WFSD地应力台应变特征及其同震效应分析——以日本MW9.0级特大地震为例

2011年3月11日在日本东北部海域发生MW 9.0级强烈地震,汶川地震断裂带科学钻探(WFSD)项目设在陕西汉中地区的体应变仪记录到了完整的应变数据。通过采集数据的分析,探讨了日本MW 9.0级特大地震发生时的同震变化以及地震前后固体潮异常变化过程,分析了地震孕育、发生过程中应变固体潮的趋势性异常及畸变等各种异常现象,并针对这些应变异常进行分析,以期成果能为中国未来地震趋势的预测研究有所帮助。

金沙江水网对日本9.0级地震的同震响应及其特征与机理

本文系统介绍了金沙江水网6口观测井水位与水温动态对日本9.0级地震的同震响应,分析了同震响应的特征与同震响应的机理。结果表明,4口井水位有同震响应,同震响应形态全是振荡,对地震波响应的时间、振荡的幅度、振荡的持续时间等的差异主要取决于井-含水层系统的导水系数。结果还表明,3口井水温有同震响应,响应形态是不对称的V字或U字形;水温的先期下降是井筒内上(冷)下(热)水混合作用引起的,后期上升是井水与围岩之间的热传导引起吸热作用的结果,各井水温升降的幅度、持续时间等不同,主要是井水温度梯度与水岩热传导系数不同引起的;后期升幅总是大于先期降幅,这可能与地震波作用使井区大地热流增强有关。

基于GPS观测分析日本9.0级地震同震位错与近场形变特征

2011年3月11日日本本州宫城县东海岸近海发生M_W9.0级地震,本文在对GPS同震位移场分布及误差特征分析的基础上,反演了同震位错分布.误差分析结果表明震源北西向300 km、北北西向550 km、南西向700 km范围内的同震位移量值明显大于误差,可以为位错反演提供有效的地表位移约束.沿震源北西向GPS剖面结果和位错反演位移剖面结果均表明同震近场位移符合指数衰减特征.位错反演结果表明,日本9.0级地震最大同震位错为25.8 m,位于震中附近;位错量大于10 m的同震破裂集中在震中附近400 km范围内;日本海沟南段同震位错量相对较小,此次地震为日本海沟地区典型逆冲型地震.根据此次9.0级地震和该地区以往强震破裂空间分布特征,此次9.0级地震破裂既体现了强震原地复发的特点,又体现了强震破裂的填空性.

超导重力仪检测2011年日本东北Mw9.0级地震前的重力扰动信号

对大地震前的扰动现象的研究有助于认识地震孕育的动力学过程,震前重力扰动已成为关注的热点之一.对大地震前的扰动现象的研究有助于认识地震孕育的动力学过程,震前重力扰动已成为关注的热点之一.为检验日本Mw9.0级地震是否存在震前扰动现象,本研究利用全球超导重力仪记录到的地震前后7天内20组秒采样数据进行分析.经潮汐、大气改正等处理去除仪器的漂移及残余潮汐效应,得到非潮汐重力变化曲线.结果表明大部分振幅大于30×10-8 m.s-2的曲线反映了全球Mw≥6级地震引起的高频波动信号,其中11组数据在3月9日Mw7.3级前震之前出现了扰动现象.震前扰动可分解为三个频段,其中,低于0.1Hz和高于0.18Hz的分量分别反映了地震波动信号及非构造信息,中间频段(0.118～0.18Hz)信号能够较大程度地压制地震波动信号、并同时保留异常扰动信息.它的振幅在3月7日10时之前基本保持约1×10-8 m.s-2,之后开始逐渐增大,到3月9日7.3级前震前后达到最大,此后振荡衰减,振幅保持约(5～10)×10-8 m.s-2,直至主震发生.中间频段信号的变化特征与主震前的应力迁移过程以及实验记录到的地震成核过程有许多相似之处;不过,震前重力异常是否与主震前的应力加速积累有关,仍待进一步研究.

日本Mw 9.0级地震的库仑应力变化及对余震的触发

采用已公布的1个前震和3个主震震源可变滑动模型,计算了日本Mw7.3级前震、M_w9.0级主震产生的同震库仑应力变化,并采用哈佛Global CMT和日本F-net余震目录,在不同有效摩擦系数取值下计算了主震对余震的触发效应,分析了应力空间分布与余震活动空间分布的相关性。研究表明,日本地震前震对主震有触发作用,前震在主震处产生的正应力变化为0.404 bar,剪应力变化0.282 bar,同震库仑应力变化为0.517 bar,应力变化超过了应力触发阈值0.1 bar,达5倍之多,属于典型的地震应力触发,而非诱发事件。主震对后续余震有触发效应,最小触发率为57%,最大达到75%。余震多分布在主震产生的同震库仑应力红色加载区。同时,分析了可变滑动模型、有效摩擦系数、余震目录、震级及节面选取等对计算结果的影响。可变滑动模型、有效摩擦系数变化对计算结果影响不大,余震目录、震级及节面选取对结果有一定影响,尤其是当余震目录足够多、震级足够大时,计算结果更加可靠。为了深入讨论节面选取对计算结果的影响,对余震两个节面上库仑应力、剪切应力及正应力变化差值进行了频次统计。分析显示节面选取对正应力有一定影响,而对库仑应力及剪应力影响不大。

2011年日本东北Mw 9.0级地震的岩石圈三维建模分析

2011年3月11日日本东北地区太平洋海域发生Mw 9.0级地震。日本海沟板块俯冲速率高,地震活动性强,因此研究程度高,到目前为止已获得了覆盖日本海沟弧前区域的地震波剖面数据。本文利用8条岩石圈结构剖面建立了日本海沟的三维岩石圈结构模型。日本海沟岛弧地壳由上到下包含5层:古近系—新近系—第四系海相沉积岩、白垩系海相沉积岩、岛弧上地壳俯冲杂岩、岛弧下地壳和地幔楔;日本海沟北部还存在中地壳;洋壳是一个双层构造,上层为熔岩和席状岩墙群,下层为堆晶辉长岩;陆壳和洋壳之间存在一个低速的板间层。本文在三维模型基础上讨论了俯冲板块的弯曲点和弯曲轴等几何学特征,分析了日本海沟俯冲带的历史地震和日本东北Mw 9.0级地震主震和余震的震源分布,日本东北地区的地震活动与太平洋板块向日本岛弧下方的俯冲活动关系密切。

水位、水温对汶川8.0和日本9.0级地震的同震响应特征分析

对湖北地区5口观测井水位和水温在汶川8.0级、日本9.0级地震前后的变化的分析结果表明,不同地震对井水位、水温的影响并没有固定的变化模式。

基于形变观测分析2011年日本9.0级地震与断层运动间关系

2011年3月11日日本发生9.0级地震,本文以此次地震的震间、同震和震后形变观测为约束,依据不同时段断层运动空间分布特征分析日本海沟地区强震与断层运动间关系.震间日本海沟地区,断层运动闭锁线深度约为60km,闭锁线以上从深到浅依次为断层运动强闭锁段、无震滑移段和弱闭锁段.由同震位错反演结果,2011年日本9.0级地震同震存在深浅两个滑移极值区,同震较浅的滑移极值区（同震位错量10~50m,深度小于30km）震间为断层弱闭锁段;同震较深的滑移极值区（同震位错量10~20m,深度在40km左右）震间为断层强闭锁段;而在两者之间的过渡带同震位错相对较小,震间断层运动表现为无震滑移.震后初期断层运动主要分布在在闭锁线以上的同震较深滑移极值区,而同震较浅的滑移极值区能量释放比较彻底,断层震后余滑量相对较小.依据本文同震和震间断层运动反演结果,震间强闭锁段积累10m同震位错需要100多年时间,与该区域历史上7级地震活动复发周期相当;震间弱闭锁段积累30~50m同震位错约需要300~600年时间,与相关研究给出的日本海沟9级左右地震复发周期比较一致.在实际孕震能力判定的工作中,由于不同性质的断层段在同震过程中会表现更多的组合形式,断层发震能力判定结果存在更多的不确定性,但利用区域形变观测等资料给出震间断层运动特征的研究工作对于断层强震发震能力的判定具有非常重要的实际意义.

2011年日本M_W9.0地震震后形变机制与震源区总体构造特征

本文利用较为完备的球体位错理论,结合4.5年的震后位移数据,优化了2011年日本M_w9.0地震震源区岩石圈弹性层厚度与地幔黏滞性因子,更新了该强震断层余滑时空演化过程.首先,基于日本列岛215个均匀分布的GPS连续观测站震前2年与震后4.5年的观测数据,提取了2011年日本M_w9.0地震引起的震后位移时空变化;接着,依据断层余滑衰减相对较快的特点,利用黏弹性球体位错理论对震后3~4.5年的GPS观测数据进行反复拟合,确定2011年日本M_w9.0地震震源区地幔黏滞性系数和岩石圈弹性层厚度的最优解分别为6×10^(18)Pa·s和30 km;然后,从震后3年内GPS观测数据中剔除地幔黏滞性松弛效应,获取了断层余滑对应的震后位移场;最后,利用基于球体位错理论的反演算法,反演了2011年日本M_w9.0地震断层余滑的时空演化过程.结果表明,2011年日本M_w9.0地震引起的断层余滑在震后半年内变化显著,震后2年主震区域余滑基本停止,断层的两端存在一定的余滑效应,断层余滑的累计矩震级达到8.59;地震后4年,地幔黏滞性松弛效应对震后位移场的贡献在总体上超过断层余滑的贡献.

利用Yabuki & Matsu′ura反演方法计算2011年日本东北地区太平洋海域M_w9.0级地震同震滑动分布

Yabuki&Matsu′ura反演方法是利用ABIC最佳模型参数选取方法和平滑的滑动分布作为约束条件,由形变观测数据计算发震断层滑动分布.本文基于日本列岛同震GPS观测数据和发震断层曲面构造模型,利用Yabuki&Matsu′ura反演方法计算2011年日本东北地区太平洋海域Mw9.0级地震的发震断层同震滑动分布.反演结果表明,断层面上的最大滑动量为35m,较大滑动分布在浅于30km的震源中心上部,最大破裂集中在20km深度的地方.其地震矩约为3.63×1022 N.m,对应的矩震级为Mw9.0.模拟结果显示Yabuki&Matsu′ura反演方法更适用于倾角低于40°的断层模型反演.最后,本文基于上述方法获得的发震断层滑动模型,利用地球体位错理论正演计算该地震在中国及其邻区产生的远场形变,正演计算结果基本可以解释由中国GPS陆态网络观测到的同震形变.

日本Mw9.0强震的高频GPS形变波特征初探

利用高频GPS数据长基线双差精密定位技术,获取2011年3月日本Mw9.0强震近场和远场GPS连续参考站的瞬时动态形变。分析表明:距震源较近的IGS站(USUD)的同震动态形变水平方向幅度超过60 cm,震后水平形变达到30 cm;位于远场的GPS连续参考站(JLYJ)的动态形变,清晰地给出了地震面波引起的地表形变波形。对JLYJ站的谱分析表明,地震面波引起的动态形变周期为10～17 s,并出现了两次峰值,东西向和垂向上的动态位移量远大于北南向,说明JLYJ站的形变主要由Rayleigh波及其谐波所主导,Rayleigh波的传播速度为3.5 km/s,波长约50 km。

利用重力资料检测日本9.0级地震激发的地球自由振荡

利用格尔木基准地震台重力观测资料,检测到2011年3月11日日本东海岸9.0级特大地震激发0S0～0S40之间的球型自由振荡,其中有0S0、0S13、0S22、0S26、0S30共5个振型的观测频率值与理论频率值偏差近似为0。同时发现0S2、0S3振型有明显的谱线分裂现象,但是0S32、0S37振型未与周围噪音区分开,观测效果不明显。整体平均偏差约为0.10%,观测频率值与理论频率值有很好的相符,这不但说明了PREM模型理论的正确性,也说明了格尔木基准地震台重力资料质量的优良,研究结果对了解地球内部结构有一定的帮助。

日本M_W9.0地震震区及其周缘2002—2015年卫星重力变化时空特征

本文在考虑全球陆面数据同化系统陆地水储量变化影响后,利用2002年4月—2015年4月GRACE卫星RL05月重力场模型获取了2011年日本MW9.0地震震中及其周边区域的重力场信息;然后给出了日本及其周边2003—2015年的年度累积重力变化和差分重力变化,并且利用经验正态函数方法深入分析了该地震过程中同震重力变化对区域重力场的贡献.结果显示:日本MW9.0地震前研究区域出现了幅值高达2×10-8 m/s2的异常重力变化,其同震效应的时间和空间特征均出现在第一模态,且同震重力变化和震后区域重力场变化特征显著,这充分表明该地震对区域重力场的影响显著.

GRACE卫星观测到的日本9.0级大地震重力前兆信息

利用102个GRACE卫星月重力场模型,提取了2011年3月11日日本9.0级大地震的重力前兆信息,同时利用USGS发布的断层模型结合向上延拓技术计算了理论同震重力变化,并对结果进行了比较和分析。

2011年日本9.0级地震前后GPS基线时间序列分析

利用1999年初至2011年9月中国地壳运动观测网络基准站及中国大陆周边包含日本境内的IGS基准站的资料,分析了2011年3月11日日本9.0级地震前日本境内及周边IGS基准站基线时间序列的变化情况。讨论了该地震对中国大陆GPS基准站的同震影响,并对地震后中国大陆GPS基线时序结果的变化情况进行了总结分析。通过分析认为,日本大震后我国东部地区部分GPS基线开始转折拉伸,因而一定程度上缓解了这些基线的趋势性缩短,但是东部地区仍然有部分GPS基线的变化趋势基本不受日本地震的影响,近几年以来的趋势性异常至今仍然存在。

基于GPS的日本9.0级地震地表形变监测研究

利用GAMIT/GLOBK软件,处理IGS跟踪站观测数据,得到2011年3月11日的日本9.0级地震期间的地表变形序列。首先采用GAMIT/GLOBK软件得到GPS测站震前和震后的单天解坐标;然后采用TRACK模块得到GPS测站的震时三维坐标时间序列动态变化。通过对GPS测站坐标序列进行分析和比较,揭示了GPS测站的震时地表三维形变过程和震后地表永久性形变。

中国大陆GPS连续观测站测得的日本9.0级地震同震位移与震前变化

利用中国大陆GPS连续观测站资料,获取了2011年3月11日日本9.0级地震造成的连续站同震位移。计算结果表明,位于我国东部尤其是东北地区的台站在水平方向都有明显的同震位移,且离震中越近同震位移量越大,其中绥阳站的水平同震位移量最大,达到33mm。通过对时间序列分析发现,有明显同震位移的连续站,震前水平方向的运动速度都有放缓的趋势,可能是一种形变前兆现象。这些GPS观测到的同震位移及震前运动速度异常,对于进一步研究前兆地壳运动、地震动力学特征以及精化中国大陆地壳运动速度场都有重要意义。

GRACE卫星重力场同震变化的经验正交函数分解：以日本MW9.0地震为例

2011年3月11日日本东海发生MW9.0地震,造成日本岛整体东移、下沉并伴随巨大的质量重新分布。对于海底地震的震中区域,空间观测的GRACE卫星重力数据很好地弥补了GPS、InSAR等形变资料的缺失。利用GRACE卫星月重力场数据计算了地面0.5°×0.5°网格点上的重力变化时间序列,采用最小二乘拟合、经验正交函数(EOF)2种方法,提取了同震重力变化,结果显示震中两侧区域的重力变化呈两极分布,其中弧后区域重力下降,最大降幅约6μgal,海沟区域重力增加,最大增幅约3μgal。EOF方法避免了最小二乘拟合方法所需的地震发生时刻等先验信息,但卫星重力信号是由多种地球物理过程引起的重力变化的叠加,EOF结果的可靠性及其反映的真实物理来源往往随着事件的规模、观测时间的长短等而改变。文中第2,3,4主成分主要反映了非构造因素的影响,通过第1主成分空间一致性提取的同震重力变化与位错理论模型计算结果较为接近,因此较真实地反映了地震引起的重力变化特征。

2011年日本MW9.0地震相关研究综述

2011年3月11日,日本海沟发生的9级地震造成重大人员伤亡,受到社会普遍关注,本文基于此次日本9级地震相关研究结果,尝试从不同侧面分析此次地震的观测、现象和认识,主要包括如下几点:1此次地震发生在太平洋板块西北边界上日本海沟俯冲带上,同震破裂可能存在深浅两个位错集中区,较深的位错集中区位错量相对较小,但历史上7级地震多发;而较浅的位错集中区位错较大,但历史上强震活动相对较弱;2基于GPS观测资料为约束的相关断层运动研究结果表明,日本海沟断层运动背景以大范围稳定闭锁为主(闭锁区空间尺度与同震破裂尺度相当),自2003年日本北海道8级地震后日本海沟地区断层运动开始出现扰动,2008年以后有几次7级左右地震震后余滑分布明显比主震位错量要大,之后分别于2008年和2011年观测到显著慢滑移事件,最后分别于2011年3月9日和3月11日发生7级前震和9级主震,震前日本海沟俯冲带断层运动变化过程比较清楚;3可能是由于监测的原因,传统上的前兆观测并未出现显著异常,其震前异常主要为:部分地震活动参数表明强震震源区震前应力状态相对较高、区域地表运动速率的短期异常等;4对于震源区物理性质的分析引起了更多的科学问题,例如,震源区介质物性是否与周边存在显著差异、断层摩擦性质是否决定了发震能力和破裂过程、震前断层运动是否存在预滑、震前深部流体是否影响到震源区断层运动等。他山之石可以攻玉,希望本文对地震预测预报基础研究工作能起到抛砖引玉的作用。

日本东北9.0级大地震与台风的成链关系

地震与台风之间的灾害链问题是一个重要的灾害学问题。通过对2011年日本东北9.0级地震和塔拉斯台风灾害链的讨论,使地震-台风灾害链更具事实基础。另外还重点对地震-台风灾害链的成因做了进一步的讨论。