2020年1月19日伽师M_(S)6.4地震静态库仑应力触发及对周边断层影响研究

针对2005年以来南天山西段8次M_(S)≥5.0地震,计算静态库仑应力和主要断层的加卸载效应,结合余震空间展布,分析应力触发及对周边主要断层的影响,结果表明:2008年乌恰M_(S)6.9地震与2016年阿克陶M_(S)6.7地震的发生,对伽师M_(S)6.4地震的发生起到延缓作用;伽师M_(S)6.4地震震中NNE方向、SSW方向和NWW方向处于库仑应力加载区,随着应力持续积累,上述区域未来一段时间地震危险性增强;柯坪断裂绝大部分区域、迈丹—沙依拉姆断裂中段、喀拉铁克断裂西南段发生地震危险性较大。

2006年珊溪水库M_(L)4.6震群静态库仑应力变化及其对后续地震的影响

浙江省珊溪水库2006年2月4日至11日发生8个M_(L)4以上地震,最大地震为M_(L)4.6地震,截至2009年12月10日,共发生1063次小地震。为探讨8个M_(L)4以上地震主发震断层的库仑应力变化特征以及库仑应力变化对后续地震发生的促进作用,基于库仑破裂准则,计算珊溪水库该M_(L)4.6震群的静态库仑应力变化,讨论不同有效摩擦系数对库仑应力变化的影响,并依据Dieterich速率—状态摩擦定律计算并讨论其静态库伦应力变化对后续地震活动性的影响。结果表明,珊溪水库8次M_(L)4.0以上地震的静态库仑应力变化及库水下渗导致的静摩擦力变化,对后续地震的发生起到一定促进作用,约76.3%的地震发生在库仑应力变化为正的区域;有效摩擦系数的取值对库仑应力场与余震分布之间的关系影响不大;计算F_(11-1)、F_(11-2)及F_(11-3)分支断层中部的库仑应力变化,发现库仑应力在F_(11-1)、F_(11-2)断裂上降低,在F_(11-3)断裂上增加,表明未来地震在F_(11-3)断裂附近多发的可能性更大。

2013年芦山M_S7.0地震产生的静态库仑应力变化及其对余震空间分布的影响

2013年4月20日芦山MS7.0地震发生在龙门山断裂带的西南段,距2008年汶川MS8.0地震仅约85km,时间上仅相隔5年.首先计算了汶川地震的静态库仑应力变化对本次芦山地震的影响,得出芦山地震是由汶川地震触发造成的(库仑应力上升了0.012 MPa);进一步计算了芦山地震与汶川地震这两次大地震共同产生的静态库仑应力变化.结果表明,芦山地震的余震受前面两次大地震的共同影响,而不仅仅是芦山地震单独作用的结果,超过85%的余震发生在两次地震共同产生的静态库仑应力变化增大的地方,而芦山地震本身触发不了本次的余震序列(仅48.7%的余震位于主震所产生的应力加载区).此外,计算结果表明芦山地震本身对周边断层影响较小,仅龙门山断裂带的东北段受到一定的加载作用;而由于汶川地震的作用,安宁河断裂、大凉山断裂、马尔康断裂、岷江断裂和虎牙断裂呈卸载趋势,仅鲜水河断裂东南段和龙门山断裂中段受到加载作用,这均会加速断层上新地震的发生.

1966年邢台地震静态库仑应力触发分析

通过分析1966年邢台5次地震的静态库仑应力触发情况发现,前2次地震对后面的地震有较好的触发,而M_S7.2以后地震的触发不理想。从而认为,随着地震的发生和震源深度的增加,岩浆活动对地壳介质的影响越来越大,地壳介质弹性性能越来越弱,即该区域浅部可以用均匀弹性半空间来近似,而深部在岩浆等因素的影响下,用均匀弹性半空间来近似存在较大的误差,不适合用弹性位错理论计算地震的触发关系。这从侧面反映了该地区岩浆活动的剧烈性和超壳断层存在的客观性。

2014年鲁甸地震(MS=6.5)静态库仑应力变化及其影响

2014年8月3日在云南省昭通市鲁甸县发生了MS6.5左旋走滑型地震。为了解本次地震所造成的影响,文中利用前人反演的震源模型计算了主震产生的同震静态库仑应力变化,考察其对1个月内余震的触发效果以及对周围断层的影响。经计算后发现,82.43%的后续余震发生在静态库仑应力增加>0.01MPa的区域;说明大部分余震是由主震触发产生的。然后,使用周围断层作为接收断层,计算了鲁甸地震在周边断层上产生的库仑应力变化:发现昭通-鲁甸断裂(西支)的东北端及该断层东支的东北段库仑应力增大,发生地震的危险性会增大;而该区的大凉山断裂、莲峰断裂、则木河断裂、小江断裂和马边-盐津断裂的库仑应力都减小,即未来发生地震的危险性下降。另外,计算还发现,当选择最优破裂面作为库仑应力变化的投影面时,无论使用不同的震源模型还是改变有效摩擦系数,鲁甸地震对其后续余震始终具有较好的触发作用。

流-固耦合作用对计算同震静态库仑应力变化的影响

传统方法计算同震静态库仑应力变化一般都是基于Okada的解析解,模型中不考虑流体对固体骨架力学行为的影响.但实际上,流体对固体变形有着非常重要的作用.为此,本文基于孔隙弹性理论,考虑流-固之间的完全耦合效应,针对三种典型的断层错动模型(走滑型、逆冲型以及正断型),分别计算静态库仑应力变化与传统算法之间的差别.计算结果表明:三种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影响较大.逆冲型和正断层型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,孔隙压在逆冲型地震的震源区域上升,而在正断型地震的震源区域下降.同传统方法计算的库仑应力相比,逆冲型地震产生的介质孔隙压变化使得震源区的应力影区面积减小,这会触发更多的余震;而正断型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,这样会降低该区域余震发生的概率.可见,介质的流-固耦合作用对计算库仑应力变化的影响不可忽视.因此,在利用库仑应力变化研究地震触发时,应考虑流-固耦合作用,使得库仑模型的预测结果更符合实际.

利用静态库仑应力触发准则确定地震断层面

震源机制解存在2个节面,通过地震波记录难以确定哪个节面为地震断层面。地震静态应力触发的相关研究表明,主震对后续余震有较为明显的触发作用。余震的空间分布也可以为确定震源机制节面中的断层面提供有效信息。以汶川、玉树地震为例,按照余震最大应力触发准则来确定震源机制2节面中的断层面。研究发现,采用上述准则确定的断层面与余震分布、地表观测一致。为快速判定地震断层面提供了一种途径。

芦山Ms7.0地震产生的静态库仑应力影响研究

2013年4月20日在四川芦山发生了Ms7.0地震,震源深度17 km,发震断层位于龙门山断裂带南段的前山断裂附近,为逆冲断层机制,芦山地震震中位置位于2008年汶川Ms8.0地震西南方向85 km处,两个地震的余震分布区中间存在一个约20~30 km的破裂空段。首先计算汶川地震的静态库伦应力,明确汶川地震对芦山地震的触发影响,芦山地震的发震位置处于汶川地震后的应力加载区域;进一步计算芦山地震对周围的静态库仑应力,结果显示,芦山地震对二者之间破裂空段的影响为应力加载;最后计算汶川地震和芦山地震周围的静态库仑应力的综合影响,二者对川滇交界东部的应力加载作用是明确的,对中间存在的20~30 km的空段也存在一定的应力加载影响。

2014年2月12日新疆于田M_W7.0地震源区静态库仑应力变化和地震活动率

2014年2月12日新疆于田M_W7.0地震源区位于巴颜喀拉块体与西昆仑块体的连接部位,东西向拉张构造发育,距离2008年3月21日于田MW7.1地震震中位置约100km.根据有限断层地震破裂过程模型,计算了2008年新疆于田地震产生的静态库仑应力变化.此次地震的断层面呈北偏东方向,在断层两端出现3个应力加载区,2014年于田主震位于破裂前端的库仑应力加载区.这一结果表明,2008年于田地震可能对2014年地震事件起到了触发作用.2008和2014年新疆于田地震产生的静态库仑应力变化与余震事件的空间分布具有明显的相关性,大多数余震位于应力加载区,发生在卸载区的余震较少.静态库仑应力变化与余震序列吻合较好.2014年3月21日新疆于田地震之后40天,在北西方向发生MW5.2强余震,其震中位置的应力增量达到0.63×105Pa.通过比较,发现静态库仑应力变化和地震活动率之间具有较好的相关性.地震活动率较高的区域与静态库仑应力加载区相对应,如康西瓦断裂东段、贡嘎错断裂中段和东北段等区域.

GPS资料获取的静态库仑应力变化与余震分布的相关性分析

本文以2008年汶川地震为例,利用震中附近GPS观测资料,选择断层破裂模型,计算汶川主震产生的静态库仑应力变化空间分布,并与JI模型、经验公式模型结果进行对比分析,初步探索GPS破裂模型下的静态库仑应力变化特征以及与余震的空间分布关系。结果表明,当使用最优断层面作为接收断层时,GPS模型的结果对后续余震空间分布具有较好的对应关系,90%的余震分布在应力增强区域;在龙门山断裂以走滑为主的北东段(北川—青川段),5级以上的强余震均分布在应力增强区;以龙门山断裂南西段作为接收断层的计算结果表明,芦山地震震中正好处于库仑应力的正值区,汶川地震的发生在一定程度上使得芦山地震提前发生。

临潭-宕昌断裂及附近地区静态库仑应力变化及地震活动性研究

基于Okada的弹性半空间模型,分别计算岷县MS6.6、MS5.2地震和岷县-卓尼MS5.0地震对后续地震的静态库仑应力变化,分析应力扰动对后续地震的影响。结果显示:1)研究区内3次中强地震的共同作用促进了后续地震的发生,后续地震绝大部分位于应力增加区内;2)临潭-宕昌区域背景地震活动性较强,尤其是宕昌及周边地区,地震活动呈条带状展布,与临潭-宕昌断裂走向垂直,研究区整体地震活动性变化以宕昌地区为中心向外呈辐射状减弱;3)岷县段、西段和中段处于应力累积阶段,未来发生强震的可能性较小,宕昌段未来一段时间内地震活动性高于区域背景地震活动性,值得高度关注。

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。

2013年吉林前郭M_S5.8级地震产生的静态库仑应力影响研究

2013年10月31日在吉林省松原市前郭县发生MS5.5、MS5.0级地震，11月22日和11月23日又分别发生MS5.3、MS5.8和MS5.0级地震，构成2013年吉林前郭5级震群，其中最大的地震为11月23日的MS5.8级地震，发震断层位于扶余-肇东断裂附近。本研究计算前郭MS5.8级地震的静态库伦应力，明确前郭MS5.8级地震对周围的同震库仑应力影响；进一步计算前郭地震对周围主要断裂带的静态库仑应力影响，结果显示，前郭MS5.8级地震对其附近的长春-四平断裂、密山-敦化断裂带的影响是卸载的，对依兰-伊通断裂的影响是加载的，应力加载量在＋0.002-0.004bar。

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.

锡场地区5次M_L4.0级以上地震的静态库仑应力触发研究

2012年2月至2014年7月,以往地震活动很弱的锡场地区接连发生5次M_L4.0级以上地震。为研究这5次事件之间是否存在应力触发关系,首先使用双差定位方法、 CAP方法反演得到了这5次事件精确的震源位置、震源机制解和震源深度,并根据精定位后的地震展布和区域活动断裂选择了真实发震断层面。以此计算了锡场地区5次M_L4.0级以上地震之间的静态库仑应力触发影响。计算结果表明:锡场地区5次地震之间累计静态库仑应力变化大小均超过阈值0.1 Bar,存在应力触发现象。其中, 2014年7月11日的M_L4.5级地震被已发生的前4次地震触发,应力增加达0.331 Bar; 2014年4月25日的M_L4.4级地震被已发生的前3次地震触发,应力增加达0.368 Bar;而2013年2月22日的M_L5.1级可能被前面两次地震触发,累计静态应力增加为0.119 Bar,大于阈值0.1 Bar; 2012年2月17日的M_L4.2被2012年2月16日的M_L5.2级地震抑制,应力降低为3.37 Bar。

青海玛多7.4级地震静态库仑应力分析

2021年5月22日,青海省果洛州玛多县发生74级地震,此次地震发生在川青交界,发震断层位于甘德—南缘断裂附近,四川多地震感强烈。本研究基于弹性理论,利用Coulomb3.3软件计算地震破裂面上产生的静态库仑应力变化,分析此次地震对周围的同震库仑应力影响。结果显示:青海玛多7.4级地震静态库仑应力对周围大部分断层的影响已经超过阈值。

仙女山-九畹溪断裂带附近地区地震活动性与静态库仑应力变化研究

基于仙女山-九畹溪断裂带附近地区地质构造,讨论三峡水库蓄水前后该断裂带附近地区的地震活动特征,同时分析该区域2014-03 M4.5与M4.7地震间的触发关系及2次地震对后续小震的影响。结果表明:1)M4.7地震可能由M4.5地震与库水渗流产生的较大孔隙压力共同触发。2)M4.5与M4.7两次地震的应力扰动导致研究区内地震活动增加,后续地震中约66.9%的地震发生于库仑应力增强区。3)2次地震产生的静态库仑应力变化导致仙女山断裂带附近地区地震活动增加,后续地震活动水平将处于背景地震活动水平之上;九畹溪断裂带活动性相对较弱,略小于背景地震活动水平,且处于应力积累阶段。

2024年1月23日新疆阿克苏地区乌什县M S7.1地震对周围断层的应力影响及对余震的触发作用

为研究2024年新疆阿克苏地区乌什县M S7.1大震对周边区域应力的影响,基于美国地质调查局(USGS)给出的主震破裂模型,计算此次地震对周边地区产生的同震位移场及应变场,结果发现:体应变在震源西北侧呈现拉张,东南侧呈现挤压;面应变的分布与体应变的形态基本相似。为研究该地震对余震的触发情况,首先需要确定接收断层的断层面参数,对中国地震台网发布的2024年1月23日到2024年4月10日的余震震源机制节面聚类分析,得到两簇结果,选择标准差较小的二簇节面进行平均,得到走向为243.91°,倾角为64.97°;将乌什地震震源区的构造应力场投影到该发震断层上,得到滑动角为61.02°。将这些参数作为余震接收断层的断层面参数,同样基于USGS给出的主震断层破裂模型,计算主震产生的静态库仑应力,研究发现:区内库仑应力均超过0.01 MPa阈值,且库仑破裂应力最大值达0.3 MPa,大多数余震处于库仑应力变化的高值区;表明主震产生的静态库仑应力促进了余震的发生。为研究该地震发生对周围断层的影响,根据前人给出的周边断层的几何和滑动特性,计算在周边断裂上沿滑动方向上的库仑破裂应力变化,研究发现:本次地震对迈丹—沙依拉姆断裂库仑应力最大增加量达到0.22 MPa,喀拉铁克断裂、衣木干他乌断裂、塔塔埃尔塔格断裂、奥兹格尔他乌断裂、柯坪断裂的库仑应力变化并不明显,迈丹—沙依拉姆断裂库仑应力增加最大,应注意该断层的地震活动性。

2005年江西九江—瑞昌M_S5.7地震破裂参数及余震静态应力触发研究

根据地震破裂过程中的多普勒效应,利用多台波谱参数推算九江—瑞昌MS5.7地震的震源破裂参数,得到主震的破裂方位角φ0≈319.6,°破裂速度约为2.3 km/s,用最小二乘法拟合的相关系数极值约为0.80。在此基础上,分别计算了主震在4.8级强余震的两个节面上的静态库仑应力变化量,结果显示:主震在4.8级余震节面Ⅰ、Ⅱ上的静态库仑应力变化均为正值,分别为0.48 MPa和0.02 MPa。主震在节面Ⅰ、Ⅱ上产生的静态库仑应力的变化十分接近。应力增加的区域主要位于主震断层的右侧,应力减小的区域主要分布在震中南部。统计显示:绝大部分余震均发生在静态库仑应力增加的区域内,尤其是在节面Ⅰ上,表明主震破裂产生的库仑破裂应力变化对4.8级余震的发生有重要的触发作用,同时也有利于大多数余震的发生。

内蒙古阿拉善左旗M_S5.8地震的构造应力场和静态库伦应力变化分析

利用收集的60个震源机制解,应用MSATSI软件反演了2015年4月15日内蒙古阿拉善左旗MS5.8级地震的震中周围地区的构造应力场。结果显示:此次地震是发生在走滑体系的背景下,总体应力场的空间不均匀性表现不明显。总体最大主压应力走向N42±7°E,主张应力走向为N58±12.6°W,R值约为0.4。相比于前人的结果,该结果与地震发生震源机制的P、T轴方位更加一致。为揭示余震和主震之间的关系,计算了此次地震所造成的静态破裂库仑应力变化。结果表明:M4.0级余震的静态库仑应力变化值分别为0.042 8 MPa,M3.2级余震的静态库伦应力变化值为0.023 MPa,说明此次地震对2次余震有触发作用。