利用强震震源机制解资料反演中国大陆及其邻区的形变场模型

搜集了1900-2013年间发生在中国大陆及其邻区的震源机制解资料,详细整理了其中的70个7级及以上大震的震源参数、地表破裂带和地表位移资料。根据资料的完整程度将地震分成三类：A类存在地表破裂和地表位移观测资料;B类存在地表破裂资料,但缺少地表位移观测数据;C类缺少地表破裂带和地表位移观测资料。对B类和C类缺少地表位移观测数据的地震,利用三角形模型模拟其位移分布。再根据地表位移分布及地震破裂带与本文使用网格模型之间的位置关系将地震分段。最后,利用分段前、后的地震数据和改进的双三次样条方法反演研究区域的形变场模型。结果表明：①大震资料的分段处理改进了地震数据的反演结果,提高了反演模型的合理性和空间一致性;在喜马拉雅断裂带,形变场具有更好的连续性,其变形特征与地质等数据的反演结果基本吻合;塔里木盆地和阿尔金断裂的形变量减小,与该区域较低的地震活动性一致;戈壁—阿尔泰的变形从SE的挤压和ＮＥ的拉张调整到NE的挤压和NW的拉张;鄂尔多斯西缘的拉张分量明显减小。②113年的地震资料解释了印度板块向欧亚板块运动总速率的30～50%,存在20mm/a左右的速度亏损,该亏损量可能包括断层蠕动、褶皱等非震形变,未监测到或者缺失的地震,及以弹性应变能形式存在通过潜在地震释放的应变。     

汶川8级大震的未解之谜和启示

1 汶川大震揭示的最重要、最突出的科学观测事实 ①观测到了汶川大震“奇异”的地震初始破裂的波形;②获取了近场地震观测资料和388个强震动台站合格的观测记录,最大峰值加速度记录为957.7cm/s2;③首次获得了前所未见、鲜为人知的板内压性(逆冲)-压扭性大震形成的大规模、组合式的地表破裂带,即NE向主中央断裂带的地表破裂带,NW向小渔洞次一级地表破裂带,NE向主边界断裂的地表破裂带及山前地表破裂带;④获得了由GPS、INSAR观测的地震形变场、位移场图像;⑤获得了与大震有关的紫坪铺水库地震活动性资料;⑥获得了大震前成都地震台“地电”等异常观测资料; 2 汶川大震的未解之谜和启示 (1)“奇异”的地震初始破裂波形,发生在何处?     

1999年台湾集集地震震源破裂过程

使用GPS同震位移资料和远场P波记录,研究了1999年台湾集集地震震源破裂过程．根据地质构造和余震分布引入了一个由弯曲断层面构造的三段“铲状”断层模型．在使用静态GPS位移资料反演集集地震的断层破裂滑动分布时,由于集集地震断层北部近地表破裂的复杂性,在位错模型中考虑拉张分量对地表同震位移的贡献,可更好地同时拟合GPS观测资料的水平和垂向分量．而纯剪切位错弹性半空间模型和分层地壳模型都无法同时拟合水平和垂向GPS观测资料．在此基础上,同时使用静力学同震位移资料和远场地震波形记录,反演集集地震的震源破裂过程．结果表明,一种垂直于断层面的“挤压性”(负)拉张分量几乎集中分布于地震断层的浅部和北部转折处,而这一带地表破裂远较没有(负)拉张分量出现的南部断层复杂．“冒起构造”的数字模拟表明,这种在集集地震破裂转折处及北部断裂带广为出现的典型破裂造成的地表位移可以用具有负拉张分量(挤压)的逆冲断层更好地模拟．而这种负拉张分量(挤压)的分布正是地震破裂性质和几何复杂性的综合反映,震源破裂过程也显示北部转折处破裂在空间和时间上的复杂性.高滑区域与余震分布表现为负相关.     

利用地震震源机制资料和形变场模型估算中国大陆及其邻区的地震矩亏损

前人利用历史地震资料、第四纪活断层资料和GPS等资料联合反演了中国大陆及其邻区的运动学模型,为分析研究区域的地震危险性提供了基础资料.本文基于前人研究中对7级及其以上大震地震矩使用中存在的问题,详细搜集整理了研究区域47个7级及其以上大震的震源参数、破裂带资料和地表位移资料,并利用这些资料将大震分段.再利用历史地震资料和联合反演的形变场模型估算了研究区域的地震矩亏损,并从中扣除10%的非震形变.最后,根据估算的地震矩亏损结合前人的研究成果讨论了研究区域的地震危险性.结果表明:113年间地震矩亏损较大的区域主要包括喜马拉雅断裂带、天山、阿尔金断裂带、柴达木盆地北缘、青藏高原中南部、鲜水河断裂带南段、安宁河断裂带、则木河断裂带、红河断裂带、龙门山断裂带北段和南段、鄂尔多斯块体周缘、东南沿海和贝加尔裂谷带等,前人的研究结果表明上述部分区域未来存在发生强震的可能.     

昆仑山MS81地震震源参数的多破裂段模拟研究

昆仑山MS81地震的已有研究结果在破裂带长度、破裂面方向、破裂面大小等震源破裂特征参数方面存在较大差异.本文采用D-InSAR技术首次获得昆仑山MS81地震干涉同震形变场，结合野外科学考察的实测值，进行了主破裂带InSAR视线向变化量的分解，通过对InSAR分解结果、野外科学考察、遥感解译等多源数据综合分析，重新划分了昆仑山地震的次级破裂段.进而通过对地震南北盘同震应变的分析，发现了昆仑山地震的南北两盘分别受挤压和拉张两种应力作用，研究表明多种岩石在拉张和压力作用下其最小主应力下的杨氏模量表现出非线性弹性特征，从而提出对昆仑山地震地表位移及震源特征参数分析时应考虑非线弹性介质导致的非线性弹性位移分布特征.基于上述原因，本文对Okada线弹性位错模型的算法进行了改进，提出了“多震源、非均一位错分量、多破裂段叠加”的线弹性模型，该模型模拟出的形变场干涉纹图较好地体现了地震形变场的分布特征，并由此获得了一套较为完整的地震发震断层的几何学特征参数，为破裂带长度、破裂面方向、破裂面大小等震源破裂特征参数研究提供了较好的解释.     

昆仑山MS81地震震源参数的多破裂段模拟研究

昆仑山MS81地震的已有研究结果在破裂带长度、破裂面方向、破裂面大小等震源破裂特征参数方面存在较大差异.本文采用D-InSAR技术首次获得昆仑山MS81地震干涉同震形变场，结合野外科学考察的实测值，进行了主破裂带InSAR视线向变化量的分解，通过对InSAR分解结果、野外科学考察、遥感解译等多源数据综合分析，重新划分了昆仑山地震的次级破裂段.进而通过对地震南北盘同震应变的分析，发现了昆仑山地震的南北两盘分别受挤压和拉张两种应力作用，研究表明多种岩石在拉张和压力作用下其最小主应力下的杨氏模量表现出非线性弹性特征，从而提出对昆仑山地震地表位移及震源特征参数分析时应考虑非线弹性介质导致的非线性弹性位移分布特征.基于上述原因，本文对Okada线弹性位错模型的算法进行了改进，提出了“多震源、非均一位错分量、多破裂段叠加”的线弹性模型，该模型模拟出的形变场干涉纹图较好地体现了地震形变场的分布特征，并由此获得了一套较为完整的地震发震断层的几何学特征参数，为破裂带长度、破裂面方向、破裂面大小等震源破裂特征参数研究提供了较好的解释.     

2016年阿克陶MS 6.7地震地表破裂特征和帕米尔现代构造应力场初步分析

帕米尔高原位于地中海－喜马拉雅地震带上,晚新生代以来随着印度板块向欧亚板块持续不断地挤压汇聚,其构造运动是欧亚大陆最强烈的地区。高原腹地发育一系列近SN向正断层,包括近SN向的塔什库尔干正断层所处的帕米尔中部现代区域的构造应力场以EW向水平拉张为主。2016年11月25日发生的阿克陶M_S 6.7级地震的发震构造为塔什库尔干断层分支的NWW向木吉盆地北缘断层,其具有右旋走滑兼正断性质。地震在震中附近产生同震地表形变带,全长约1km,呈近SN－NNE向水平拉伸,发育近EW—NWW向的张裂缝,为地震破裂的产物,张裂缝的最大水平拉伸位移量和最大垂直位移量分别为46cm和16cm。地表破裂带中的NE和NW向张剪裂缝只是连接贯通这些雁列的张裂缝,其水平相对位移量取决于张裂缝的水平拉伸量和张裂缝之间的几何关系。地表形变带表现的拉张性质与帕米尔高原腹地区域现代应力场最大主压应力为垂直向基本一致,可能与深部热物质上涌造成的上地壳拉伸有关。而地表形变带呈近SN向水平拉张,与区域近EW向拉张应力场之间存在显著差异,这可能是木吉盆地北缘右旋走滑正断层阶区局部应力场调整的结果。     

2018年12月1日美国阿拉斯加MW7.0地震 震源参数及破裂过程

文中对2018年12月1日发生在美国阿拉斯加州的MW7. 0地震开展了震源参数以及破裂过程的反演研究,并综合研究结果探讨了此次地震发生的动力学背景。震源机制反演结果表明,此次地震为拉张型正断地震,矩心相对于初始震中位置向NE偏移约10km。破裂过程反演的结果显示此次地震的滑动量分布比较集中,主要发生在长30km、宽20km的区域内,最大滑移量达3. 6m。此外,破裂并非简单地以震源为中心对称分布。此次地震的破裂方向和余震分布均呈NE向延伸的趋势,发震断层的西南段则出现地震空区,由此可初步判断该地震是一次发生在太平洋板块与北美板块俯冲碰撞带后缘的弧后拉张环境中的典型正断型地震事件。由于太平洋俯冲板块在向N俯冲的过程中受高温高压作用影响,造成太平洋板片的俯冲角度变陡、向后弯曲变形,由此在碰撞带的后缘形成拉张环境,造成此次阿拉斯加MW7. 0地震的发生。     

Sentinel-1A及ALOS2数据约束下的阿克陶地震震源参数反演及发震构造研究

2016年11月25日,在新疆阿克陶县发生了M_W6.6地震.本文利用Sentinel-1A宽幅数据和ALOS2精细数据获得了同震形变场,干涉形变场沿木吉断裂展布,显示本次地震破裂长度可达70 km,在地表形成两个形变中心,且震中东部形变场条纹密集而西部稀疏、影响范围广,跨断层剖面显示视线向最大形变量可达12 cm.利用一种结合先验知识的多视角最小二乘迭代分解法求解出地表的三维形变场,结果显示震中东部形变中心垂向向下运动最大可达20 cm,木吉断裂南侧西向运动可达10 cm,断层表现为右旋走滑兼具正断作用.采用前向模拟的方法确定二段式分段断层模型能够较好地恢复观测形变场,进而以InSAR观测数据为约束,基于弹性半空间形变模型采用两段非均匀断层滑动模型来反演断层面上的精细滑动值.反演结果显示本次地震可能为两次地震事件,发生在断层西段的第一次事件以右旋走滑为主,走向103°,倾角76°,滑动角-167°,震源深度10.1 km,累计地震矩为7.2×10¹⁸N·M;东段的第二次事件为右旋走滑兼具正断作用,走向109°,倾角略缓约55°,滑动角-160°,震源深度5.3 km,累计地震矩7.76×10¹⁸N·M.本次地震是一次发生在公格尔拉张系的拉张环境下的构造地震.     

用遗传算法反演1994年台湾海峡地震的震源过程及其相关研究

将遗传算法应用于地震矩张量解的反演问题．采用数字化台网P波波形资料及台湾台网P波初动方向资料,研究了1994年9月16日台湾海峡7.3级地震及其邻近地区(北纬21～26,东经115～120)ML5.8共5个地震的矩张量解及震源参数．在5个地震中,1994年9月16日台湾海峡7.3级地震是我国东南沿海地区自1918年南澳7.3级地震以来最大的一次地震．结果表明:这次7.3级地震的矩张量解以双力偶成分为主,是断层面接近NW走向的正断层．断层面的走向与大震前地震的条带分布走向及余震分布显示的破裂图象较相像．震源机制的张应力轴接近水平,近NE走向;压应力轴几乎垂直,近NWW走向．似乎表明,这次地震是受菲律宾板块向欧亚板块北西向挤压的力源控制．但从P轴接近竖直而T轴接近水平看,这是一次强烈拉张性的正断层．其它4个强震震源机制解与7.3级大震相互差别较大．这些地震震源机制解的复杂性表明了海峡地震序列发展过程是比较复杂的．      

论广州地区的地震构造及其发震危险性

广州的主要断裂构造是北北东向的广州—从化断裂带与近东西向的瘦狗岭断裂带与广州—三水断裂带。在北西西—南东东向区域构造应力场作用下,上述两条近东西向的断裂带组成右行左阶排列,导致岩桥区出现近东西向的附加挤压应力场,酿成广州—从化断裂带广州段内发生右行剪切运动,它是广州地区历史上数十次地震的发生带,是广州地区的主要发震构造;而右行左阶排列的近东西向断裂带的活动则是蕴育广州地震的原因。由于广州地区之主要发震构造规模不大,地震最大强度将以中强震为主,其极震区之地震烈度一般为六度,少数情况下可能接近七度。     

沂沭断裂带重复地震识别及断裂深部活动速率的估算

利用山东及邻区数字地震台网2001- 2012 年的地震观测报告及波形资料分析了沂沭断裂带及周缘地区的地震活动并利用识别出的重复地震估算了断层深部滑动速率。重新定位后的地震图像清晰展示了沂沭断裂带南北两段及东西两侧地震活动的显著差异,在研究时段内,60%以上的地震发生在沂沭带东侧的两条断裂上,震源深度分布与研究区的深部构造吻合。根据波形意义上相似地震(cc≥0.8)的定义,识别出了沂沭断裂带及其周缘相似地震共50例,组成相似地震对和多重相似地震对共19组,相似地震对的复发间隔较为随机,从数小时到数百天不等。通过对相似地震对震源位置- -致性的强约束后,基于1组重复地震估算出安丘-莒县断裂在地表以下5.9km处的滑动速率估计值为2.19mm/a,与GPS和地质等浅表观测的滑动速率值基本一致。     

美国南加州Ridgecrest MW6.4-MW7.1地震地表破裂几何学及运动学特征

2019年7月4—6日位于美国南加州城市Ridgecrest附近地区,在不足两天的时间内接连发生了一系列地震,其中包括震级达M W6.4和M W7.1的强震.震后两天对震中区产生的地表破裂进行了实地地质调查和测量,发现两次地震分别产生了NW方向长度50 km和NE方向长度10 km的两条破裂带.根据野外调查,NW方向的地表破裂表现出右旋走滑特征,是M W7.1地震产生的破裂带,而NE方向的地表破裂表现为左旋走滑性质,是M W6.4地震产生的破裂带.地表破裂野外调查和地震序列统计分析表明,NW方向是本次地震序列的主要破裂带,释放了本次地震的大部分地震矩.通过发震的时序关系和地震序列密集条带分布推断,本次地震是NE和NW两个方向应力作用下,两条共轭断层先后破裂产生的一组复杂共轭地震,推测M W6.4地震是一次强烈前震,促进了震级更大的M W7.1主震发生.     

青藏高原东南缘滇缅地块NE向走滑断裂带的新构造活动与大地震危险性

2008年汶川大地震发生以来,位于青藏高原东南缘实皆断裂带和红河断裂系之间滇缅地块发生了一系列MS5.5以上中强地震,该地区未来是否可能发生MS7.0以上大地震的危险性,十分令人关注.本研究以滇缅地块内部最长的NE向走滑断裂带——南汀河断裂带为例,结合遥感图像、数字高程模型(DEM)和1∶20万地质图,对断裂带附近的水系系统拐弯地貌特征和大型地质体单元位错信息进行提取分析,并根据这些断裂带左旋走滑起始年代(5 Ma),推算其长期走滑速率.研究结果表明研究区NE向断裂带自上新世以来,具有2mm·a-1的长期走滑速率;此外,根据发生在断裂带上及其周边地区的历史地震、大震复发周期和区内现代构造应力场的分布分析发现,沿这些NE向大型左旋走滑断裂带未来具有MS7.0以上大地震发生的危险性.     

鲜水河断裂带北西段不同破裂源强震震级（M≥67）及复发间隔研究

鲜水河断裂带是四川西部一条晚第四纪强烈左旋走滑活动的构造带，历史上发生多次强震. 它与西北侧的甘孜—玉树断裂带一起，构成青藏高原东部的侧向滑移构造系统中的川滇活动地块的北边界——羌塘地块的东北边界. 鲜水河断裂带北西段可以分成4个段落，每一段落均可作为一个独立的基本破裂单元而发生地震破裂，亦有可能发生不同尺度的多段联合瞧裂. 对鲜水河断裂带北西段不同尺度破裂的震级及复发间隔进行研究. 根据该地区的地质、地球物理、测量及地震等方面的资料，结合我国强震复发的特点，分析了拉分盆地内部的滑动速率分布，以确定各段落的等效长度和倾向宽度，从而建立适合我国大陆走滑断裂的面波震级与断裂发震面积的关系式；进而运用地震矩方法，考虑断层之间的相互作用，结合专家意见建立了该段的矩平衡断裂破裂模型；最后，给出了鲜水河断裂带北西段各破裂源特征化地震的复发间隔、震级大小和不确定性，以及他与中小地震的联合震级分布. 结果表明，鲜水河断裂带北西段较易发生单段破裂，复发间隔在100～150年左右.     

张家口-渤海地震构造带的地壳形变研究

华北北部地区的张家口-渤海断裂带是控制现代强震的一条地震构造带。新近纪以来,在区域NEE向主压应力的作用下,新发育了一系列的NE向构造活动带,与张家口-渤海断裂带组成1组共轭的剪切破裂系统,控制了近代强震的发生。文中主要探讨了这条断裂带的地壳形变特征。长趋势GPS地壳形变图像反映了这条活动断裂带相对完整的左旋走滑活动。分期的地壳形变图像揭示了在中强地震前,沿该断裂带出现一系列的NE向梯度异常带,分别指示了唐山-河间、三河-涞水以及延怀-山西地震构造活动带的活动,表明了沿张家口-渤海断裂带出现了中强地震的中期前兆。研究认为,强震前地壳形变揭示的是深部蕴震层的应变活动信息,而强震之后比较杂乱的图像特征体现了盖层的调整运动     

历史大地震断层滑动模型的建立及其对同震数值计算的影响——以1920年宁夏海原MS8.5大地震为例

大地震的发生会引起区域位移场和应力场发生变化,进而改变区域内及临近断层的应力状态和地震活动性.目前,研究学者可据已有的断层滑动模型来计算分析大地震同震应力变化,同时采用库仑应力触发理论来进一步分析震后余震分布和断层危险性.然而,历史上曾经发生过不少大地震,例如,1920年的海原M_S8.5大地震,是全球范围内少见的特大地震之一.局限于无确切的地震台站地震波等资料,前人在研究历史地震的影响时往往给出一些简单的断层滑动模型,将断层面上错动量视为均匀分布.为更准确地了解历史地震对后续地震的影响,基于前人研究和一般地震滑动形态分布规律及地震反射剖面等资料,以海原M_S8.5大地震为例,探讨了如何建立海原大地震断层滑动模型,并分别搭建了简单断层滑动模型和复杂断层滑动模型的全球同震横向不均匀并行椭球型地球模型.通过对海原M_S8.5地震的同震位移场和应力场的计算,发现采用复杂断层滑动模型比简单断层滑动模型地表位错分布更切合实际.同时,进一步计算和分析了此次大地震对青藏高原东北缘近100年历史地震和周围断层的应力触发作用,得出断层滑动模型对同震计算结果的影响集中在发震断层附近而对远场影响较小.     

华北强烈地震深部构造环境的探测与研究

20世纪六七十年代以来, 华北地区发生了一系列强烈地震． 强烈地震的孕育、 发生和发展与深部构造密切相关． 近50年来, 我国地震科学领域在强烈地震的地震构造和深部环境方面开展了大量的研究． 深部地球物理探测和地震层析成像结果揭示了华北地区地壳结构的基本特征, 并在强烈地震发生的深部构造环境等问题上取得了重要进展． 本文在回顾华北地区地壳上地幔结构探测的基础上, 对1966年邢台M_S7.2, 1976年唐山M_S7.8, 1975年海城M_S7.3和1679年三河—平谷M8.0地震的地震构造和深部构造环境进行评述． 深部地球物理数据的综合分析表明, 震源下方的低速异常带, 高角度超壳深断裂, 地壳深浅构造的不一致, 偏低的上地幔顶部速度和局部隆起的莫霍界面, 是华北伸展构造区深部孕震环境的共同特征．      

Ground deformation modeling of flank dynamics prior to the 2002 eruption of Mt. Etna

On 22 September 2002, 1 month before the beginning of the flank eruption on the NE Rift, an M-3.7 earthquake struck the northeastern part of Mt. Etna, on the westernmost part of the Pernicana fault. In order to investigate the ground deformation pattern associated with this event, a multi-disciplinary approach is presented here. Just after the earthquake, specific GPS surveys were carried out on two small sub-networks, aimed at monitoring the eastern part of the Pernicana fault, and some baselines belonging to the northeastern EDM monitoring network of Mt. Etna were measured. The leveling route on the northeastern flank of the volcano was also surveyed. Furthermore, an investigation using SAR interferometry was performed and also the continuous tilt data recorded at a high precision sensor close to the epicenter were analyzed to constrain the coseismic deformation. The results of the geodetic surveys show a ground deformation pattern that affects the entire northeastern flank of the volcano, clearly shaped by the Pernicana fault, but too strong and wide to be related only to an M-3.7 earthquake. Leveling and DInSAR data highlight a local strong subsidence, up to 7 cm, close to the Pernicana fault. Significant displacements, up to 2 cm, were also detected on the upper part of the NE Rift and in the summit craters area, while the displacements decrease at lower altitude, suggesting that the dislocation did not continue further eastward. Three-dimensional GPS data inversions have been attempted in order to model the ground deformation source and its relationship with the volcano plumbing system. The model has also been constrained by vertical displacements measured by the leveling survey and by the deformation map obtained by SAR interferometry.     

基于形变观测分析2011年日本9.0级地震与断层运动间关系

2011年3月11日日本发生9.0级地震,本文以此次地震的震间、同震和震后形变观测为约束,依据不同时段断层运动空间分布特征分析日本海沟地区强震与断层运动间关系.震间日本海沟地区,断层运动闭锁线深度约为60km,闭锁线以上从深到浅依次为断层运动强闭锁段、无震滑移段和弱闭锁段.由同震位错反演结果,2011年日本9.0级地震同震存在深浅两个滑移极值区,同震较浅的滑移极值区(同震位错量10~50m,深度小于30km)震间为断层弱闭锁段;同震较深的滑移极值区(同震位错量10~20m,深度在40km左右)震间为断层强闭锁段;而在两者之间的过渡带同震位错相对较小,震间断层运动表现为无震滑移.震后初期断层运动主要分布在在闭锁线以上的同震较深滑移极值区,而同震较浅的滑移极值区能量释放比较彻底,断层震后余滑量相对较小.依据本文同震和震间断层运动反演结果,震间强闭锁段积累10m同震位错需要100多年时间,与该区域历史上7级地震活动复发周期相当;震间弱闭锁段积累30~50m同震位错约需要300~600年时间,与相关研究给出的日本海沟9级左右地震复发周期比较一致.在实际孕震能力判定的工作中,由于不同性质的断层段在同震过程中会表现更多的组合形式,断层发震能力判定结果存在更多的不确定性,但利用区域形变观测等资料给出震间断层运动特征的研究工作对于断层强震发震能力的判定具有非常重要的实际意义.