地震应力触发研究

介绍地震应力触发基本理论.从地震静态和动态应力触发、粘弹性模型在地震应力触发中的应用、火山喷发或爆炸与地震触发及地震触发的其它解释等几个方面,综述近年来地震应力触发的研究进展,并对地震应力触发研究近期的发展进行展望.

几次复杂地震中不同破裂事件之间的“应力触发”问题

很多地震都具有复杂的震源破裂过程 ,作为一个近似 ,可以用两次或两次以上子破裂事件来描述 ,子破裂事件之间的时间间隔从几秒到数十天 .为探讨不同的子破裂事件之间的关系 ,计算了邢台地震、唐山地震、青海共和地震和云南丽江地震的第一次子破裂事件所产生的静态库仑破裂应力变化 .与断层滑动有关的静态应力的计算采用 Okada(1 992 )给出的公式 .结果表明 :上述地震中第一次子破裂事件所产生的静态库仑应力变化均对后续的子破裂事件有触发作用 。

利用GPS和水准测量资料反演2001年昆仑山口西8.1级地震的同震滑动分布

通过分析 2 0 0 1年昆仑山口西MS8.1地震前后的GPS资料和 1 979— 2 0 0 2年的水准测量资料 ,获得了地表同震位移场。利用这些同震位移数据 ,以震后详细野外地质调查破裂数据为约束 ,反演了破裂断层面上的同震滑动分布。结果表明 ,破裂下界深度为 1 4 .2～ 2 1km(70 %置信区间 ) ,最佳破裂深度 1 7km。虽然在太阳湖段和主破裂带西端的中间区域未观测到地表破裂 ,但反演的结果表明此区域存在 2～ 3m左右的左旋水平走滑 ,与InSAR资料分析得到的结果一致。地表以下的破裂西端止于太阳湖段 ,而东端似乎在地表破裂迹线以东 30km范围内仍存在 1 .5～ 2 .0m的左旋滑动。反演的垂直位移表明断层在东经 93°以西部分大体表现为南盘上升 ,而东经 93°以东部分表现为北盘上升。由大地测量和地表破裂调查得到的地震矩释放为 6 .1× 1 0 2 0 N·m ,与地震波资料的反演结果基本一致。

中国大陆及华北地区地震资料的小波分析

基于地震活动为多尺度多活动这一观点 ,运用小波变换方法 ,以不同的小波尺度分析了中国大陆 190 0～ 2 0 0 1年和华北地区 15 0 0～ 2 0 0 1年M≥ 5地震的本尼奥夫应变资料 ,得到了各种层次地震活跃期和平静期 ,分析结果可信而又符合实际 ,对历史地震研究和地震危险性预测具有一定的参考价值。

东昆仑活动断裂带大地震之间的弹性应力触发研究

1937年以来沿青藏高原北部东昆仑断裂带发生了5个MS≥7的地震:1937年MS7.5花石峡地震,1963年MS7.1都兰地震,1973年MS7.3玛尼地震,1997年MW7.5玛尼地震和2001年MW7.8昆仑山口西地震.研究了大地震之间的应力转移和断层相互作用,计算了弹性半空间介质中地震断层错动在后续地震破裂面上产生的库仑破裂应力变化.结果表明,前面4个地震均造成后续地震的库仑破裂应力增加,有利于后续地震的发生.昆仑山口西地震之后应力变化场的计算表明东昆仑断裂中段的东大滩-西大滩段的库仑破裂应力显著增加,变化值达0.006～0.02MPa,预示着这一地区地震危险性的增加.

根据走滑大地震前后应力轴偏转和应力降求取偏应力量值的研究

运用走滑地震造成的地震前后应力方向偏转和地震应力降Δτ推导得到地震震源处偏应力量值τ的解析表达式为τ=[Δτcos2(φP′-E)]/sin2(φP′-φP)(其中,φP和φP′分别为地震前后的统计P轴走向,E为地震断层走向.).当震前P轴与震后P轴与断层走向夹角为45°时,该公式失效.对偏应力值与应力降比值随应力场主压应力轴与断层走向夹角及应力场主压应力轴偏转的变化进行分析表明,相同应力降造成的应力轴偏转越大,地下偏应力越小;断层走向越接近主压应力轴方向,地震应力降场对偏应力场的贡献越小.将该方法运用于Landers地震震源区,求得了该地震Homestead Valley段的偏应力量值为10MPa.

兰德斯地震断层面及其附近余震产生的位移场研究

根据兰德斯(Landers)地震断层面及其附近余震目录计算这些余震产生的位移场, 并与根据兰德斯地震破裂面滑动分布计算的主震产生的位移场进行对比. 结果表明, 断层面及其附近余震产生位移场的方向与主震大体一致, 余震破裂总体来看是继承性的. 余震产生的位移场达厘米量级, 足可以被GPS观测所捕获. 在利用地震震后随时间变化位移场研究地球粘性结构、地震震后滑动分布等地球物理问题时, 扣除余震产生的位移场可以最大限度地减小反演结果的不确定性, 得到符合实际的结果.

中国地震灾害现状及地震灾害系统工程研究

本文在对中国地震灾害现状分析的基础之上,依据地震工作三大体系的要求和建设首都圈防震减灾系统工程的经验,提出了在我国建立地震灾害系统工程的设想,并对该系统进行了初步的设计和论证。分析研究表明,地震灾害系统工程可以涵盖地震工作的各个方面,并且具有系统化、法制化及高科技等特点,对我国实现减轻地震灾害的目标具有积极的推进作用。

中国地震震源机制测定结果的比较

在搜集了 1 988年以来 ,地震学家用不同方法和不同资料测定的中国地震震源机制结果 ,包括用地震波形反演得到的地震矩张量、P波初动解和用地形变观测反演的震源参数的基础上 ,计算了同一地震的不同反演结果的滑动矢量之间的夹角、不同反演结果 P,T轴之间的夹角和不同的反演结果给出的地震矩之间的差别 ;并与哈佛 CMT的结果进行比较。结果表明 ,同一地震不同测定结果的滑动矢量之间的夹角分布较分散 ,但优势分布在 2 0°左右 ;不同测定结果的地震矩一般不超过 1倍 ,对应的震级差约为 0 .2 ;中国地震矩张量的测定结果与哈佛矩心矩张量测定结果滑动矢量之间的夹角集中在 0°～ 1 0°。以丽江地震为例 ,讨论了地震震源参数的不同结果对地震“应力触发”中库仑破裂应力计算结果的影响。

用四面体单元模型研究三维不均匀介质中的地震波走时

利用四面体单元模型讨论了地震波在三维横向不均匀介质中的传播路径和走时的计算方法 ,给出震源所在四面体的确定方法。以华北地区大地构造模型为例 ,计算了直达波走时曲线 。

云南曲靖——昭通断裂带北段晚第四纪以来的古地震

根据对曲靖-昭通断裂带北段的野外调查和槽探揭露,发现了多处古地震遗迹。本文根据1216年、1884年和1974年的三次7级以上地震的地面破坏现象,结合古地震的地貌标志,对该区域的古地震进行了初步探讨,对于该地区古地震规模与时空分布、这一地区强震活动特征、重复间隔及其与曲靖-昭通断裂带的关系取得了几点认识,对评价该断裂带北段的地震危险性和研究近期地震运动的规律有重要意义。

应力转移在地震发生中的作用

地震改变邻近断层的剪切应力和正应力。新的证据支持小应力变化导致大的地震活动速率变化的假说。地震活动速率(余震)在应力增加的地方增加,在应力降低的地方减少。地震活动速率的增加和降低之后均有随时间而变化的恢复。将应力变化转换成发震概率变化时,可以看到地震之间的相互作用对地震危险性产生了很大的影响。

粘弹性应力转移延迟了1999年赫克托矿地震的触发

在某些情况下,由地震引起的地壳应力转移可以加快邻近断层的破裂,并引起地震序列的发生(Stein,et al,1992;King,et al,1994;Deng and Sykes,1996;Harris,et al,1995;Stein,1999)。1999年南加州赫克托矿地震(震级7.1)在1992年兰德斯地震(震级7.3)的7年后,在距其震中仅20km处发生。

1992年兰德斯地震对1999年赫克托矿地震的粘弹性应力触发

1999年M_w7.1级赫克托矿地震发生在离1992年M_w7.3兰德斯地震断层仅20km的地方。两个地震相距较近表明,兰德斯地震触发了赫克托矿地震。基于弹性半空间模型,USGS、SCEC和CDMG(2000)的科学家发现兰德斯地震引起赫托矿地震震源处产生了负的库仑应力变化。这一负的应力变化与静态应力触发假说不一致。本文中,我们给出由下地壳的粘弹性流动控制的过程兰德斯地震对赫克托矿地震应力触发的证据。这种粘弹性流动产生了已为GPS和InSAR测量技术观测到的大尺度震后回跳。本项研究的结果是,粘弹性流动明显改变了兰德斯地震后莫哈韦沙漠地区的区域应力场。包括粘弹性流动的演化应力场逐渐使赫克托矿震源处的库仑应力演化到正应力的水平。就在赫克托矿地震前,库仑应力增长超过1 bar,使赫克托矿破裂趋近灾难性破裂的边缘。

1999年台湾集集地震转移的静态应力:由三维断层滑动模型得出的对周围断层系稳定性和余震触发的影响

研究了1999年M_L7.3级集集地震引起的静态应力变化对台湾周围断层系的影响。我们从两个角度对这个问题进行了研究。首先,我们通过比较主震前后震源机制节面上的库伦破裂应力变化的分布对静态应力触发假说进行了统计检验。由于前震显然没有受到主震的影响,这些分布的差异决定了静态应力触发的显著性程度。然后,我们计算了触口断层和梅山断层特定滑动方向的库伦破裂应力变化,从而估计集集地震后这两个活断层的稳定性。静态应力变化是通过将弹性半空间中的位错理论应用到由集集地震的地表位移导出的三维破裂模型得到的。结果表明,集集地震前后库伦破裂应力变化的分布显著不同,但与静态应力触发假说一致。我们还发现,触口和梅山断层都在浅于10 km的深度处于应力影区中。然而,由于大量的余震发生在这些应力影区中,其他的机制,如动态应力,可能是引起这些事件的原因。

新西兰阿瑟山口地震之谜——2.余震分布及其与区域应力场和诱发应力场的关系

1994年M_W=6.7的阿瑟山口地震的余震分布对于逆冲断层事件是不寻常的,其实际断层面沿NNW方向扩展了12 km,SSE方向扩展了30 km,走向为NE-SW。我们运用几种方法反推此区域的应力场,其中包括大地测量结果、地震震源机制结果,并用P波偏振数据反演了应力张量的方向。反演方法是新的,并不需要所用事件的震源机制,方法中也考虑了库仑破裂准则。所有结果均表明应力场支持走滑断层而不是逆断层。应力场中几乎水平的σ_1和σ_3主轴走向分别为298°和28°。运用位错理论,我们计算了阿瑟山口地震及其最大余震(走滑事件)诱发的应力并叠加到区域应力场中。远离主震断层面的余震位置与最优取向断层面上诱发的库仑破裂应力高值区域有很好的对应关系。然而,有一些高诱发库仑破裂应力的区域缺乏余震。与其他地方的观测一样,倾斜(19°)板块收敛区域的地震滑动可以分解为平行和垂直于板块边界的分量。像发生在太平洋板块和澳大利亚板块边界的右旋阿尔卑斯断层上那样,大部分滑动是平行的。然而,像阿瑟山口地震那样的偶尔的逆断层事件至少可以解释滑动的某些垂直分量和南阿尔卑斯隆起的形成。

2001年中国中昆仑M_w7.8级地震的破裂段及破裂过程

与发生在西藏北部昆仑断层西部一段的2001年M_w7.8级中昆仑地震有关的的野外地质调查使得我们可以约束约400km长、走滑位移达16.3m的同震地表破裂带。根据对野外调查得到的地质构造、构造地形特征、位移空间分布以及远震波形分析,破裂带可以分为4段。地表破裂的变形特征及震源机制解表明,该地震是一个几乎纯走滑机制的破裂。地震数据反演结果表明,破裂以双侧破裂形式起始于西端的震中区附近,并且很快以单侧破裂形式传播380km,最大破裂区局限在震中以东150～280km的子断层段上,这与野外调查结果一致。最大位移地区的平均应力降估计为7MPa,为板内地震的典型值。

地震作为应力变化的标志

位于大地震破裂远场范围的断层上发生的余震通常可用破裂在这些断层上造成了静态应力变化来解释(SteinandLisowski,1983;ReasenbergandSimpson,1992)。这表明断层相互作用以及地震发生的时间可受附近前面破裂的影响(Hudnut,etal,1989;JaumeandSykes,1992;HarrisandSimpson,1992;Stein,1999)。本文我们揭示小地震作为地壳力学状态“标志”的潜在能力。我们研究南加利福尼亚1992年兰德斯地震产生的静态应力变化。此地震发生在由许多断层引起的地震活动性较高的地区。我们首先用一种新的技术估计区域地震活动性对兰德斯地震的响应,然后将相同的方法用于根据地震活动性确定主破裂上滑动分布的反问题。假定合理的参数,我们得出与直接由兰德斯主震得到的滑动剖面(WardandHeaton,1994;Hudnut,etal,1994)相一致的可信结果。我们的结果提供了监测上地壳的力学状态、研究导致断层破裂过程的方法。

静态应力转移及地震触发:看不到应力下限吗?

本研究的主要目标是检验地震触发是否存在更低的阈值.解决这个问题对于理解地震机制及灾害分析来说都是十分重要的。我们通过叠加每个 M≥4.5地震前所有前面的 M≥4.5地震产生的应力变化,求出这种变化的时间函数,从而计算加在1969～1998年间加利福尼亚中部的63个 M≥4.5地震上的累积静态应力变化。我们发现,应力变化量级>10 kPa(>0.1 bar)时,地震破裂时85%的累加应力变化为正,应力变化<10 kPa(<0.1 bar)及<1 kPa 时,70%为正。将这些结果与地震时间或震源机制随机的合成地震目录作比较,说明这种触发的程度几乎不可能在随机目录中找到.因此,我们的结论是,在加利福尼亚中部至今未发现地震触发的应力下限.我们的结果表明,抑制破裂应力变化的时间分布与时间延迟随应力变化增大而加长的理论预测是一致的。

1999年8月17日伊兹米特地震之后马尔马拉海地区的地震危险性

1999年8月17日,在北安纳托利亚断层上伊斯坦布尔以东100 km的伊兹米特市附近发生了7.4级的破坏性大地震。这个1600 km长的板块边界(Barka,1992,1999)以平均为2～3cm/a的速率滑动(Reilinger,et al,1997;Hubert,1998;hrmijo,et al,1999),历史上为多次破坏性地震的发生地点(Ambraseys,1970;Ambraseys and Finkel,1991)。仅20世纪沿此断层就破裂了900 km的长度(Ambraseys,1970)。利用地震产生的应力变化的模型(King,et al,1994),结合活动断层分布图分析,预测的1999年伊兹米特地震的震中区确实是大地震发生的可能位置(Nalbant,et al,1998;stein,et al,1997)。本文展示证据说明,1999年的地震本身显著改变了先前地震断层相互作用产生的应力分布(Nalbant,et al,1998;stein,et al,1997)。我们的新应力模型考虑了此地区自1700年后发生的震级大于6的所有地震(Ambraseys,et al,1991),以及由GPS数据约束的地震之间的长期应力变化(straub,et al,1997)。这些模型提供了北安纳托利亚断层长期时空行为的一致图象,并指出在今后数十年内,伊斯坦布尔以南的马尔马拉海之下将可能发生震级等于或大于伊兹米特地震的两个地震。