微震研究与应用进展

随着地震观测台站密度的不断增加以及地震检测技术的快速发展,微震研究受到了地震学界的广泛关注。与发震周期较长的大地震相比,微震复发周期短、发生频次高,可以获得更高分辨率的地壳内部介质物性和应力状态等变化信息。微震在许多领域具有广泛的应用,如研究断层几何形态、前震与地震成核的关系、余震时空演化特征及余震触发机理、远程动态触发现象、重复地震、诱发地震以及非火山震颤信号的检测等。高精度的微震定位结果可以揭示断裂带的精细几何形态和深部活动过程,促进对断层特性和地震物理过程的深入认识。本文简要总结了国内外微震研究的主要进展,包括微震检测的主要方法和微震在多个领域的研究实例,并对微震在地震科学中的应用前景进行了展望。     

大震面波应力扰动对2014年四川康定地震的影响

在中强地震发生前的临界状态下,发震断层可能在大震面波应力扰动下出现微震活动增强的现象。利用β统计值方法和匹配滤波技术,对2014年11月22日康定M6.3地震震前大震在其主震及前震所在的鲜水河断裂带的动态触发作用进行了分析讨论。结果显示,未检测到由大震面波触发的微震,表明康定地震震前其主震及前震所在区域在大震面波的应力扰动下,未出现明显的微震触发现象;通过微震检测未发现断层积累应力水平较高、即将发生强震的证据。     

潮汐应力对地震的触发作用

文中计算了由日、月引潮力在地球内产生的潮汐应力场,研究了潮汐应力对地震的触发作用.采用的地球模型是分为十五层的球对称模型.对于近30年来我国或我国邻近发生的七十次较大的地震,计算了震源处在发震时刻的球坐标系中的潮汐应力.通过坐标变换,得到了发震断层面中的正应力及沿错动矢量方向的剪应力.根据岩石的库仑剪破裂准则来判断潮汐应力对所研究的震例是否具有触发作用.结果表明,在七十个震例中,潮汐应力对其中四十三个有触发作用.对于华北地区的十八个震例,潮汐应力对其中十四个有触发作用.还可看出,对于浅源走滑型地震有较明显的触发作用,而对浅源斜滑及倾滑型地震则没有明显的触发作用.对国外七十二个震例的计算结果得到了类似的结论.最后,对华北地区中任一可能的发震地点,提出一种根据潮汐应力来预测发震的危险时间范围的方法.      

断层间相互作用与地震触发机制的研究进展

计算地震引起的静、动应力变化量空间分布图象是国内外研究断层间相互作用与地震触发机制的两个主要方法。依据半弹性空间地震位错理论获得的静应力变化量，可以长期存在于邻近断层面上，直至下一次地震发生。因此，静应力变化量空间分布图象既被用来解释一次地震后余震活动在邻近断层上的分布规律，又被用来研究一个地区几十年至几百年地震活动过程中断层问相互作用特点和强震迁移规律。但静应力变化量随距离缩减快，空间分布与地震破裂扩展方向无关。动应力随距离衰减速度慢，量值大；在地震破裂扩展方向上，动应力变化量可以比相反方向高出一个数量级。由于动应力是伴随地震波传播而出现的，因此，动应力变化量是暂态的，作用于邻近断层面上时间有限。在分析国内外研究现状的基础上，提出我国目前在该研究领域所面临的一些问题，并说明了解决这些问题的主要技术途径。     

动态应力触发研究进展

本文从库仑破裂应力与动态应力触发原理、观测事实与研究现状以及存在的问题与展望等3个方面介绍了动态应力触发的研究进展。其中,在主震对余震活动、强震对后续远场地震活动、不同破裂类型的地震之间及强震对火山(泥火山)的动态应力触发作用、一次大地震中子事件之间的动态应力触发关系以及动态应力触发的时间延迟等方面进行了详细讨论。分析认为,动态应力触发理论在解释震后余震分布、远程触发以及对火山触发性喷发等方面得到了较好的结果;动态应力触发可能会受断层破裂方式和方向的影响;大地震中子事件之间的动态应力触发关系对震源研究有重要意义;动态应力触发现象普遍存在时间延迟。     

Dynamic simulation of interactions between major earthquakes on the Xianshuihe fault zone

The authors firstly evaluate the strain accumulation rate of the Xianshuihe fault zone based on earth- quake activity. We calculated the stress and seismic moment accumulation rate for each subsection of the Xianshuihe fault zone based on the distribution of geological slip rate and GPS survey results. According to the results, we get the recurrence intervals of characterized earthquakes on each sub- section respectively. A three-dimensional finite element model for western Sichuan is constructed to discuss the earthquakes triggering among major earthquakes (M>6.7) that occurred along the Xianshuihe fault zone since 1893. The calculated Coulomb failure stress changes (ΔCFS) show that 5 of the 6 earthquakes with Ms>6.7 were triggered by positive ΔCFS. The interactions between major earthquakes not only influence recurrence intervals of characterized earthquakes on each subsection, but also change recurrence behavior of major earthquakes along the whole fault zone.     

2008年和2014年于田地震对周边断层发震概率的影响

大震后区域静态库仑应力变化直接影响地震活动性速率的变化、主震断层外余震和即将失稳断层的发震概率的变化.利用滑移速率和状态相依赖的摩擦定律,结合2008年3月21日于田地震前后的地震活动性水平,定量计算了2008年于田地震后该地区周边断层发震概率的变化,着重解释了2014年于田地震发震的可能根源.此外,本文还对库仑应力明显变化的周边三条断层进行了发震概率的定量计算.贡嘎错断裂中段、贡嘎错断裂西南段和康西瓦断裂中段分别经历了发震概率先降后升、先升后升和先降后降两个阶段,充分显示了库仑应力的细微变化造成的周边断层的危险性的变化.这三条断裂发生7.0级以上地震的发震概率超越95%均需要500年左右;贡嘎错断裂西南段发生中强地震的可能性较大,而康西瓦断裂中段活跃度较低.     

基于案例分析的库仑应力变化触发地震机理探索

在许多地震触发研究案例中,不少学者都利用大地震造成的库仑应力变化研讨其对后续地震的影响,但众多结果中存在的共同规律尚未得到很好的统计与归纳。基于库仑应力变化理论,通过统计多个地震序列与典型事件中库仑应力研究结果,分别从震级,触发距离,触发地震库仑应力变化(ΔCFS)以及触发时间4个方面进行分析。结果表明,静态库仑应力的最优影响范围在5～50 km间,触发地震的应力条件多在0.01～0.4 MPa,触发地震震级与距离和主震震级无明显对应关系;动态触发的作用范围在100～2500 km间,主震震级通常较高,触发地震的震级都小于主震震级,在几个典型远程触发的事件分析中,主震震级与可触发距离呈正相关,但触发次数与其他所分析因素均无关;震后应力转移的三种机制,从理论上合理地解释了长时间尺度延迟触发的现象,但精确计算应力转移的量值可能对库仑应力变化与触发地震之间关系的更合理解释有推动作用,需引起关注。     

鲜水河断裂带库仑应力演化与强震间关系

以鲜水河断裂带为研究区,首先验证了该断裂带上1893年以来M6.7以上地震的相互触发作用,然后采用更符合实际的分层黏弹介质模型研究强震震后黏滞松弛引起的库仑应力变化对后续地震的影响,并基于负位错理论计算鲜水河断裂带10个断层段的震间长期构造加载作用引起的断层上的应力积累.在此基础上,讨论同震、震后、震间效应引起的累积库仑应力变化与区域强震活动的关系,给出断层上库仑应力随时间的演化.结果表明,鲜水河断裂带上1893年以来发生的7次强震均在其前面一系列强震及构造应力加载的驱使下发生,同震、震后、震间三方面效应均引起了鲜水河断裂带不可忽略的库仑应力变化.对断层上的库仑应力状态的研究,可进一步为揭示地震的发生规律、找寻危险断层段提供线索.     

鲜水河断裂带的应力积累与释放

本文根据历史地震(Ms6.0)的资料,研究了鲜水河断裂带的地震活动性,并利用断层的位错模式进一步研究该断裂带的应力积累和释放过程.结果表明,该断裂带的强震活动大致以道孚为界,形成北西和南东两个活动地段,呈现南北交替活动的特征.地震能量的这种交替释放似具有准周期性质,Ms7.0级地震的平均复发周期为27.6年.给出该断裂带在三个不同时间段(1700-1811,1816-1967,1816-1982)强震断层作用引起的应力释放图象,讨论了前两个时间段地震应力场对其后发生的第一个大地震的重要影响.计算了1893年以来在断裂带南东段(相对闭锁段)的应力积累,示出相应的最大剪应力和流体静应力等值线图.最后,根据应力积累、附加应力变化、地震活动规律和应变释放曲线特征,估计了鲜水河断裂带的地震趋势.认为在本世纪末,在断裂带南东段的(1)康定-磨西段或(2)道孚-乾宁段或(3)乾宁-康定段将可能发生 Ms=7.40.3地震.      

南北地震带北部5次（1561~1920年）M≥7级地震触发关系研究

以南北地震带北部的青藏高原东北边缘与华北构造区过渡部位为例,通过建立地震构造模型,计算静态库仑破裂应力改变量（ΔCFS）,研究了该区1561~1920年360年间5次M≥7级地震之间的触发过程.结果表明,在1561年罗山东麓7¹/₄级地震之后,下一次地震无一例外地发生在前面地震产生的应力触发区（ΔCFS>0）.在4条被触发的发震断裂中,有3条发震断裂的平均ΔCFS>0.2×10⁵ Pa,最大可达0.62×10⁵ Pa,超出目前普遍认为触发应力阀值（0.1×10⁵ Pa）.根据断裂库仑破裂应力变化量（ΔCFS）和构造应力累计率（δτ）,计算获得了下一次地震发生的提前量（ΔT）,地震活动提前量最大可以达到160a.在一条重要活动构造带或地区上,一次地震发生对下一次地震的触发缩短了地震重复发生所需要的累积时间,使得地震可以提前发生,这一方面使得某一特定的发震断裂在时间尺度表现出准周期性,另一方面使得空间上不同发震断裂的地震活动表现出丛集发生的现象.此项研究有助于认识断裂间相互作用特点、揭示地震丛集发生规律以及预测未来地震危险区.     

Role of crustal fluids in triggering the West Bohemia/Vogtland earthquake swarms: Just what we know (a review)

We summarise the results of seismological studies related to triggering mechanisms, driving forces and source processes of the West Bohemia/Vogtland earthquake swarms with the aim to disclose the role of crustal fluids in the preparation, triggering and governing of the swarms. We present basic characteristics distinguishing earthquake swarms from tectonic mainshock-aftershock sequences and introduce existing earthquakes swarm models. From the statistical characteristics and time-space distribution of the foci we infer that self-organization is a peculiarity of West Bohemia/Vogtland swarms. We discuss possible causes of the foci migration in these swarms from the viewpoint of co-seismic and/or post-seismic stress changes and diffusion of the pressurized fluids, and we summarize hitherto published models of triggering the 2000-swarm. Attention is paid to the source mechanisms, particularly to their non-shear components. We consider possible causes of different source mechanisms of the 1997-and 2000-swarms and infer that pure shear processes controlled solely by the regional tectonic stress prevail in them, and that additional tensile forces may appear only at unfavourably oriented faults. On data from the fluid injection experiment at the HDR site Soultz (Alsace), we also show that earthquakes triggered by fluids can represent purely shear processes. Thus we conclude that increased pore pressure of crustal fluids in the region plays a key role in bringing the faults from the subcritical to critical state. The swarm activities are mainly driven by stress changes due to co-seismic and post-seismic slips, which considerably depend on the frictional conditions at the fault; crustal fluids keep the fault in a critical state. An open question still remains the cause of the repeatedly observed almost simultaneous occurrence of seismic activity in different focal zones in a wider area of West Bohemia/Vogtland. The analysis of the space-time relations of seismicity in the area between 1991 and 2007 revealed that during a significant part of this time span the seismicity was switching among distant focal zones. This indicates a common triggering force which might be the effect of an increase of crustal-fluid pore-pressure affecting a wider epicentral region.     

地震潮汐触发

地震潮汐触发是指由潮汐引起的应力变化而触发地震的现象,对地震潮汐触发的研究可能为断层错动引发地震的条件提供有价值的线索,一直受到国内外研究者的关注,本文对相关研究方法和研究结果进行了简要介绍和评述。在早期,地震潮汐触发研究主要是在地震活动中寻找潮汐周期。随着研究的深入,运用统计检验方法对地震活动与潮汐之间的相关性进行严格检验。时至今日,地震是否被潮汐触发的问题仍然悬而未决。不过,有研究结果表明,在强震发生前数年,震源区地震活动往往受到潮汐触发,如果这个结果被证实,将为地震预测研究提供新的线索。      

Rupture segmentation and assessment of probabilities of seismic potential on the Xiaojiang fault zone

Spatial distribution of sources of strong and large earthquakes on the Xiaojiang fault zone in eastern Yunnan is studied according to historical earthquake data. 7 segments of relatively independent sources or basic units of rupture along the fault zone have been identified preliminarily. On every segment, time intervals between main historical earthquakes are generally characterized by “time-predictable” recurrence behavior with indetermination. A statistic model for the time intervals between earthquakes of the fault zone has been preliminarily established. And a mathematical method has been introduced into this paper to reckon average recurrence interval between earthquakes under the condition of having known the size of the last event at a specific segment. Based on these, ranges of the average recurrence intervals given confidence have been estimated for events of various sizes on the fault zone. Further, the author puts forward a real-time probabilistic model that is suitable to analyze seismic potential for individual segments along a fault zone on which earthquake recurrence intervals have been characterized by quasi-time-predictable behavior, and applies this model to calculate conditional probabilities and probability gains of earthquake recurring on the individual segments of the Xiaojiang fault zone during the period from 1991 to 2005. As a consequence, it has shown that two parts of this fault zone, from south of Dongchuan to Songming and from Chengjiang to Huaning, have relatively high likelihoods for strong or large earthquake recurring in the future. The Chinese version of this paper appeared in the Chinese edition ofActa Seismologica Sinica,15, 322–330, 1993.     

俯冲带上特大地震静态库仑应力变化对后续余震触发效果的研究

地震静态触发研究在全世界范围内广泛开展,并取得显著成效;但是否所有的大地震,地震静态触发都有很好的效果,对此目前还不甚清楚.本文通过计算最近发生在俯冲带上的三次特大地震(2011年日本东北地震(M_w=9.1)、2010年智利地震(M_w=8.8)与2004年苏门答腊—安达曼地震(M_w=9.0))所产生的静态库仑应力变化,考察主震库仑应力变化对其后续余震空间分布的影响,从而研究俯冲带上特大地震对地震的触发效果.计算结果显示:对于2011年日本东北地震,仅有47%的后续余震发生在库仑应力增加的区域;2010年智利地震也只有47.6%的余震位置处于库仑应力变化的正值区;2004年苏门答腊地震触发了49.8%的后续余震.文中通过进一步改变模型参数(如:采用不同的有效摩擦系数,使用不同作者给出的震源模型等)进行计算,结果表明这三大地震对后续余震的触发比例仍然不高(最好情况下,触发比例也不超过60%).但对于板内地震(如:2008年汶川地震,1999年集集地震),主震对后续余震的触发比例超过85%.由此可以推知,对于俯冲带上的特大地震,地震静态触发效果不显著.因此,对于俯冲带上大地震的触发问题,还需深入研究.     

Probability of earthquake recurrence with nonuniform stress rates and time-dependent failure

Current methods for calculation of long-term probabilities for the recurrence of large earthquakes on specific fault segments are based upon models of the faulting process that implicitly assume constant stress rates during the interval separating earthquakes and instantaneous failure at a critical stress threshold. However, observations indicate that the process of stress recovery following an earthquake involves rate variations at all time scales in addition to stress steps caused by nearby earthquakes. Additionally, the existence of foreshocks, aftershocks and possible precursory processes suggest that there may be significant time dependence of the earthquake nucleation process. A method for determining the conditional probabilities for earthquake occurrence under conditions of irregular stressing is developed that could be useful at all time scales including those pertinent to short-and intermediate-term prediction. Used with models for earthquake occurrence at a stress threshold, the addition of variable stressing introduces a simple scaling of the conditional probabilities by stress level and stress rate. A model for the time-dependent nucleation of earthquake slip has been proposed recently that is based upon laboratory observations of fault strength. This failure criterion results in large but relatively short duration changes in the probability of earthquake recurrence particularly following stress steps. Applied to populations of earthquakes the models predicts a 1/t decay of seismicity following stress steps as observed for aftershocks and for frequency of foreshock-mainshock pairs. The model suggests that variations of seismicity rates of small earthquakes in the nucleation zone of the expected earthquake directly indicate variations in probability of recurrence of the large earthquake.     

印尼MS8.7地震对中国大陆3次后续中强地震的动应力触发研究

印尼8.7级地震发生后,在不到2个月时间内,在中国大陆相继发生了3次后续中强地震(2004年12月26日云南双柏MS5.1地震、2005年1月26日云南思茅MS5.1地震、2005年2月15日新疆乌什MS6.2地震),印尼地震和这3次后续地震是否存在触发关系?计算了印尼地震在3次后续地震破裂面上的动库仑应力变化和静库仑应力变化。静应力变化量小,低于一般认为的触发阈值(0.01 MPa);动应力变化峰值为10-1MPa,可能是这3次后续地震的触发因素。     

鲜水河断裂带地震活动特征及强震发生随时间增长概率

作者等仔细分析了鲜水河断裂带从１７２５年到现在的地震资料，并利用乌莫洛夫Ｔ─Ｓ、Ｍ为参数的作图法及强震发生随时间增长概率，绘制了地震活动图件及地震发生概率曲线以及Ｍ─Ｔ图和鲜水河断裂应变释放曲线。根据这些资料可以清楚地看出鲜水河断裂带自１７２５年到现在可分为两个大的活动周期，其中６．０级以上地震有由康定依次向甘孜迁移的特点。在每一个大的地震活动周期中，地震基本上两次重复由康定向甘孜迁移的过程，而且较强地震多发生在第二次迁移过程中，１９８２年甘孜地震标志着断裂带在第二幕地震活动高潮中，中强震已经完成了最后一次由断裂带东南端向西北端迁移的过程。同时考虑到断裂带应变释放曲线的特征，估计鲜水河断裂带目前已进入新的平静阶段。前两个大的活动周期之间，平静了近一个世纪。按历史上地震定向迁移规律，估计在新的活动期地震仍将从康定方向开始，逐步向甘孜发展。     

东昆仑活动断裂带大地震之间的黏弹性应力触发研究

对青藏高原北部东昆仑破裂带大地震之间的应力转移和断层相互作用进行研究. 考虑1937年以来沿此破裂带发生的5个M≥7的地震：1937年M7.5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可可西里地震，模拟了黏弹性成层介质中地震断层错动产生的应力演化过程，并计算了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2001年可可西里地震断层面上库仑破裂应力的增加，并且中地壳和下地壳的黏弹性松弛效应使得库仑破裂应力场随着时间的推移而逐渐加强. 在计算过程中定量估计了可可西里地震发生时前面4个地震同震形变和黏弹性松弛导致可可西里地震破裂面上库仑破裂应力变化之间的比值，发现前3个地震由黏弹性松弛造成的变化远远大于同震形变所造成的变化. 可可西里地震之后应力场的模拟表明东昆仑断层中段的东大滩－西大滩断层段（位于可可西里地震破裂以东及都兰地震以西）的库仑破裂应力显著增加，变化值达0.05～0.1 MPa，预示这一地区地震危险性的增加.     

京西盆岭构造区积累库仑破裂应力变化对强震的影响

以拉张正断层作用为主的京西盆岭活动构造区(112°～116.2°N, 38.3°～41.5°E)自BC231年以来共记载和记录15次M6～7.5地震。 本研究计算每一次强震产生的以及逐次积累的库仑破裂静应力变化, 并分析强震之间的应力触发关系。 结果显示在14次后发的强震中, 有10次发生在先发强震产生的积累库仑破裂静应力变化为正的触发区, 触发率为71%。 所有15次历史强震作用共同引起研究区积累库仑破裂静应力变化的正值区, 主要分布于六棱山北麓断裂中段、 怀涿盆地北缘断裂、 新保安沙城断裂、 桑干河断裂以及蔚县盆地南缘断裂, 并使得这些断裂(段)的强震危险性有所增加, 这可为分析研究区的未来强震危险性提供参考。