基于1973年炉霍MS7.6地震震后跨断层变形的地震轮回特征

1 研究背景 地震活动断层不同区段和时段均具有不同的力学特性,主要是表现在活动断层上发生地震的断层段所呈现的震前、同震、震后和震间4个时域范围内的滑动行为.换言之,地震活动断层的滑动行为分为震前、同震、震后和震间4个滑动阶段.通过研究活动断层地震破裂段震前、同震、震后和震间滑动,可深入破解沿活动断层破裂段的应力、应变的积累和释放的时空信息变化(Reilinger et al,1999;Yagi et al,2001;Ozawa et al,2004).     

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.     

GNSS观测的2021年5月22日玛多MS7.4地震同震位移及其约束反演的滑动破裂分布

2021年5月22日青海省果洛州玛多县发生M_W7.4地震,此次地震产生的地表破裂在空间上表现出明显的分段特征.本文基于不同来源的GNSS连续观测网数据获取了此次地震的精细三维同震形变场,结果显示:观测到的最大水平位移量达到280 mm,最大垂直形变量仅为25 mm,暗示此次地震的逆冲分量较小;此次地震具有较为明显的左旋走滑特征,同震形变基本对称,在NW-SE向的影响范围更广,该方向上水平同震形变大于3 mm的震中距范围超过500 km.进而,本文以余震精定位结果和GNSS观测到的三维同震形变场为约束,构建了地表破裂线为折线、倾角为85°、倾向西南的断层模型,反演了滑动破裂分布.结果显示:滑动破裂分布在震中两侧不均匀,均破裂到地表,破裂深度达到15 km左右,最大滑移量为4.73 m,计算的矩震级为M_W7.37.该结果与余震精定位结果具有很好的一致性,破裂的极值区正好位于早期余震空区,推测该余震空区未来的发震风险性较低.最后基于反演结果模拟计算了震中区域形变和应变场,结合应变值在断层地表迹线东南侧呈现挤压特征和已有的研究成果,推测此次地震增强了巴颜喀拉块体在东部地区挤压应力的积累特征,导致东部地区发震危险性增强,值得后续跟踪研究.     

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     

中国北天山褶皱逆冲带2016年MW6.0呼图壁地震—盲逆冲和上覆褶皱地震

2016年呼图壁M W6.0地震发生在中国天山褶皱逆冲带北部。然而,由于震级小、震源深且无地表破裂,2016年呼图壁地震的同震断层破裂模型和地震构造至今仍然未知。本文研究表明,2016年呼图壁地震发生在一个深地壳(15~20km)盲逆冲断层上,且深部盲逆冲断层的破裂触发了浅层上覆褶皱的运动。本文使用Sentinel-1A/1B卫星观测的升轨和降轨干涉合成孔径雷达(InSAR)数据反演构建了2016年呼图壁地震的发震构造。研究发现,单个断层不能很好地拟合Sentinel-1升轨和降轨数据观测到的InSAR形变场。基于InSAR观测大地测量数据,研究发现沿齐古背斜发育的一个沿深度方向倾角变化的小断层也在呼图壁地震中发生了破裂,增加了上述小断层后,模型反演残差显著降低。整体而言,2016年呼图壁地震发生在一条走向264.4°、倾角28.8°的地壳深部盲断层上,显著的断层滑移位于地表以下13~18km深度处,峰值滑移量约10.0cm。触发的浅层地壳断层弯曲褶皱具有铲形的断层几何形状,其破裂以逆冲运动为主。浅层褶皱结构上由主震产生的静态库仑应力变化为负,表明对于呼图壁地震浅层断层破裂,动态库仑应力可能比静态库仑应力在触发浅层断层破裂中起着更重要的作用。最后,研究结果表明,深震源的中强地震有可能引发该地区浅层上覆断层弯曲褶皱的破裂。     

2021年青海玛多MW7.4地震GNSS同震形变场及其断层滑动分布

2021年5月22日青海玛多M_W7.4地震作为发生在巴颜喀拉块体内部的一次强震,再次引起了人们对该地区地震活动性的强烈关注.本文基于震后GNSS流动观测和区域连续GNSS站资料,解算了106个站点的同震形变及其中17个站点的高频形变波形.同震形变场显示玛多地震具有典型的左旋走滑特征,GNSS观测到的最大同震位移达到1.2 m.GNSS与InSAR数据相符度较高,GNSS提供了准确的近场形变信息.基于GNSS同震形变场,本文反演了断层滑动分布,并计算了发震断层上产生的库仑应力变化.结果表明,发震断层的滑动破裂存在多个凹凸体,破裂分段特征明显且出露地表,与野外地表破裂考察和余震分布吻合,主体破裂位于断层面0~10 km的浅部区域,最大滑动量达到4.6 m,地震矩1.63×10²⁰N·m,矩震级为M_W7.4;发震断层上静态库仑应力增加区域与余震分布具有一致性,说明余震主要是由静态库仑应力加载而触发的.     

汶川M_S 8.0地震库仑破裂应力变化及断层危险性初步研究

利用四川省汶川MS8.0地震的震源机制解及滑动分布模型,反演了由汶川地震造成的同震库仑破裂应力变化;从余震效应与断层相互作用的角度对库仑破裂应力变化进行了分析。结果显示:基于滑动分布模型反演的库仑破裂应力变化能较好地反映与余震分布的对应关系,以最大余震断层面参数(走向/倾角/滑动角:204°/56°/98°)为接收断层,反演结果最佳,83%M>4的余震均发生于库仑应力增加约0.01MPa的区域;库仑破裂应力变化的主要特征为断层北盘大部分区域为库仑破裂应力下降区,断层南盘主要为增加区,断层两端均显示库仑破裂应力变化增加,且分别沿NE和SW两个方向发展。最后,基于活断层分布模型,计算由此次地震造成的已存断层面上的库仑破裂应力变化,结果显示多条左旋走滑断裂库仑破裂应力变化值增加     

数值模型显示的隐伏弯曲断层同震地表位移特征

余震精定位资料显示,芦山7.0级地震破裂面可能为弯曲程度较高的三维弯曲断层.相关研究显示,这种弯曲断层的位错方式和破裂面同震应力加卸载模式与普通平直断层有明显不同.文中采用无限半空间位错模型模拟显示,隐伏弯曲断层和平直逆断层引起的地表位移特征相似,但是弯曲断层引起的地表水平位移更接近区域整体的地壳缩短方向,缩短方向水平位移的量明显高于同等规模的平直逆断层,因此能更好地传递断层上盘大范围物质的水平运动.相对于平直断层,弯曲断层下盘水平位移随距离衰减十分明显.同等规模的弯曲断层导致的同震地表抬升小于平直逆断层或左旋逆断层引起的同震抬升,但能造成更明显的地表下降.由于地震规模较小,GPS等低密度空间分布的形变观测可能无法有效分辨芦山地震震源结构是否为弯曲断层.对震源结构的细节研究,还有待于利用高空间密度和高分辨率的形变观测资料.     

GNSS约束的2022年泸定M6.8地震滑动分布及同震应力变化

2022年9月5日四川泸定县发生M6.8级强震,震中位于鲜水河断裂东南末端,野外地质调查初步结果显示本次地震并未发现明显的地表破裂迹象.本文基于震后科考GNSS流动观测和震中周边连续站观测资料,解算并提取震中90 km范围内31个测站的静态水平向同震位移.结果显示：GNSS同震形变场空间分布呈现明显的左旋走滑特征,观测到的最大水平向同震位移达23 cm,震中距50 km范围内同震位移量普遍大于1 cm.基于GNSS观测资料反演得到的同震滑动分布显示泸定地震地表破裂主要集中在磨西至田湾之间,主破裂深度2～8 km,最大滑动量～1.96 m,地震矩9.25×10¹⁸N·m,对应矩震级M_W6.6.静态库仑应力结果显示本次地震增强了震源破裂区周边活动断层的库仑应力,并触发了大量余震,余震主要发生在库仑应力增强区域.结合震间闭锁分布、历史地震及库仑应力变化,我们认为未来需要密切关注与磨西断裂交接的安宁河、大凉山断裂以及康定—磨西段的地震危险性.     

基于高分辨率地形数据的富蕴M8.0地震地表破裂带精细特征

同震地表破裂带的空间展布及形变特征是地球深部断层活动在地表的直观地貌表现,不但记录着地震破裂和断层运动的信息,还反映了区域应力和地壳运动状况.因此,开展震后地震地表破裂带调查对于了解发震断层的构造活动尤为重要.高精度地形观测技术可以获取前所未有的高时空分辨率的地球表面特征,为辨别历史地震地表破裂遗迹、提取地表同震位移、活动构造地质填图等提供高质量数据.文中选取富蕴1931年地震地表破裂带作为研究区,利用SfM(Structural from Motion)摄影测量技术生成分辨率为1 m的数字高程模型(DEM),详细识别地表破裂并测量冲沟的右旋位移.基于地表破裂的几何及构造地貌特征,将富蕴地震地表破裂带由北向南分为S1、S2、S3、S44段,其间以挤压隆起或拉分盆地相连接.沿破裂带共获得194组最新冲沟的右旋水平位移,得到1931年同震位移的平均值为(5.06±0.13)m.同震位移局部缺失或突变的区域与几何阶区的位置也有良好的对应关系.以上结果填补了对富蕴地震地表破裂精细形态研究的空白,也进一步展示高分辨率的地形数据在活动构造研究中良好的应用价值.     

基于分区解缠方式研究2010年玉树M_W6.9地震同震形变

2010年玉树MW6.9地震发生后,已有学者利用DInSAR技术得到了该次地震的同震形变场,并在此基础上反演了其震源破裂滑动分布。本文以提高玉树地震同震形变场准确度作为出发点,设计了一种新的解缠方式获取相应的同震形变场:首先沿地表同震破裂迹线将InSAR干涉图像分割成上下两部分,然后利用网络流解缠算法对其分别进行相位解缠,最后通过统计重叠部分的相位一致性信息将两部分结果进行拼接。利用震中区GPS同震位移数据对分区解缠结果进行验证。结果表明:相对于整体解缠结果,分区解缠方式得到的最大视线向沉降值由42.6cm增加到48.1cm,所得结果与GPS观测结果更加接近,采用分区解缠方式提高了断层附近形变场的准确性。     

雷达干涉测量对1992年兰德斯地震的运动学过程分两步反演的贡献

研究了1992年兰德斯地震的破裂过程。采用了两步法以限定滑动幅度和破裂时间之间的相互影响，否则会影响仅用地震资料得到的解。首先用独立的大地测量资料来约束滑动分布及其不确定性，然后获取破裂传播的时间特征。第一步用干涉测量数据和全球定位系统测量数据进行独立反演和联合反演，以给出三段断层模型上沿走向和倾向的滑动分布特征。我们采用遗传算法来检验解的唯一性，并使用最小二乘找出拟合最佳的模型。根据大地测量的反演结果我们认为：用干涉测量数据足以给出兰德斯地震的滑动分布。由于在我们的构型中地表形变对浅层滑动比较敏感，因而所得到的地表滑动幅度比深层要高。得出的滑动分布与地表的地质观测结果一致，并证实了兰德斯地震的不均匀特征。霍姆斯特德谷断层（第2段）上绝大多数滑动发生在浅层，最大深度约为7m。另一个滑动较大的区是在8km深的约翰逊谷断层上（第1段）。第二步则反演了强地面运动数据，使用了预设的最终滑动幅度和由大地测量数据推断的不确定性，对破裂过程的时间进程进行了约束。第二步强调地震随时间的强烈变化。高滑动区破裂前缘传播速度快，当破裂沿断层传播遇到阻力时其速度会减慢。平均而言，破有缘传播速度接近S波速度，并在开始后约20s约束。滑动幅度和破裂速度的较大变化表明：对破裂过程的描述用凹凸体的连续破裂比用匀速脉冲传播更为准确。     

基于GNSS和InSAR约束的2021年玛多MS7.4地震同震滑动分布及应用

2021年5月22日青海省果洛藏族自治州玛多县发生M_S7.4地震,震中位于青藏高原中部的巴颜喀拉块体,这是近20多年来在巴颜喀拉块体周边发生8次M≥7级强震后,块体内部的一次强震,也是汶川地震以来中国大陆发生的最大一次地震,因此该地震的成因及周边地区未来的地震危险性值得重点关注.本文利用震后及时获取的39个近场流动GNSS观测,联合61个GNSS连续观测、Sentinel-1和ALOS-2 InSAR观测获取了本次地震精细的同震形变场,以此为约束,基于均匀弹性半无限位错模型,反演了发震断层的滑动分布,并计算了同震库仑应力变化.GNSS水平同震形变十分显著,断层南北两侧的GNSS点位,最大水平形变分别达0.7 m和-1.2 m,距震中200 km的测点仍有1 cm左右的同震形变.Sentinel-1和ALOS-2的升降轨InSAR同震形变场显示此次地震造成了约160 km长的地表破裂,最大视线向形变分别达0.9 m和1.2 m.同震滑动分布模型显示,发震断层由主段和次段组成,长度分别为170 km和20 km,主段倾向北,倾角85°,平均滑动角为-4.36°,表明玛多地震是一次典型的走滑型地震.次段倾向南,倾角68°,平均滑动角为-11.84°.地震破裂主要集中在0~15 km深度范围,最大滑动量为4.4 m,对应深度6.97 km.反演给出的矩震量为1.61×10²⁰N·m,对应矩震级M_W7.4.主发震断层上存在4个凹凸体,玛多地震是一次不对称双侧破裂事件.结合余震精定位、野外调查及地质资料,我们认为主发震断裂为昆仑山口—江错断裂,东部的次级破裂与主破裂机制不同.同震库仑应力结果显示,东昆仑断裂玛沁段应力有所增加(>0.01 MPa),处于应力加载状态,未来发生强震的危险性较高.     

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ML7．3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10km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。     

2011年4月11日日本东北福岛县浜通Mw6．6地震的地表断层破裂和滑动分布

2011年4月11日日本东北福岛县浜通地震于2011年3月11日东北地方太平洋海岸近海地震之后1个月发生在一地震活动区。这次浜通地震在北北西一南南东走向的系浞断层上造成14km长向西的正滑破裂,同时在西北西～东南东走向的汤野岳断层造成16kin长向南的正滑破裂。沿系浞断层的滑动从南端到中部突然增加,其中测量的最大位移近2m;该断层的中段到北西端的滑动逐渐降低。汤野岳断层也有不对称的滑动分布,在其北西段附近峰值约为0．9m。从破裂沿这两条断层扩展的方向来考虑,显然测量到的地表断错在走向上不对称,在更靠近破裂起始的断层末端观测到最大断错,而在破裂终止的方向显现出逐渐减小。滑动分布和震中位置的地表观测结果与滑动反演模型得出的地震破裂的总体特征一致。浜通地震断层超过60％的破裂长度以及其他历史正断层地震,滑动位移量小于或等于最大滑动的30％。根据破裂长度、最大和平均位移估计的该地震的矩震级（Mw）在6．5～6．8之间,与地震学确定值6．6相一致。     

沿加利福尼亚圣安德烈斯断层系地震引起地表破裂的条件

当断层破裂期间剪应力超过通常为流体静压力状态的地壳表层屈服强度时,沿断层深部成核的地震破裂才能传播到地表。例如圣安德烈斯断层系,对于错位断层的地震活化来说,深部需要超流体静压力。根据围岩和断层岩石的破裂准则,能造成地面破裂的滑动事件估计发生在沿与主压应力成小于65°角的断层面的孕震深度上。这些滑动事件在震源深度上需要的最小剪应力约为30 MPa。对地震间隔期长且推断粘结强度高的断层,预测的活化角≤55°,表明南加利福尼亚圣安德烈斯的一些地段,包括圣贝纳迪诺地区、埃尔西诺断层带和圣哈辛托断层的部分,为能使地表破裂的未来大地震的最可能的震源场地。为了进一步约束这些地震的位置,我们急切需要使用实验室试验、震源机制研究及对这类圣安德烈斯断层系的地震活断层进行钻孔,来探查深部断层岩石的摩擦性质和应力状态。     

断层横向构造在逆冲型地震破裂中的作用——以汶川地震小鱼洞断层为例

大地震破裂大多由横向构造(如阶区、弯曲和分叉)所分割的多个段落组成.2008年5·12汶川地震破裂沿北东走向上穿过了多个横向构造部位,特别在震中北东45 km的位置,小鱼洞断层、北川断层和彭灌断层三者之间呈现复杂的断裂切割相交关系.复杂断层几何结构对破裂的扩展是有抑制还是促进的作用？在相交的断裂段之间是否存在最优的破裂顺序？本文以库仑应力分析为手段,探讨在汶川同震破裂初始30 s内,破裂在多分支断裂中选择扩展路径时的可能应力相互作用.库仑应力分析显示:如果北川断层先发生破裂,其滑动对小鱼洞断层和彭灌断层均产生强烈负应力的抑制作用,而彭灌断层的滑动却反而对小鱼洞断层和北川断层浅部有强烈正应力的促进作用.因此,从准静态应力分析角度,彭灌断层先于北川断层发生破裂的可能性较大,这一破裂顺序与小鱼洞断层参与同震破裂过程的事实相符.此外,小鱼洞断层在链接北川和彭灌断层的同震位移中可能起到桥梁作用,但非静态应力的影响.横向构造在逆冲型地震破裂扩展过程中起到的牵引作用使得逆冲型地震破裂能够比走滑型地震跨越更宽的阶区.横向构造是逆冲断裂带内广泛发育的构成单元,因此在地震危险性分析的最大潜在震级测算中应该考虑其作用.     

2021年5月21日云南漾濞Ms6.4地震:一次破裂在隐伏断层上的浅源走滑事件

2021年5月21日,在中国云南省大理州漾濞县发生了 Ms6.4地震.该地震震中位于川滇菱形块体西部边缘的维西—乔后—巍山断裂附近.作为该区域过去45年以来发生的最大地震,快速的灾害反应及震源参数反演将为防震减灾提供重要的帮助.由于未搜集到与此次地震地表破裂相关的报告,这次地震的发震断层目前仍难以确定.本文利用哨兵1A/B卫星的合成孔径雷达干涉(InSAR)数据获得了与此次地震相关的同震形变,并反演了这次事件的断层几何参数及详细的滑动分布.反演结果显示:破裂断层以右旋走滑运动为主,兼有少量的正断分量;滑动主要分布在2到12 km深度范围内,在约7 km深度处滑动达到最大,约为0.64 m.破裂断层浅部0到2 km范围内滑动的缺失揭示了一个重要的滑动亏损区,该区域很可能被震后余滑及震间浅部滑动所弥补.通过对反演结果、余震序列和局部断层构造特性的综合分析,认为此次地震可能破裂在维西—乔后—巍山断裂的隐伏分支断层或一个独立的未知的隐伏主断层上.计算的同震库仑应力变化表明维西—乔后—巍山断裂的巍山盆地段北端、维西—乔后—巍山断裂的玉狮场—乔后段最南端及洱源—弥渡断裂的中段北端具有较高的破裂风险.     

基于库仑应力变化分析2015年尼泊尔MS8.1地震对中国大陆的影响

本文采用分层黏弹性介质模型, 模拟了2015年4月25日尼泊尔M_S8.1地震产生的同震和震后地表位移场, 计算了尼泊尔大地震引起的青藏高原及其周缘主要断裂上的同震和震后库仑应力变化。 地表位移场结果显示, 此次尼泊尔8.1级地震对中国大陆的影响区域主要是拉萨地块和羌塘地块, 对拉萨块体的影响主要表现为水平向南朝喜马拉雅构造带的汇聚作用, 垂直同震位移以下降为主, 震后以上升为主。 静态库仑破裂应力变化的计算结果显示, 尼泊尔大地震对青藏块体中南部的拉张性断层影响最为显著, 其中, 使尼泊尔地震北部的拉张断层的库仑应力显著增加, 个别断层库仑应力增加量超过0.01MPa, 而使其两侧的拉张断层库仑应力明显降低; 对青藏块体中部的走滑断裂则以正影响为主; 另外, 对南北地震带主要以负影响为主, 但量值微小。     

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...