青藏高原北部历史强震对2022年门源MS6.9地震及后续地震库仑应力触发作用

本文采用Burgers黏弹性模型计算1125年以来青藏高原北部历史强震对2022年1月8日青海门源M_(S)6.9地震单独和累积的库仑应力变化,分析历史强震对此次门源地震黏弹性触发作用及其对后续地震的影响.结果表明:(1)1920年海原M8½级地震、1927年古浪M8.0级地震和1954年山丹M7¼级地震对2022年门源地震的加载最为显著,分别相当于使门源地震提前7.6年、5.3年和5.2年;(2)1986年门源M_(S)6.4地震对2022年门源地震的卸载作用最明显,使其发生延迟14.4年左右,2016年门源M_(S)6.4地震使2022年门源地震延迟0.4年左右;(3)2021年玛多M_(W)7.3地震对2022年门源地震有较为显著的触发作用,门源M_(S)6.9地震对2022年1月23日哈拉湖M5.8级地震有触发作用,哈拉湖M5.8级地震对2022年3月17日肃南M5.1级地震及2022年3月26日哈拉湖M6.0级地震有较强的触发作用,而哈拉湖M6.0级地震又触发了2022年4月15日哈拉湖M5.4级地震.综合分析历史强震库仑应力演化结果和断层受历史地震库仑应力作用的影响,认为该区域应力积累处于较高水平,祁连山内部断层受到应力扰动时容易失稳滑动,其中门源地震区附近、祁连山西段哈拉湖北部、老虎山断裂西段、祁连山北缘断裂中段、昌马—俄博断裂中段、阿尔金断裂阿克塞段、托莱山断裂西段、鄂拉山断裂和大柴旦—宗务隆山断裂东段等断层段都处于库仑应力高值区域,应给予关注.

2020年1月19日伽师M_(S)6.4地震静态库仑应力触发及对周边断层影响研究

针对2005年以来南天山西段8次M_(S)≥5.0地震,计算静态库仑应力和主要断层的加卸载效应,结合余震空间展布,分析应力触发及对周边主要断层的影响,结果表明:2008年乌恰M_(S)6.9地震与2016年阿克陶M_(S)6.7地震的发生,对伽师M_(S)6.4地震的发生起到延缓作用;伽师M_(S)6.4地震震中NNE方向、SSW方向和NWW方向处于库仑应力加载区,随着应力持续积累,上述区域未来一段时间地震危险性增强;柯坪断裂绝大部分区域、迈丹—沙依拉姆断裂中段、喀拉铁克断裂西南段发生地震危险性较大。

基于InSAR约束的2022年泸定MW6.6地震同震滑动分布及库仑应力变化

基于Sentinel-1A升降轨影像数据,利用D-InSAR获取2022-09-05泸定地震视线向同震形变场。首先利用贝叶斯方法搜索断层的先验几何参数,利用非负最小二乘原理反演断层精细滑动分布,然后根据断层滑动分布参数计算震中附近库仑应力变化,最后利用震间GPS速度场数据计算发震区震间应变场。结果表明:1)泸定地震的同震形变场沿视线向的最大形变量为15 cm;2)泸定地震是一次典型的左旋走滑型地震,断层走向为NNW-SSE,约167°,沿走向破裂约为55 km,倾角约74°,断裂深度主要为0~17 km,最大滑动量约为1.12 m,对应深度为1 km,释放的总地震矩为1.02×10^(19)Nm,对应矩震级为MW6.64;3)鲜水河断裂带南东段、安宁河断裂带北段和玉龙希断裂中北段处于应力加载状态,未来发生地震的可能性较大;4)震源区位于拉张应变和挤压应变的转换区域,该应变转换区可能与多个不同活动块体在该地区的交会有关。

昌马MS7.6地震三维同震形变场数值模拟及库仑应力触发研究

1932年12月25日,甘肃玉门市昌马镇附近发生MS7.6地震(震中:39.70°N,96.70°E),此次地震是继1920年海原MS8.5地震、1927年古浪MS8.0地震之后青藏高原东北缘祁连山—河西走廊地震带内的又一强震。这组大地震活动无论在时间序列上还是在空间序列上都极其罕见,引起了众多国内外学者的广泛关注,普遍认为是一次陆内地震活动沿相关断裂带由东向西迁移的典型样例。基于PSGRN/PSCMP程序,以前人地表地质调查相关结果为约束,利用弹性位错理论获取昌马地震断层破裂模型,以此为基础,基于黏弹性半空间分层模型模拟计算昌马地震产生的地表同震三维形变场。通过研究单次地震与地震叠加的库仑应力变化对后续地震的触发关系,分别对海原地震、古浪地震以及它们的叠加对昌马地震的触发作用进行研究。结果表明:海原地震、古浪地震以及它们的叠加均未超过可能触发地震的经验阈值,故认为昌马地震可能不受海原地震和古浪地震所造成的库仑应力变化的影响。此研究可为利用实际形变解释昌马地震的孕震过程研究提供理论依据。

青藏高原东北缘主要断裂带的库仑应力演化及其强震危险性

自1920年海原发生M8.5地震以来,青藏高原东北缘接连发生了1927年古浪M8.0地震、1932年昌马M7.6地震等一系列大地震,使其进入了强震活动的丛集期。为了探究青藏高原东北缘这一系列地震间的相互作用及区域地震危险性,建立青藏高原东北缘的三维Maxwell黏弹性有限元模型,模拟了区域自1920年以来17次M6.7以上地震的同震及震后库仑应力演化。结果显示:研究区自1920年海原M8.5大地震之后,后续的16次地震中,有13次地震发生在库仑应力变化为正的区域,说明了地震间的相互作用可能是导致区域地震丛集的主要原因之一。系列地震发生后,阿尔金断裂、柴达木盆地断裂西段、东昆仑断裂中段、鄂拉山断裂北段、共和盆地断裂南段、日月山断裂南段、庄浪河断裂、礼县—罗家堡断裂、成县盆地断裂西段、文县断裂西段、龙首山断裂南段、六盘山断裂东段、西秦岭北缘断裂东段、海原断裂西段和祁连断裂东段位于库仑应力变化为正的区域,且大部分断裂或断裂段的累积库仑应力变化超过了0.01 MPa,它们未来的地震危险性较高。

2006年珊溪水库M_(L)4.6震群静态库仑应力变化及其对后续地震的影响

浙江省珊溪水库2006年2月4日至11日发生8个M_(L)4以上地震,最大地震为M_(L)4.6地震,截至2009年12月10日,共发生1063次小地震。为探讨8个M_(L)4以上地震主发震断层的库仑应力变化特征以及库仑应力变化对后续地震发生的促进作用,基于库仑破裂准则,计算珊溪水库该M_(L)4.6震群的静态库仑应力变化,讨论不同有效摩擦系数对库仑应力变化的影响,并依据Dieterich速率—状态摩擦定律计算并讨论其静态库伦应力变化对后续地震活动性的影响。结果表明,珊溪水库8次M_(L)4.0以上地震的静态库仑应力变化及库水下渗导致的静摩擦力变化,对后续地震的发生起到一定促进作用,约76.3%的地震发生在库仑应力变化为正的区域;有效摩擦系数的取值对库仑应力场与余震分布之间的关系影响不大;计算F_(11-1)、F_(11-2)及F_(11-3)分支断层中部的库仑应力变化,发现库仑应力在F_(11-1)、F_(11-2)断裂上降低,在F_(11-3)断裂上增加,表明未来地震在F_(11-3)断裂附近多发的可能性更大。

基于GNSS与InSAR约束的九寨沟M_S7.0地震滑动模型及其库仑应力研究

2017年8月8日的九寨沟MS7.0地震发生在岷江断裂、塔藏断裂及虎牙断裂交汇地区,地处青藏高原东北部的川甘交界地区,位于巴颜喀拉地块的东缘,地质构造复杂,对于九寨沟地震震中位置和发震断层的确定,存在不同意见.本文利用GNSS及升降轨InSAR观测,在获取九寨沟地震同震形变场的基础上,基于均匀弹性半无限位错模型,联合反演了发震断层的滑动分布模型,并计算了同震库仑应力变化.InSAR同震形变场显示,视线向最大沉降量和抬升量分别为0.21 m和0.16 m,形变场长轴为NW向,形变主要集中在断层西侧.距震中40km和65km的九寨和松潘两县,水平向的GNSS同震位移分别达14.31mm和8.22mm.联合GNSS和InSAR同震形变场反演得到的滑动分布主要集中在沿走向5~33km,倾向2~20km的范围内,平均滑动量为0.18m,最大滑动量为0.91m.发震断层长40km,宽30km,走向155°,倾角81°,滑动角-9.56°.同震位移场及滑移分布模型表明此次地震为一次左旋走滑为主的地震事件,地震破裂并未完全到达地表,与虎牙断裂北段的几何产状和运动学性质更为接近,结合精定位余震的分布,我们确定虎牙断裂北段为此次地震的发震断层,震中位于北纬33.25°,东经103.82°,震源深度10.86km,矩震量为7.754×1018 Nm,相应的矩震级为MW6.5,与美国地调局和哈佛大学给出的震源机制解基本一致.同震库仑应力导致了虎牙断裂北段延长线的东北和西南两端应力增强,其中塔藏断裂的罗叉段和马磨段未来强震的危险性值得关注.

鲜水河断裂带库仑应力演化与强震间关系

以鲜水河断裂带为研究区,首先验证了该断裂带上1893年以来M6.7以上地震的相互触发作用,然后采用更符合实际的分层黏弹介质模型研究强震震后黏滞松弛引起的库仑应力变化对后续地震的影响,并基于负位错理论计算鲜水河断裂带10个断层段的震间长期构造加载作用引起的断层上的应力积累.在此基础上,讨论同震、震后、震间效应引起的累积库仑应力变化与区域强震活动的关系,给出断层上库仑应力随时间的演化.结果表明,鲜水河断裂带上1893年以来发生的7次强震均在其前面一系列强震及构造应力加载的驱使下发生,同震、震后、震间三方面效应均引起了鲜水河断裂带不可忽略的库仑应力变化.对断层上的库仑应力状态的研究,可进一步为揭示地震的发生规律、找寻危险断层段提供线索.

汶川5.12地震引起的库仑应力变化及其对周边地震活动的影响

汶川"5.12"8.0级特大地震,造成重大人员伤亡和财产损失。地震对周围地区断层活动性的影响和余震发展方向是人们关心的一个问题。根据汶川地震同震静态位移我们计算了周围地区一些断层的库仑应力变化,并据此评价了震后周围地区断层和地震的活动性。计算结果表明,龙门山断裂带东北段,包括北川、青川、宁强等地,为库仑应力增强区,有利于地震的发生。较大的余震分布与库仑应力增强区有较好的对应关系。鲜水河断裂带主要为库仑应力下降区,只有一小段为增高区,鲜水河断裂带总体上不利于地震活动。成都地区的西北部库仑应力增强,东南部应力下降。库仑应力变化的研究对大震后地震趋势的分析有重要意义。

红河断裂带库仑应力演化及未来地震危险性估计

现今地震活动性显示红河断裂带强震主要发生在断裂带的北段,中段长期存在地震空区.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未来潜在地震危险性,本研究基于分层半无限空间黏弹性地球模型计算了自1833年嵩明M8.0地震以来,红河断裂带上及其周边共25次强震由于同震应力阶变、震后黏滞松弛和震间构造应力加载的综合作用,红河断裂带上库仑应力变化的演化过程.结果表明,在近180年红河断裂带南北两段得到加载,中段始终位于应力影区,这可能部分解释红河断裂带南北段地震相对活跃、中段长期存在的地震平静现象.假设未来三十余年该地区不再发生大震,考虑震后和震间作用,红河断裂带中段应力影区仍然存在,但范围在缩小;洱源附近、大理至大斗门以北地区、元江以南地区应力增加超过0.1 MPa,可能仍是地震潜在危险区段.

青藏高原东北部的库仑应力积累演化对大地震发生的影响

假定地震可以模拟为多层弹粘性介质中的位错,考虑大地震(M≥7.0)和GPS数据得出的长期构造加载为形变源,依据多层麦克斯韦弹粘性介质中位错产生的应力变化,计算得到了地震产生的应力变化,给出了青藏高原东北部1920年以来积累库仑破裂应力演化.地震破裂的断层长度、宽度和滑动量根据前人统计公式和野外地质调查得到.研究表明,20次M≥7.0地震中,除1990年共和地震、1952年当雄地震和1976年松潘双震的后一个事件外,17次大地震均发生在库仑破裂应力变化为正的区域,触发率达85%.本研究为中长期地震危险性估计在一定程度上提供了基础数据.

库仑应力计算及应用过程中若干问题的讨论——以汶川地震为例

大地震发生后,估计后续地震发展趋势是人们关心的问题.目前,学术界经常利用大地震造成的库仑应力变化研讨大震对后续地震的影响,但库仑应力的计算和应用中尚有一些问题被忽视而有待探讨.本文修正了传统的库仑应力计算中沿地震破裂面滑动方向计算剪应力变化的近似方法,考虑震后主应力方向可能改变对剪应力变化量计算的影响,对改进方法和传统方法获得的结果进行了对比分析.本文基于龙门山地区背景应力场测量资料,根据不同研究者反演的地震破裂模型,计算了汶川地震造成的静态库仑应力变化,考察了不同地震破裂模型下库仑应力分布差异.在断层面附近,使用改进方法与传统方法计算的库仑应力分布差异相当大;利用多个地震破裂模型计算大地震库仑应力判断大震后余震发展趋势时,要注意破裂模型不确定性对危险性估计的影响.

1989—1999大同地震序列的隐伏断层研究:库仑应力分析和余震JHD重定位

1989年到1999年,大同—阳高地区发生了一系列MS≥5的中强地震.本文基于前人对1989年三次MS≥5地震的震源机制反演的结果,通过建立不同断层模型,利用库仑应力方法,计算前震对于主震,以及前震和主震对于余震的库仑应力触发关系,提出了一种可能的破裂模型,即1989年前震沿北西西方向发生左旋破裂,之后主震和余震沿北北东方向发生右旋破裂.根据这种破裂模式计算得出,前震发生后,主震震源处的库仑应力增加了约2×105 Pa,余震震源处的库仑应力出现下降;主震发生后,余震处的库仑应力出现回升,最后余震处的库仑应力几乎没有变化.基于大同地震台网的近场观测数据,用JHD(Joint Hypocentral determination)定位方法,对1999年11月1日MS=5.6地震后一个月的余震进行重定位,得到一条走向118°,倾角85°的左旋走滑断层,余震的深度分布在5km至20km范围内,显示该断层是隐伏断层.另外提出对主震震中位置约10km的修正.本文对1989年三次MS≥5地震序列和1999年MS=5.6地震余震空间分布的研究揭示该地区存在两条活跃的共轭隐伏走滑断层(1989年主震的北北东方向和1999年地震的北西西方向),并且推断已知的大王村断裂和团堡断裂是地下这两条共轭的隐伏走滑断层构造/地震活动在地表的响应.

2014年2月12日新疆于田M_W7.0地震源区静态库仑应力变化和地震活动率

2014年2月12日新疆于田M_W7.0地震源区位于巴颜喀拉块体与西昆仑块体的连接部位,东西向拉张构造发育,距离2008年3月21日于田MW7.1地震震中位置约100km.根据有限断层地震破裂过程模型,计算了2008年新疆于田地震产生的静态库仑应力变化.此次地震的断层面呈北偏东方向,在断层两端出现3个应力加载区,2014年于田主震位于破裂前端的库仑应力加载区.这一结果表明,2008年于田地震可能对2014年地震事件起到了触发作用.2008和2014年新疆于田地震产生的静态库仑应力变化与余震事件的空间分布具有明显的相关性,大多数余震位于应力加载区,发生在卸载区的余震较少.静态库仑应力变化与余震序列吻合较好.2014年3月21日新疆于田地震之后40天,在北西方向发生MW5.2强余震,其震中位置的应力增量达到0.63×105Pa.通过比较,发现静态库仑应力变化和地震活动率之间具有较好的相关性.地震活动率较高的区域与静态库仑应力加载区相对应,如康西瓦断裂东段、贡嘎错断裂中段和东北段等区域.

2017年九寨沟地震所受历史地震黏弹性库仑应力作用及其后续对周边断层地震危险性的影响

首先对2017年九寨沟MS7.0地震周边断裂活动和历史地震特征进行了阐述;然后利用黏弹性地壳模型,计算了1933年叠溪地震、1976年松潘震群和2008年汶川地震对2017年九寨沟地震的同震和震后库仑应力作用.该结果显示1933年叠溪地震对九寨沟地震具有延缓作用,而1976年松潘震群和2008年汶川地震对九寨沟地震的黏弹性库仑应力作用为正;随着下地壳和上地幔黏弹性物质的持续作用,前述几次地震总的黏弹性库仑应力在九寨沟地震破裂中心点处负的库仑应力逐渐减弱,而在破裂北段这些库仑应力逐渐转为正值,并促进了九寨沟地震的发生.本文也计算了九寨沟地震后对周边断层的库仑影响,并将此影响值转换为对断层能量积累的影响时间上,结果显示塔藏断裂带西段和中段在内的多条断裂带受到黏弹性库仑应力影响时间值超过10年.将库仑应力影响时间值加入到部分已知离逝时间的断层段上,也得到了这些断层段的未来30年特征地震发生概率.最终结果认为玛沁断裂带、玛曲断裂带、哈南—稻畦子断裂中段和西段等断层段的强震危险性需要重点关注.

川滇地区主要断裂带上的库仑应力变化及其对地震危险性的指示

文中基于弹性位错理论与黏弹性分层介质模型,考虑川滇地区及邻区历史强震的同震位错与震后黏弹性松弛效应的影响,计算给出了1515年永胜M 7.8地震以来川滇地区主要块体边界断裂带与构造块体内部的库仑应力变化。计算结果显示,鲜水河断裂带南段、安宁河断裂带、小江断裂带北段、龙门山断裂带南段、楚雄-建水断裂带与小江断裂带的交会处、理塘断裂带沙湾段等断裂带上的库仑应力增加显著(≥0.1MPa)。同时,块体内部川滇藏交界区的库仑应力增加同样显著。综合地震空区、地震活动性参数及文中所给出的应力场变化结果分析认为,安宁河断裂带、小江断裂带北段、鲜水河断裂带南段、龙门山断裂带南段和川滇藏交界区未来的强震危险性值得密切关注。文中研究结果可为川滇地区未来的地震危险性分析提供力学参考。

2014年鲁甸6.5级地震成因、破裂特征和余震分布特征的库仑应力作用

根据2014年鲁甸MS6.5地震的区域构造和余震共轭分布特征,本文首先计算了1733年小江断裂带北段M7.75地震,1850年则木河断裂带M7.5地震和1974年马边MS7.1地震对鲁甸MS6.5地震震源机制解两个节面的黏弹性库仑应力作用,结果显示NNW向发生主破裂的包谷垴—小河断裂受到这3次地震,尤其是1850年M7.5地震明显的库仑应力作用,我们认为则木河断裂的高速左旋走滑运动以及7级以上强震的重复发生对于包谷垴—小河断裂的强震孕育和断裂演化方面具有促进作用;然后分析了鲁甸6.5级地震的共轭破裂与余震分布特征,并分别计算了两个共轭破裂面单独破裂对另一破裂面的库仑应力作用,结果显示NEE向破裂促进NNW向破裂的发生,而NNW向破裂后则阻碍了NEE向破裂的进一步发展,最终发展成以NNW向破裂为主的共轭破裂事件;最后计算了共轭破裂产生的库仑应力变化对余震的影响,认为位于NEE向破裂面西侧的余震集中分布主要是由于应力触发作用而形成.

华北地区库仑应力演化与强震活动关系

采用更加符合长期变形和震后短期变形的Burgers流变模型,模拟了华北地区1303年以来6.5级以上地震引起的同震和震后库仑应力演化.结合华北地区历史地震期幕活动特征,分析了不同活跃期之间、同一活跃期内不同地震之间的库仑应力加卸载效应.结果表明:华北地区不同活跃期的强震主体活动区受控于历史强震的库仑应力加载作用;每个活跃期内强震活动主体区在空间上的迁移与该活跃期内首个7.5级以上地震的触发作用有关;华北地区每个活跃期内强震活动在时间上表现出的“平静期—活跃警告期—高潮期—剩余释放期”应该是区域动力加载过程的一种表现.岩石圈流变松弛效应引起的库仑应力变化对华北地区强震活动时空演化有显著的促进作用.本研究讨论了库仑应力变化在华北地区历史地震活动时空演化过程中可能扮演的角色,为探索华北地区强震活动空间迁移和韵律特征蕴含的构造动力学过程,以及与之相关的地震危险性判定提供参考依据.

祁连-海原断裂带库仑应力演化及地震危险性

祁连—海原断裂带是青藏高原东北缘重要的活动断裂带,调节着青藏高原北东向推挤作用和阿拉善地块的东西向运动。已有地震地质和数值模型结果显示,祁连—海原断裂带目前存在几个强震破裂空段且其上应力积累显著、断层闭锁程度高,2022年1月8日门源MS6.9地震即发生在祁连—海原断裂带西段的断层高闭锁、应力积累显著的破裂空段。为进一步认识祁连—海原断裂带未来的强震危险性,本文收集整理了青藏高原北部的强震破裂模型,并基于分层黏弹性流变模型计算了青藏高原北部1900年以来的强震对祁连—海原断裂带的库仑应力加载。结果显示,祁连—海原断裂带西段的木里—江仓断裂和托莱山断裂以及中段的金强河—老虎山断裂应力增强显著,最大库仑应力加载可达1 MPa以上。显著的强震库仑应力加载、强震破裂空段与已有数值模型给出的高应力积累区域和断层高闭锁区域吻合,这表明祁连—海原断裂带西段的木里—江仓断裂和托莱山断裂以及中段的金强河—老虎山断裂未来地震危险性高,亟需进一步关注。

1976年唐山强震群震后库仑应力演化及其与2020年古冶5.1级地震的关系

采用能够综合协调长期变形和震后短期变形的Burgers流变模型,模拟了1976年唐山强震群引起的震后形变场以及同震和震后库仑应力变化。结果显示:1976年唐山强震群中主震的两个破裂面以及滦县和宁河两次强余震均对2020年古冶5.1级地震表现为库仑应力加载。岩石圈粘弹性松弛效应引起的库仑应力变化显示,震后15年前后,库仑应力演化状态呈现显著的差异性:震后15年内,库仑应力变化剧烈;而震后15年后,库仑应力呈现缓慢的稳定增加状态。该过程与唐山强震群余震区地震活动过程相似,可能暗示1976年唐山强震群余震区应力调整过程已基本稳定。