新疆精河M_W6.3地震产生的静态应力变化研究

利用精河M_W6.3地震有限断层破裂模型,计算了精河地震产生的位移场、应力场、周围主要断层上的静态库仑应力变化以及主震对余震的触发作用。结果表明:(1)精河地震产生的地表隆升最大值约为6.6cm,沉降最大值约为1.8cm;水平位移方向呈现震中南北侧向震中汇聚、震中东西侧向外"流出"的特点。(2)精河地震产生的水平面应力场展布南北侧物质主要受到指向震中的拉张力作用,东西两侧物质主要受到因震中过剩物质东西向排出而导致的东西向挤压力作用。(3)震中西侧距震中约20km的库松木契克山前断裂中段和震中东北部距震中约50km的四棵树-古尔图南断裂西段的库仑应力加载均大于0.01MPa,即2处为地震危险区。(4)在震源深度为8~12km的余震事件中,约有85.5%处于库仑应力加载区,即受到主震的的触发作用;在深度为4~8km的余震事件中,约有87%受到主震的应力触发作用。

1992年兰德斯地震后加州南部断层的静态应力变化

1992年6月28日兰德斯7.5级地震是加州40年来最大的一次地震。预期这次地震发生的滑动将会引起邻近断层上较大的静态应力变化;而这种静态应力变化又会对未来地震的可能性发生影响。对断层加载至破裂的应力变化被引证为小震、中强地震和大震的成因;相反,那些使邻近断层松弛的应力变化则与地震活动性的下降有关。本文用弹性半空间模型估计了所研究的加州南部断层,包括圣安德烈斯断层上由兰德斯地震造成的应力变化。我们发现所估计的应力变化与触发5次震级大于4.5的余震中的4次余震的应力变化一致,还发现发生在圣安德烈斯断层的圣贝纳迪诺这一段的最大变化为1—10巴,这可能把发生下一次8级地震的时间大约提前14年。

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.

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。

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.

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.

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。

库仑应力变化及其在地震学中的应用研究进展

首先介绍了库仑应力的定义及其物理含义。阐述了库仑应力在强震对余震的触发作用、强震对后续地震序列的触发、应力影区对地震的抑制作用、地震活动性分析以及相关软件的应用等五个方面的应用研究进展。最后探讨了库仑应力在地震学应用中存在的不足与前景。

利用地震观测资料预测震源区应力变化研究进展综述

地震的孕育和发生除了与区域背景构造应力的增长变动有关,也是震源区应力增长及破裂发展的结果.因此地震观测资料必然携带有震源区应力应变增长及破裂发展的信息.随着数字地震观测台网的普及和数字地震仪性能的提高,用地震观测资料进行震源区应力变化和破裂过程的研究已成为国际地震学界的研究热点.本文综述了岩石静态应力状态的变化对地震波传播与衰减的影响,及其对地震孕育和激发的作用;主要介绍了利用地震观测资料预测震源区应力变化的主要研究方法和目前的进展;讨论了该研究领域未来的发展前景,作为进一步研究的基础.

近断层应力变化快速计算方法及对强余震空间分布的指示意义:以M_w7.9汶川地震为例

构造地震一般由断层摩擦失稳所致.断层内部及周边所累积的剪切形变则通过同震滑动位移得到局部释放.因此,震后断层内部及近断层周边的静态剪切应力变化量的空间分布可通过断层面上的滑动位移分布计算得到.本文采用傅氏变换方法(FTM)计算单一有限断层同震滑移场所形成的静态剪切应力变化分布,近断层两侧的应力变化计算可由波数域内应力近似算法获得.结果表明,FTM快速有效、易于实现,有效地避免了常规应力计算中奇异值的出现.以2008年Mw7.9中国汶川大地震为例,采用前人所得有限断层滑动位移模型,得到了断层面和近断层周边准3D剪切应力分布解,并同主震后中强余震的空间分布特征作了比较.结果表明,大部分的中强余震震源位置处于剪切应力变化值为正的区域,由同震位移所产生的局部应力降峰值和均值大小同应力变化的正值大致相当,从而表明了快速且有效地计算断层内部及近断层附近的应力变化分布可以为主震后强余震发生的潜在区域提供指示意义.需要强调的是,应力变化空间分布特征的获取强烈地依赖于有限断层滑移模型解.有关滑动位移反演解的多解性对应力变化计算结果的影响,本文作了必要的讨论.

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 ) 。

基于同震库仑应力变化的汶川地震余震频次研究

在计算同震静态库仑应力变化的基础上,基于速率-状态摩擦定律及与同震静态库仑应力变化相关的余震频次估计方法,研究了汶川地震余震区及附近不同区域内与汶川地震同震静态库仑应力触发相关的“直接”余震频次.结果显示,主震破裂带尤其是主震破裂带南段的“直接”余震频次明显低于实际情况,其原因在于同震库仑应力变化导致的主震破裂面上应力水平的降低.研究结果还显示,汶川地震同震库仑应力变化对余震活动持续时间的影响与震级下限有关.对ML4.0以上余震,持续时间约为震后15 ～ 16个月;对ML3.5以上余震,接近60个月.在上述时段内,与同震库仑应力变化相关的“直接”余震占全部余震的比例为44.7％～48.6％.这表明,即使在同震库仑应力变化的“有效”作用时段内,主震破裂面上也大约有50％的余震活动不是缘于同震库仑应力变化的影响,这可能与震后余滑及粘弹松弛等时间相关因素的影响有关.

基于应力变化的余震预测研究综述

本文综述了近期基于应力变化的余震预测研究进展。从静态库仑应力触发角度对余震活动进行研究主要有两方面内容:一是集中于对主震触发余震机制的讨论;二是通过库仑应力变化分布区域与实际余震空间分布区域进行定性对比分析,并认为库仑应力变化为正的区域有利于余震的发生,而这正是余震活动与应力变化高度相关的重要证据。基于应力变化的余震预测研究的一项重要内容是建立在速率-状态依从摩擦定律基础之上的余震活动率研究,即将余震活动作为一系列独立的成核事件,从断层滑动触发地震的角度出发,结合静态库仑应力计算得到余震活动率,进而得到余震数量。余震活动是与断层面上的剪切应力变化相关联的,余震活动率受应力扰动幅度、应力加载速率、断层基本物理特性及背景地震活动率等的影响。考虑到"余震激发余震"的特点,ETAS模型与静态库仑应力变化相结合的研究方法提供了一条统计学与物理学方法(应力变化)相结合、能更完整地刻画余震活动特征的可能途径。

2022年门源M_(W)6.7地震的同震破裂模型及应力研究

2022年1月8日,青海省门源县发生M_(W)6.7地震。文中运用Sentinel-1A数据,采用InSAR技术获取震区的LOS向形变场,其中最大形变量分别为7.0cm和7.2cm,结合升、降轨卫星的飞行方向,判定发震断层的运动性质以左旋走滑为主,其中最大形变量位于冷龙岭破裂段。此外,以InSAR形变场数据为约束,基于Okada弹性位错模型,厘定了发震断层的几何结构及破裂面的精细滑动分布特征,反演结果揭示出2个断层破裂面。冷龙岭破裂段是滑动主要集中的区域,最大左旋滑动量为3.66m,最大滑动深度为5km;而托莱山断裂处存在1.95m的左旋滑动量,位于5km深度处。判定发震断层为冷龙岭断裂西段,地震同时使托莱山断裂发生破裂。在此基础上,计算了库仑应力变化,结果显示震中300km区域内的库仑应力变化图像呈现走滑型地震特有的四象限分布特征。同时,震中破裂的NW-SE区域和NE-SW端的ΔCFS≥0.01MPa,这些区域后续的地震危险性值得关注。最后,相对于鄂尔多斯块体的GPS速度场显示冷龙岭地区存在一个显著的面应变高值区,未来该区的地震活动性可能持续较强。此外,文中还讨论了2016年和2022年2次门源地震的发震构造特征及发震关系,2次地震整体都是该地区应力积累的一次局部调整,它们都是青藏高原向NE推挤运动的表现。

紫坪铺库区小震产生的库仑应力变化及其与汶川地震的关系

本文选取自2004年8月至2008年5月12日汶川地震发生前,紫坪铺库区发生的2.1<M_(L)<4.0的65次小震,分别计算了历次地震在汶川地震震源处产生的应力扰动量,随后根据不同机构给出的汶川地震震源机制解求取震源区的静态库仑应力改变量,讨论了紫坪铺库区小震与汶川地震的关系.在不同计算参数下,小震震群在汶川震源处产生的静态库仑应力扰动量之和为6±3 Pa,尽管分析认为小震群可能在汶川震源处产生较大的动态应力扰动,约为百帕量级,但均远未达到触发阈值,认为小震群并未直接对汶川地震有触发作用.推测小震群之间相互作用产生连续振动改变了周边区域介质的渗透率及强度,进而可能与汶川地震的发生具有间接关系.

2017年11月18日西藏米林M6.9地震对后续地震的静态库伦应力的影响

基于2017年11月18日西藏米林M 6.9地震的破裂模型,分别计算了2种接收断层选择方案下,不同深度的静态库伦破裂应力变化的空间分布。一种方案认为接收断层的参数和发震断层一致;另一种方案假设断层的方位随机分布,选择在主震同震应力场作用下最容易发生错动的断层面作为接收断层面。根据以上2种方案下静态库伦破裂应力变化的结果,讨论主震对震后短期内余震以及2019年4月24日西藏墨脱M 6.3地震的静态库伦应力的影响。结果表明:1)当接收断层和发震断层一致时,各深度处于静态库伦破裂应力变化正值区的余震比例较小,正值区余震的震源机制和主震相似,分析认为是主震继续破裂所导致。2)各深度大部分余震处于静态库伦破裂应力变化的负值区,考虑可能是由于这些余震和主震的震源机制差异较大所致。通过选择最容易发生错动的断层面作为接收断层面计算静态库伦破裂应力变化的结果可发现,不同深度的余震均处于静态库伦破裂应力变化大于触发阈值0.01MPa的范围内,说明所有余震均有被触发的可能性。推测处于静态库伦破裂应力变化负值区的余震可能发生在主震剧烈破裂导致的破碎带内,从而导致其震源机制解与主震存在较大差异。破碎带的存在会显著降低震源区的弹性常数值,文中的结果也说明考虑震源区内外弹性常数的差异对准确估计震源区内地震之间的静态库伦应力影响是有益的。,根据不同机构和作者利用不同资料和方法给出的墨脱地震的震源机制解,计算得到一个与这些震源机制差别最小的中心震源机制解,进而据此中心震源机制解定量计算了米林地震对墨脱地震的静态库伦应力影响。结果显示,米林地震在墨脱地震中心震源机制解的2个节面上产生的静态库伦破裂应力变化的量值都很小,说明墨脱地震是一次独立于米林地震的事件。

2021年云南漾濞M_(S)6.4地震序列静态应力触发研究

为深度剖析2021年云南漾濞M_(S)6.4地震对周围断层的影响以及地震序列间的静态库仑应力影响关系,文章基于主震的破裂模型和Okada给出位移对空间偏导数的解析式,首先计算了主震在周围断层上产生的静态库仑破裂应力,结果表明维西—乔后断裂带中段、澜沧江断裂带北端、红河断裂带北端以及怒江断裂带中段库仑应力均有千帕量级的增加。其次,计算了此次地震对周围地区产生的水平应力场及位移场,发现震中东西两侧物质向外流出,南北两侧向震中汇聚;震中南北两侧沉降,东西两侧隆升;产生的应力场呈EW向挤压,NS向拉张,在一定程度上抵消了该区域背景构造应力场。最后计算了前震-主震-余震序列间的静态库仑应力影响,结果表明前震产生的静态库仑应力促进了主震的发生;在2 km、13 km和18.5 km深度附近,触发的余震(前震和主震产生的库仑应力变化为正)比例很高,但在7 km深度处(同震破裂模型中滑移量最大)大部分余震分布在库仑应力负值区(应力影区),考虑到该深度余震与主震震源机制相差较大,因此通过模拟最易错动的断层面作为余震接受断层面,从而计算出最大静态库仑破裂应力,发现应力影区的余震仍有被触发的可能。