乌什 M_(S)7.1地震序列及应力降特征研究

研究乌什M_(S)7.1地震序列时间和空间变化以及震源参数特征,结果表明地震余震主要分布在主震北东和南西两侧,展布与迈丹断裂的走向基本吻合。目前序列b值为0.67,h值为1.3,p值为1.28。震源机制解为逆冲型,应力降处于低值水平,序列衰减基本正常。此次地震为主震—余震型,最大余震为M_(S)5.8地震。

震源应力降的国内外研究进展综述

应力降作为描述震源标度特性的基本参数,对于了解震源过程的物理性质至关重要,也是地震序列研究和地震危险性评估中必不可少的关键震源参数。为反映近年来国内外关于震源应力降研究的进展,整理了应力降的相关定义、计算方法,探讨了其与地震矩、构造块体、断层参数、震源深度和热流之间的相关性,并对其在构造地震序列研究、诱发地震研究、火山地震研究和地震动预测模型中的应用发展趋势进行梳理和综述。由于应力降的计算过程包含较多不确定性,特别是对于小地震而言,介质特性、数据限制、统计样本以及方法差异等都会对应力降值产生影响,建议在解释和应用的时候,采用多种方法交叉验证,并对不同构造区、不同类型的地震序列进行分别讨论。

应力降研究进展综述

本文介绍了国内外关于应力降研究及应用的一些进展。对应力降定义及计算方法进行简要介绍,对地震应力降整体特征、应力降与地震大小、应力降与构造环境、应力降与序列类型等之间的关系进行简要综述,重点讨论了应力降在震后趋势判定中的可能应用,并对应力降计算结果的不确定性进行了初步讨论。应力降表征地震错动导致的位错面上的应力变化,其定义为地震前后初始应力σ_0与终止应力σ_1之差。地震应力降数值大多为零点几兆帕至数十兆帕,以10MPa以下的居多。应力降与震级、震源深度、构造环境、震源机制、序列类型等之间的关系复杂,对此,也存在诸多不同的认识。消除震级影响之后,地震序列应力降随时间持续升高的现象,对后续强余震有一定的时间指示意义。值得注意的是,诸多因素均会影响应力降的计算结果,数值实验结果显示,拐角频率、零频极限的综合误差对应力降计算结果影响显著,二者不确定性造成的应力降计算误差几乎完全覆盖余震应力降随时间的变化。

云南和四川中小地震应力降时空特征研究

通过消除S波观测谱中的传播路径、场地响应、仪器响应、噪声等的影响,得到中小地震的震源谱。根据Brune震源模型,运用遗传算法计算了云南地区2121次ML2.0～5.3地震和四川地区323次ML3.0～5.1地震的应力降参数Δσ,分析了云南地区和四川地区中小地震应力降时空变化特征。结果表明:云南地区的地震应力降范围为0.03～47.55MPa,其中Δσ≥10.0MPa(高应力降)的地震占4.8%,Δσ的年均值在2.30～5.05MPa之间;四川地区应力降范围为0.19～47.47MPa,其中Δσ≥10.0MPa(高应力降)的地震占21.7%,Δσ的年均值在5.11～8.72MPa之间。Δσ≥10.0MPa(高应力降)的地震主要分布在滇西北至滇东北及川滇交界一带,尤其是在龙门山断裂带有较明显分布。龙门山断裂带Δσ≥10.0MPa的地震占35.8%,Δσ的年均值在5.20～12.09MPa之间,2004～2007年高应力降地震事件明显增多,反映了汶川8.0级大震前的高应力变化过程。

由峰值速度估算地震应力降

根据Ｂｒｕｎｅ（１９７０）提出的震源位错模式，用发生在滇西地震实验场区鹤庆ＭＳ＝５．３中强地震的地震数字化监测资料，计算了Ｓ波谱，测定了鹤庆地震序列的震源参数．在此基础上研究了地面运动峰值速度参数（ｒ．ｖ）对地震应力降Δσ的依赖性．由地震标定关系给出（ｒ．ｖ）∝Δσ２／３，导出了用峰值速度参数求地震应力降的３个关系：ｌｇ（ｒ．ｖ）＝ｄ１＋（１／３）ｌｇＭ０＋（２／３）ｌｇΔσ；ｌｇ（ｒ．ｖ）＝ｄ２＋（１／３）ＭＬ＋（２／３）ｌｇΔσ；ｌｇΔσ＝－１．０＋１．５ｌｇ（ｒ．ｖ）．假定对大小地震的平均应力降取３．０ＭＰａ，由鹤庆地震序列的观测资料定出常数ｄ１＝－３．８８和ｄ２＝－０．３８．序列震源参数测定结果给出，地震矩为１０１１～１０１５Ｎ·ｍ，破裂半径ａ＝２００～６００ｍ．根据峰值速度测定的应力降Δσ＝０．１～１０ＭＰａ，平均为３．７ＭＰａ．用这些标度关系求出的应力降结果与Ｂｒｕｎｅ模式求应力降的结果比较一致．本文的研究结果还表明，地面运动峰值速度参数对地震应力降的依赖性比对地震矩的依赖性更强．

根据走滑大地震前后应力轴偏转和应力降求取偏应力量值的研究

运用走滑地震造成的地震前后应力方向偏转和地震应力降Δτ推导得到地震震源处偏应力量值τ的解析表达式为τ=[Δτcos2(φP′-E)]/sin2(φP′-φP)(其中,φP和φP′分别为地震前后的统计P轴走向,E为地震断层走向.).当震前P轴与震后P轴与断层走向夹角为45°时,该公式失效.对偏应力值与应力降比值随应力场主压应力轴与断层走向夹角及应力场主压应力轴偏转的变化进行分析表明,相同应力降造成的应力轴偏转越大,地下偏应力越小;断层走向越接近主压应力轴方向,地震应力降场对偏应力场的贡献越小.将该方法运用于Landers地震震源区,求得了该地震Homestead Valley段的偏应力量值为10MPa.

黏滑实验的震级评估和应力降分析

本文通过三种结构模型的黏滑地震模拟实验,利用高频速度连续观测系统获得了地震失稳过程的速度特征,讨论了最大位移量的选取方法,估算了实验室黏滑型地震的矩震级,探讨了黏滑类型、应力降大小与震级的关系.结果表明,黏滑型地震的应力降过程可能包含一次到多次高频振荡,对应若干次黏滑子事件.高频振荡的摆动幅度很大,包含有多种频率成分,峰值速度0.003~0.008m·s-1.初步估计黏滑型地震的震级范围为-4.4^-3级,断层构造面的差异对各种黏滑模型的地震震级分布有明显影响.总体来看应力降与地震震级没有明显相关性,决定地震震级的主要因素应当是震源尺度.

武定6.5级地震序列的地震应力降研究

以Brune提出的中小地震圆盘形破裂位错模式为理论基础 ,研究了地面运动峰值参数 (r d)和 (r v)对地震应力降Δσ的依赖性 ,并考虑地球介质Q值对峰值参数的影响 ,利用武定M6 5级地震序列的近场数字记录地震资料 ,由此导出了用峰值位移d和峰值速度v求地震应力降Δσ的关系式 :lg (r d/e-qr) =- 10 5 6+ 2 / 3lgM0 + 1/ 3lgΔσ ;lg (r v/e-qr) =- 2 5 6 6 + 1/ 3lgM0 + 2 / 3lgΔσ。用上述公式测定了武定地震序列的地震应力降Δσ ,结果给出地震序列的应力降Δσ绝大多数在 5 0～ 5 0MPa的范围内 ,是典型的高应力降序列。通过分析应力降的时空分布特征 ,发现应力参数与余震活动的频度及强度相关 ,也与地震构造背景相关。研究结果还表明用地面运动峰值参数估算地震应力降是一种新的实用性较强的方法。

应力降的标度性质与震源谱高频衰减常数

震源谱的高频衰减常数对于较大的地震接近于２， 对于小地震接近于３， 而对于“大”、“小”之间的地震则通常不是一个整数， 并且随地震尺度而变化． 我们把震源谱高频衰减常数及其随地震尺度的变化与应力降随地震尺度的变化联系起来， 试图给出在地震记录的完整性和高频特性并不理想的情况下， 间接地研究应力降标度性质的方法． 对１９８８ 年澜沧－耿马地震部分余震的研究表明， 就这些余震而言， 小地震的应力降随地震尺度而增加、大地震的应力降保持不变的模型， 可以很好地解释观测得到的震源谱高频衰减常数及其随地震尺度的变化．

2001年永胜6.0级地震的余震序列应力降研究

根据Haskell提出的一个统计不均匀随机震源ω -立方模型 ,导出了用震源参数估算地面运动峰值速度的量度 ,从而建立了地面运动峰值速度 (r·v)直接与震源参数的依赖关系 ,即 ,以地震矩、应力降作为标度律参数 ,预测的地面峰值速度按照M01 2 Δσ1 2 标度。对永胜地震近场数字地震记录的峰值速度参数资料的分析表明 ,这样的标度关系更适合对小地震的震源参数估算的统计研究。假定Q因子随频率线性变化的指数衰减项作为地震波传播距离的非弹性衰减 ,导出用地面运动峰值速度直接估算地震应力降Δσ的关系 :lg (r·v e-qr) =- 6 0 +0 5lgM0 +0 5lgΔσ ,测定了 2 0 0 1年永胜M6 0级地震近场数字地震台网观测的 1 0 0多次余震序列的地震应力降。结果给出 ,震级在 0 5 <ML<2 6级的范围内 ,地震应力降为 0 0 1～ 4 2MPa ,余震序列中有99 5 %的地震应力降小于 1 0MPa,一个显著特点是占 6 0 %的余震估算的应力降出现了小于 0 1MPa以下的极低应力降值 ,整个余震序列的应力降随时间衰减很快 ,这种低应力状态与该次余震序列为弱强度衰减是相一致的 。

断层滑动速率、地震重复时间和平均应力降

本文综述了国内外大地震复发间隔研究的现状，系统整理了中国大陆活断层滑动速率，已发现的古地震遣迹及古地震复发间隔。结果表明，在滑动速率较大的活断层发现的古地震复发间隔较短．Ｋａｎａｍｏｒｉ和Ａｌｌｅｎ（１９８５）研究了具有大范围重复时间（２０年到几千年）的板内大地震的震源参数，发现复发间隔较长的大地震具有较高的平均应力降。我们在实验室内研究了应变速率不同时固体围压三轴压缩下完整花岗岩破裂后的粘滑现象。结果表明，粘滑事件的复发间隔受应变速率控制，复发间隔随应变速率升高而减小。粘滑事件在时间上的分布组合方式呈现多样化变化，基本上可分为三种模式：单发式，复发式，群发式。当应变速率较低时，应变速率对应力降的影响较小，当应变速率升高到一定值时，粘滑应力降骤减。在应变速率较低的实验中主破裂发育成两条共轭破裂，随应变速率升高，主破裂逐渐转化为单一破裂。也就是说，当样品的主破裂形成两条共扼破裂时，粘滑应力降较高，而样品的主破裂呈现单一破裂面时，粘滑应力降较低。应力降与粘滑复发间隔的关系较复杂。本文的实验发现，应变速率是影响粘滑复发间隔，应力降以及主破裂的几何分布，破裂面的粗糙程度的关键因素。本文的实验结果对认识天然地震的复发?

不同地震区应力降分布与分形特征

利用 P 波初动半周期的方法测定了5个地震区的小震震源参数.所研究的5个地区和时间段,以及发生的主要地震是:鹤庆,1984-1986年,1986年3月发生5.6级地震:乌什,1985年1月-1987年9月,1987年1月发生6.7级地震;松潘,1975-1976年,1976年8月发生2次7.2级地震:唐山-卢龙,1980年1月-1984年6月,1982年10月发生6.2级地震;邢台,1976-1985年,1981年11月发生5.8级地震.结果表明:(1)5个地区的应力降数值分布和集中范围各不相同,说明积累应力的水平因地区而异,其中唐山-卢龙地区的应力水平最高.其次是邢台和鹤庆,乌什和松潘的应力水平低;(2)5个地区的应力降数值都具有分形的特征,但分维数 D 则因地区而异,其中乌什和松潘的 D 值高,约分别为1.42和1.24,其次是唐山-卢龙地区,D 值为1.06.邢台和鹤庆的 D 值低,约分别为0.73和0.84综上所述,乌什和松潘这两个7级左右大地震发生区的特点是低应力水平和高 D 值;邢台、鹤庆和唐山-卢龙这三个6级左右地震发生区的特点是,高应力水平和低 D 值.

新源、和静交界ML6.8地震序列的应力降和震源机制研究

采用新疆区域台网记录的2012年6月30日新源、和静交界M_L6.8地震序列的数字波形资料,研究分析了余震序列应力降的变化特征及其地震序列震源机制的相关性。采用波谱分析方法和Brune震源模型,计算了新源、和静交界M_L6.8地震序列震源参数、地震序列中不同事件在相同台站的体波零频震源谱值、地震谱振幅相关系数;并对地震序列震源机制解进行聚类分组。结果表明:①在余震序列平静阶段,应力降呈平稳态势,强余震前应力降出现升高-回落变化过程;②滑动平均谱振幅相关系数在主震后发散,表明余震的震源机制解与主震的相关性降低;③震源机制解聚类分组结果显示,M_L6.8地震序列主要以走滑型地震为主,主压应力轴呈近NS向,与近NS向的构造应力场结果基本一致,一定程度上显示了地震前天山中段受NS向水平挤压应力作用明显;④震级、震源机制演化表明,强余震前震源机制解表现较好的一致性,显示了区域应力场控制作用增强,对后续强余震发生具有预测意义。

小江断裂带及邻区应力降特征分析

在对S波观测记录位移谱进行传播路径、场地响应和仪器响应等校正的基础上,根据Brune圆盘震源模型,利用遗传算法估算了小江断裂带及邻区335次ML2.0～5.3地震的应力降,分析了应力降的时空特征。结果表明:Δσ≥10.0MPa的高应力降地震主要分布在小江断裂带的东川、巧家及其以北地区和元谋、武定一带。小江断裂带北段、中段、南段Δσ≥10.0MPa的地震所占比例分别为10.2%、10.9%和1.6%,据此结合地震活动性分析了该断裂带不同段的强震危险性。结合震源位置和速度结构联合反演方法得到的震源位置精确定位结果,分析了应力降和震源深度变化情况及其所反映的断层深部延伸和分布情况。

玉树地区两次强震序列应力降对比研究

利用青海省数字地震台网记录到的玉树地区2006年5级强震群地震和2010年7.1级地震的数字波形资料,计算了这2次地震序列应力降值,并进行了对比,发现应力降值在中强余震前都出现较明显的变化,同时随着地震的衰减,应力降值也逐渐减小。

利用非均匀细胞自动机模拟震级与应力降关系

为解释实际观测资料震源破裂过程与自相似(分形)模型的不一致性,本文基于观测结果,构建了由81×81个细胞单元组成二维非均匀断层模型,并通过设计的细胞自动机模拟程序进行了模拟试验。研究结果表明:断层结构非均匀性是影响孕震过程特征的重要因素,而且地震强度分布并非简单的自相似。随着断层非匀质性增加,破裂过程出现由相对的脆性破坏向塑性破坏特征变化的趋势。利用细胞自动机不仅能较好地解释震级-频度关系中的大、小震级段低头现象,而且也可解释大震级事件具有相对恒定的应力降,得到了与实际观测研究相一致的结果。

断裂力学地震破裂模式和应力降模式的比较及其应用

借鉴断裂力学的研究成果和位错模式，提出了断裂力学地震破裂模式。根据此模式可以通过测定震源参数（位错量D与断层长度L；或地震矩M0与断层面积S；或地震矩M0与体波震级mb）直接估计构造环境剪应力场，同时还解释了应力降模式所存在的矛盾。用美国哈佛大学给出的1990-1999年分布在全球的7660个地震的M0和mb值，计算了这些地震的构造剪应力场г0值。结果表明，绝大部分地震的г0值在5-20MPa之间，平均值为10MPa。利用Geller收集的1923-1968年全球41个大地震的震源参数D和L；M0和S，估计了这些地震的构造剪应力场г0值。结果表明，板间地震г0的值为7MPa左右，板内地震为15MPa左右，全部平均值约为10MPa。我们还同时计算了地震时释放的应变能和地震辐射效率值，效率大约为5%，且与地震大小无关。

山西省内连续5次M_L≥4.0地震序列震源区附近应力降的初步研究

在对山西地区的非弹性衰减系数、场地响应和震源新参数各量关系初步研究之后,利用山西地区2008年8月-2012年5月间发生的ML2.0级以上地震612次,计算其中148次地震的震源新参数.着重研究该时间段内山西地震带连续发生的5次ML4.0级以上地震震源区的背景应力降,阳曲震区的平均应力降为2.586 MPa,其它4个震区都在1～2 MPa间.分析发现山西中部的阳曲震源区、原平震源区、大同震源区震后应力降趋于平稳的低位,而山西中南部地区的洪洞、河津2震源区附近的地震应力降在震后仍处于不断积累、逐步增强的趋势,所以应密切关注山西中南部地区的震情形势.

岩石破裂的前兆变形率、前兆应力降及临震前兆

本文运用测定岩石应力-应变全过程曲线的新方法,进行了非稳态加载情况下岩石破裂过程的试验研究,并通过对试验机与岩样组成的共同作用系统的稳定性分析,从实验和理论上探讨了胞性岩石破裂的前兆应力降和前兆变形规律,定量地阐述了产生这些前兆现象的原因及其与地震前兆的联系。分析表明,前兆变形率比前兆变形更能反映主破裂前兆现象的强烈程度。

景谷6.6级、鲁甸6.5级地震序列应力降变化对比研究

利用云南2014年10月7日景谷6.6级、8月3日鲁甸6.5级地震序列的波形与震相资料,消除区域地震波衰减与台站场地响应后,计算得到2次地震序列的应力降。结果显示,在研究所涉及的震级范围内,应力降呈现随震级增大而增大的趋势。为尽可能消除震级对应力降的影响,对比了相同震级档地震的应力降,结果显示,景谷地震序列的平均应力降明显高于鲁甸地震,这可能与2次6.5级左右地震后震源区的应力状态有关。从序列余震应力降的时、空变化对比来看,景谷6.6级地震后至2014年12月6日5.8、5.9级强余震发生前,应力降变化呈现先缓慢下降、进而转折升高并持续高值的变化过程;同时,高应力降地震在空间上主要集中于5.8级强余震区域。这表明,主震发生后经过一个较短期的调整之后,5.8级强余震震源区的应力环境可能持续增强。5.8、5.9级强余震发生后,地震序列应力降快速下降至相对稳定状态。研究表明,2次6级左右强余震发生后,震源附近区域应力得到一定程度的释放,应力环境降低,地震序列活动也趋于结束。对于后续没有强余震发生的鲁甸地震序列,余震应力降小于景谷地震序列相同震级档地震的平均应力降,同时,主震后余震序列的应力降在时间上几乎未发生太大的变化;结合主震能量释放特点推测,震源区的应力在主震破裂过程中已得到较多的释放,主震后震源区应力变化呈现逐渐恢复的过程,这可能是鲁甸地震余震活动明显较弱,后续亦未有较强余震发生的原因之一。