地壳应变速率与地震活动关系的研究——从地壳应变场探索强震活动的场源关系

通过研究应变积累速度（亦即地壳应变速率）与地震活动的关系,籍以探讨从地壳应变场中寻找近期强震危险区的方法。针对不同地区的地震活动水平特别是地震复发期的差异,丁国瑜（１９８４）指出,各地震区大震复发时间的差异主要取决于由大震孕育环境和构造物理条件所决定的构造活动速率（亦即应变累积速率）的差异。从近几年地震实况的初步（阶段性）检验看,应用大地测量中垂直形变速率梯度判定强震危险区,具有较好的效果和可喜的前景。作者从理论分析、实际资料对比及计算机模型研究等方面来讨论地壳应变速率与地震活动水平之间的关系,进而为场源关系研究中的“场中求源”的科学思路探索可能的技术途径,并讨论了从应变速率场中寻找强震危险区的方法。     

地壳极限应变与危险区强震发生的概率估计

本文在中国、日本与美国的破坏性地震极震区的地壳形变观测数据的基础上,用维布尔分布确定了适用于中国的地壳极限应变值为5.25×10~(-5)±2.27×10~(-5)。同时根据文献[2]所确定的17个一级危险区与6个二级危险区中各区的形变速度梯度值与历史地震活动资料,按维布尔分布确定了各危险区未来10—20年内发生强震的累积概率。研究结果表明,目前有二个地区累积概率已高达0.70以上,还有五个地区累积概率在0.30～0.70之间,同时对1989年山西大同-阳高地震与1990年青海共和-兴海地震进行了内符合检验,发现这两个地区到发震时的累积概率均超过了0.54,因而初步显示出本方法的有效性。     

中国西部地区地壳结构特征与强震活动相关性研究

中国西部地区是地震活动十分强烈的地区,天山、阿尔泰、帕米尔和西昆仑都是著名的地震构造带,在这些地震构造带和周边地区发生了多次震级大于5级的强震.本文通过分析西部地区的重力场特征,根据重力数据结合地震剖面、应用Parker-Oldenburg方法反演得到了研究区莫霍面深度,通过对比地震层析成像的反演结果,分析了研究区的地壳结构特征.计算结果表明,研究区地壳结构不均匀特征明显,在造山带地区一般是莫霍面坳陷区,盆地则是莫霍面隆起区,主要造山带地壳速度结构表现为高速区,盆地和主要凹陷区为低速区.根据计算结果和以往强震震中位置分析了地壳构造与强震活动的相关性,西部地区的地震活动与地壳结构的横向不均匀密切相关,强震主要发生在地壳速度变化带附近和地壳速度结构差异较大的地区,在构造应力作用下,这些地壳介质非均匀地区易发生强震,这是中国西部造山带和盆-山边界附近频发强震的构造原因之一.     

GPS水平形变面应变率梯度与强震危险区关系探讨

全球定位系统(GPS)观测和信息处理技术的发展, 为获取高精度地壳水平运动和相关的应用研究提供了良好的基础． 应用中国地壳运动观测网络中心提供的1999—2007年GPS水平形变速率观测结果, 研究了地壳水平形变面应变率梯度与强震发生的关系, 探索了地震中长期预测对强震危险区的判识方法． 结果表明, 中国大陆2001—2011年发生的大部分M_S6.8以上强震, 地震地点均位于面应变梯度高-低值过渡区与块体边界带相交汇的部位; GPS面应变率梯度可以作为中长期强震危险区判识的一种方法, 与最大剪应变率分布相比, 缩小了强震孕育地点的判识范围． 文章最后给出了中国大陆地区未来10年或稍长时间的强震危险区.      

用块体应变能预测强震位置与震级的研究

综合地质构造、岩体力学性质、应力应变状态及其演化历史等各种因素将其统归为应变能积累特征对强震活动进行研究。对利用形变空间特征变化判断强震震源区位置的方法进行了讨论并确认其可行性,提出估算块体应变能的方法。由新构造划分块体边界、地壳测深确定底面进而确定块体体积、形变测量确定年平均应变速率、地壳速度构造确定弹性常数、历史强震确定能量积累起点(起始时间),由此估算块体积累总应变能,进而依据能量估算地震震级。最后以实例论述应变能积累特点对强震位置和震级预测的良好效果以及对地震安全性评价的重要意义。     

中国大陆活动地块与强震活动关系

研究了中国大陆各Ⅰ级活动地块区强震活动特点, 包括强震活动的总体水平、地震应变能释放速率、震级频度关系、震源破裂特性和地震应力场特征等, 以及由GPS资料给出的各活动地块运动变形特征, 如各地块运动的速度、地块变形的应变速率、最大主压应变方向、地块运动变形中的张、压状态等. 在此基础上, 对中国陆区Ⅰ级活动地块区的强震活动特点和地壳运动变形性状进行对比研究, 给出各活动地块的构造动力环境及其运动变形的性状决定其地震活动的总体状况, 包括: 活动地块现今地壳运动变形的应变速率与地震应变能释放呈线性相关; 由震源机制给出的各活动地块的地震应力场与由GPS观测给出的现今地壳运动应变(应力)场的同一性, 以及震源破裂类型与地壳形变张、压状态的一致性等. 这些结果显示了中国大陆活动地块及其运动性状对强震孕育发生的控制作用.     

基于地壳形变的强地震中长期预测的针对性探讨

地震是地壳运动过程中能量长期积累和突然释放的结果。最大限度地利用大范围、长时间尺度的地壳形变观测资料,从中获取地壳运动变形的长期背景场信息,结合地质构造和强震活动性,研究活动构造区域长时间尺度的应力应变积累分布背景及其与强震活动的关系,判断高应变积累异常区,对强震中长期预测十分重要。我国地震预报专家梅世蓉先生等认为,     

应用地震学方法研究中国大陆活动地块应力应变场

在中国大陆活动地块假说及活动边界研究的基础上，将中国大陆按照地震活动特征进行分区. 利用大地震的震源机制资料和历史强震资料，结合小震综合节面解，研究了各地震区的应力应变状态，给出了各地震区的平均应力主轴方向和平均应变率. 应用地震应变能积累释放模型研究了各地震区的地震活动水平. 结果表明最大剪切应变率与地震活动水平存在线性关系. 将地震资料给出的中国大陆地壳应力应变场与GPS测量给出的结果进行了比较，初步说明了两种结果存在着统一性，从而显示出活动地块运动变形与强震活动的内在联系.     

南北地震带地震活动特点及中期强震危险性研究

本文从区域地震活动分期,强震复发周期、未来强震震级计算、相邻区域活跃期的相关性、强震纬向迁移以及6级以上地震的自律关系等入手,研究了南北地震带各段地震总形势。根据历次强震前中强震活动图象研究得出的北段平静—大震,中段、南段平静—活跃—大震特点,寻找目前北段存在的平静区,中段和南段的背景性空区。结合近二年来存在的背景性地震条带,诱发前震分布及 b 值扫描等结果,判定强震危险区。文中还对各段强震可能发生的危险点提出了初步意见。     

新疆钻孔应变异常与强震活动

在新疆钻孔应变18年的观测期间，发生了6级以上强震17组(次)，其中7级以上地震5次，8级以上地震1次。钻孔应变资料在64％强震前记录到了异常变化。其中属于天山和塔里木地块周边的15例强震中，在儿例地震前钻孔应变资料出现了异常，占全部强震的73％。利用钻孔应变资料正确预报的地震数仅4例，占全部强震的23％，占天山及塔里木地块周边地震数的26％。在这些强震中距离台站250km范围以内发生的地震有7例，正确预报的有4例，占57％。     

1996年包头6.4级地震的地壳应变特征

根据GPS观测资料求出的水平地应变和由跨断层垂直形变计算出的速率强度累积率，研究了包头-大同地区1992～1995年、1995～1996年和1996～1999年的各时期的应变特征，并对包头6.4级(1996年5月3)地震前后的地应变进行对比，认为以压应变为主导的高值区可能是未来强震孕育的地区．面应变、主压应变、剪应变和趋势累积率同时较高的地区，强震危险性较大．一般低应变区和张应变为主导的地区，孕育强震的可能性小，属于比较稳定的地区．1992～1999年包头-大同地区的GPS水平应变的演变，反映了1996～1998年地震幕的孕育发展及结束的全过程．以压应变为主的高应变区和应变梯度带可作为未来强震危险区的判定标志之一．      

川滇菱形地块的应变能积累释放周期和强震预测

将川滇菱形地块分为两个地块, 分别以形变确定应变速率、 深部速度构造确定弹性模量、 联合地块体积确定地块应变能积累与时间的关系, 结合历史强震研究应变能积累释放周期以及该周期内的强震活动, 进而研究应变能积累释放与强震活动的关系. 结果表明, 地块应变能积累释放存在周期性并可预测强震震级. 在应变能积累前期, 没有强震(M≥7.0)发生; 随着时间增加, 应变能继续增加, 地块上先后发生几次强震, 但每次强震震级均小于预测震级, 即一次强震只释放了一部分能量; 而后应变能积累继续增加, 直到一、 二次特大强震(M≥7.5)发生, 将绝大部分应变能释放. 至此, 老的周期结束, 新的周期开始. 应变能积累从小到大直到最后完全释放的周期性导致了地震的平静活跃周期, 地震活跃期比平静期长得多. 本文认为, 大区域地理范围因其含有多个地块, 不宜讨论其地震平静活跃周期, 而对于小范围单次强震也不宜讨论其复发周期. 虽然活跃期中的强震从时间上看并无任何规律, 但利用活动地块应变能的积累释放曲线所预测的震级与实际震级很接近. 本文结果对于地震安全性评价工作可能有重要意义.      

空间大地测量GPS揭示的汾渭盆地及其邻域现今地壳应变场变化特征

利用汾渭盆地及其邻域2001—2007年与2009—2011年高精度GPS监测资料,基于区域构造特点,采用块体运动应变模型结合数理统计假设检验法,建立了区域合理的地壳运动应变模型,基于此定量研究了区域现今地壳应变场及其变化特征,特别是2008年汶川强震对汾渭盆地区域变形特征的作用影响,同时从盆地整体上分析了盆地内多发的地裂缝灾害与区域整体构造变形特征之间的内在关系.研究结果表明:经统计检验判断,选择合理的区域地壳运动应变模型,对获取真实反映区域实际构造变形特性的应变参数具有重要的作用;2008年汶川强震对青藏东边缘地块及渭河盆地西侧局部地区应变场造成一定的影响,但是震后上述区域并没有出现显著的应变积累而是呈现出应变量值较震前减小的特征,分析其原因可能是因为此区域并不是强震造成的库仑应力显著增加区,在震后2009—2011年时间段内处于构造应力场的松弛调整期;汶川强震没有显著改变研究域现今整体的构造变形背景特征,区域地壳构造活动特征仍具有较好的继承性;基于研究域构造块体具有各向同性连续弹性变形的前提,初步推断整个汾渭盆地内多发的地裂缝灾害可能是区域NW—SE向拉张应力场作用下的地表破裂响应.     

体应变数字记录特征与中强震关系初探

通过对溧阳地震台体应变资料的分析研究 ,发现南黄海中强震和台湾大震前后 ,溧阳台体应变观测到一些前兆异常反映 ,异常幅度达 1 4 4× 10 - 7;并且找出了南黄海地震以及台湾大震前溧阳台体应变观测的异常特征。     

川滇地区地壳应变能密度变化率与强震复发间隔的数值模拟

以最新的川滇地区深部构造成像为基础,以构造应力场、GPS观测和断裂带活动速率为约束,建立了川滇地区的3维黏弹性有限元模型,通过数值模拟计算讨论青藏高原高海拔地形蓄积的重力位能、区内主要活动断裂带的错动速率、由地震波速度计算出来的各地块的介质弹性参数以及岩石、介质蠕变性质差异对川滇地区地壳现今构造运动的影响。模拟计算出研究区域内各主要活动地块和主要活动断裂带的应变能密度积累速率,并探讨了应变能密度积累速率与强震复发间隔的关系,对模拟结果和地质观测方法得到的结果进行了比较分析。模拟结果显示:青藏高原及文中研究区域内高海拔地形蓄积的重力位能和块体间的相互作用是控制区内主要活动断裂现今滑动速率、各Ⅱ级活动块体运动性质和地壳内应变能积累速率的主要动力学因素。     

用活动块体应变能预测研究强震活动的理论及实验依据

从弹性力学、断裂力学角度,以总应变能预测研究块体地震活动,并从岩石破坏试验结果论述这种预测研究的实验依据,最后结合实例证明,用块体应变能积累释放进行强震活动预测研究在实际应用中的可行性。这种分析研究方法可能对地震危险区及最大震级预测有实际应用价值。     

福建省现代地壳垂直运动与断裂活动

根据福建省境内１９７２年以来两次精密水准复测资料,利用速率面拟合法研究福建省现今地壳垂直运动的特征,并结合本区地质构造和地震活动性探讨这种运动的地球物理意义。资料分析表明,本区内新华夏系构造带是强震活动的主要场所,强震活动地点则又受到与这些新华夏系构造交汇的次一级的东西向构造、北西向构造和环状构造活动的制约;在主要构造断块的交接带上则表现为较显著的地壳垂直运动的差异性,差异活动较强烈的地区与本区地     

对现今地壳变形资料在地震区划中应用的初步探讨

采用汾渭地震带中段1996～2001年时段内的GPS观测数据,计算了地壳运动速度场,处理得到区内各测点相对水平运动矢量。采用均匀弹性体变形模型,计算了变形单元的主应变速率参数;引入地壳变形累积地震矩率的计算方法,探讨了其地震带内地震活动趋势和潜在震源区内大震复发间隔估计的应用问题。结果表明,汾渭地震带中段的地震矩累积速率为4.22×1017Nma,大大高于当前活动期的平均地震矩释放速率,处于地震应变累积阶段,未来地震活动性应比目前有所增强。对定襄潜在震源区和霍州潜在震源区的大震复发间隔估计结果也与采用活断层资料获得的结果相近。说明采用该估算方法具有进一步探讨的价值,特别是对于那些历史地震记录相对短暂或活动构造研究程度较低地区更有实际意义。     

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     

地壳应变主体单元模型及其与中强地震关系研究

讨论了目前利用GPS观测结果研究块体及其边界带应变状态的研究进展,阐明了与地震相关的块体边界活动构造附近是地壳应变主体区域的认识. 利用Scholz断层能量动态平衡过程,建立了断层周边应变累积与断层面构造力的一般物理关系,据此提出以断裂带为主体的地壳应变主体单元模型. 并利用GPS基准站连续观测资料讨论了模型力学状态演化与2001年11月14日昆仑山口西8.1级地震过程的关系. 结果表明,强烈压剪背景中出现的相对松弛变化,可能有利于触发型中等强度地震的发生.