帕克菲尔德地震预报实验场：2004年6级地震及其对地震物理和地震预测研究的影响

介绍了美国中加州帕克菲尔德(Parkfield)地震预报实验场的建设、运行和试验场工作期间发生的2004年6级地震的情况。着重阐述了在实验场20多年的地震预测研究中遇到的一系列科学问题以及一些新的认识。这些科学认识包括:对活动构造破裂分段的研究是地震长期预测的基础;无震滑动是地震预测中的一大难点和障碍;地震复发模型具有的相当大的不确定性且在预测应用上有很大的局限性;地震前兆的复杂性、差异性及其对地震预测中常用原则——前兆异常重现性和相似性的挑战等。这些认识对地震预测研究与实验场建设有一定的启示意义。

对美国帕克菲尔德地震预测失败的再分析

通过对帕克菲尔德历史地震数据的分析,发现该地存在有11年及11年的倍数周期,美国学者发现的22年周期只是其中一个特例。分析认为,无论是使用11年周期还是22年周期,均无法准确预测出2004年帕克菲尔德地震,因此美国学者的预测未能成功。原因在于出现了一个新的黄金分割规律,即11年×0.618=6.8年,使用该规律可以准确预测出2004年地震。依据以上发现的3个规律,尝试预测下一次帕克菲尔德地震可能发生在2032年附近,建议综合使用当地观测数据分析以缩小误差。

2004年帕克菲尔德震中附近蠕变仪记录的同震应变及向地表震后滑动的转换

引言 有人认为震前存在明显的地表滑动，可2004年9月28日11时15分（当地时间）发生的Mw6级帕克菲尔德地震给这种观念一个可能是致命的打击。在1966年，震前一周曾报告沿断层发生了地表裂缝，而在主震前11．6小时曾发生水管破裂。这就给予了希望，地震前可能发生实际的地表滑动，若在相应地区布设位移传感器，

期待很久的2004年9月28日M6.0级帕克菲尔德地震的震磁效应

1976年以来,在加利福尼亚帕克菲尔德地区沿圣安德烈斯断层上长约60km的闭锁—蠕动过渡带,布设了由7个采样同步的质子磁力仪构成的差动连接的台阵,对该地区的局部磁场进行了准确的测量。2004年9月28日的M6.0级帕克菲尔德地震的震中恰好位于这个台阵之内,此次地震在其中的5个台站的观测中产生了0.2nT～0.5nT的同震磁场变化。但是从地震发生前1个月、前1周及前数天的地磁观测数据中,都检测不到明显高于背景噪声水平的震前磁场变化(由于没有可检测出的形变、地震活动或孔隙压力变化数据,理论上也应观测不到震前磁场变化)。在地震破裂末端附近的一个台站也记录了0.01Hz～20Hz频带内的电场和磁场数据,借助于沿断层的北西延长线上距该台站约115km的另一个台站的观测数据,对来自电离层和磁层的同模式噪声进行了校正。校正后的数据中既没有发现1989年ML7.1级洛马普列塔地震前可能存在ULF频带(0.01Hz～20Hz)的异常磁噪声,也没有发现相同震级的希腊地震震前产生的电场变化。基于应变、位移和地震数据反演得到的地震一致滑动和可变滑动压磁模型,能够计算出与磁力仪台阵观测到的结果相符的磁场扰动。1993年以来,该区域内长期存在着与荷载增加一致的较高磁场变化,与之相伴的是由一个两色EDM台网和另一个较小的钻孔应变仪台网观测到的剪应变率的长期增长及表现在1992、1993和1994年各发生了一次M4.5～5.0级地震的地震活动性的增强。集成了所有这些数据建立的模型揭示了该区域在深度剖面上有增大的滑动,这也许对2004年9月28日M6.0级帕克菲尔德地震的最后发生起到了重要的作用。本次地震以及其他发生于圣安德烈斯断层系内其他地方的M5～7.3级地震的震前电场和磁场前兆的缺乏,表明了仅利用现有的这些电磁数据来对破坏性地震做出有意义的预测看来并不可能。

2004年9月28日加州帕克菲尔德M6．0级地震的初步报告

引言 2004年9月28日17时15分14秒（协调世界时）加州中部帕克菲尔德发生了一次Mw6．0级地震。震中位于圣安德烈斯断层靠近戈尔德希尔附近的帕克菲尔德镇东南11km的地方（图1）。加州综合地震台网（CISN）报告说，震源位于北纬35．819°，西经120．364°的8．8km深的地下。

圣安德烈斯断层帕克菲尔德段断层强度变化的远程触发

断层强度是孕震带的一个基本性质,它随时间的变化特性可以增加或减小断层破坏的可能性并最终触发地震。虽然断层强度变化可以用来解释诸如地震活动的远程触发(HillandPrejean,2007)等多种现象,但至今还没有切实的方法对这个重要性质进行现场监测。文中我们认为,通过对圣安德烈斯断层帕克菲尔德地区近20年(1987～2008)的观测,揭示了一种监测断层强度的方法。研究中我们已经识别出了2个实例,每个实例中断层强度的长期变化最有可能被强震事件远程触发;这两个震例分别是2004年的苏门答腊—安达曼9·1级地震和1992年初的兰德斯7·3级地震。在这两个震例中,断层强度变化都有两方面的表现:其一是地震散射体特性随时间的变化,这或许反映了应力导致的流体运移;其二是与断层强度变化最为一致的重复地震序列特征的系统的时变性。在1992年兰德斯地震的实例中,很可能是断层强度在一段时间内的降低触发了1993年帕克菲尔德地区的无震瞬态滑动(Langbein et al,1999;Gao et al,2003;Niu et al,2003;Murray and Segall,2005)并伴生了4次M>4级地震的丛集。由遥远的2004年苏门答腊-安达曼地震产生的断层强度变化显得尤为重要,因为这有可能显示出巨大地震会对地球的断层系统强度带来全球性影响。由于强震引起的扰动会使全球很多断层趋于破坏,从而导致全球地震活动出现时间上的丛集性。2004年苏门答腊-安达曼地震后几年内发生的超乎寻常的多次M≥8级地震似乎可以支持这种假说。

2004年9月28日加州帕克菲尔德地震强地面运动记录的初步分析

引言 2004年9月28日，加利福尼亚州中部小镇帕克菲尔德附近的圣安德烈斯断层发生了Mw6．0级帕克菲尔德地震。因为广泛认可这个地区有发生地震的可能性，所以在这一地区先前已设置了许多强地面运动台站和其他类型的地震台站。

“帕克菲尔德圣安德烈斯断层深部探测计划”——井下主动源监测中观测到的震前波速变化

测量活动地震断裂带内的应力变化是地震学的长期努力目标。途径之一是探测地震波速度的应力依赖性。在"圣安德烈斯断层深部探测计划"主动源钻井试验中,我们探测了波速随应力的变化。文中认为应用该技术的确可以测量应力变化。在两个多月的试验中,观测到剪切波沿固定路径上的传播时间(几个毫秒)与气压变化之间呈现出很好的负相关性。我们还观测到两处明显的走时偏离异常,与观测期间发生的两次地震事件密切相关,而这两次地震均在SAFOD产生了较大的同震应力变化。走时异常分别发生在两次地震事件的前10h和前2h,可能与早期实验室研究发现的破裂前应力导致的裂纹特性变化有关[1,2]。

帕克菲尔德地震预报试验的成败

我知道我可能永远达不到Keats的标准，正如我知道我的所有“答案”也许最终被证明是错误的。我再一次从法兰西斯·培根（Francis Bacon）称赞错误的话语中获得安慰，因为只有从错误的答案中才能找出真理。——卡普兰（Robert Kaplan，1996）

加州帕克菲尔德附近微震序列的破裂方向性

破裂扩展方向是影响地震引发地震动方式的重要因素。因此,表征促进潜在破裂扩展方向的因素是极其重要的。本文分析了加州帕克菲尔德附近圣安德烈斯断层上反复发生的地震序列的地震方向性。同一序列中的所有地震都有非常相似的波形并有重叠的地表破裂。我们说明,普通序列地震之间传递函数的微妙变化可以被认为是视破裂持续时间的改变。计算了所有可用台站的成对地震事件以及每个序列的相对视破裂持续时间。我们反演这些测量结果,得到了序列中各单一事件相对于参考事件的视破裂持续时间的估计值。视破裂持续时间随方位的变化证实了破裂方向性。我们说明,大多数所分析的微震显示为东南向破裂。我们还说明,在给定的重复序列中,大多数地震往往显示出相同的破裂方向。

帕克菲尔德断层模型的压磁场

对适用于加州帕克菲尔德附近的圣安德烈斯断层上中强地震(M～6)的地震不稳定模型,计算了作为时间和地面位置函数的理论压磁场。不稳定模型对一个32a地震轮回的所有时段模拟断层滑动和应力,其中包括失稳(主震)滑动。当该断层的一个近乎闭锁的断块受周围非地震滑动的作用变得充分承载以致于达到快速破裂的条件时,就会发生主震滑动。使用基于类似于应变核的压磁核的解析法,直接由断层滑动计算了压磁场。在地震间隔期间,闭锁断块上应力集中的增强将伴随着磁异常场的缓慢演变,在临近震中地区导致约±2nT的最大积累变化。主震滑动大约消除地震间隔期间所积累变化的一半,快速震后松驰消除剩余的大部分。地震间隔期间在闭锁断层附近一些测点上,场的变化速率逐渐增加,而另一些测点则逐渐减小。这种效应在主震前最后3～4a最显著,并且在适当选取的一些成对测点上,造成差值场时序趋势反向。如果这样的反向可与其他源所引起的地磁变化相区别的话,那么这种反向将构成临近破裂的前兆指标。

帕克菲尔德:一次失败的地震预测实验

地震预报被称为地震学中的“圣杯”,也是地震学研究的终极目的之一.

引起争议的帕克菲尔德应力因素

根据大地震时间可预报模型的结果,圣安德烈斯断层帕克菲尔德地段在20世纪80年代末或90年代初理应发生断裂。像弹簧玩具反复地跳动一样,该地段大约每隔22年就断裂1次,但自1966年起就再也没有断裂过。加利福尼亚帕克菲尔德的地质学家和当地居民自上次发生的6.0级地震后就一直等待着下次地震的来临。

加州帕克菲尔德的地震预测试验

自１９８５年来，在加州中部造近克菲尔德镇沿圣安德烈斯断层一直在全力以赴地进行地震预测试验。从１８５７年以来，帕克菲尔德发生了６次中等地震。平均２２年一次，最近的一次６级地震发生在１９６６年。研究人员认为在１９９３年之前发生中等地震的概率为９５％。可是现在看来，似乎把事情太简单化了。起初对帕克菲尔德这段断层的鉴定是根据圣安德烈斯断层地表地貌特征来进行的。