最小能量准则用于1995年河北沙城ML 4.1地震序列破裂性质的探讨

运用变分原理,我们得到了最小地震波辐射能量约束准则并用于研究震源的物理过程.通过研究1995年ML4.1河北沙城地震序列主震和余震的动力学过程,可知主震和余震震源的动态破裂过程明显不同;ML4.1主震的破裂速度与瑞利波速相近,约为剪切波速度的0.89倍;而28个余震的破裂速度远远小于剪切波速度,大约是剪切波速度的0.05到0.55倍.根据裂纹扩展模型,计算得到其余震的地震波辐射效率多在10%以下,这也说明了余震的地震效率较低.我们认为余震震源的动态破裂过程应与断层内部新生裂纹的扩展有关,而非简单的岩体间的相对滑动.余震震源的动态破裂传播与破裂能占主导地位的小地震有关.这些小震所带来的破裂能也导致了断层的进一步扩展.在对该地震序列的研究中,我们发现主震与余震的震源破裂过程在能量分配上有着本质的区别.因此当地震断层尺度相当小时,破裂能的贡献不能忽略,它的大小将显著地影响地震波辐射能的大小.     

2008年汶川8.0级地震序列震源参数分段特征的研究

本文利用四川省区域固定地震台网观测记录到的2008年汶川8.0级地震序列的资料,从中挑选部分台站和地震资料,在精确扣除了余震区地震波衰减与台站场地响应后,计算得到了汶川地震序列中1070次M_L≥3.0级地震的震源参数,结果显示,地震矩与震级之间有较好的线性关系,应力降和视应力的大小与震级大小有关.利用M_L3.0级地震资料得到的应力降的时空演变过程研究结果表明,汶川余震序列地震应力降总体上随时间是一个衰减过程,预示着主震发生后整个余震区应力降呈逐渐衰减的状态.主震发生之后,以虎牙—北川—安县为界,空间上龙门山断裂带上地震活动水平和应力降具有明显的分段性.5月17日之前M_L≥5.0余震主要集中在龙门山断裂带北川以西,由于地震释放了较多应力,该地区应力降较低,而北川至青川之间地震活动水平相对较弱,应力降一直处于高值水平.5月17日之后,M_L5.0余震活动主体地区则转移到北川至青川之间,在该段发生了5月25日青川6.4级最大余震,在这之后,整个余震序列应力降随时间变化开始趋于平稳.     

2017年九寨沟MS7.0地震震源区速度结构与余震分布

采用九寨沟M_S7.0 （M_W6.5）地震的余震直达P波、S波走时数据,通过体波走时层析成像方法,获得了震源区及其邻区的P波和S波速度结构,并利用成像结果对余震进行了重定位。结果显示:余震主要集中分布于高、低速异常交界处偏低速异常一侧,呈走向NNW,倾向SW,倾角较高的分布特征;余震序列两侧的P波、S波速度结构揭示了发震断层两侧介质性质的差异,即上盘为刚性较强的高地震波速度区,下盘为刚性较弱的低地震波速度区。由余震分布特征和地震波速度结构推断:九寨沟地震发生在上地壳底部,发震断层具有上盘地震波速度高、下盘地震波速度低的特征;主震引起的后续破裂在上地壳内部的剧烈形变区内传播,破裂能量终止于25 km深度附近。      

1995年7月20日河北沙城ML4.1地震序列破裂过程中应力变化的研究

根据地震破裂动力学, 研究了1995年7月20日河北沙城ML4.1地震序列破裂过程中, 视应力和静态应力降与动态应力降之差的变化. 结果表明, 主震的视应力约为5 MPa, 而余震的视应力平均约为0.047 MPa. 在破裂过程中, 主震的动态应力降大约为静态应力降的1.6倍,其差值约为2.7 MPa; 余震的动态应力降一致小于静态应力降,其差值平均约为-0.75 MPa. 因此,主震发生时,最终应力大于动摩擦应力,与断层突然锁住的模式相符; 余震发生时,最终应力小于动摩擦应力,与地震断层错动过头的模式相符. 因此, 主震和余震的发生过程是有差别的.      

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。      

用10分钟P波窗估算2004年12月26日苏门答腊—安达曼地震的辐射能量

苏门答腊—安达曼MW9.1级地震的破裂过程持续了大约500秒,这一时间几乎是一般情况下用于计算远震辐射能量的P到时和PP到时之间时间窗长度的两倍。为了测量整个地震所辐射的P波,我们将时间窗扩展为从P波到时到S波到时,并用扩展窗对震中距大于60°的台站的地震记录进行分析。这些持续时间8～10分钟的窗内包含了PP,PPP,ScP震相和其他一些多次反射震相。为了测量包含这些附加震相的影响,我们计算了由扩展窗(P波到时和S波到时之间)得到的震源谱和由标准窗(P波到时和PP波到时之间)得到的震源谱的比值。对扩展窗的分析是在假设它只包含P-pP-sP波群的情况下进行的。我们分析了发生在MW9.1级主震附近具有相似深度和震源机制的4个相对较小的地震事件。这些地震的震级范围从2005年1月9日的MW6.0级余震到震中位于苏门答腊-安达曼地震南部的2005年3月28日MW8.6级的尼亚斯地震。将得到的这4个地震事件的震源谱比值取平均,就得到扩展窗的频变算子。然后对扩展窗得到的2004年12月26日主震的震源谱进行校正,就得到苏门答腊-安达曼地震整个破裂过程(～600秒)的完整的或校正的震源谱。我们计算的地震辐射总能量为1.4×1017J。经过对整个地震的校正震源谱与破裂过程的前～250秒的震源谱(由标准远震窗得到)比较,我们发现主震破裂过程的前半部分辐射的地震波能量多于破裂过程后半部分辐射能量,尤其对于周期从3秒到40秒的地震波,这种现象更加明显。     

2017年米林6.9级地震震源区速度结构与余震重定位

利用西藏自治区林芝地区的固定地震台站与南迦巴瓦流动测震台站在2017年11月18日至2017年11月24日记录到的430个余震的直达波走时数据反演得到了震源区的三维P波速度、S波速度结构,并利用三维速度结构对余震进行了重定位.成像结果显示,米林地震震源区在0~5km深度内存在低地震波速度异常;在5~15km深度内,存在高地震波速度异常,该高速异常致使震源区西南侧的地震波速度高于东北侧.重定位结果中,余震呈条带状以NW-SE走向展布,震源深度具有西南方向深、东北方向浅的特征.主震位于11km深度处、高地震波速异常体顶部,余震主要分布在高地震波速度与低地震波速度过渡的区域.对成像结果的分析表明,震源区浅部的低速异常具有低泊松比的特性,与富石英的沉积变质杂岩体-东久杂岩单元的岩性特征有关;深部的速度结构特征则可能反映了发震断层上盘地震波速度高,下盘地震波速度低的介质特性.余震重定位结果与成像结果联合表明:此次地震发震断层从11km深度处,东久杂岩体下方的高地震波速度异常顶部开始破裂,继而在5~15km深度内发生后续破裂,后续破裂的发生区域正处于喜马拉雅构造单元与冈底斯构造单元接触的形变区内.此外,根据地震波速度计算的泊松比反映了震源区持续的低泊松比特征,暗示此次地震与流体活动并无直接关系.     

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.     

1998~2003年伽师三次不同类型Ms6级地震震源破裂过程及短期内余震活动特征

利用大量远场观测地震图反演了新疆伽师地区三次不同机制类型M_s6级地震的破裂过程.结果表明,1998年8月2日M_s6.1级地震破裂尺度小,破裂过程简单,最大滑动量为12 cm,主破裂过程持续时间为8 s.1998年8月27日M_s6.5地震破裂过程的空间分布反映出双侧破裂特征,主破裂过程在前13 s基本完成,最大滑动量为63 cm,破裂面上起始破裂点两侧的滑动矢量方向不同.2003年2月24日M_s6.8地震的破裂过程最为复杂,震源时间函数由两次上升时间组成,破裂一共持续了32 s,最大滑动量为32 cm.研究表明,余震主要发生在主震破裂图像中大滑动量区域的外围或滑动量变化梯度较大的区域,主震后短期内发生的余震震源机制解也与破裂面上断层的错动方向一致,表明余震的位置和机制与主震破裂所引起的应力重新分布有关.     

宁洱地震序列的震源机制解分析

利用云南数字地震台网资料得到宁洱地震序列的主震、5.1级强余震和52个余震震源机制解.分析表明,该地震序列的发震断裂呈NW走向,倾角陡立.在接近水平的近南北向压应力作用下,断裂具有右旋走滑的错动性质.主震、强余震和众多的余震都发生在同一发震断裂上.大量的余震震源机制解结果与主震一致,是地震序列的主要破裂类型,但还存在与主要类型不一致的倾向滑动类型,这可能与余震破裂起始点的微构造控制作用有关,但是它们呈水平向的应力轴与主震的主应力轴一致.NW向断层作右旋走向错动,滑动断层推挤的象限都是逆冲类型的余震,而拉张的象限都是正断层类型的地震.宁洱地震序列的震源机制和周围4次5级以上地震的震源机制相同,表明震源区应力场和区域应力场完全一致,宁洱地震的孕育和发生受区域应力场的控制.     

九江—瑞昌序列震源位置及震源区速度结构的联合反演

采用震源位置和速度结构的联合反演方法确定2005年九江一瑞昌5.7级地震序列的分布和震源区的速度结构.结果显示九江一瑞昌地震序列存在NW330.方向和NE550方向的两组共轭分布,其中NW330.方向的优势分布更为明显;震源深度分布在3～18km的范围.地震主体破裂发生在上地壳-中地壳过渡层的P波速度低速区内,主震发生后余震向东南与西北方向两头扩展,其中往西北方向破裂时可能遇到了障碍体,积累的能量转向西南-北东方向继续破裂,引发了4.8级强余震.     

1976年MS7.8唐山地震断层动态破裂及近断层强地面运动特征

采用美国南加州地震委员会（SCEC）Steven Day博士提供的三维有限差分断层瞬态破裂动力学模型（3D-FDM）,以1976年唐山M_S7.8地震为例,从简化的断层双侧破裂模式出发,对该地震发震断层的动态破裂过程及近断层地表运动特征进行了仿真模拟和计算.研究区域为围绕发震断层200 km×140 km×40 km（深度）的长方形块体组成,模拟计算的空间分辨率和时间分辨率分别为200 m和0.012 s,形成的空间网格节点数为1051×701×201.在DELL小型工作站上,我们实现了对源程序的移植和并行计算.同时,通过引进计算机可视化技术,对模拟数据进行了3D/4D解释分析.另外,在对源程序修改过程中,实现了对京津唐地区三维地壳速度结构的嵌入,在一定程度上增强了对地震波传播以及地面运动模拟的真实性,并讨论了地震破裂的方向性对近断层地表运动的影响.最后根据初步研究结果结合京津唐地区活动断层构造特征,对唐山M_S7.8级主震后随之而来的1976滦县M_S7.1级余震及宁河M_S6.9级余震的动态触发机制提出了新的解释.由于受主震破裂方向性作用的影响,使得主震对后续两个较大余震产生的动态应力变化的峰值在断层的走滑方向上较大,为2~3 MPa,在逆冲方向上较小,为0.1~0.2 MPa.即唐山主震的发生使得其周边的应力场有一个瞬态的应力调整,唐山主震对后续余震的发生有促发作用.     

用经验格林函数确定中小地震的震源时间函数

采用正则化方法,并以小地震近似地代替通常由理论计算出的格林函数,结合近场加速度资料反演了1985年4月18日云南禄劝 Ms=6.1地震4个余震的震源时间函数.结果表明,较大余震除了震源持续时间较长外,其破裂过程也较为复杂,具有明显的阶段性.而较小余震的震源时间函数则近似为一脉冲函数.根据布龙震源模式,我们估计了这4个余震地震断层的破裂速度和断层面上的平均质点运动速度,结果表明,地震断层面的破裂速度小于地震波传播的横波速度;断层面上的平均质点运动速度为几至十几 cm/s,基本保持在同一水平.      

芦山7.0级地震序列的震源位置与震源机制解特征

基于中国国家和四川区域数字地震台网记录,采用HypoDD方法精确定位了四川芦山M_L2.0级以上地震序列的震源位置,采用CAP方法反演了36次M_L4.0级以上地震的最佳双力偶震源机制解,并利用小震分布和区域应力场拟合了可能存在的发震断层面参数,从而综合分析了芦山地震序列的震源深度、震源机制和震源破裂面特征,探讨可能的发震构造.结果显示,7.0级主震的震源位置为30.30°N、102.97°E,初始破裂深度为15 km左右,震源矩心深度为14 km左右,最佳双力偶震源机制解的两组节面分别为走向209°/倾角46°/滑动角94°和走向23°/倾角44°/滑动角86°,可视为纯逆冲型地震破裂,绝大多数M_L4.0级以上余震的震源机制也表现出与主震类似的逆冲破裂特征.M_L2.0级以上余震序列发生在主震两侧,集中分布的长轴为30 km左右,震源深度主要集中在5～27 km,M_L3.5级以上较大余震则集中分布在9～25 km的深度上,并揭示出发震断层倾向北西的特征.利用小震分布和区域应力场拟合得到发震断层参数为走向207°/倾角50°/滑动角92°,绝大多数余震发生在断层面附近10 km左右的区域.综合地震序列分布特征、主震震源深度和已有破裂过程研究结果,可以推测主震破裂过程自初始点沿断层的两侧扩展破裂,南侧破裂比北侧稍长,滑动量主要集中在初始破裂点附近,可能没有破裂到地表.综合本文研究成果、地震烈度分布和现有的科学考察结果,初步推测发震构造为龙门山山前断裂,也不排除主震震中东侧还存在一条未知的基底断裂发震的可能性.     

2003年青海德令哈6.7级地震序列的震源机制解及其构造含义

利用8个流动数字地震台和国家数字地震台站的地震波形记录,测量了2003年4月17日青海德令哈6.7级地震及其主要余震的直达P波、SV波、SH波的初动方向和振幅比,应用Snoke(2003)的测定震源机制解的格点尝试法,测定出德令哈地震序列的48个2.4级以上地震的震源机制解.搜集分析了美国哈佛大学测定的德令哈6.7级主震和2004年二期地震活动中的7个地震的震源机制解.基于余震空间分布特征和对震源机制解特征的分析,讨论了德令哈地震序列的可能断层活动方式和地震的构造含义.结果表明,主震和大部分余震都是沿NWW-SEE走向的逆断层错动,北边的上盘可能沿低角度向北倾的断层面向南仰冲;个别正断层余震可能是震源区挤压变形弧顶区附近发生的局部张性破裂;在二期地震活动中,逆断层和走滑断层都有,走滑断层地震主要发生在震源区东侧.德令哈地震活动是青藏高原东北缘NWW-SEE向延伸的挤压带继续处于隆升活动中的表现,这一继承性新构造运动是德令哈地震序列的可能发震原因.     

基于动摩擦应力下调滑移弱化机制，利用地表破裂同震位移约束2001年昆仑山口西MS8.1地震破裂传播速度

利用2001年昆仑山口西MS8.1地震现场观测所提供的地表破裂同震位移数据,使用简单滑移弱化破裂模型,估算了发震主断层上的破裂传播速度. 该模型中考虑了断层破裂时动摩擦过程中应力上调和下调机制对地震波辐射能量分配的影响. 对比Bouchon和Valleacute;e有关昆仑山口西地震主断层破裂传播速度超过剪切波速度,甚至达到P波速度的结果, 采用动摩擦应力下调时的滑移弱化模型 (分数应力降模型),结果表明,伴随较高的地震波辐射效率,主断层的平均破裂传播速度等于或小于瑞利波速度,这与许力生和陈运泰的体波反演结果,以及陈学忠震源应力场估算的结果是一致的. 最后,联系到由地表破裂现象所反映出的断层力学特征,如与视应力相关的分数应力降 (动摩擦应力下调), 基于滑移弱化模型, 讨论了可能的震源破裂机制.      

基于余震重定位和震源机制解研究青海玛多MS7.4地震序列的发震构造和断裂形态

2021年5月22日02时04分(北京时间),青海果洛州玛多县发生M_S7.4地震,震后余震不断.地质调查和卫星观测对地表断裂痕迹有较好的约束.然而,对于理解区域应力场、地震的产生、传播和终止具有重要意义的地下断层几何结构的约束精度略显不足.利用国家地震台网的连续波形记录,本研究首先基于双差定位法对玛多地震震后25天的余震序列进行重定位,结果显示余震序列大致沿NWW向的江错断裂呈线性分布,位于主震震中两侧,延伸总长~170 km.主震东南侧存在一余震稀疏区,在断裂带东西两端余震分布转向且出现分叉现象,反映出发震断层的复杂几何形态,这与前人研究结果基本一致.进一步采用波形反演方法和P波初动极性反演方法,获得了玛多震源区132个中小余震的震源机制解与震源矩心深度,并基于此对该主余型地震的发震构造与断裂形态进行了初步分析.震源机制解结果表明,玛多M_S7.4主震的发震断裂主要为左旋走滑性质,余震与主震性质整体相同,在断裂带东段存在部分逆冲型余震.震源机制解约束的区域主应力方向约N60°E,与区内整体走滑断裂作用相一致.余震震源深度略微起伏,主要集中在10~12 km,且浅部余震较少,表明浅部应力可能主要通过主震释放,余震深度分布可能限定了主震同震破裂的下边界.玛多主震破裂起始于断裂带走向和倾向发生明显变化的位置,表明断裂带的复杂几何结构可能是此次玛多M_S7.4地震初始破裂空间分布的决定因素.主震破裂结束的两端都有"马尾状"构造(或次级断层),表明这种分叉断层复杂的几何形态可能控制着主震破裂的最终位置.     

1988年澜沧地震(M=7.6)震源时空扩展参数的研究

通过远震记录SH波位移脉冲的二阶矩的计算,得到了1988年澜沧地震(Ms=7.6)震源扩展参数．采用最小二乘原理反演了震源过程的持续时间T、断层长度L和方向性参数D,并得到T=11.77 s、D=15.05 kms、L=70.94 km.结果表明,1988年澜沧地震为对称双侧破裂．两侧破裂长度均为35 km.结合余震分布分析表明,在两个主震破裂区的连接部位存在着一个主震时未破裂的区域．由于主震时的位错,应变将重新凋整．连接部位具有足够的强度,以储存可以激发较大余震的应变能．      

1999年台湾集集地震余震区——嘉义地区地震的剪切波分裂参数随时间变化的研究

本文利用台湾中央气象局布设的嘉义台CHY、民雄台CHN2和义竹台CHN8记录的地震波形资料,使用波形互相关的SAM分析方法(剪切波分裂系统分析方法),对发生在1999年9月20日台湾集集大地震（M_W7.6）余震区的嘉义M_L6.4和M_L60级地震的震前序列,开展了长达22个月的大震前近场源剪切波分裂参数随时间变化的应力预测研究.研究结果表明,在正常情况下,快剪切波的偏振方向大致近东西向,与嘉义地区最大主压应力场的方向一致,表明该区的各向异性受区域构造应力场控制;根据剪切波分裂参数——快剪切波偏振方向和慢剪切波时间延迟随时间的变化,我们认为,临震期慢剪切波时间延迟的快速下降和快剪切波偏振方向90°跳跃事件的频繁发生,可以作为临震期大震应力预测的前兆指标.近场源剪切波分裂参数随时间的变化在揭示震源区应力变化方面将发挥重大作用.     

2000年1月15日姚安6.5级地震的震源断层与震源应力场

用姚安地震序列前震、主震和余震的 78个震源机制解 ,分析了序列震源断层和震源应力场特征。结果表明 ,姚安地震序列的主破裂面是走向N5 0°W、倾角陡立的构造断裂 ,主震、前震和绝大多数余震都发生在主破裂面上。此外 ,NNE NE向构造断裂在序列发展过程中也参与了活动。序列震源应力场以SSE方位、接近水平的主压应力为主 ,与区域构造应力场一致。在序列发展中 ,震源区应力场出现多方位和多作用方式共存的复杂状态 ,震源破裂出现多方向和多表现形式的复杂性特征