期 n＝5 n＝3 4 1 925-03-16 25.70 100.40 7.0 大理 1.73 1.73 r＝0.42 r＝0.42 5 1 925-12-22 21.00 101.50 6.8 老挝 0.77 第Ⅱ平静期 t＝10.35 a
n＝0
r＝0t＝16.17 a
n＝0
r＝06 1 936-04-27
1 936-05-1628.90
28.50103.60
103.606.7
6.7马边
马边10.35
0.057 1 941-05-16 23.60 99.40 7.0 耿马 5.00 16.17 t＝19.41 a t＝8.71 a 8 1 941-12-26 22.70 99.90 7.0 澜沧 0.61 0.61 第Ⅱ活跃期 n＝9 n＝3 9 1 942-02-01 23.10 100.30 6.7 思茅 0.10 r＝0.46 r＝0.34 10 1 950-02-03
1 950-02-0321.70
22.10100.10
99.907.0
6.7勐海
澜沧8.01
08.10
11 1 952-09-30 28.30 102.20 6.7 冕宁 2.66 12 1 955-09-23 26.60 101.80 6.7 永仁 2.98 第Ⅲ平静期 t＝14.28 a
n＝0
r＝0t＝19.92 a
n＝0
r＝013 1 970-01-05 24.20 102.68 7.8 通海 14.28 19.92 t＝9.20 a t＝6.40 a 14 1 971-04-28 23.00 101.10 6.7 思茅 1.31 n＝7 n＝4 15 1 974-05-11 28.20 104.10 7.1 大关 3.04 4.35 第Ⅲ活跃期 r＝0.76 r＝0.63 16 1 976-05-29
1 976-05-2924.50
24.6099.00
98.707.3/
7.4龙陵
龙陵2.05
02.05
017 1 976-11-07 27.60 101.10 6.7 盐源 0.44 1 8 1 979-03-15 23.20 101.10 6.8 宁洱 2.36 1 9 1 983-06-24 21.40 102.60 6.9 越南 4.27 第Ⅳ平静期 t＝9.64 a
n＝1
r＝0.10t＝12.22 a
n＝0
r＝020 1 988-11-06
1 988-11-0622.92
23.1699.79
99.557.4
7.2澜沧
耿马5.37
012.22
0t＝7.24 a t＝7.24 a 21 1 992-04-23
1 992-04-2322.30
22.6099.10
99.006.7
6.9缅甸
缅甸3.46
0第Ⅳ活跃期 n＝6 n＝4 22 1 995-07-12 22.00 99.30 7.3 缅甸 3.22 6.68 r＝0.83 r＝0.55 23 1 996-02-03 27.20 100.30 7.0 丽江 0.56 0.56 第Ⅴ平静期 t＝27.49 a
n＝0
r＝0t＝27.49 a
n＝0
r＝0注：表中t表示持续时间，单位为a；n表示地震次数；r表示年发生率，r＝n/t。 
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表 2 青藏高原、川滇地块、云南地区在活跃期中M≥6.7或M≥7.0地震的年发生率
Table 2 Annual occurrence rate of M≥6.7 or M≥7.0 earthquakes during the active period in Qinghai-Xizang Plateau，Sichuan-Yunnan block and Yunnan region
空间尺度 地震年发生率 M≥6.7 M≥7.0 青藏高原 0.88—1.36 川滇地块 0.16—0.25 云南地区 0.42—0.83 0.27—0.63
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邓起东,程绍平,马冀,杜鹏. 2014. 青藏高原地震活动特征及当前地震活动形势[J]. 地球物理学报,57(7):2025–2042. doi: 10.6038/cjg20140701 Deng Q D,Cheng S P,Ma J,Du P. 2014. Seismic activities and earthquake potential in the Tibetan Plateau[J]. Chinese Journal of Geophysics,57(7):2025–2042 (in Chinese).
傅征祥,刘杰,王晓青,郝平,吕梅梅. 2003. 中国大陆西部及邻区板内8级大地震活动过程和趋势预测初步研究[J]. 地学前缘,10(特刊):112–117. Fu Z X,Liu J,Wang X Q,Hao P,Lü M M. 2003. Research on process and tendency prediction of great earthquakes (MS≥8) in western China continent and its surroundings[J]. Earth Science Frontiers,10(Z1):112–117 (in Chinese).
傅征祥,吕晓健,郝平,邵志刚,陈丹. 2012. 东亚大陆大三角地震区地震活动性概要[M]. 北京:地震出版社:22−27. Fu Z X,Lü X J,Hao P,Shao Z G,Chen D. 2012. Summary of Seismic Activity in the Great Seismic Triangle Area of Eastern Asian Continent[M]. Beijing:Seismological Press:22−27 (in Chinese).
国家地震局震害防御司. 1995. 中国历史强震目录(公元前23世纪—公元1911年)[M]. 北京:地震出版社:1–514. Department of Earthquake Disaster Prevention,State Seismological Bureau. 1995. Catalogue of Strong Earthquakes in China (23rd Century BC−AD 1911)[M]. Beijing:Seismological Press:1–514 (in Chinese).
国家地震局震害防御司. 1999. 中国近代地震目录(公元1912—1990,MS≥4.7)[M]. 北京:地震出版社:1–617. Department of Earthquake Disaster Prevention,State Seismological Bureau. 1999. Catalogue of Strong Earthquakes in China (AD 1912−1990,MS≥4.7)[M]. Beijing:Seismological Press:1−617 (in Chinese).
皇甫岗,秦嘉政. 2006. 云南地区大震活动规律研究[J]. 地震地质,28(1):37–47. doi: 10.3969/j.issn.0253-4967.2006.01.004 Huangfu G,Qin J Z. 2006. Study of the seismicity of strong earthquakes in Yunnan area[J]. Seismology and Geology,28(1):37–47 (in Chinese).
皇甫岗,石绍先,苏有锦. 2000. 20世纪云南地震活动研究[J]. 地震研究,23(1):1–9. doi: 10.3969/j.issn.1000-0666.2000.01.001 Huangfu G,Shi S X,Su Y J. 2000. Study on seismicity in Yunnan in the 20th century[J]. Journal of Seismological Research,23(1):1–9 (in Chinese).
皇甫岗,苏有锦,张建国,邵德盛. 2013. 新世纪滇缅交界大震活动研究[M]. 昆明:云南科技出版社:131−149. Huangfu G,Su Y J,Zhang J G,Shao D S. 2013. Research on Large Earthquake Activities in Yunnan and Myanmar Border in the New Century[M]. Kunming:Yunnan Science and Technology Press:131−149 (in Chinese).
皇甫岗,苏有锦,张建国. 2014. 缅甸孟帕亚7.2级地震及其对云南强震活动趋势的意义[J]. 地震地质,36(3):598–608. doi: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.005 Huangfu G,Su Y J,Zhang J G. 2014. The Mong Hpayak M7.2 earthquake and the significance for the tendency of large earthquake in Yunnan[J]. Seismology and Geology,36(3):598–608 (in Chinese).
刘祖荫,苏有锦,秦嘉政,李中华,张俊伟. 2002. 20世纪云南地震活动[M]. 北京:地震出版社:10−19. Liu Z Y,Su Y J,Qin J Z,Li Z H,Zhang J W. 2002. Seismic Activity in Yunnan Region in the 20th Century[M]. Beijing:Seismological Press:10−19 (in Chinese).
秦嘉政,钱晓东,刘丽芳. 2009. 云南强震活动间隔时间特征研究[J]. 地震研究, 32 (3):221−227. Qin J Z,Qian X D,Liu L F. 2009. Study on interval time characteristics of strong earthquake activities in Yunnan region[J]. Journal of Seismological Research, 32 (3):221−227 (in Chinese).
宋治平,张国民,刘杰,尹继尧,薛艳,宋先月. 2011. 全球地震灾害信息目录(9999 BC—AD 2010)[M]. 北京:地震出版社:17−448. Song Z P,Zhang G M,Liu J,Yin J Y,Xue Y,Song X Y. 2011. Disaster Information Catalog of Global Earthquakes (9999 BC−AD 2010)[M]. Beijing:Seismological Press:17−448 (in Chinese).
苏有锦,秦嘉政. 2001. 川滇地区强地震活动与区域新构造运动的关系[J]. 中国地震,17(1):24–34. doi: 10.3969/j.issn.1001-4683.2001.01.004 Su Y J,Qin J Z. 2001. Strong earthquake activity and relation to regional neotectonic movement in Sichuan-Yunnan region[J]. Earthquake Research in China,17(1):24–34 (in Chinese).
苏有锦,李忠华,刘祖荫,蔡民军. 2001. 20世纪云南地区MS≥5.0级地震活动的基本特征[J]. 地震研究,24(1):1–9. doi: 10.3969/j.issn.1000-0666.2001.01.001 Su Y J,Li Z H,Liu Z Y,Cai M J. 2001. Basic characteristics of seismicity with MS≥5.0 in Yunnan in the 20th century[J]. Journal of Seismological Research,24(1):1–9 (in Chinese).
苏有锦,李忠华. 2011. 云南地区6级以上强震时间分布特征及其概率预测模型研究[J]. 地震研究,34(1):1–7. doi: 10.3969/j.issn.1000-0666.2011.01.001 Su Y J,Li Z H. 2011. Interval distribution and probability model of the strong earthquakes with MS≥6.0 in Yunnan[J]. Journal of Seismological Research,34(1):1–7 (in Chinese).
吴中海,赵根模,龙长兴,周春景,范桃园. 2014. 青藏高原东南缘现今大震活动特征及其趋势:活动构造体系角度的初步分析结果[J]. 地质学报, 88 (8):1401−1416. Wu Z H,Zhao G M,Long C X,Zhou C J,Fan T Y. 2014. The seismic hazard assessment around south-east area of Qinghai-Xizang Plateau:A preliminary results from active tectonics system analysis[J]. Acta Geologica Sinca, 88 (8):1401−1416 (in Chinese).
张国民,马宏生,王辉,王新岭. 2005. 中国大陆活动地块边界带与强震活动[J]. 地球物理学报,48(3):602–610. doi: 10.3321/j.issn:0001-5733.2005.03.018 Zhang G M,Ma H S,Wang H,Wang X L. 2005. Boundaries between active tectonic blocks and strong earthquakes in the China mainland[J]. Chinese Journal of Geophysics,48(3):602–610 (in Chinese). doi: 10.1002/cjg2.693
张培震,邓起东,张国民,马瑾,甘卫军,闵伟,毛凤英,王琪. 2003. 中国大陆的强震活动与活动地块[J]. 中国科学(D辑),33(S1):12–20. Zhang P Z,Deng Q D,Zhang G M,Ma J,Gan W J,Min W,Mao F Y,Wang Q. 2003. Active tectonic blocks and strong earthquakes in the continent of China[J]. Science in China:Series D,46(S2):13–24. doi: 10.1360/03dz0002
赵小艳,付虹,王强. 2008. 汶川8.0级地震后云南地震趋势研究[J]. 地震研究, 31 (增刊):453−457. Zhao X Y,Fu H,Wang Q. 2008. Earthquake tendency in Yunnan after the Wenchuan MS8.0 earthquake[J]. Journal of Seismological Research, 31 (S):453−457 (in Chinese).
An Y R,Wang,D,Ma Q,Xu Y R,Li Y,Zhang Y Y,Liu Z M,Huang C M,Su J R,Li J L,Li M X,Chen W K,Wan Z F,Kang D J,Wang B S. 2023. Preliminary report of the September 5,2022 MS6.8 Luding earthquake,Sichuan,China[J]. Earthq Res Adv,3(1):100184. doi: 10.1016/j.eqrea.2022.100184
Bilham R,Gaur V K,Molnar P. 2001. Himalayan seismic hazard[J]. Science,293(5534):1442–1444. doi: 10.1126/science.1062584
-
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1. 姚姜森，王珏，李圣，刘昌伟，宋晓春，陆斌斌. 昆明盆地常规土类剪切波速与埋深的关系研究. 华南地震. 2024(03): 40-50 . 
百度学术
2. 杨洋，孙锐. 基于剪切波速的液化可能性等级评估表法. 岩土力学. 2023(S1): 634-644 . 百度学术
3. 宋健，师黎静，党鹏飞，李昕蕾. 哈尔滨市剪切波速与埋深相关性分析. 建筑结构. 2020(S1): 1088-1092 . 百度学术
4. 闫振军，吕悦军，黄雅虹，方怡. 华北地区剪切波速与深度之间统计关系的通用模型特征研究. 震灾防御技术. 2019(02): 304-313 . 百度学术
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