由粘弹性应力传递触发的1999年赫克特矿地震

在地壳中由于地震引起的应力变化能够加速相邻断层的破坏,并在某些情况下诱发地震序列1-5。美国南加州1999年赫克特矿7.1级地震仅仅在1992年兰德斯7.3级地震后7年距其20km处发生。这表明赫克特矿地震是由早先的地震以某种方式触发的。但与兰德斯地震有关的滑动分布和岩石摩擦特性的不确定性导致应力变化估计结果的范围和符号变化很大,这些变化出现在赫克特矿震源处,变化范围估计值从-4bar^6至+0.5bar^7。更重要的是,单独的同震应力变化不能圆满地解释两次地震之间7年的延迟。在此,我们介绍了三维粘弹性模型的结果,该模型模拟兰德斯地震后7年内从韧性下地壳和上地幔到脆性上地壳的应力传递。利用能够再现兰德斯地震后观测到的水平表面变形的粘弹性参数,我们的计算结果表明,下地壳或上地幔流动可能导致地震后赫克特矿井震源位置处的应力增加值高达1~2bar,这段时间促进了1999年赫克特矿地震的发生。这些结果证明了在评估地震危险时考虑粘弹性过程的重要性8-11。

1999年赫克托矿地震引起附近断层的变形

干涉合成孔径雷达对1999年赫克托矿地震地表变形的观测揭示了东加利福尼亚剪切带附近几个断层的运动情况。我们记录了每公里范围内,以预先存在的断层为中心,其他断层几毫米到几厘米的垂直和水平位移。一些断层的某些部分在地震期间或之后出现了逆行运动(即与其长期地质滑动相反)。观测到的变形结果可能代表了适应性断层带对永久同震应力变化的弹性响应。诱发断层的位移意味着在千米级宽度的断层带内,有效剪切模量下降,这也表明其在力学性质上与周围地壳岩石不同。

2008年汶川地震造成的应力变化与四川盆地危险性的增加

2008年5月12日,汶川特大地震袭击了西藏高原东部边界地区,对中国四川盆地西部的主要城市产生影响,造成数千人死亡。如此之大的地震过后,地壳中应力的重新分布通常会导致随后一系列破坏性地震的发生。5月12日的主震破裂造成龙门山和四川盆地之间的边界高达9m的滑移,呈现了复杂的走滑和逆冲运动。四川盆地及周边地区也被其他走滑逆冲活动断层穿越。在这里,我们提出了使用这些断层模型来计算5月12日地震引起的同震应力变化,并显示出许多显著的应力增加。及时地绘出应力变化图可以帮助找出产生余震可能性相对较高的断层段。

剥蚀对活动逆冲断层地震活动性的影响

评估地震危害仍然是地球科学中最具挑战性的科学问题之一。经典理论认为深部构造运动是驱动地震活动断层上的应力持续加载的唯一机制。这里我们通过一个力学模型显示,在一个地震周期的时间范围内,剥蚀也会显著影响逆冲断层的应力加载。事实上,例如台湾和其他活动逆冲造山带约0.1~20mm/a的剥蚀率就可以将震中附近的逆冲断层的库仑应力提高约0.1~10bar。在连续的或短暂和强烈的地震过程中,地表所发生的物质转移是地表附近断层的震间应力加载的主要机制。这种应力可能足以引发浅层地震活动或促进大陆深部地震的破裂一直延续到地表。

地震应力触发、应力影和地震危害

地震力学中许多方面在21世纪初仍然是一个新的领域。一个可能的亮点就是通过对简单的应力变化计算的认识去解释一些地震的相互作用,就像以前和现在进行的应力变化研究,已经开始能解释人为地震活动。本文是一篇新作回顾了许多已发表的工作,并从应力变化的角度介绍了大量关于地震相互作用这方面的研究1。本综述为地震力学的某些方面提供了一些线索。这也表明,在我们掌握地震如何孕育的完整过程之前,还有很多工作要做。

地震的静态和动态触发与震后应力转移

触发地震是指与地震相关的应力变化可以引发或者减缓周边区域的地震发生,甚至在很远距离触发地震。计算地震断层发生位错时的静态库仑应力的变化已成为解释许多地震观测结果的强有力工具,这些观测结果包括余震分布、地震序列以及大地震后静态情况下余震的正常活跃范围。我们可以用时间-应力转化机制的复杂性来解释为何地震的触发可以延迟数秒至数十年不等,这些机制包括粘性松弛、孔隙介质或者震后余滑,以及诸如通过速率和状态本构关系预测的断层摩擦力的降低。一次大范围地震的急速远距离触发(一些断层扩张速度达到每千米1000s)可由瞬时(动态)地震波的传播路径很好地解释,这些地震波可以瞬间产生库仑剪切破坏或者产生一个次生力从而导致地震的延迟触发。在近距离地震的触发中,地震波的传播路径可能同样占据着一个十分重要的地位。