位置：
2024-01-11
地球所
一、模型研究的目的、必要性和需求分析
目的：构建中国地震科学实验场川滇地区主要活动断裂的三维模型，为实验场的强震危险性和地震灾害研究提供科技产品。
必要性：自然界中断裂在三维空间上形成和生长，具有复杂的三维几何结构。活动断裂的空间三维几何结构，是地震孕育、地震破裂以及地震灾害最基本的承载单元。因此，研发活动断裂的三维精细模型，可以揭示断裂从浅表到深部空间的详细几何结构，为活动断层避让、地震风险评估、地震监测预测和防震减灾等提供重要的基础模型。
需求分析：川滇地区活动断裂带大多数位于造山带或平原覆盖区，先存老断裂与活动断裂普遍发育，但是普遍缺少高质量的地球物理探测资料，并且不同的物探资料质量和分辨率参差不齐，构造解译往往存在不确定性和多解性。鉴于此，需要针对性地采集关键地区探测、观测数据资料，并不断提升断层三维建模技术方法，构建一套被业内广泛接受和认同的活动断裂三维断层模型，即公共断层模型，更好地用于地震科学研究和防震减灾等各方面工作。同时，构建包括断裂三维模型在内的统一结构模型，也是实现透明地壳、解剖地震等深地科学研究的重要环节之一。
二、模型预期指标和技术路线
预期指标：建立中国地震科学实验场活动断裂三维公共模型
技术路线：以川滇地区活动断裂地表调查和填图迹线为基础、结合地震学观测结果（小震精定位和震源机制解）、以及各类地球物理探测资料（人工反射地震、重/磁/电）、不同尺度的台站观测数据（三维Vp/Vs速度结构和模型），运用构造解析的定量研究方法（断层相关褶皱、构造平衡恢复、数值模拟等），基于SKUA-GOCAD三维建模软件和平台，以多源数据为约束，通过多元技术方法研制川滇实验场活动断裂的三维模型。
三、模型数据来源和质量分析
主要数据来源和数据质量分类（表1）：
（1）川滇地区活动断裂地表迹线（中国地震局地质研究所活动断层数据中心、四川省地震局、云南省地震局）；
（2）川滇地区小震重定位和震源机制解数据（中国地震科学实验场、中国地震局地球物理研究所、中国地震局地震预测研究所）；
（3）人工地震反射剖面或数据（中石油/中石化、中国地震局地球物理勘探中心）；
（4）川滇地区三维公共速度模型V2.0（中国科学技术大学、中国地震局地球物理研究所、中国地震科学实验场）；
（5）其它地球物理探测、观测资料（已公开发表的资料）。
表1. 活动断裂三维建模不同来源数据、资料质量分类参考表
数据质量分类 | 断层点 | 断层线 | 断层面 |
Ⅰ类 | 野外调查实测的断层点位 | 活动断层填图确定的断层线（不小于1:25万填图） | 三维地震反射数据解译的断层面 |
探槽开挖揭露的断层点 | 亚米级遥感影像和DEM等解译的地表活动断层迹线 | ||
钻孔揭露断层点，或钻孔联合剖面解译的断点 | 钻孔联合剖面解译的断层线 | ||
人工地震反射剖面解译或提取的断层线 | 7.0级及以上强震震源机制解获取的发震断层节面 | ||
7.0级及以上地震震源揭示的断层破裂点（仪器定位） | 7.0级及以上强震的余震重定位结果解译的断层线 | 7.0级及以上强震的余震重定位结果模拟的断层面 | |
Ⅱ类 | 6.0级及以上地震震源揭示的断层破裂点（仪器定位） | 6.0级及以上强震的余震重定位结果解译的断层线 | 6.0级及以上强震震源机制解获取的发震断层节面 |
米级遥感影像和DEM等解译的断层线 | 6.0级及以上强震的余震重定位结果模拟的断层面 | ||
6.0级及以上强震，采用InSAR反演的断层地表迹线 | |||
Ⅲ类 | 5.0级及以上地震震源揭示的断层破裂点（仪器定位） | 6.0级及以下的余震或小震重定位结果模拟的断层线 | 6.0级及以下地震的余震或小震重定位结果模拟的断层面 |
地球物理勘探（非震类）解译的断层线 | 根据同震形变观测数据（包括InSAR和GPS）反演获得的发震断层面 | ||
地质构造剖面图上解释推测的断层线 | 三维地球物理方法（非震类）反演或解译的断层面 |
四、关键技术方法
（1）基于SKUA-GOCAD的三维可视化建模技术；
（2）统一坐标系统的无缝衔接处理技术；
（3）多源数据融合的三维建模技术；
（4）基于小震精定位的三维建模技术；
（5）高分辨三维切片投影技术；
（6）三维显式建模与隐式建模技术；
（7）断层几何学定量解析技术。
五、完成情况与成果
中国地震局地质研究所在“十三五”科研项目成果的基础上，依托两个国家重点研发计划项目（2021YFC3000600、2018YFC1504100）系统地梳理和分析了已有活动断裂结构，通过多元约束方法和三维构造建模系列技术，基于SKUA-GOCAD软件平台，构建了川滇地区主要活动断裂三维模型v2.0（图1）。
该套模型完成了约160条活动断裂的三维模型研制工作，包括龙门山断裂带（图2）、鲜水河断裂带（图3）、安宁河-则木河断裂带（图4）、小江断裂带（图5）、以及红河断裂带等主要活动块体边界断裂；针对金沙江下游的向家坝-溪洛渡水库（图6），建立了主要活动断裂三维模型，为该地区强震危险性模拟评估提供了重要的基础数据支撑。
图1. 川滇地区主要活动断裂三维模型V2.0透视图（V：H=1:1）
图2. 龙门山2008年5.12汶川8.0级地震三维断裂模型
图3. 鲜水河断裂带主断裂三维结构和模型
六、验证（测试）与精度评价
为了评估川滇地区主要活动断裂三维模型v2.0的精度，中国地震局地质研究所将约束活动断裂几何形态的数据资料划分为不同类型（图7），并且半定量地分析了其空间分布密度（图8）：基于无人机和LiDAR等高精度地形数据解译获得的主要断裂地表迹线，其分辨率在25 m以内；结合小震精定位数据，主要活动断裂带的控制节点在5 km以内，部分数据资料缺少的断裂带控制节点在10-20 km不等。
七、模型使用说明
数据名为CSES-3DFM2.0.txt，文件采用文本字段存储方式，坐标系统为UTM，WGS84，48 Zone，格式为：
断层ID号X（m）Y（m）Z（m）
八、模型的主要贡献者
中国地震局地质研究所：鲁人齐、张金玉、王伟、吴熙彦、徐芳、孙晓
河海大学：王毛毛、闫兵
中山大学：李志刚、孙闯
中国地质大大学（北京）：徐锡伟、何登发
天津大学：刘静
九、相关参考文献和资料
1.Lu, R. Q., Zhao C. P, Zhang J.Y., et al., 2023. 3D fault model and seismotectonics indicate the potential seismic risk in the Daliang Mountains, southeastern Tibetan Plateau. Journal of the Geological Society. https://doi.org/10.1144/jgs2023-136.
2.Lu, R. Q., M. M. Wang, Z. G. Li, and J. Liu-Zeng. 2022. Three-Dimensional Community Active Faults Models of CSES, in China Seismic Experimental Site: Theoretical Framework and Ongoing Practice Y.-G. Li, Y. Zhang and Z. Wu (Editors), Springer Nature Singapore, Singapore, 91-109, doi: 10.1007/978-981-16-8607-8_5.
3.Lu Renqi, Yiduo Liu, Xiwei Xu, Xibin Tan, Dengfa He, Guihua Yu, Minggang Cai, Xiyan Wu. 2019. Three-dimensional model of the lithospheric structure under the eastern Tibetan Plateau: Implications for the active tectonics and seismic hazards. Tectonics, 38, 1292-1307.
4.Lu, Renqi and J. Liu-Zeng., 2019. The fault model in China Seismic Experimental Site, V1. CSES Scientific Products. doi:10.12093/04md.02.2019.02.v1.
5.鲁人齐，房立华，郭志等．2022．2022年6月1日四川芦山Ms 6.1级强震构造精细特征．地球物理学报，65（11）：4299-4310，doi: 10.6038/cjg2022Q0438.
