孕震断层的多锁固段脆性破裂机制与地震预测新方法的探索

通过建立孕震断层中锁固段的临界破坏—断裂力学与其蠕变过程联系,发现每个锁固段断裂点与加速应变能释放起点的累积Benioff应变之比,有着依赖于锁固段个数的指数律关系,指数函数的底数为1.48.在最后一个锁固段破坏以前,每一个锁固段的临界破坏断裂过程表示一个中等强度或更大震级预震(preshock)的产生过程;在最后一个锁固段破坏之后,主震将发生.通过相当数量地震实例的回溯性预测分析,表明这一指数律能可靠地应用于中等强度预震和主震的预测.该方法能够在地震的中期、短期以及临震预报方面发挥作用.常数1.48很可能是表征中等强度或更大震级的预震和主震产生过程的普适常数.我们还对地震预报研究中某些有争议的问题进行了讨论,从理论和技术层面论证了本方法的适用性.

强震的孕育规律与孕震模式

针对强震能否预测以及如何预测的科学难题,建立孕震断层多锁固段脆性破裂理论,发现强震孕育过程的指数规律:sf(k)=1.48ksc,其中sf(k)和sc分别为第k个锁固体断裂点与第一个锁固段膨胀起点对应的累加Be-nioff应变,可以利用锁固段在其变形膨胀点处开始发生的震群事件(加速性地震活动前兆)预测未来大震,并给出了强震四要素相关预测方法。通过对诸多历史强震(如邢台地震、海城地震、汶川地震、玉树地震等)的回溯性检验分析表明:强震可以预测,且其孕震过程都遵循着上述简单的共性力学规律。在此基础上,归纳出4种典型强震的孕震模式,即大震震级呈"大—小—大"型,大震震级呈连续上升型,锁固段快速连续破裂型与标准型。此外,根据相关强震预测理论方法,对有关抗震救灾未来研究的方向提出如下建议:建议加强活动断裂位置精确定位、性质判定的地震地质研究,并开展孕震区锁固段(闭锁区域)判识的地质与地球物理研究等。

安宁河—则木河断裂带和大凉山断裂带孕震深度研究及其地震危险性

安宁河—则木河断裂带及东侧的大凉山断裂带作为大凉山次级块体西侧与东侧边界,具有发生大地震的活动构造背景.本文意在用有限的形变数据和地震数据两种资料评估大凉山次级块体边界断裂带的孕震深度及其地震危险性.采用弹性半空间模型对安宁河断裂、则木河断裂和大凉山断裂带滑动速率和闭锁深度进行了详细分析;计算了90%、95%和99%不同分位数的小震深度下界值并与GPS得到的闭锁深度进行对比,分析二者异同点.结果显示,安宁河断裂北段闭锁深度为6.2 km,不到90%分位小震震源深度16 km的一半,表明该段在1952年M S63/4地震后,断层逐渐趋于闭锁;而在6~16 km深度主要以小地震和无震滑动两种形式释放能量,存在深部蠕滑运动.大凉山断裂北段在0~10 km范围内完全闭锁,而10~25 km闭锁程度较弱.安宁河断裂南段、则木河断裂、大凉山断裂中段和南段均处于完全闭锁阶段,闭锁深度接近90%分位数小震深度的下界值,标准差约为0.94 km.此外,A、B、C三个剖面的反演结果表明大凉山次级块体的运动自北向南具有顺时针旋转特性,与川滇块体顺时针运动特征吻合.大凉山次级块体北、中、南三段边界断裂及块体内部总的滑动速率分别为9.8 mm·a^-1、8.9 mm·a^-1和8.4 mm·a^-1,呈自北向南递减趋势.大凉山断裂南段布拖断裂和交际河断裂积累的能量分别能够发生一次矩震级为M W7.5的地震,离逝时间已经接近地震平均复发间隔,未来100年大地震的发震概率分别为7.1%和5.9%,应对其地震危险性给予重视.

青海、甘肃与宁夏地区未来大地震预测分析

根据孕震断层多锁固段脆性破裂理论与孕震时空区域划分四项基本原则,确定了青海、甘肃与宁夏地区地震区划分的合理方案,给出了各地震区未来强震的四要素预测结果.结果表明,除海原、共和、昆仑山口西地震区近期无破坏性地震发生,玉树地震区未来地震趋势目前还难以判定外,古浪、乌兰-大柴旦、玛多-阿坝地震区都将有破坏性地震发生,且都距临界点较近.

2015年4月25日尼泊尔M_w7.8地震孕育过程分析与震后趋势研判

基于作者提出的孕震断层多锁固段脆性破裂理论及板间地震区划分原则,划分了伊斯兰堡—加德满都地震区.从孕育周期界定与主震事件判识角度,分析了该地震区大（巨）震事件的孕育过程,研判了其未来震情.结果表明：伊斯兰堡—加德满都地震区至少已经历三个完整的孕育周期,是一个Mw8.3～8.6地震危险区;2015年4月25日尼泊尔Mw7.8地震,是该区当前孕育周期第三锁固段损伤累积至峰值强度点时发生的一次标志性大震事件;2015年5月12日尼泊尔Mw7.3地震发生后,该地震区再次处于临界状态,将发生Mw8.0～8.2地震.

锁固体破裂标志性地震震级与峰值强度点地震震级的统计关系

锁固体变形到膨胀点时,震群事件开始发生,在震群事件中常出现一个或两个震级显著较大的地震,即标志性地震事件.基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论与孕震时空区域划分原则,以中国及其边境地区历史强震震例为源数据,得到锁固体破裂标志性地震震级Msc与峰值强度点地震震级Msf之间的统计关系为:Msf≈Msc+0.5.这为依据Msc预测Msf提供了一个简便方法.

孕震构造块体与相应地震区划分方法

可靠地划分地震区可奠定地震预测与地震危险性评价的地质基础,具有十分重要的意义。笔者等通过研究分析指出板内孕震构造块体侧向边界可由区域性大断层或由区域性大断层与板块边界界定,底边界为康拉德面或低速高导层;板间孕震构造块体为俯冲板块,可由区域性大断层和(或)板块边界约束;在同一个孕震构造块体和同一轮地震周期的地震具有内在联系。因此,地震区可定义为代表相应孕震构造块体地震活动的区域,其可表征该块体内源自锁固段破裂的地震活动。基于笔者等提出的孕震构造块体和相应地震区边界确定原则,把全球两大地震带(环太平洋地震带和欧亚地震带)划分为62个地震区;每个地震区的分区方案均通过了多锁固段脆性破裂理论的检验,这说明方案可靠。进而,笔者等归纳总结了地震区划分方法。

一种新的地震预测方法在华南沿海地震带的检验与应用

以华南沿海地震带为例,针对孕震断层多锁固段脆性破裂理论方法应用于中等—弱震构造区的适宜性问题进行了回溯性检验。结果显示:86%的锁固段断裂点通过相对误差γ≤5%置信水平的检验,表明该理论方法基本适用于华南沿海地震带;4个孕震空间区域内各锁固段断裂点与加速应变能释放起点的累积Benioff应变之比ξ略小于1.48,这可能与地壳介质均匀程度、地质环境与实验室条件的差异及地震目录的缺失等因素有关。最后给出了各孕震空间区域未来强震的临界应变值、可能的发震时间和震级。

西北与西藏地区某些地震区地震趋势分析

运用孕震断层多锁固段脆性破裂理论及相关预测方法,分析了西北与西藏地区某些地震区未来地震趋势,给出了这些地震区未来中强震、强震或大(巨)震的四要素预测结果 .分析表明:库木巴彦断裂地震区未来可能有MS6.2～7.0级地震发生,日土地震区未来有强震发生,玉树与仲巴地震区未来有大震发生,哈密-阿勒泰-斋桑地震区未来有大震或巨震发生.鉴于近期作者对特定地震区强震孕育周期界定及主震事件判识有了新的认识,故重新对乌兰-大柴旦、改则、古浪、共和、海原、玛多-阿坝、聂荣以北、拉孜、班戈以北、墨脱、当雄、洛隆与阿图什地震区未来震情进行研判.本文所得结论可供有关部门参考,以制定相应的防震减灾措施.

中国西南地区某些地震区强震孕育周期界定

运用孕震断层多锁固段脆性破裂理论及相关预测方法,界定了中国西南地区某些地震区的强震孕育周期,分析了这些地震区未来地震趋势.结果表明:得荣地震区与小江地震区当前孕育周期还未结束,未来分别有大震与巨震事件发生.鲜水河地震区与中缅边境地震区1已经历一个完整的孕育周期,未来分别有大(巨)震与强震事件发生.昭通地震区已经历一个完整的孕育周期,若2014年鲁甸地震实际震级不小于MS6.1级,则其为第二孕育周期的主震事件.西昌地震区与云龙地震区已经历两个完整的孕育周期,未来分别有大震与强震事件发生.下关-楚雄地震区已经历三个完整的孕育周期,目前处于第四孕育周期主震临震阶段.

中国大陆某些地震区主震事件判识(Ⅱ)

基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论,修订了3.5版《中国及其周边地震区划分图》大部分地震区不合理的划分方案,增加了琉球群岛-台湾岛、台湾岛-菲律宾群岛、伊斯兰堡-加德满都、科什阿加赤和乌拉特后旗地震区,新编制的3.6版地震区划分图地震区总数为33个.此次地震区分区方案调整以深大断裂作为地震区主控边界,使得各地震区分区方案更为合理.从孕育周期界定与主震事件判识角度,采用新发展的最小有效性震级确定方法,界定存疑的地震区孕育周期、判识其主震事件并分析其未来震情,得到比之前分析更好的结果.此外,本文提出了利用锁固段时空破裂自相似性预测preshock事件的方法,对腾冲和小江地震区的回溯性预测表明该方法可行.给出了中国及其周边历史地震目录某些地震参数修订建议值,可供有关部门修订地震目录时参考.

华东、华南与西南地区某些地震区地震趋势分析

运用孕震断层多锁固段脆性破裂理论及相关预测方法,分析了华东、华南与西南地区某些地震区未来地震趋势,给出了这些地震区未来中强震、强震或大震的四要素预测结果.分析表明:南通东部黄海地震区未来有大震发生,威海地震区是一个MS6.0级地震危险区,宜昌地震区未来有中强震发生.鉴于我们近期对特定地震区的强震孕育周期界定及主震事件判识有了新的认识,故重新研判了万州地震区、普洱地震区、宜宾-长宁地震区与丽江地震区的未来震情.本文所得结论可供有关部门参考,以制定相应的防震减灾措施.

欧亚地震带主要地震区主震事件判识

本文提出了利用事件量级匹配原则确定地震震级的方法,对海原、小江、得荣、伊斯兰堡-加德满都、台湾岛-菲律宾群岛和琉球群岛-台湾岛地震区的回溯性分析表明该方法可行.基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论,修订了1.0版《欧亚地震带板内地震区划分图》和《欧亚地震带板间地震区划分图》,剔除了原洛扎-林芝、于田、比什凯克、科什阿加赤和日本海地震区,新增加了伦敦与贝斯尼地震区,新编制的2.0版地震区划分图地震区总数为14个.此次地震区分区方案调整以区域性大断裂为地震区主控边界,使得各地震区分区方案更为合理.从孕育周期界定与主震事件判识角度,采用新发展的最小有效性震级确定方法,界定各地震区孕育周期、判识其主震事件并分析其未来震情,得到比之前分析更好的结果.

环太平洋地震带巨震预测

基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论,提出了板间地震区初划原则与合理性检验原则,对环太平洋地震带划分了15个地震区.从孕育周期界定与主震事件判识角度,分析了这些地震区大(巨)震事件的孕育过程,研判了其未来震情.结果表明:台湾岛-菲律宾群岛与琉球群岛-台湾岛地震区均已到达临界状态。巨震可随时发生;阿留申群岛-温哥华-旧金山-瓜达拉哈拉、墨西哥城、波哥大-阿里卡-瓦尔迪维亚、苏瓦-惠灵顿、新几内亚岛一所罗门群岛、爪哇岛-马鲁古群岛、北马里亚那群岛和北海道-堪察加地震区未来有巨震发生;圣萨尔瓦多一圣何塞地震区未来有大震或巨震发生;梅莱凯奥克地震区未来有大震发生;苏门答腊地震区2004年M_W 9.1级地震与查戈斯群岛地震区2012年M_W 8.6级地震均为主震事件;巴拿马城南部地震区是一个不低于M_W 7.2级地震危险区.本文所得结论可供有关国家相关部门参考,以采取有效防震减灾措施.对上述震倒的分析表明:深源地震可能与浅源地震孕育机制类似,均为锁固段脆性破裂.

台湾海峡地震区大震预测

为有效提取锁固段本身破裂信息,本文提出了最小有效性震级确定方法.基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论以及板内与板间地震区分界原则,重新厘定了原台湾南投地震区边界,并重命名为台湾海峡地震区.从强震孕育周期界定与主震事件判识角度,分析了该地震区大震事件孕育过程,研判了其未来震情.结果表明：台湾海峡地震区已至少经历两轮孕育周期,是一个MS7.6-7.75级地震危险区;目前该区处于第3孕育周期,未来有大震发生.本文所得结论可供相关部门参考,以采取有效防震减灾措施.

国外某些地震区大地震孕育过程分析(Ⅰ)

在缺失断层资料、无法准确厘定地震区边界的情况下,本文提出了地震区划分的合理性判别原则与＂最优地震区＂确定方法.从孕育周期界定与主震事件判识角度,分析了7个国外地震区强（大、巨）震孕育过程,阐述了该方法的实际操作步骤.震情分析表明：意大利中部地震区和泰缅边境地震区未来有强震发生;海地-多米尼加-波多黎各地震区未来有大震发生;巴基斯坦-阿富汗-伊朗地震区未来将发生MW7.9~8.1级地震;对涉及深源地震的堪察加地震区、南美洲西部地震区和日本地震区,分考虑和不考虑深源地震两种情况,分析了上述三个地震区大（巨）震事件的孕育过程,给出了其未来巨震事件的四要素预测结果.研究表明：考虑深源地震与否,对于孕育周期起点与终点、膨胀点与峰值强度点标志性地震事件的选择、预测临界CBS值以及未来震情的判断都有一定影响,特别是在深源地震本身就是膨胀点或峰值强度点标志性事件的情况下其影响更加显著.因此,对深源地震成因机制的研究有待进一步深入,以期给出其是否参与孕震过程的明确依据.

中国大陆某些地震区主震事件判识(Ⅰ)

基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论,修正了3.4版《中国及其周边地震区划分图》某些地震区划分方案的不合理之处,剔除了原曲麻莱以北地震区、南京地震区、福贡地震区和中缅边境地震区3,新增加了敦煌、磴口、许昌、连云港与贵定地震区,新编制的3.5版地震区划分图地震区总数为79个.因历史地震目录不完整或参数误差较大,我们过去的分析可能误判了特定地震区某一轮孕育周期的主震事件.鉴于此,本文从孕育周期界定与主震事件判识角度,采用新发展的最小有效性震级确定方法,重新界定这些存疑的地震区孕育周期、判识其主震事件并分析其未来震情,得到比之前分析更好的结果.

欧亚地震带大震预测(I):板间地震区

基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论,提出了板间与板内地震区的分界原则,对欧亚地震带划分了10个板间地震区.从孕育周期界定与主震事件判识角度,分析了这些地震区大(巨)震事件的孕育过程,研判了其未来震情.结果表明:伊斯兰堡-加德满都地震区处于临界状态,巨震可随时发生;阿巴斯港-扎黑丹和拉巴特-里斯本地震区未来有巨震发生;奎达-法扎巴德、贝斯尼-巴格达-设拉子和贝鲁特-耶路撒冷地震区未来有大震或巨震发生;奥斯曼尼耶-尼科西亚、罗德岛-克里特岛与突尼斯市-阿尔及尔地震区未来有大震发生;日本海地震区当前孕育周期主震事件已发生,目前余震活动尚未结束.本文所得结论可供有关国家相关部门参考,以采取有效防震减灾措施.

欧亚地震带大震预测(Ⅱ):板内地震区

基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论,对欧亚地震带划分了26个板内地震区.从孕育周期界定与主震事件判识角度,分析了这些地震区大(巨)震事件孕育过程,研判了其未来震情.结果表明:达卡与科什阿加赤地震区未来有巨震发生;托斯亚地震区未来有大震或巨震发生;于田、布哈拉、比尔詹德、加兹温-塞姆南、巴尔坎纳巴德-内沙布尔、大不里士、埃里温-盖贝莱、布加勒斯特北部、伊士麦、科林斯、杜布罗夫尼克与罗马地震区未来有大震发生;凯瑟利地震区未来有强震或大震发生;洛扎-林芝、普杰、比什凯克、费尔干纳、希比尔甘-杜尚别、拉什卡尔加、艾布西雷尔、开罗与巴塞罗那-巴伦西亚地震区未来有强震发生;伊斯坦布尔地震区当前孕育周期主震事件已发生,目前余震活动尚未结束,很可能发生MW7.3级左右余震.本文所得结论可供有关国家相关部门参考,以采取有效防震减灾措施.

标志性地震事件的断层破裂长度预测模型

锁固段加速破裂过程中,在体积膨胀点和峰值强度点会发生标志性地震事件.本文基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论及地震事件量级匹配原则,提出了标志性地震事件断层破裂长度预测模型,实例分析表明该模型可靠,据此可预测未来标志性地震事件的发震断层破裂长度.