孔隙弹性介质中的震后流体流与库仑应力变化

一般认为地震序列的发生意味着不同断层段之间的一种相互作用。每次位错产生的同震应力的传递则是这种相互作用最显著的成分。然而,一个地震系列中各个后续事件之间的时间间隔却表明,同震应力尚不足以单独引发其他的地震。我们研究了同震应力场可能诱发孔隙流体流,改变了所在区域的孔隙压力分布情况。鉴于地壳在很多地区都是一种流体饱和介质,故将地壳视为一种孔隙弹性固体。由于孔隙物质所表现的应力场依赖于时间,所以我们将验证这种性质能否解释余震的触发。我们考察了一些现有的半无限平面断层的解析方法。对可渗透的和不可渗透的位错面均作了考虑。我们将孔隙弹性介质的解法与孔隙介质的解法作了对比,计算了变形与流体扩散之间的耦合效应。结果发现主震产生的库仑应力变化在某些区域初始时可能表现为负值,但尔后随着孔隙流体的重新分布而变为正值。这种变化意义重大。如果地壳确如我们所假定的表现为一种各向同性、充满流体的孔隙弹性介质的话,那么,通过孔隙流体扩散的库仑应力触发作用则很可能是余震产生的重要机制,余震发生的范围分别为长约2.5个断层长度,宽约0.5个断层长度。这个范围小于以前模型的预测值,以前的这些模型都忽略了弹性变形和孔隙流体扩散之间的力学相互作用。对于典型的孔隙结构,流体流引起的应力变化在主震发生后约一年内会有很大程度的衰减。

逆冲和消减地震的应力触发及圣安德烈斯南部及其邻区逆冲和走滑断层的相互作用

指出逆冲地震的触发、抑制和丛集的主要特性可以用库仑破裂应力变化来解释。解释中我们采用了一套代表模型及详细实例。虽然地表破裂的逆冲断层使得大部分周围地壳的应力降低,但逆冲盲断层的滑动却使得某些附近区域,特别是震源断层上方的应力增加。这样逆冲盲断层可以触发浅部次生断层的滑动,并产生广泛分布的余震。短逆冲破裂对于触发大小相差不多的邻近逆冲断层特别有效。我们的计算结果表明,在加利福尼亚中部连续的逆冲序列中,1983年Mw6．7级科林加地震使得1983年Mw6．0级努涅斯地震和1985年Mw6．0级凯特尔曼山地震破裂与库仑破裂应力分别接近了10bar和1bar。理想化的应力变化计算与伴随大逆冲事件的地震活动性分布一致,这与前人的研究结果是一致的。俯冲带破裂的计算结果促使了俯冲前缘隆起发生正断层事件,并有利于地震破裂带周围及其下倾延伸区发生逆断层事件。这些特性在1957年Mw9．1级阿留申地震和其他大逆冲地震是明显的。我们进一步研究了能得到详细滑动模型的1960年Mw9．5和1995年 Mw8．1级智利地震引起的破裂面上的应力变化。计算的库仑破裂应力增加为2-20bar,与余震地点和震后滑动密切相对应,而应力降低10bar的地区余震缺失。我们也提出主走滑系统的滑动调制了附近逆冲和走滑断层的应力。我们计算得到圣安德烈斯断层上1857年 Mw7．9级蒂洪堡地震以及后续震间滑动使得科林加断层接近破裂约1bar,但抑制了全部海岸山岭的逆冲断层。1857年的地震也促使于1952年发生Mw7．3级科恩县地震的怀特沃尔夫逆冲断层接近破裂约10bar,但抑制了自1857年以来从来没有破裂的左旋加洛克断层上的滑动。于是我们有充分理由认为,应力转移在很宽的时间和空间尺度上对逆冲断层的地震活动性有控制作用。