日本鹿儿岛的地震对：应力影响中的凹凸体破裂

在日本南部九州鹿儿岛县西北部发生了两个浅源中等（M－6）地震，这里讨论了第一个地震（1997年3月26日）产生的应力变化对第二个地震（1997年5月13日）发生的影响。为了形成本文讨论的基础，以两步推测这两次地震的破裂特征。首先根据强地面运动数据来构建动态震源模型。然后根据得到的位错分布估计静态应力降的分布。3月地球地震的破裂过程简单，由单一凹凸体（高应力降区）的破裂很好地描述了，而5月地震在共轭断层上破裂了多个凹凸体。两个地震的最大静态应力降都是4MPa左右，似乎低于日本其他板内地震的值。5月地震的震源和最大凹凸体，位于3月地震产生的应力影区之中，这样5月地震的破裂历史很难用静态应力变化模型来解释。还讨论了如流体迁移和动态应力的其他机制，但不能解释这种触发效应。本文提出，依赖于速率和状态的摩擦定律的剪切应力和正应力静态变化的耦合效应为一种可能的机制。     

1978和2005年宫城近海地震的动力学震源模拟:破裂能解释

对1978和2005年发生在同一板块边界而震级不同的日本宫城近海地震建立了自发动力破裂模型,再现了由运动学震源模型所预测的滑动和破裂速度。对这两次地震的动力学震源参数进行比较,可使我们看到同一断层上不同震源过程的破裂动力学特征。特别是,我们比较了应力降和破裂能,在这两次地震中,二者可以进行稳定的评估。在整个断层面上和两次地震破裂的凹凸体上,两个模型中应力降的最大值和平均值几乎相同。另外,1978年地震的震级比2005年的大,它的破裂能值不仅是在整个断层面上,而且在多次破裂的凹凸体上也比2005年的大。这些结果与先前用地震矩所做的破裂能标度的研究结果一致。我们还将破裂能值与以前研究中所估算的其他内陆地震的能值进行了对比,我们得到的宫城近海地震的值较小。造成这种不一致的原因可能是内陆浅源地震和俯冲带深源地震在构造背景上的差异。     

高密度地震观测揭示的2004年新潟县中部地震的凹凸体和障碍体

使用由极密集的临时地震台台网观测的余震到时,阐明了2004年新潟县中部地震主震断层的高分辨率速度结构。评估了速度结构与滑动、应力变化及余震分布的空间关系。根据运动学滑动模型,结合三维地壳结构,计算了断层上静态应力降的分布。具有低余震活动性的高速体十分接近主震的震源,并扩展到了断层的东北侧。该高速体大致与凹凸体重合,其同震滑动量和静态应力降高于周边地区。相比之下,在该高速体的浅外围观测到了负应力降区,沉积厚度向西南方向急剧增加且该区余震活动频繁。我们认为断层破坏区周围围岩的结构非均匀性具有控制主震断层动态破裂过程的显著潜势。     

2021年云南漾濞MS6.4地震动态应力对后续余震活动的触发作用

选取IRIS远震台站波形数据,反演了云南漾濞M_S6.4地震震源破裂过程,计算了断层破裂在近场产生的动态库仑破裂应力变化,并讨论了主震对近场余震活动的动态应力触发作用。结果显示:动态库仑应力演化过程与震源破裂特征反演结果一致,其大小分布与地震序列分布的疏密程度也具有较好的相关性。主震产生的静态和动态库仑破裂应力均促进余震的发生,但相比静态应力,余震位于库仑破裂应力正值区域的比例提高了21%,余震与动态库仑应力变化的正负区域有更好的一致性,动态应力能更好地解释震后余震分布的空间特征。垂直于地震序列主干10 km处出现小震丛集,该现象可能是由主震产生的动态库仑破裂应力占主导作用所致。定量分析主震对余震的动态应力触发结果显示,主震后一周内M_S4.0以上的8次余震接收点均受到了动态库仑破裂应力的触发作用。      

2010年4月14日玉树Ms7.1地震加速度场预测

基于有限断层震源、且使用动力学拐角频率的地震动随机模拟方法预测玉树地震近断层的加速度场.首先,基于有限断层震源建模方法建立该次地震的震源模型;然后,基于上述地震动模拟方法预测玉树地震近断层191个节点的加速度时程.在此基础上,取每个结点的加速度峰值绘制该次地震的近断层加速度场.结果表明:(1)近断层加速度场主要受震源破裂过程和断层面上滑动分布的影响.断层面上凹凸体投影到地表的区域附近,加速度峰值最大,也是震害最严重的区域;(2)对于走滑地震,断层沿线附近的场地并非均会发生破裂方向性效应;发生破裂方向性效应的场地与凹凸体在断层面上的位置有关.     

MS8.0汶川地震对MS7.0芦山地震成核失稳的影响

依据速率-状态依赖性摩擦本构关系,并结合中下地壳和上地幔的黏弹性松弛效应,以震后库仑破裂应力变化和同震动态库仑破裂应力变化的计算为基础,模拟了两种应力变化对芦山地震断层的失稳发震时间的影响,研究了2008年M_S8.0汶川地震与2013年M_S7.0芦山地震之间的触发关系.计算得到,汶川地震在芦山地震震源断层面上产生的动态应力变化的峰值为0.127 MPa;此外,经过近5年中下地壳和上地幔的黏弹性松弛效应,芦山地震震源断层面上受到的震后应力变化值为0.025 MPa.结果表明,芦山地震的震源断层在应力积累逐渐接近临界状态的某一特定时期内,受到了汶川地震产生的动态应力变化、静态应力变化以及黏弹性松弛效应造成应力变化的共同触发作用,且动态应力的延迟触发作用可能更为显著.最后对芦山地震之后研究区域的应力变化场进行了初步探讨.     

M_s8.0汶川地震对M_s7.0芦山地震成核失稳的影响Mw

依据速率-状态依赖性摩擦本构关系,并结合中下地壳和上地幔的黏弹性松弛效应,以震后库仑破裂应力变化和同震动态库仑破裂应力变化的计算为基础,模拟了两种应力变化对芦山地震断层的失稳发震时间的影响,研究了2008年Ms8.0汶川地震与2013年Ms7.0芦山地震之间的触发关系.计算得到,汶川地震在芦山地震震源断层面上产生的动态应力变化的峰值为0.127 MPa;此外,经过近5年中下地壳和上地幔的黏弹性松弛效应,芦山地震震源断层面上受到的震后应力变化值为0.025 MPa.结果表明,芦山地震的震源断层在应力积累逐渐接近临界状态的某一特定时期内,受到了汶川地震产生的动态应力变化、静态应力变化以及黏弹性松弛效应造成应力变化的共同触发作用,且动态应力的延迟触发作用可能更为显著.最后对芦山地震之后研究区域的应力变化场进行了初步探讨.     

由震源谱推断1997年新疆伽师强震群破裂特性

分析了1997年伽师强震群中12次MS5.0地震的Ｐ波和Ｓ波位移谱,用遗传算法和目测法联合计算了这些地震Ｐ,Ｓ波震源谱的拐角频率,并由此推算出这些地震的震源尺度和静态应力降（以下简称应力降）．根据观测震源谱拐角频率的方位性变化特征,对相关地震的破裂方向进行了估算．主要结果如下:① 伽师强震群中６级强震的震源破裂尺度在10～16ｋｍ,５级地震的破裂尺度在6～10ｋｍ,个别５级地震的破裂尺度超过10ｋｍ;② 伽师强震群中,中、强地震的应力降均在0.1ＭＰａ左右,这种显著偏低的应力降特性表明,该强震群震源区积累的应力释放缓慢,这意味着伽师强震群活动还将持续相当长时间;③ 应力降大小与相应地震震级大小存在统计正相关关系．同时还可清楚地看出,正断层型地震的应力降整体低于走滑型地震的应力降;④伽师强震群中６ 级强震的震源谱拐角频率有一定的方向性,震源谱拐角频率方位分布图显示出这组强震的破裂机制较为复杂,无一致的破裂方向．      

2001年11月14日昆仑山口西Mem>Ｓsub>8.1地震震源破裂过程研究

根据IRIS全球地震台网28个台的长周期地震仪记录的P波数字地震图, 用直接由远场体波地震图反演震源破裂过程的一种新方法, 研究了2001年11月14日昆仑山口西MＳ8.1地震的震源破裂过程. 结果表明: 这是一次极为复杂的地震破裂事件. 破裂从震源位置 (35.95N,90.54E, h: 10 km)开始后, 先向西扩展, 后在有限断层的东端和中部的大尺度空间范围内接连出现了多个破裂生长点. 破裂在这些生长点先后扩展, 最后在矩心位置(35.80N,92.91E, h:15 km)以东50 km范围内结束. 整个破裂持续了约142 s. 破裂过程可粗略地分为3个阶段: 第一阶段, 从第0 s开始至第52 s结束, 持续了52 s，释放的地震矩约为总地震矩的24.4％；第二阶段, 从第55 s开始至第113 s结束, 持续了58 s，释放的地震矩约为总地震矩的56.5％; 第三阶段, 从第122 s开始至第142 s结束, 持续了20 s，释放的地震矩约为总地震矩的19.1％. 地震破裂面长约490 km, 破裂面最大宽度达45 km. 破裂主要发生在30 km深度范围内. 地下岩层的平均静态位错量约为1.2 m, 最大静态位错量达3.6 m，平均静态应力降约为5 MPa, 最大静态应力降达18 MPa. 静态位错量和静态应力降最大的区域位于矩心位置以东50 km范围内.      

地震动模拟的两步随机经验格林函数方法研究

合理预测未来可能发生的地震中工程场地的地震动是地震危险性分析的关键,近年来提出的两步随机经验格林函数方法得到了广泛应用并成功模拟了一些地震的地震动,但是该方法仍然存在一些亟待解决的问题。本文基于两步随机经验格林函数方法开展地震动模拟的相关研究,重点解决该方法目前存在的一些问题,包括:地震应力降的表示、模拟地震动不确定性的定量分析、震源破裂方向性的模拟、缺乏经验格林函数的处理,本文旨在为两步随机经验格林函数方法在地震危险性分析中的应用打下基础。本文主要工作如下:(1)给出了用于地震动模拟的应力降估计模型并检验了模拟结果的有效性。基于地震应力降的研究结果,将地震应力降表示为服从对数正态分布的数据集,标准差(log10)确定为0.2—0.6,平均应力降根据地震平均滑动位错与破裂面纵横比的关系近似估计。基于两步随机经验格林函数方法模拟了2013年MW6.6芦山地震、2008年MW6.9岩手宫城内陆地震和2016年MW7.1熊本地震的地震动,震源模型只考虑高应力降的凹凸体区域。模拟结果发现,短周期(2.0 s)模拟地震动与观测记录较为一致或相差不大,长周期(2.0 s)模拟地震动则明显偏低,这可能与经验格林函数缺乏长周期信号有关,凹凸体之外的低应力降破裂区域对模拟地震动的贡献很小。(2)定量给出了两步随机经验格林函数方法模拟地震动的不确定性。首先采用不同应力降比值(0.5—8.0,固定间隔1.5)分别模拟芦山、熊本和岩手宫城内陆地震的地震动,发现模拟地震动随应力降比值的增大而增大,模拟地震动的残差与应力降比值的自然对数有明显的线性负相关,据此建立了模拟地震动与应力降比值的定量关系。其次,采用蒙特卡罗随机抽样方法随机给出服从对数正态分布的目标地震应力降,其中应力降标准差(log10)分别为0.2—0.6,分别模拟上述3次地震的地震动,建立了模拟地震动标准差与应力降标准差的定量关系,结果发现应力降标准差越大则模拟记录的标准差相对越小,长周期模拟地震动的不确定性更小;当应力降标准差为0.2—0.6时,模拟记录的标准差约为0.11—0.37。最后,讨论了随机破裂过程引起的模拟地震动的不确定性,根据K-S检验证实多次随机过程模拟地震动服从对数正态分布,200次随机过程模拟地震动的对数标准差约为0.05—0.15,且随周期(0.05—2.0 s)增大而增大。(3)提出了利用两步随机经验格林函数方法模拟震源破裂方向性的技术思路。首先,选取两次震源破裂方向性显著的芦山地震余震(EQⅡ和EQⅢ)作为经验格林函数模拟主震地震动,模拟结果发现模拟地震动表现出显著的方向性效应,且与小震方向性特性一致,说明经验格林函数的选取有必要考虑小震震源破裂方向性的影响。其次,提出以视拐角频率替代拐角频率改进现有的两步随机经验格林函数方法,基于改进方法采用EQⅢ的记录再次模拟芦山地震,结果显示模拟地震动并未表现出明显的方向性效应,且与实际观测记录较为一致,证实改进方法有效地表示(消除)了小震震源破裂方向性的影响。最后,基于改进方法模拟了一系列震源破裂方向性特征不同的地震,模拟地震动表现出相应的破裂方向性效应,主破裂前方的模拟地震动普遍高于主破裂后方,验证了改进方法实现地震动方向性效应模拟的可行性。(4)探索性地提出了广义经验格林函数的概念,并将其应用于唐山地震的地震动模拟。为弥补小震记录缺乏对经验格林函数方法的限制,提出了不考虑大小地震震源位置差异的广义经验格林函数的概念。分析日本强震动记录与中国地震动衰减关系的事件内残差,结果表明中国东部强震区和青藏地震区与日本地区传播路径差异对震中距150 km的地震动PGA的影响可近似忽略,对PSA有很小的影响,说明日本地区的强震动记录可近似作为中国地区目标地震的广义经验格林函数。选取K-NET台站及KiK-net井下基岩台站记录分别模拟芦山地震具体台站的地震动及地震动场,结果表明,观测记录大体上位于模拟地震动平均值加减一倍标准差范围内,初步检验了广义经验格林函数的可靠性。最后,选取KiK-net井下基岩台站的记录作为模拟1976年MS7.8唐山地震基岩面地震动的广义经验格林函数,模拟地震动(3.0 s)与地震动预测方程预测值较为一致,且模拟地震动PGA等值线与宏观烈度较为一致。     

考虑椭圆模型MW≥5.5地震震源参数时域计算方法

为提高时效性,地震预警系统对震源的处理一般采用“点源”假定,不考虑震源尺度、破裂方向和震源区应力降,对震源参数简化处理使得预测地震动参数分布过于粗略,特别是对破坏性大震.本文应用日本地震(M_W≥5.5)强震动数据,考虑椭圆震源模型,提出了一种适用于中、大地震矩震级、拐角频率和应力降等震源参数时域计算方法,并分析了场地效应、地震动传播衰减、震源效应和滤波频带等因素对时域方法的影响.结果表明,该方法能利用P波信息快速获取震源能量释放过程,量化随破裂传播震源谱拐角频率、应力降和破裂面积的演化过程,为地震动预测提供更多重要的震源参数.     

2000年6月4日印度尼西亚苏门答腊南部 Ms 8.0地震的时空破裂过程

利用全球地震台网的长周期地震仪记录到的远震体波反演了 2 0 0 0年 6月 4日印度尼西亚苏门答腊南部MS8 0地震的时空破裂过程。从P波和S波提取的震源时间函数的方向性效应都清楚地表明 :走向为 199°的节面为断层面 ,地震是从东北向西南方向的单侧破裂。这次地震破裂持续了约 16s。破裂区长约 95km ,宽约 6 0km ,平均静态位错约 11m ,最大静态位错达2 7m。平均静态应力降约为 90MPa ,最大静态应力降达 2 2 0MPa。     

用经验格林函数方法模拟汶川M_W7.9地震的强地震动

汶川M_W7.9地震的发生震惊了中国乃至全世界,不仅仅因为该地震震级巨大,还因为其可怕的伤亡。评估汶川M_W7.9地震的复杂性及破坏力需对其地震特征进行研究。本文运用经验格林函数方法(EGF)模拟了地震的强地震动。首先,选取了4个震级为M_W4.9和M_W5.0的余震,对这些余震的运动利用格林函数进行了模拟。通过模拟,可以估算出包括断层规模和应力降在内的余震震源参数。然后,通过试错法正演模拟得出M_W7.9地震凹凸体(强震动生成区)的震源模型。为验证该震源模型的准确性,运用经验格林函数方法模拟合成了9个台站的强地震动。将模拟得出的强地震动与观测记录到的加速度波形、速度波形和拟加速度反应谱相比较。尽管有一些差异,但在大部分台站,合成的强地震动与观测记录结果相吻合。在模拟得出的震源模型中,断层面上3个凹凸体的应力降约为10MPa,而凹凸体面积与破裂面积比为0.24,接近经验关系式得出的结果0.22。     

丹江口水库及邻区地震震源参数研究

在讨论震源参数和Ｍ震级关系以及论述利用地方震尾波估算地震矩方法的基础上，尝试性地系统估算了丹江口水库及邻区内４３次ＭＬ≥２．５级地震的震源参数，并讨论了丹江口水库地震的特征。丹江口水库及邻区地震震源参数的初步分析表明：丹江口及邻区属低应力降地区。水库蓄水的附加引张应力效应可能使得丹江口水库中局部以引张应变为主的地区应变迅速增加，地震应力降高于该区一般地震原有水平、从而诱发地震。此外，丹江口水库地震的破裂长度可能和震源机制的破裂类型有关。     

2000年姚安M_S6.5地震震源破裂过程研究

利用从IRIS上获取的11个台站震相清晰的P波波形记录资料对2000年姚安MS6.5地震的震源破裂过程进行了反演,结果表明:(1)地震破裂持续时间为5.6s,破裂主要集中在破裂开始0.2s后的时间段内,由两次2s多的破裂组成,而且后一次破裂的强度超过了前一次;(2)静态滑动位移和应力降分布图均显示存在震中区和震中以东区两个变化比较明显的区域,破裂沿北西向断裂进行。     

障碍体和凹凸体对地震矩的影响

本文利用具有非均匀剪切应力分布的圆盘状裂缝问题的解,定量计算了障碍体和凹凸体对地震矩的影响.我们发现,除非障碍体的尺寸很小或很接近于整个断层的尺寸,含有障碍体的断层的地震矩,大致为具有均匀应力降的等面积断层的地震矩的40%.由此可以推知,在障碍体的这种尺寸范围内,视应力降大致也是△Af=SA-f的40%.这里SA是远场应力,f是残余摩擦应力.另外,已存在滑动带对于凹凸体破坏的地震矩有明显的放大作用,这种作用在凹凸体尺寸较小时特别显著.例如,当凹凸体半径是整个断层半径的2/10时,凹凸体上的矩被放大7倍多;当其半径为整个断层半径的1/10时,凹凸体的矩将被放大约30倍. 文中还比较了三维效应和二维效应的差异.我们发现,Mx0/M0c在三维情形对障碍体尺寸的变化并不敏感,这是与二维情形很不相同的.这里,Mx0是具有障碍体的断层破裂所产生的地震矩,M0c是相应的均匀断层破裂的矩.所以,二维分析不适用于具有障碍体的三维断层.然而,在分析已存在滑动带对凹凸体破裂的矩的影响时,平面应变结果与三维结果差异并不很大.      

1997-1998年伽师强震群震源区应力场特征

利用1997-1998年伽师强震群中强地震震源机制系统聚类及震源区应力场反演,得到以下主要结果:(1)伽师强震群中强地震主要以走滑和正断层为主,伽师震源区主压应力方向为NNE或近NS向,与相邻的柯坪块体区域构造应力场方向不一致;伽师强震群的破裂面沿NEE方向,属左旋破裂;(2)4~5级中强地震应力场反演得到最大主压应力轴为NNE向,最小主压应力轴为NWW向,中等主应力轴倾角为65°,比较直立;(3)伽师强震群震源区应力场在强震前后经历了一系列变化。最后对所得结果进行了一定的讨论。     

青岛崂山ML 4．1地震序列应力降变化研究

根据Andrews谱积分方法,采用近震源Brune圆盘模型,研究了2003年6月3日青岛崂山ML4.1地震序列破裂过程中应力降变化情况.结果表明,崂山序列主震静应力降为24 MPa,动态应力降大约为静态应力降的2.2倍;崂山序列余震应力降普遍低于5 MPa,约有80%的余震应力降小于1 MPa,显示出与主震断层面有关的余震低应力降现象,这说明主震的破裂与余震破裂过程之间存在明显的差别.这种现象与崂山序列的弱强度衰减一致,表明此次序列的余震属于低能量破裂过程.计算结果显示:①由Andrews谱积分方法得到的小震应力降与震级大小存在一定的相关性;②小应力降事件的静态应力降和动态应力降的比值普遍小于1,未发现明显的应力降之比与Brune应力降之间的关系.     

1976年唐山地震震源动力过程的数值模拟

用新LDDA(Lagrangian DiscontinuousDeformation Analysis)方法模拟了唐山地震断层的破裂、错动和应力释放的整个动力过程．模拟结果表明,唐山地震的震源滑动过程在发震断层上各处不一样．近场位移受断层的曲率影响,断层凹侧的位移大于断层凸侧的位移．滑动过冲现象在震中处最大,并向断层两端衰减．我们发现,唐山地震断层的破裂速度和应力降与断层上的初始剪应力大小有关．唐山发震断层的最大动态、准静态位错量和剪应力降均发生在中间部位,分别是7.1 m、6.2 m和8.1 MPa、5.4 MPa,发震断层的平均准静态位错量和剪应力降分别为4.5 m和3.3 MPa,断层破裂的传播速度从震中向东南和西北方向分别为3.08 km/s和1.18 km/s．      

2008年汶川MS8.0地震和2013 年芦山MS7.0地震震源特征比较分析

2013年4月20日四川芦山发生了MS7.0地震,芦山地震震中距离2008年5月12日汶川MS8.0地震震中约85km,距离其余震密集分布区约60km。汶川地震和芦山地震均发生在龙门山断裂带上,震源机制均以逆冲为主,针对二者震源特征的比较分析,对解释龙门山地区强震特征意义显著。本文基于地震波辐射能及视应力与应力降的关系,对比讨论汶川地震和芦山地震的动态破裂过程,初步研究结果显示,汶川地震属于应力上调模式,而芦山地震则属于应力下调模式,通常应力上调模式的震后能量释放较为充分,应力下调模式则对应震后能量释放相对不够充分,余震空间分布相对集中。