远场地震波辐射能计算以及对近断层地面运动的约束

从圆盘断层模型出发,根据地震波能量表象定理推导出了滑移弱化过程中远场S-波辐射能量表达式,并同已有的动力学模型作了比较.结果表明,得到的模型能量值或视应力的取值强烈地依赖于断层上的动态、静态应力降和破裂传播速度,而破裂速度则对应了断层带模型中断层破坏过程所耗散的能量.动摩擦应力上凋和应力下凋力学机制在能量求解中得到了充分考虑,弥补了D-模型和M-模型的不足.结合近断层滑移所作的功或应变能的释放,得到了近场能量辐射的一般表达式,并讨论了其物理意义以及对近断层强地面运动预测的潜在意义.采用近场地震波辐射能量同加权滑移速率的关系,给出了估算近断层质点运动速度的近似解,由此计算了2008年5月1 2日Mw7.9中国汶川地震和1999年9月21日的Ms7.6中国台湾集集地震的加权滑移速率,结果同早期Brune模型给出的瞬态解和近断层台站的真实记录相似.需要强调的是,所得能量解可应用于对未来强地面运动预测新的物理约束参数.如果对真实地震远场能量求解达到相当的精度,则对未来强地面运动模拟中包括地震矩、静态和动态应力降在内的物理参数选取就可以给出一个合理的估计.

2013年前郭震群5次M_S≥5.0地震远场地震波辐射能特征研究

2013年吉林松原前郭震群是一次典型的爆发式强震群活动,前郭震群MS≥5.0的5次主要地震事件呈现出了较为特殊的起伏特征。本文基于震源谱理论及震群型地震的特点,研究了该震群5次主要地震事件的远场地震波辐射能的特征。选取国家级台站长春台,针对前郭震群的地震动观测记录,分析观测记录的时间域、频率域特征,结合考虑震群型地震的地震动谱与震源谱参数的关系,计算5次地震事件的远场地震波辐射能,并进一步定量化地描述其在震源谱及地震波辐射能等方面的差异。研究结果表明,前郭震群中5次主要地震事件的第2次地震事件(No.2)为整个震群的转折点,其震级上表现出来的衰减特征与其地震波能量释放特征呈现出了明显的非一致性。实际上,No.2事件是前郭震群中最重要的一次事件,主要表现为相对低的震级和相对高的远场地震波辐射能。

M_s8.0汶川地震断层的应力状态以及对余震危险性的影响

利用中国地震局在汶川地震前后对四川盆地以及龙门山断裂进行的水压致裂绝对应力测量数据、近断层强震记录、以及由美国USGS公布的包括地震矩和地震波能量等在内的远场震源参数解,从简单断层模型出发,应用地震能量分配原理和库仑摩擦准则,初步估算和判断了2008年Ms8.0汶川地震断层破裂过程和震源参数,以及滑移弱化模型下应力变化(静态应力降的大小)对断层内部余震强度的影响.结果表明,对主震而言,地震辐射效率和地震效率上限值分别约为37%和14%,平均滑移弱化距离D_c约为0.5 m,破裂能约为1.29×10^(16)J,松弛功约为1.13×10^(16)J.主断层内所贮存的黏弹性松弛功的大小与主震的地震波辐射能相当,假设主震在应变能变化中的松弛功全部用于一个余震的触发,且主断层上的余震发生与主震一样遵从相同的断层破裂机制:即能量分配准则,那么汶川地震余震释放的全部能量相当于一个M_s6.9级的地震.由此可推断汶川地震主断层上不会发生M_s6.9级以上的余震,而主震后更多较小震级的余震可能持续几十年甚至上百年.

2010年墨西哥BajaM_W7.2地震与中国玉树M_W6.9地震强地震动特征的对比研究

2010年4月4日墨西哥Baja地区发生MW7.2地震,2人遇难;同年4月14日中国青海省南部玉树地区发生MW6.9地震,截至2010年4月25日,已造成2220人遇难.有报道指出,玉树地震矩震级小于Baja地震,人员伤亡却远大于后者,主要原因在于玉树地区抗震设防标准低、建筑物抗震性能差.地震造成破坏程度的大小并非仅仅取决于矩震级的大小,而同时与其释放的地震波辐射能及发震后造成的强地面运动的大小有关.玉树地震释放的地震波辐射能约相当于Baja地震的10倍,目前玉树地震尚无实测的强震记录.针对玉树地震和Baja地震建立动态复合震源模型,分别模拟基岩上及浅层速度结构(V30,地下30m平均剪切波速)下近断层区域的强地面运动.结果表明,基岩上及V30下玉树地震近断层区域强地面运动整体约相当于Baja地震的2倍.因此,玉树地震造成发震区域内建筑物损毁程度及人员伤亡情况均严重于Baja地震,重要原因之一在于其地震波辐射能大,且强地面运动较强.本文中所应用的动态复合震源模型,在地震矩守恒和地震波辐射能守恒的条件约束下,可以作为地震发生后补充强地面运动数据的有效手段之一.

福建仙游5.0地震前后小地震视应力变化研究

分析2011-01～2013-11福建数字台网记录到的73个福建仙游地震,给出仙游2013-09-04 ML5.0地震前后小地震视应力变化情况,得到该区的视应力水平,并讨论主震前后的视应力演化特征以及视应力与震级和深度的关系。

最小能量准则用于1995年河北沙城M_L 4.1地震序列破裂性质的探讨

运用变分原理,我们得到了最小地震波辐射能量约束准则并用于研究震源的物理过程.通过研究1995年ML4.1河北沙城地震序列主震和余震的动力学过程,可知主震和余震震源的动态破裂过程明显不同;ML4.1主震的破裂速度与瑞利波速相近,约为剪切波速度的0.89倍;而28个余震的破裂速度远远小于剪切波速度,大约是剪切波速度的0.05到0.55倍.根据裂纹扩展模型,计算得到其余震的地震波辐射效率多在10%以下,这也说明了余震的地震效率较低.我们认为余震震源的动态破裂过程应与断层内部新生裂纹的扩展有关,而非简单的岩体间的相对滑动.余震震源的动态破裂传播与破裂能占主导地位的小地震有关.这些小震所带来的破裂能也导致了断层的进一步扩展.在对该地震序列的研究中,我们发现主震与余震的震源破裂过程在能量分配上有着本质的区别.因此当地震断层尺度相当小时,破裂能的贡献不能忽略,它的大小将显著地影响地震波辐射能的大小.

云南强震能量释放的时空特征研究

介绍了利用矩能比估算地震波辐射能的方法,并在此基础上研究了云南地区1900～2004年M≥5.0强震的地震波辐射能量释放的时空分布,认为:①统计期间的能量释放在时间和空间分布上具有明显的非均匀性,前65 a的能量释放为22%,后40 a为78%,且约87%的能量释放集中在云南7个主要地震带,其余地区仅占13%左右;②云南地区强震活跃期和平静期累计释放能量的统计结果显示,5个平静期期间的累计释放能量折合震级均在6.8～7.2级之间.云南进入第5个平静期已接近10 a,期间累计释放能量折合成震级约为6.8级,与前4个平静期的时间间隔和能量释放相当,表明云南地区进入新一轮强震活跃期的危险性正在逐渐增大,云南东部地区可能是强震发生的危险区.

由能量分配原理探讨滑移弱化与视应力的关系

按照震源地震波能量辐射原理,在断层面上任意一点由破裂或滑动而产生的地震波能量ES、地震矩M0及相应的视应力σa都应大于零.在近期研究中发现Poldo等在震源参数反演求取断层面上临界滑动弱化距离Dc所采用的视应力约束方程出现了"视应力取值小于零"的情形,其负值被解释为对地震波辐射能无贡献的耗散能,可合并至破裂能部分.数学上的表述并未影响到反演结果,但从能量守恒观点上讲,这样的表述是不准确的.进一步讲,由此表述所求得的辐射能量ES大于由能量分配原理所得结果.根据能量分配准则,指出出现负值视应力是不合适的,并给出了表述视应力随断层滑移过程变化的替代方法,同时提供了求解临界滑动弱化距离Dc的正确途径.

锁固段损伤过程中的能量转化与分配原理

锁固段是主控构造地震产生的地质结构,研究其损伤过程中的能量转化与分配原理,可加深对其损伤行为和能量演化机制的理解.基于能量守恒原理,阐明了受载锁固段内裂纹扩展时储存弹性应变能的转化与分配关系,提出了锁固段破裂事件的地震波辐射能计算公式.据此,在孕震断层多锁固段脆性破裂理论框架下,推导了主震判识的震级准则,论证了锁固段累积Benioff应变比与剪切应变比的等效性,提出了锁固段破裂事件的震源参数计算方法.实例分析表明,该方法可靠.该研究成果在主震判识、震源参数估算与复核等方面具有良好的应用前景.

九寨沟M_S7.0地震震源参数及致灾特征初步分析

2017年8月8日四川九寨沟发生M_S 7.0地震,震中位置(33.20°N,103.83°E),推测发震构造为塔藏断裂南端的分支断裂,为一次走滑型的地震事件,截至目前最大余震为8月9日10时17分发生的M_S 4.8地震,已造成25人死亡,约525人受伤.中国地震局8月12日公布的九寨沟地震现场实测最大烈度为9度,但强地面运动观测记录整体偏低,实测最大水平峰值加速度为九寨百河台的-185 cm/s^2,该台站距离震中28.3 km,对应的仪器计算烈度仅为6.2度,明显小于极震区的最大观测烈度.本文首先分析了九寨沟M_S 7.0地震震源参数的特征,结果显示主震的地震波辐射能和视应力均偏低,震源破裂过程为应力下调模式;反演的发震断层面滑动集中区最大位移偏小,显著余震较少,且最大余震震级偏低,显示九寨沟序列主震释放了整个序列中绝大部分的地震波能量;破裂沿断层走向相对充分,与实际的余震分布相一致,而断层未出露地表则显示其在应力下调模式下破裂可能受阻;进一步基于震源参数及断层破裂过程,构建有限断层模型模拟九寨沟地震的烈度分布图,计算的最大烈度与观测相一致,但极震区面积相对偏小.综合分析九寨沟地震致灾特征,该地震致灾程度不高的原因可能与地震波辐射能偏少、余震震级偏低、极震区面积较小且人口密度偏小相关.