基于GNSS时空数据的瞬态无震蠕滑信息检测

利用分布活动断层带的GNSS位移时空序列,基于卡尔曼滤波和主成分分析,研究了一套集GNSS时空噪声处理与断层瞬态无震蠕滑信息时空分布检测于一体的方法.基于一阶高斯马尔科夫理论表述了瞬时蠕滑信息与时空噪声的运动状态方程,通过卡尔曼滤波提高了时间域信噪比;根据断层形变高空间相关性的特点,通过主成分时空分析,提高了空间域信噪比.模拟试验结果表明,当断层滑移引起的地表位移大小至少与噪声水平相当时,均可检测得到断层瞬态无震蠕滑时空分布及其滑移特征.以Cascadia慢滑移事件为例,清晰地检测到了两次无震蠕滑信息,分析其蠕滑特征与相关研究结果吻合.通过对滇西2011—2013年陆态网GNSS连续站数据的处理,分析发现了期间有微弱的震后余滑信息,主要表现在澜沧江断裂、红河断裂和小江断裂的南段.其时空分布特征与2011年3月24日的缅甸MW7.2级地震相对应.因此,得出了2011—2013年期间云南地区的断层活动可能与缅甸地震带有着密切的关系的结论.

同震和无震剪切滑移作用的纳微米级构造观察与分析

本文基于中国东部郯庐活动断裂带同震和无震剪切滑移作用纳微米构造的观察分析,初步探讨脆性粘滑发震断裂和韧性蠕滑孕震断裂的微观运动学机理。通过野外、标本和电镜观察,在断层主滑移带可见发育有3组表现不同的擦面擦线,反映滑移过程中跳动、"颤抖"和不稳定快速运动的特征,是一种发震断裂在脆性体制下的同震粘滑行为。而主滑移带旁侧的叶理带内,叶理片受扭动成拖曳褶皱,并裹夹透镜状石英颗粒,表现为蠕散、稳定和慢速运动特征,是一种在韧性体制下的无震蠕滑滑移行为。同震和无震剪切滑移作用在微观和超微观运动机理方面存在区别,代表着地震孕育和发震的不同阶段。

无震脊或海山链俯冲对超俯冲带处的地质效应

全球海底分布着众多的无震脊或海山链,且在太平洋、印度洋及大西洋均存在靠近俯冲带的海岭。除小安德列斯弧外的巴拉克达脊和蒂勃朗脊起源自转换断层外,一般认为它们由与板块构造动力学迥异的地幔柱动力学所形成的。在板块汇聚边缘处,与扩张脊处所形成的正常洋壳一起,无震脊或海山链俯冲于陆缘弧或洋内弧之下,其对弧及弧后地区的地质效应(构造、地貌、地震以及岩浆作用等)有别于正常洋壳俯冲。无震脊或海山链的俯冲通常造成俯冲带地区的上驮板块的局部异常抬升、俯冲剥蚀作用效应的加强、海沟的向陆迁移以及地震强度的增加。同时,无震脊或海山链俯冲时,其携带的具富集地球化学特征的物质不仅影响着地幔地球化学,也对弧及弧后火山熔岩化学产生明显影响,并对超俯冲地区的热液矿床的形成产生重要影响。最后,本文指出了我国有关无震脊或海山链俯冲的可能的研究方向包括黄岩海山链俯冲对吕宋岛弧的可能影响、印度洋无震脊俯冲对青藏高原局部地区的影响,有我国学者参与的IODP344航次的研究对象——科科斯脊俯冲对哥斯达黎加地震成因的效应以及位于西太平洋地区靠近俯冲带的一些无震脊等。

陕西几例特殊的无震异常及其成因分析

介绍了陕西省前兆台网记录到的几例特殊的无震异常．分析了这些异常产生的原因．认为１９８６ 年和１９９６ 年渭南双王井水位的２ 次无震异常与渭河的洪峰有关；１９７７ 年韩城地震台地倾斜特大异常可能与黄河水位变化有关；１９８３ 年安康地震台地倾斜特大异常与该地区特大洪水有关；１９９６ 年和１９９８ 年三原井水位的２

断层形变异常的地震与无震判别

针对断层形变异常的地震判别不确定性问题,以发生于青藏块体东北缘的3次典型中强地震为例,研究了地震前断层形变异常特征和相应时期与之关联的外部构造区域的地震活动状况。研究结果表明:如果区域断层形变异常满足地震发生前的异常特征判据,并且相应时期与之关联的外部构造区域地震活跃背景情况下,其反映地震的概率较大;否则反映无震的可能性较大。

印度洋无震海岭及海底高原的初步研究

根据1986年10月—1987年5月第三次南极考察和首次环球科学考察所获的印度洋实测重力资料，对印度洋一些典型构造进行了分析研究。初步认为：无震海岭、海底高原和大洋中脊都有着复杂的壳-幔结构，其上都伴有一个布格异常的低值带，但引起这种布格异常低值带的原因却不尽相同。虽然上述3者都是大洋中的隆起地带，但前两者的地壳增厚，莫氏面下拱，软流圈变深，影响布格异常的主要因素是其下存在着一个较大的负山根。相反，在大洋中脊处，地壳变薄，莫氏面上拱，软流圈抬升，影响布格异常的主要因素是其下存在着一个高热、低速、低密度的异常地幔。构造运动剧烈的大洋中脊系，其强大的外力来源为地幔的热动力，它的地壳年龄虽新，但活动历史却很老，并已达到热动力平衡状态，而不是处于均衡状态。

1983年日本海中部大震前无震应变前兆的倍九天活动特征

介绍了倍九律的科学内函以及在地震预报实际应用中的几个主要方面；进而对１９８３年５月２６日日本海中部Ｍｓ＝７．７级大震前的无震应变前兆的倍九天特征进行了分析，同时探讨了倍九律在日本海地区预报强余震的可参考性。

漫说“无震地动”现象

2005年1月31日至2月21日在山西省运城盆地接连发生地震动事件7次，波及临猗、盐湖区、夏县、闻喜、永济、芮城、平陆等7县（市、区）。人们普遍有感，并听到了地声。

动态GNSS监测瞬态无震蠕滑信号提取

断层的瞬态无震蠕滑常诱发震级高、破坏性强的地震。针对其滑动速度缓慢,难以探测的问题,本文基于GNSS连续坐标时间序列的异常波动提出一种断层瞬态无震蠕滑信息的自动探测方法。首先利用独立成分分析进行时空滤波,提高坐标时间序列的信噪比;然后计算坐标时间序列波动的相对强度指数及峰度值;最后通过累积分布函数将其转换为蠕滑信号概率,进而探测断层蠕滑事件。本文模拟500 d GNSS地表位移时间序列进行仿真试验,其中包含25 d瞬态蠕滑信号。试验结果表明,当信号强度至少与噪声水平相当时可有效探测出断层的蠕滑信息。计算Akutan地区连续3年的GNSS数据后探测到一个蠕滑信号,推断其可能为火山岩强烈运动引起的无震蠕滑。通过对四川省陆态网18个测站7年的GNSS数据处理后发现了4个异常信号。

用DDA模拟华北地区的无震断层滑动和断块形变

华北地区的地质构造具有典型的断块系统特征.用非连续形变分析(DDA)方法模拟了该地区的长期形变,包括无震断层滑动和断块形变。通过模拟我们发现:(1)断层沿不同方向的滑动通常与 ENE-WSW 向的区域构造挤压一致。(2)如果沿主要活动断层的平均无震滑动速率与跨断层大地测量观测的结果一样是每年零点几毫米的量级,那么断块内的典型应变速率是10^(-8)/a 或更小量级,所以一些小区域的观测报告所得的应变率10^(-6)/a 就不能代表该地区的形变速率。(3)对一条断层, 由相邻断块内刚体旋转引起的断层滑动方向可能与区域构造挤压引起的滑动方向相反。但由于由构造挤压引起的滑动量级远大于由断块旋转引起的断层滑动,因此,一般来讲,断层滑动图像总体上与这一地区构造挤压方向一致.也就是说,由区域挤压引起的滑动控制了整个滑动情况。(4)根据(3),某些观测到的与 ENE构造挤压方向相反的滑动可能是由某些更为局部化的因素引起的,没有构造意义.

地震前无震形变速率变化的证据

在无岩浆环境下发生的10次地震中,已公布的可靠数据表明,震前形变率变化所持续的时间能够从几百秒钟到长达十多年。尽管大部分M>7.5级的地震是在没有探测到震前形变的情况下发生的,但无震形变的探测阈值仍然很高,地震矩相当于M5级地震的无震滑动在大部分情况下(尽管不是全部)会被忽视。震间形变率产生变化时并不伴随地震,而且1989年加利福尼亚洛马普列塔M6.9级地震前出现的应变率变化在尺度上同自那时起所发生的其他速率变化相近似。大部分持续几百秒钟或者更长时间的震前无震形变的例子也许起源于地震破裂面附近或者下方,而不是起源于正在发生地震破坏的区域内部。

沿着横断板块边界地震滑动和无震滑动之间的相互作用:地震序列的一种模型

本文提出了或许能解释在同一孕震区经常观测到的地震多次发生的模型。这种地震序列或震群可能包含在空间上相距几十公里、在时间上相隔几天至数月的一些事件。本模型考虑了一条埋在弹性半空间内的长垂直走滑断层。断层的强度和滑动类型(地震或无震)是非均匀的,并受到缓慢增加的周围剪切应力的作用。我们假设,断层面的一部分存在有稳定无震滑动的条件,并伴有非稳定的凹凸体。假设产生该序列中的一次地震的凹凸体破裂,引起了远离断层、靠近另一凹凸体区域的地震滑动的开始和加速。后一凹凸体可能破裂而产生震级相似的另一次地震的条件,是作为周围应力速率、凹凸体强度、无震滑动的总量以及无震滑动面积的函数研究的。发现无震滑动对第二次地震的提前发生可能起了很显著的作用。

两个自由度的滑块一弹簧模型中的幕式无震滑动

设想了一种两个自由度的滑块—弹簧模型,其中的2个滑块(滑块1和滑块2)由一根弹簧连接,并由一个慢慢移动的传动装置驱动。假设采用与速率和状态相关的摩擦定律,设定摩擦参数,使滑块1发生动态失稳。当摩擦参数接近稳定性转换点时,滑块2就会发生幕式无震滑动。在地震间隔期,当应力累积到大约稳态水平时,滑块2就开始缓慢滑动。随着振幅波动的衰减而成为稳态值,应力和滑动速度会发生准静态振荡。振荡衰减可能是自2001年以来日本东海地区观测到的幕式无震滑动的合理的产生机制。我们还在不同摩擦性质相互作用的双滑块模型的基础上,设想了板块边界上的各种滑动模式。

1946年南海地震的同震滑动分布及该地震引起的无震滑动

由海啸波形的反演估算了1946年南海地震(Mw8.3)断层面上的同震滑动分布。比以前的研究(Satake,1993)有以下3个方面的进展:(1)使用了大量的较小次级断层;(2)次级断层更拟合板块的几何形状;(3)应用了更详尽的探测数据。反演的结果表明,实测波形和合成波形间的一致性比以前的研究有极大改善。在四国近海震源区西半部,在闭锁区下倾端附近发生了约6m的大滑动。上倾或浅部的滑动很小,说明该地区为弱的地震耦合。在纪伊半岛近海震源区东半部的约3m的大滑动延伸到整个闭锁区。由大地测量数据(Sagiya and Thatcher,1999)估计了上板块八字形断层上的大滑动,对于解释海啸波形并不需要这样大的滑动,表明这些大的滑动是无震滑动。板块界面下倾端上的两个滑动分布,一个是由大地测量数据得到的,而另一个是由海啸波形得到的,除了在四国室户角下的滑动外,两个滑动分布都相当一致。据此来看,无震滑动也发生在室户角下部的板块交界处。

基拉韦厄火山南翼的突发无震断层滑动

与海底火山相关的最大灾害之一不在于火山本身,而在于潜在的火山侧翼的塌陷(McGuire,1996;Moore,et al,1989)。这种侧翼塌陷可以酿成毁灭性的海啸,不仅会波及邻近地区,而且对整个大洋盆地沿岸城市都会造成巨大威胁(Ward,2001)。位于美国夏威夷岛的基拉韦厄火山是一座具有潜在侧翼塌陷危险的火山(Ward,2001;Lipman,et al,1988),因此该火山一直被大地测量台网密切监测,该台网包括全球定位系统(GPS)的接收仪、倾斜仪和应变仪。我们发现,2000年11月上旬,该台网记录到短瞬的东南向位移,我们将其解释为发生了一次无震断层滑动。这一滑动持续了约36 h,等同于一次矩震级为5.7的地震,并且最大滑动速度为6 cm/d。对 GPS 数据的反演表明,4.5 km 深处存在一个小倾角逆冲断层,我们将它解释为希利纳巴利-霍莱伊巴利正断层系的下倾部分。这表明连续记录的大地测量台网可以监测到加速滑动,也许可以对火山侧翼塌陷作出预警。

穿过具有平滑边界凹凸体的无震位错的传播

介绍了沿着有非均匀摩擦力的断层的索米格连纳位错传播的二维模式。断层滑动是由随时间缓慢增加的均匀的外界剪切应力驱动的,位错在断层平面上的最小摩擦区成核,此区域被周围较高摩擦区(凹凸体)所限制。所研究的情况是具有平滑边界且有恒定摩擦梯度特征的凹凸体。对于接近弱带摩擦的外界剪切应力值来说,由于出现凹凸体,位错的传播被缓慢降下来,只是当它越过边界时,位错前缘才以逐渐增加的速度前移。模式表明:在给定的外界剪切应力值的条件下,滑动幅度在有限的和恒定的摩擦梯度情况下比在具有陡峭边界的凹凸体情况下要大些。与传播速度不一样,滑动速率在位错过程中永远是增加的。该模式指出在什么程度上,位错受断层上摩擦分布的影响。要理解断层上摩擦不稳定性的机制,需要详细地了解滑动速率和滑动历程。

日本西南丰后水道的无震滑动和低频地震

对全球定位系统(GPS)数据的分析显示出,自1996～1997年类似事件之后6年的2003年8月底以来,日本西南丰后水道发生了瞬时地壳形变。考虑到许多GPS测点东南向运动以及1996～1997年事件与2003年事件有类似之处,这些瞬变过程很可能是由菲律宾海板块和阿穆里板块之间板间瞬时无震滑动所引起的。估计2003年这次无震滑动发生在丰后水道下,其相对滑动在西侧随时间增加,矩震级(Mw)达到7.0。与开始和结束都与2003年事件一致的低频地震逐渐平息不同,2003年瞬时地壳形变以大致为常数的速率进行,一直到2003年11月底。丰后水道区可能通过无震滑动释放了来自菲律宾海板块消减而聚积的能量。