科研动态 -

基于大数据分析的青藏高原东缘主要断裂带地震发生相关性研究 -

2025-07-30T04:49:41+00:00

地震预测是21世纪最具挑战性的科学难题之一，在区域构造加载情形下，看似孤立的大震活动背后往往潜藏着深层的动力学相关机制，若能通过大数据时空聚类与相关性分析手段，系统揭示复杂断层系统间“唇齿相依”的活动特征、规律与动力学机理，将为丰富和完善大地震预测理论和方法带来全新的视角。

本研究聚焦青藏高原东缘地震高发区，基于地震目录大数据，结合时空聚类分析与统计检验等手段，量化断层间地震活动相似性。这就像为复杂的断层系统绘制“社交图谱”，揭示各断层与关键构造部位的特征地震群间存在的动态联系，甚至相互影响。结果表明，传统的级联破裂和地震空区思想并不适用于该地区的大震时空相关性研究，该地区的地震活动主要受深部动力学活动控制，同时还受火山活动、人类活动的调控，且具有典型的“远场触发”特征。以上新发现不仅丰富完善了张培震院士提出的活动地块理论，也为川滇地震科学实验场的大震预测提供了理论支持与方法指引。

图1 图文摘要

【青藏高原东缘地震活动模式】

断层系统中各个断层相互耦合、相互影响，每次大震都会改变周围断层的应力加载状态。青藏高原东缘地震活动一个重要特点是地震在断层系统中的各个断层之间，在时空上跳跃迁移。地震活动模式被广泛认为是迄今研究最成功的地震前兆之一，其有效性很大程度上依赖于地震活动数据的系统分析。本研究基于地震目录大数据，通过地震活动性的Z检验，揭示了区域地震活动模式（图2）：7级以上地震发生后，震中区域地震活动性显著下降，而下次地震通常发生在与之不相邻的断层中，且孕震区域地震活动性增加。这一模式反映了大震发生后震中区域的能量释放特征及其对后续地震活动的影响，表明地震活动是由区域构造载荷逐步累积和释放的过程，且具有显著的空间和时间连续性。

图2 以7级以上地震作为时间基点的地震活动率变化的空间分布

【断层间地震活动相关性】

张培震院士提出的活动地块理论是研究中国大陆板内地震带与大地震活跃区域的框架性理论。深入理解，丰富和完善活动地块理论是解决复杂断层系统地震活动特征与强震预测的核心。断裂系统级联破裂和地震空区是大震预测的主要依据之一，但在川滇地震科学实验场的预测实践过程中发现，仅从地壳尺度的应力应变演化、断层系统的级联破裂、地震空区等传统思维方式出发，几乎无法给出准确的判断，其中似乎隐藏着更深层次的驱动机制，但究其根本，领域内多年来一直没有明确的答案。因此，本研究通过构建断层相关性网络，定量刻画断层间地震活动相关性，识别出这一潜在的协同活动结构，以解决这一重要难题。

本研究通过构建断层间地震活动相关性的网络（图3），识别出青藏高原东缘三大地震活动簇：巴颜喀拉块体东边界、川滇菱形块体东边界和三江侧向碰撞带。这些活动簇的划分不仅清晰地揭示了区域地震成核的空间特征，也反映了构造演化过程中断裂带间的协同关系。值得注意的是，这些位置与前人基于野外调查和地理空间信息系统等方法人为划分的川滇地区一级地块位置高度吻合。这种高度一致性表明，基于地震目录的地震活动性相似性聚类方法，不仅验证了传统划分的合理性，还弥补了一级地块划分中统计分析方面的空白，是区域构造动力学研究的重要补充。

图3 断层间地震活动性的相关性分析

（a）相关性矩阵；（b）断层间相关性网络（r > 0, p < 0.05）；（c）弹簧形相关性网络（r ≥ 0.3, p < 0.05）

【地震活动的多重驱动机制】

青藏高原东缘位于川滇菱形块体、巴颜喀拉块体与华南块体交汇处，是我国地震活动最为频繁的区域之一。该区域构造变形强烈，主要受高原物质向东挤出的动力过程控制。川滇菱形地块东边界主要由甘孜-玉树断裂带、鲜水河断裂带、安宁河断裂带、则木河断裂带和小江断裂带组成，以右旋走滑运动为主。巴颜喀拉块体北边界的左旋走滑昆仑断裂带是调整青藏高原变形的重要构造单元；东边界为龙门山逆冲断裂，兼有右旋走滑分量，其逆冲活动反映了青藏高原物质向四川盆地楔入的过程，这些区域的地震活动源于构造应力的累积与释放。

除构造应力驱动外，地球深部动力过程亦不可忽视。青藏高原东南缘的三江侧向碰撞带是一个构造挤出与地震频发的关键转折区域。腾冲地区的波速结构数据显示，其地壳下方存在低速体，可能与青藏高原中下地壳的深部低速物质存在联系。虽然地表火山活动已停止，但深部仍活跃，能量在不易释放的状态下积聚，可能在构造条件合适的位置触发地震。

然而地震的发生并非完全由自然构造决定，人类活动也可能成为“诱因”。岩石力学研究表明，地震本质上是断层在积聚一定弹性能量后，通过滑动释放应力的过程。若断层的剪切应力不足以克服其滑动阻力，便会进入“锁定”状态，难以滑动。但人类活动有时会打破这种平衡，从而诱发地震，这种影响能够在区域地震活动性中体现。在青藏高原东缘的金沙江断裂带，下游地区是中国最大的水电基地。水库蓄水带来的地表负载变化，影响深部水力条件，引起孔隙水压力波动，从而增加地震发生的可能。油气开采也对地震活动产生影响。华蓥山断裂带的长宁地区是我国西南页岩气开发的核心区。开采过程中使用高压液体进行水力压裂，不仅改变了孔隙压力，还直接破坏了岩层结构，这些变化都可能诱发地震。

这一切提醒我们：地震不只是自然的产物，也可能是人类活动影响地球系统的“回响”。

【总结与展望】

本文基于地震目录大数据与统计学方法，系统分析了青藏高原东缘主要断层间的地震活动模式及其相关性网络。研究提出的分析方法具有良好的通用性，可推广应用于其他构造区域，为断层间地震活动相关性的研究提供了新的思路与技术路径。然而，本文主要聚焦于断层间线性相关性的识别与分析，尚未深入探讨非线性触发机制这一更为复杂的科学问题。如果未来能破解这些“深层联系”，地震预测或许将真正成为可能。

本文内容来自The Innovation姊妹刊The Innovation Geoscience第3卷第3期以Article发表的“Correlation of earthquake occurrence among major fault zones in the eastern margin of the Tibetan Plateau through Big Data Analysis” (投稿: 2024-12-28；接收: 2025-05-19；在线刊出: 2025-05-20)。

原文链接：https://www.the-innovation.org/article/doi/10.59717/j.xinn-geo.2025.100145

DOI:10.59717/j.xinn-geo.2025.100145

作者简介：

张怀，教授，杰青，地球系统数值模拟与应用全国重点实验室副主任，长期从事计算地球动力学模式研制与地震数值预测的理论与方法研究，主持国家重点研发计划项目，国家自然科学基金面上、重大项目课题，国家863、973、中国科学院战略性先导A、B和国土资源部重大科技专项项目。发表论文240余篇，他引4000余次。

刘天雅，地球与行星科学学院博士研究生, 是数据处理、聚类分析与相关性分析等内容的主要完成人。

地星学院谭锋奇团队在裂缝性油气藏CO2地质封存的差异性方面取得重要进展

2025-07-01T19:45:40+00:00

在国家“双碳”战略目标的背景下，碳封存成为国家应对气候治理的重大战略需求。众所周知，影响碳排放量的因素众多，其中占首要地位的便是化石能源，中国的化石能源在能源结构中占比极大，这对“双碳”目标的实现无疑是严峻的挑战。二氧化碳捕获、利用与封存技术（Carbon Capture, Utilization and Storage， CCUS）正是将CO₂直接加以利用或注入地层以实现CO₂减排的工业过程，已成为国际公认的有效减排方案。当超临界CO₂注入地层以后，可以在提高油气采收率的同时，实现温室气体的长期有效封存，经济价值与社会效益兼具，近40年全球已有约10亿吨CO₂通过CCUS技术实现了地质封存。

随着油气勘探开发的不断持续深入，常规油气资源量逐渐减少，非常规油气成为重要的能源接替类型，相较于常规油气藏，采用体积压裂（Volume Fracturing）方式增加储层的渗流能力与泄油面积是非常规油气藏最主要的开发方式。致密砾岩油藏作为一种重要的非常规油气藏类型，其微观孔隙结构更加复杂且连通性差，储层非均质性极强，呈现出低孔、低渗的渗流特征，开发难度很大。超临界CO₂因其独特的降黏、扩容、增能的物理化学作用，成为了提高油藏采收率的最佳驱替介质。在驱油的过程中，致密砾岩油藏普遍有机质含量高、密闭性良好，在CO₂地质封存领域也展现出巨大潜力。虽然目前针对油田尺度上封存量的计算已经有成熟的方法，但是，实际驱油过程中往往在采油井不出油时会停止注CO₂，以保证油田的经济效益，导致封存量远低于油田尺度的理论值。因此，确定油藏实际开发过程中CO₂封存量的地质模式及定量表征方法，亟需科研攻关。

地球与行星科学学院谭锋奇研究团队以新疆准噶尔盆地玛湖凹陷致密砾岩油藏为研究对象，设计了4组不同驱替方式的岩心驱油实验，根据驱油实验前后的铸体薄片、扫描电镜及能谱元素分析结果，在岩心尺度上创新性地提出了4种驱油方式CO₂封存量的定量表征方法，并明确了不同驱油方式下地质封存的差异性。结果表明，驱油过程中存在加压气体的机械破碎作用以及碳酸溶蚀反应改造储层孔隙结构的机制，人造裂缝附近改造作用最为明显。根据质量守恒定律，利用矿物中Ca、Mg元素平均含量的变化建立封存量的物理计算模型，实现了裂缝性致密砾岩储层CO₂溶解捕获和矿化捕获量的定量表征，计算结果表明不含裂缝的异步驱方式矿化与溶解捕获的封存量均高于其它三种驱替方式。含裂缝的3种驱油方式中，异步驱的矿化捕获量最大，CO₂吞吐与异步驱较小且二者相近；连续驱与异步驱溶解捕获量相近且远高于CO₂吞吐方式。研究成果可以为体积压裂的非常规油气藏CO₂驱开发过程中地质封存潜力的定量评价提供科学依据，助力国家“双碳”目标的实现。

该研究成果于2025年6月，以CO₂ Geological Storage Using Different Oil Displacement Methods in Tight Conglomerate Reservoir Samples from the Mahu Depression为题发表在Energy & Fuels期刊上。该研究获得国家重点研发计划（2023YFF0804304）、“碳达峰”与“碳中和”教育专项（E3E50401A2）、中央高校基础科研专项资金等项目联合资助。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.5c00680

体积压裂后致密砾岩油藏CO2地质封存量的评价模式与计算方法

[学术报告] 基于分布式光纤振动传感的城市环境地球物理学应用研究——以桥梁健康监测等为例

2025-06-30T18:26:05+00:00

地星学院孙爱芝课题组在哈萨克斯坦东部降水变化的驱动机制方面取得重要进展

2025-06-05T17:02:37+00:00

中亚干旱区被认为是世界上最干旱的地区之一，其干旱的环境、稀疏的植被和脆弱的生态系统使该地区极易受到气候变化的影响。由于不同气候系统（如中纬度西风带、西伯利亚反气旋和亚洲夏季风）的相互作用使得该地区水文气候变化的空间特征较复杂，并且历史时期降水量的大幅波动导致了湖泊和绿洲面积的变化，而这些变化成为影响该地区王国兴衰的环境因素。因此，了解在不同时间尺度上控制中亚干旱区气候变化的过程和可能机制对于评估该地区未来气候、水文动态及其对当地人口的潜在影响至关重要。

哈萨克斯坦位于中亚干旱区的中心，是理解过去气候变化的关键地区。本研究首先基于哈萨克斯坦东部和我国西北地区表土样点的孢粉与气象数据构建了可靠的孢粉-降水量定量模型，然后利用在科尔贝（Kolbay）盆地新获得的过去2200年的孢粉记录定量重建了降水量的变化，最后通过区域对比和不同季节水汽来源的后向轨迹模型模拟揭示了该地区降水变化的来源及可能的驱动机制。结果显示，在过去2200年里，Kolbay盆地地带性植被总体已由草原向荒漠草原转变；气候经历了2次相对湿润期（270 BCE-450 CE、750 CE-1750 CE）和2次相对干旱期（450 CE-750 CE、公元1750年到现在）的周期性变化；哈萨克斯坦东部的降水变化不仅与吉尔吉斯斯坦北部过去2200年的气候变化相似，而且在近300年的短时间尺度上亦是如此。这表明，研究区过去2200年的气候不仅受到中纬度西风环流和北大西洋涛动（NAO）的影响，还受到复杂的区域高山地貌（天山山脉、帕米尔高原）和不同地理区域水汽输送路径的影响。该研究对准确评估该地区未来气候和水文动态及其对当地人口的潜在影响具有重要意义。

该项研究成果于2025年6月2日以“Precipitation changes in eastern Kazakhstan over the last 2200 years based on pollen records”为题发表在国际地学权威期刊Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology上。该研究获得国家自然科学基金面上项目和中国科学院青年创新促进会项目联合资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2025.113072

Figure 1. General physiographic setting and location of the KOL-18 section. a: mean annual precipitation (Pann), b: mean annual temperature (Tann), c: vegetation types, d: mean monthly precipitation and temperature recorded by the nearest meteorological station, e: KOL-18 section photo.

Figure 7. Comparison of the reconstructed Pann variations from the KOL-18 section (a) with those precipitation or moisture records from Lake Dalong chi (b, Feng et al., 2023), Lake Ebinur (c, Wang et al., 2013), Lake Sayram (d, Lan et al., 2020) in the ACA, and NAO proxy index (e, Faust et al., 2016). The gray shadow marks the dry epochs. Black dashed line represents the trend of precipitation or humidity changes.

[学术报告] ①Mush Processes ②Water-fluxed melting of the crust

2025-05-25T23:54:15+00:00

[学术报告] Flexural Pumping and the Origins of Petit-Spot Volcanism

2025-05-25T16:57:30+00:00

[学术报告] Geodynamic modelling of anorogenic volcanism and fluid-mediated forearc metasomatism with applications to the Central Mediterranean and NE Asia

2025-05-19T16:23:19+00:00

国科大地星学院牵头申报项目入选联合国“科学十年”首批认可计划，助力东帝汶地质灾害防治与可持续发展

2025-05-16T19:07:37+00:00

5月5日传来喜讯，由地球与行星科学学院及地球系统数值模拟与应用全国重点实验室牵头申报的 “东帝汶断裂带热年代学与地质灾害风险研究计划”，成功入选联合国 “2024-2033 可持续发展科学十年（IDSSD）” 首批认证项目。这一成果标志着中国与东南亚国家在深化科技创新合作、推动世界最不发达国家可持续发展领域迈出关键且坚实的一步，开启了国际合作的新篇章。

图1 帝汶岛地区1970-2025年的地震数据 (https://ds.iris.edu/ieb/index.html/)

该计划为期 5-10 年，由与印度尼西亚国家研究创新署、印度尼西亚大学共同推进，旨在促进中国与东南亚国家科学家、政策制定者和利益相关方建立长期合作机制，通过科技交流与能力建设，提升区域地质灾害防治能力，共同助力实现区域可持续发展目标。印度尼西亚群岛与东帝汶地处构造活跃的环太平洋地震带（图1），这项获联合国认可的计划对提升上述高风险区域的抗震韧性与可持续发展能力具有重要潜力。

计划紧扣 IDSSD “推动人类健康与环境可持续发展” 的宗旨，聚焦岩石地球化学、热年代学及海洋地球化学研究支撑区域可持续发展的目标。具体而言，将通过分析岩体冷却历史、剥露速率、断裂活动期次及海水地球化学组成变化来评估地震等风险，同时搭建联合实验室，为地质环境和气候等影响下的社会基础设施规划、土地利用政策及灾害防范等减灾策略提供科学的政策建议。

据悉，联合国《2024—2033 年科学促进可持续发展国际十年》决议于2023年8月在联合国大会通过，旨在通过科学促进全球合作以实现未来可持续发展。为落实该倡议，UNESCO于2023年10月正式启动“科学十年”项目征集工作。经过全球范围的严格遴选，包括本计划在内的第一批25个计划入选“科学十年”首批清单。

图2 UNESCO确认函

联合国教科文组织（UNESCO）自然科学助理总干事莉迪亚・布里托（Lidia Brito）在5月5日的确认函（图2）中对该计划表示了认可与祝贺，并强调了参与者需遵循开放科学、知识共享以及国际合作的原则。

这一项目的成功入选，不仅彰显了中国在地质灾害防治与可持续发展研究领域的实力与国际影响力，也为中国与东南亚国家在相关领域的深入合作奠定了坚实基础，将有力推动区域在应对地质灾害挑战和实现可持续发展方面取得新进展。

项目团队负责人简介：

Quek Long Xiang(郭龙翔)博士，现任地球与行星科学学院特别研究助理，主要从事矿物同位素年代学与造山带岩石大地构造学研究。他深耕东南亚关键造山带演化及特提斯洋构造域研究逾十年，现作为地星学院李继亮岩石大地构造实验室核心成员，统筹管理大地构造实验室的科研攻关与国际合作项目，主导实验平台标准化建设及东南亚区域地学数据库开发。获国家自然科学基金外国青年学者研究基金（2023）。

李舢，地球与行星科学学院教授/长聘副教授，主要从事岩石大地构造等领域的教学和科研工作，承担国家青年人才，中国科学院引才计划及中央高校科研能力提升等项目，获第19届侯德封矿物岩石地球化学青年科学家奖。现任Geology、GSA Bulletin及Tectonics等国际SCI期刊编委和副主编。

地球与行星科学学院特邀国际著名学者Robert Riding 教授作学术报告

2025-04-27T18:59:39+00:00

生物（分为微生物和宏体生物）形成矿物的作用叫生物矿化作用，其中微生物矿化作用形成的岩石叫微生物岩石。在地球演化历史中，微生物矿化作用形成了巨量微生物岩石，是记录全球环境变化，尤其是大气和海洋含氧量变化、海洋化学成分变化、生物演化的万卷书。形成于浅海环境中的碳酸盐是微生物岩石的典型代表，在地球演化历史的前35亿年中巨量发育，新元古代之后则显著减少。

4月26日上午，国际著名学者Robert Riding 教授应邀到访地球与行星科学学院，并针对这一问题作了题为“地球氧化与海洋微生物成因碳酸盐岩（Oxygenation and marine microbial carbonates）”的学术报告，报告通过线上线下形式同步开展，线下20余人、线上80余人同步参会，合计100余人参加了此次学术交流。

在学术报告中，Robert Riding教授提出了氧对溶解铁的局部去除是太古代早期海相碳酸钙沉淀的关键控制因素。最可能的充足氧气来源是海洋蓝藻的产氧光合作用。浅海氧含量逐渐增加，在太古宙局部开始，在元古代继续扩大，在古生代增加。浅海底栖微生物碳酸盐沉积物在新元古代丰度显著下降，但在寒武纪仍在局部普遍存在。在整个显生宙，微生物成因碳酸盐的丰度和无脊椎动物多样性之间此消彼长的模式支持了微生物碳酸盐丰度随着钙化无脊椎动物的增加而下降的观点。
Robert Riding教授作学术报告

在互动环节，与会师生与Robert Riding教授围绕讲座内容积极互动，Robert Riding教授热情地解答了相关问题，并鼓励师生们积极投身相关研究。活动现场气氛热烈。

学生互动交流提问

通过本次学术报告会，带领大家走进了国际学术前沿，学生们对地球氧化与海洋微生物碳酸盐岩方面的最新进展有了更深刻的认识和更深入的思考；同时拓宽了学院师生的国际化视野，进一步营造了更加浓厚的学术科研氛围，对加强学生今后更加有效地开展研究起到了积极的推动作用！

附：国际著名学者Robert Riding 教授简介：

Robert Riding 教授，国际著名学者，英国卡迪夫大学荣誉教授，美国田纳西大学研究教授，主要从事藻类和微生物的碳酸盐岩（包括叠层石）的地质历史及其反映的全球气候、海平面变化、海水化学和大气成分变化研究。发表学术论文200多篇。与国内很多单位的同行有学术合作。

[学术报告] 地球氧化与海洋微生物碳酸盐岩 0xygenation and marine microbial carbonates

2025-04-22T19:23:58+00:00