地震应力触发研究

介绍地震应力触发基本理论.从地震静态和动态应力触发、粘弹性模型在地震应力触发中的应用、火山喷发或爆炸与地震触发及地震触发的其它解释等几个方面,综述近年来地震应力触发的研究进展,并对地震应力触发研究近期的发展进行展望.

1937年花石峡地震滑动亏损和后续地震应力触发研究

在1937年花石峡7 1/2级大地震后，沿该地震断裂带上，于1963、1971年又先后发生了7级和6．3级2次地震。这2次地震不仅震中位于1937年地震断裂沿线上，而且所形成的地表破裂也与1937年地震地表断裂重合，断错方式也完全一致。文中计算了沿1937年花石峡地震地表破裂带及其延长线上的库仑破裂应力变化，发现2次后续地震都发生在库仑破裂应力变化为正的断层单元上，而且其震级和库仑破裂应力变化为正的断层单元长度有很好的对应关系。这说明，1937年花石峡地震产生的库仑破裂应力变化触发了同一断裂带上的2次后续地震。在1937年花石峡地震地表破裂带东端，有一段库仑破裂应力变化为正、长度大于34km断层单元，这可能是未来中长期6．5级以上地震易发地段。

地震应力触发回顾与展望

地震大地测量学是现代大地测量学深入地球科学研究领域所产生的新学科分支,利用大地测量资料进行地震应力触发研究是地震大地测量学的主要研究方向之一,其对地震预测预报和防灾减灾都具有重要意义。首先介绍了基于库仑应力失稳准则的库仑应力模型,然后从静态应力触发、动态应力触发和粘弹性应力触发3个方面回顾了地震应力触发研究成果,最后展望了地震应力触发研究发展方向。

基于流固耦合的静态库仑应力变化的数值计算及其在地震触发研究中的应用

地震"应力触发"是近年来地震科学研究中的热点之一,由地震引起应力转移从而对后续事件产生触发作用的应力触发模型已被大量震例的研究成果所支持。应力触发理论中的最关键问题是如何计算库仑应力变化,但传统方法的计算一般都是基于Okada的解析解,其中不考虑流体对固体骨架力学行为的影响。同时,模型中通常仅仅计算同震位错效应所产生的库仑应力变化,而不考虑震后余滑、孔隙流体迁移等其他因素造成的影响。但实际上,流体广泛存在于地下岩土介质中,对固体变形有着非常重要的影响。当主震发生后,随着时间的推移,震后余滑、介质孔隙压变化等震后效应的作用逐渐突出,由此引起的静态库仑应力变化也逐渐发挥作用。为此,本文基于孔隙弹性理论,考虑流-固之间的完全耦合作用,针对3种不同类型的断层错动模型(走滑型、逆冲型以及正断型),利用有限元数值模拟方法,分别计算同震静态库仑应力变化的空间分布,然后将其结果与传统算法进行比较,考察流-固耦合的效果。在此之上,进一步计算震后余滑、孔隙流体迁移等引起的库仑应力变化的时空分布,定置分析这些因素对地震触发的影响。研究中,主要获得的成果如下:(1)3种不同类型地震模型得到的介质孔隙压变化在空间的分布格局完全不同:走滑型地震产生的同震孔隙压变化图案在空间中呈正负相间的四象限分布,近场的静态库仑应力明显下降,流-固耦合作用对静态库仑应力变化的影响较大;逆冲和正断层地震产生的介质孔隙压变化在空间的分布图案类似,但正负区域正好相反;孔隙压在逆冲地震的震源附近上升,而在正断层地震的震源附近下降。同传统方法计算的库仑应力相比,逆冲地震产生的介质孔隙压变化使得震源附近的应力影区面积减小,这将会触发更多的余震;而正断层地震产生的孔隙压变化则正好相反,增大了震源附近的应力影区范围,这样可能会减小该区域余震发生的机会。(2)3种不同类型地震的震后流体扩散效果也很不相同:在渗透率相同的介质中,走滑型地震的孔隙压力变化衰减速度相对较慢,在20天内逐渐衰减;逆冲和正断层地震产生的孔隙压变化则会在10天内急剧降低;但3种不同类型地震的孔隙压变化最终都会在60天后衰减完毕。虽然孔隙压力变化会在震后不断地演化,但由于孔隙压力变化对库仑应力变化的贡献所占比例较小,因而对总体静态库仑应力变化的影响非常有限。由此可见,单纯震后流体孔隙压力变化对地震触发的能力较弱,震后流体运移触发地震的物理机制还需深入研究。(3)3种不同类型地震的震后余滑效果也很不一样:走滑型地震的震后余滑能整体上提升库仑应力变化的幅度,触发更多的地震;逆冲地震的库仑应力上升区域会在空间中整体扩展,触发范围更大的余震;而正断层地震的震后余滑对库仑应力变化的影响较小,仅沿断层两端有较小的扩展。(4)此外,研究中还专门利用传统方法计算了四川芦山地震(A/s7.0)对其余震的触发情况。当选择最优破裂面投影、或选择余震节面投影或使用不同的震源位错模型以及不同的有效摩擦系数时,大量的数值计算均发现,芦山地震对其余震没有明显的触发效果。总之,计算地震引起的库仑应力变化不是一个简单的问题,它涉及地震发生、震后响应、构造应力场和介质环境变化等。只有充分利用数值模拟手段,考虑诸如介质的流-固耦合等多种物理因素,才有可能获得比较接近真实的库仑应力变化,从而使得地震触发理论更为完善,能更加科学合理地分析地震趋势及评估地震灾害。

地震静态应力触发模型的全球检验

运用 1 976～ 2 0 0 0年哈佛大学矩心矩张量目录 ,采用“地震对”概念对地震静态应力触发模型进行检验 .结果表明 ,从全球角度来看 ,地震静态应力触发效应确实存在 ,但只是一种很弱的效应 .将地震分为正断层、逆断层、走滑断层等分别对静态应力触发模型进行检验 ,发现非走滑断层地震具有明显的触发效应 ,而走滑断层地震触发效应则不明显 .按“地震对”中后续事件的延迟时间分为延迟时间 t≥ 1天、t<1天、t≥ 1 0天、t<1 0天和 1天≤t≤ 1 0天 5个时间段的“地震对”,分别对地震静态应力触发模型进行研究 ,发现静态应力触发效应在地震之后的短时间内不随延迟时间的变化而变化 .对全球不同区域的地震静态应力触发情况的研究表明 ,消减带“地震对”的触发效应较为明显 .为了研究地震静态应力触发模型在中国应用的可能性 ,对中国及邻区的地震进行了检验 ,发现就中国及邻区的地震类型而言 (以走滑断层为主 ) 。

2000年苏门答腊M_S8.0地震对缅甸M_S6.5地震动态应力触发作用及影响因素

根据地震动态触发理论,计算了2000年苏门答腊MS8.0,地震在缅甸MS6.5地震破裂面上产生的动态库仑应力:正峰值为1.357 5 MPa,负峰值为-1.113 5 MPa。峰值大于地震触发阈值0.01 MPa,苏门答腊地震的发生对缅甸地震具有一定的触发作用。在计算过程中发现,主震基本参数、传播过程中介质参数和被触发地震断层参数的准确性对计算结果有较大影响。

海原大地震对古浪大地震的静应力触发研究

根据1920年12月26日宁夏海原大地震(Ms=8.5)地震地表破裂带几何学和位移、震源机制和近代地震活动资料,提出海原大地震震源分段走滑破裂的初步位错模型,计算了在1927年5月23日甘肃古浪大地震(Ms=8.0)逆冲发震断层(NW44°,倾向S,倾角50°和滑动角60°)的滑动方向上,加载的Coulomb静应力变化△CFS为0.009 MPa.古浪大地震可能是被海原大地震触发,提前14a发生的事件.

2003年2月24日新疆巴楚—伽师M_S6.8地震的静态库仑应力触发作用

2003年2月24日新疆巴楚—伽师发生MS6.8地震,截止2004年6月30日发生了7次MW5以上的中强余震,序列的余震丰富、强度大.本文求算了MS6.8主震及其序列中主震和中强余震共同在后续中强余震(7次MW5.0以上余震)破裂面上产生的静态库仑破裂应力变化情况.考虑到震中定位的误差,分几种情况分别讨论了此次MS6.8主震及其中强余震产生的库仑破裂应力变化情况,并定量分析了MS6.8地震序列静态库仑破裂应力变化与断层类型的关系及其静态应力触发模型作用的延迟时间和空间范围.认为采用哈佛大学矩心矩张量目录的震源机制解、矩心深度和新疆震中定位结果较合理,由此得到的7次中强余震均发生在库仑破裂应力增加的区域.综合分析表明,巴楚—伽师MS6.8主震对后续中强余震具有一定的触发作用,而中强余震之间的触发作用不显著.但由于目前震源定位精度的限制,不能肯定序列中7次中强余震是完全受MS6.8主震触发而发生的.

2010年M_S7.1级玉树地震同震库仑应力变化以及对2011年M_S5.2级囊谦地震的影响

2010年4月14日青海省玉树藏族自治州发生MS7.1级地震.和传统的板内地震相比,玉树MS7.1级地震的余震具有数量少、震级大的特点.研究玉树地震主震与余震之间的关系,对于我们了解余震的发震机理具有十分重要的参考价值.本文利用弹性位错理论和分层岩石圈模型,计算玉树地震引起的同震及震后黏弹松弛应力场变化,讨论MS7.1级玉树地震对余震分布的影响以及与2011年囊谦MS5.2级地震之间的触发关系.结果显示,玉树地震导致了四处明显的库仑应力增强的扇区,2010年4月13日至6月17日的870次ML>1.0级余震主要分布于主震破裂面附近区域以及破裂面东北端的应力增强扇区.分析玉树地震对余震分布的影响时,有效摩擦系数以及计算深度的选取对计算结果的影响较小,是否考虑区域构造应力场的影响较大.考虑区域构造应力场时,占总数86.7%的余震位于库仑应力增强区,地震应力触发理论较好地解释了余震的分布.选取囊谦地震震源机制解的两个节面作为库仑应力计算中的接收断层参数,并且考虑不同黏滞系数下的玉树地震同震及震后黏弹松弛效应,模型计算结果均表明囊谦地震位于玉树地震所导致应力影区,仅依靠地震的静态、震后黏弹松弛应力触发理论,无法解释囊谦地震的发生,说明该次地震可能是一次独立的事件.

2022年门源地震序列揭示的断层几何形状及滑动特性

2022年门源地震序列的发生为周围断裂特性研究提供了新的资料.为研究门源地震序列所在的冷龙岭断裂和托莱山断裂形状,本研究首先搜集了2022年门源地震序列的地震观测资料,对地震事件进行双差精定位,获得了765个精定位地震事件,然后采用本研究改进的基于模糊聚类的断层面形状确定方法得到了冷龙岭断裂、托莱山断裂及北冷龙岭断裂的走向和倾角.为进一步研究这些断层的滑动性质,本研究搜集了发生在冷龙岭断裂和托莱山断裂及其邻区的中强地震震源机制,求解了该地区的走滑兼逆冲的构造应力场,区域应力场结果可以理解为青藏高原东北缘的东北向扩展所致.将求解得到的构造应力场投影到冷龙岭和托莱山断裂上,发现这两条断裂均表现为走滑兼逆冲的地质活动.另外2022年门源地震序列有少量事件发生在北冷龙岭断裂,为检验这些事件是否为2022年门源地震破裂所触发,求解了2022年门源地震在北冷龙岭断裂上的库伦破裂应力变化,发现2022年门源地震促进了北冷龙岭上地震的产生.这些研究对认识该地区的断裂活动特性和地震动力学有一定意义.

成组地震的应力场变化与前兆关系

综述了成组地震以及地震静应力触发方面的研究现状 ,并在此基础上讨论了 :如何应用震后静应力变化研究成组地震前兆 ;如何区分地震组的前兆和组中单个地震的前兆。

The Effect of Static Stress Triggering of the M_S 7. 1 Yushu Earthquake

This paper calculates the static stress changes generated by the Yushu M_S 7. 1 earthquake in Qinghai Province. On the basis of regional stress,we take account of the static stress change triggered by the Yushu M_S 7. 1 earthquake to find the optimally oriented fault planes,then calculate the Coulomb stress change on the optimally oriented fault plane. The results indicate that most of the aftershocks are triggered by the mainshock. The image of Coulomb stress changes is also in accord with regional earthquakes ( M_L ≥3. 0 ) distribution,but the value is lower than 0. 01MPa. In addition,this paper calculates the Coulomb stress changes in the case that the aftershock fault plane is the same as the main shock. Through comparison,we find that the image of Coulomb stress changes obtained using the "optimally oriented fault"approach is more consistent with the distribution of Yushu aftershocks and regional earthquakes.