利用断裂带首波分析甘孜—玉树断裂带拉张盆地结构特征

对断裂带及附近区域地层精细结构的描述是理解地震孕育和发生过程的基础.不同板块或块体边界在构造或区域应力作用下,常常会形成速度间断面和低速的断裂带,间断面和低速带的存在会产生特殊的断裂带地震波,比如断裂带首波和围陷波,并会影响地震的物理过程、破裂速度和破裂方向等.本文主要利用2010年4月14日M_W6.9玉树地震后布设的流动地震台站,对沿着甘孜—玉树断裂带传播的断裂带首波进行识别和分析.分析结果表明,在甘孜—玉树断裂带的不同区域均观测到了断裂带首波,在西段的结隆拉张盆地附近的3个台站沿断裂带界面的平均纵波速度差异值在5%～8%,而其他区域的平均速度差异为1%～3%.通过台站位置分布和断裂带首波特征关系,初步分析了断裂带拉张盆地的结构,结果显示结隆盆地的长度为～40km,宽度为5.35～5.97km,深度不超过5km,在地表浅层形成了一个低速区,分别与巴颜喀拉块体(NE)和羌塘块体(SW)产生了两个物性差异界面,但没有延伸到主震和余震区震源深度.我们的结果表明结合密集台阵资料,通过断裂带首波特征分析可以为断裂带精细结构及几何特征提供一种新的技术方法和途径.     

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。      

2008年汶川大地震单侧破裂过程的动力学机制研究

2008年汶川大地震的破裂过程极其发杂,向东北方向的破裂距离长达300 km,而向西南方向的破裂长度很小,呈现出单侧破裂的主要特征.尽管汶川地震破裂呈单侧传播的现象引起许多地震学家的关注,但其物理机制至今还不是十分清楚.本文利用有限单元计算方法,模拟了汶川地震的破裂过程.模型中根据龙门山断裂带两侧（东南侧为四川盆地,西北侧为川西高原）实际的地震波速度来确定模型的介质物性参数,利用目前观测的应力环境来选定初始应力条件.模拟结果表明：破裂在汶川地震的震中处成核后,先向断层两侧自发传播,但向东北方向的传播距离明显大于向西南方向;断层面上的正应力在东北方向（破裂的正方向）随着传播距离的增大而不断减小,位错速率随着破裂的传播距离而越来越大,其脉冲变得越来越尖锐,即产生了Weertman脉冲.研究结果显示：由于这种脉冲的出现,破裂在正方向上（东北方向）能够自己放大、自己愈合、自行维持,摩擦热极小,所以破裂能够沿着东北方向一直传播,直到应力场方位发生变化,不利于破裂时才最后终止.但在西南方向,破裂过程中断层面上的正应力增大,阻碍破裂继续扩展.最后就出现了汶川地震中破裂朝东北方向单侧优势传播的基本格局.模拟结果还表明：若断层面两侧介质均匀,则破裂向两侧是对称传播,且破裂距离很短,因此这种情况无法产生像汶川大地震那样的特大地震.因此,文中的模拟结果表明龙门山断裂带两侧的物性差异是造成汶川大地震单侧传播的决定性因素.断层两侧物性差异（bimaterial contrast）影响断层破裂过程的研究对于深入认识地震动力学过程、地震灾害预测及评估等有重要的科学意义.     

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.     

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M_L4.1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;M_L4.1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.     

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.     

基于气枪震源信号的云南漾濞MS6.4地震前后波速变化

本文基于宾川气枪地震信号发射台激发的地震波信号,利用线性叠加和时频域相位加权叠加方法提高信噪比,通过反褶积、插值拟合和波形互相关等方法,获得2021年漾濞M;6.4地震前后气枪震源初至波信号走时变化特征.结果表明两种叠加方法得到的走时变化趋势基本一致,在沿发震断裂带附近的3个台站观测到的初至波走时延迟为7.3~14.4 ms,在射线路径上平均波速降低了0.08%~0.12%,距离震中位置较远的台站走时延迟为2~6 ms.分析认为,观测到的走时变化主要是漾濞M;6.4地震引起强地面运动造成浅层介质疏松、同震破裂导致震源区地下介质裂隙增加和地下流体侵入等共同作用造成,相关研究成果有助于加深和促进对此次地震震源物理过程的认识和了解.     

基于等矩反投影方法的地震破裂过程研究

<正>随着地震观测技术的进步,人们对地震震源的认识也在不断深入。当所考虑的地震波特征波长小于震源的总的特征尺度时,整个地震可以看成是多个"子事件"组成,每个"子事件"可以看成一个点源,随着破裂的传播,点源的位置发生移动,地震仪记录到的地面运动是所有这些点源引起的运动的延时叠加,这就涉及到地震的破裂过程问题。地震破裂过程是一个非常复杂的问题,由于构成断层的物质的非均匀性,能量辐射源传播的速度不断发生变化,所用的地震波波长越短,越有可能得到震源破裂过程的细节。目前,     

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.      

利用断层围陷波研究昆仑山口西8.1级地震破裂面

利用横跨地表破裂带的小点距的地震测线, 对2001年11月14日昆仑山口西8.1级地震进行了断层围陷波的观测实验. 经过数字滤波和频谱分析等技术, 由地震记录图中分离出了断层围陷波. 资料处理结果表明: ① 无论是人工地震震源还是天然地震震源, 只要位于断层带内或紧靠断层带, 均能激发断层围陷波; ② 断层围陷波的能量主要集中于断层带内, 其振幅随测点与断层带距离的增加而急剧衰减; ③ 断层围陷波的优势频率与断层的宽度及断层带内介质的速度有关, 断层带越宽, 或断层带内部介质速度越低, 则观测到的断层围陷波的优势频率越低; ④ 断层围陷波存在着频散现象; ⑤ 根据昆仑山口西地震测线断层围陷波的观测结果, 可推断该处破裂面宽度为300 m左右, 远远大于地表破裂带的宽度.      

近震源地震波波形资料反演震源破裂过程的可靠性分析

用近震源波形资料拟合反演地震的震源破裂过程,所包含的一些不确定因素将对反演结果的精度及可靠性产生影响,文中的数值实验分析了所假定的反演断层模型参数的某些不确定性对反演结果的影响程度,并对观测波形的截取长度对反演精度的影响进行了讨论．结果表明：(1)近震源地震波形资料能较好地分辨断层浅部的破裂过程.然而对断层深部的位错分布的约束和反演能力较差．联合使用近、远场地震波资料进行反演,能反演出一个更为完全的整个断层破裂过程的图像.(2)用近震源地震波资料反演时,反演结果对所假定的反演断层的走向和倾角非常敏感.断层走向偏离真实值2°或倾角偏离真实值5°都会导致一个虚假的反演结果.(3)反演中所使用的介质速度结构模型的不确定性,也会对反演结果产生影响.     

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.      

2008年5月12日汶川MS8.0地震动力学背景的数值模拟实验

2008年5月12日汶川M_S8.0地震发生在龙门山断裂带.本文基于龙门山断裂带的地质与地球物理研究结果,以及高精度的地形数据、大地热流测量数据,建立了以龙门山断裂带为主要研究对象的有限元模型;以GPS观测数据、构造应力场和震源破裂过程研究结果为约束,研究了此次强烈地震的动力学背景.模拟实验结果显示:在考虑青藏高原物质向东挤压流动的同时,青藏高原与四川盆地的地形差异和流变强度差异、断层摩擦强度差异和断层产状形式均对地震起始破裂的发生位置和断层错动形式有着重要影响.本文利用地球动力学的有限元软件模拟了汶川地震地表破裂在龙门山断裂带上传播的过程.     

断层两侧各向异性介质对地震破裂过程影响的有限单元法模拟研究

断层两侧介质物理性质的差异（bimaterial contrast）会对震源破裂过程产生重要影响,而地球介质的各向异性十分常见,但对于断层两侧材料的各向异性对断层破裂动力学过程有何影响,目前不甚了解,而国内外也未见相关研究报道.为此,研究中利用有限单元法,对断层两侧材料存在各向异性时的破裂行为进行模拟研究.计算结果表明,断层两侧材料的各向异性性质对断层破裂动力学过程有重要作用,并且材料性质与破裂之间的关系非常复杂.对于正交各向异性材料,当断层两侧各向异性材料主方向上的杨氏模量不同时,特别是当平行于断层走向的材料其一侧杨氏模量显著大于另一侧时,断层出现不对称的双侧破裂,成核中心一侧的位错显著大于另外一侧,破裂长度也是一侧显著大于另一侧（亦称单侧破裂）.沿着断层走向的材料主轴方向上的杨氏模量对于破裂过程的影响大于垂直于断层走向的杨氏模量,但随着各向异性材料主轴方位的变化,这种影响也发生相应地改变.模拟结果表明材料主轴方向的变化对破裂过程的影响也很显著.此外,通过模拟还发现,若断层两侧材料为相同的各向异性介质时（即断层两侧为同样的各向异性材料）,则不会影响断层破裂的空间对称性分布;而当其中一侧的各向异性材质主轴方位发生变化时,断层破裂的空间对称性会受到一定程度的影响,但其影响很小;然而,随着正交各向异性材料剪切模量的增加,断层破裂会被终止,无法产生特大地震.可见,本研究对于深入认识震源动力学过程及地震灾害评估等有重要的科学意义及实用价值.     

玉树MS7.1级地震部分余震重新定位及发震构造分析

综合利用玉树震区应急流动台站观测数据和青海地震台网固定台站观测数据,依据最新的人工地震宽角反射/折射剖面的速度模型,采用Hypo2000地震定位法,对2010年4月18日至4月29日期间玉树震区发生的部分余震进行了重新定位.重新定位后,震源位置的水平和垂直方向平均误差分别为1.35 km和4.68 km,走时残差为0.49 s.震源深度分布范围为1.48～19.85 km,平均震源深度为10.28 km.定位研究结果表明:玉树地震余震沿北西-南东向的甘孜-玉树断裂带的北支,即玉树-隆宝断裂分布,长约97 km.余震分布特征在主震(微观震中)两侧存在差异,可能反映了两侧构造特征存在差异.截止到4月29日,主震东南仍是应力的主要释放区域,余震强度大且活动密集的区域位于主震东南距主震约5 km、横向范围约20 km.主震破裂区的大部分应力在主震过程中得以释放,主震时应力未释放的区域成为主要的余震分布区.余震的连续发生可能已造成主震破裂区相互连通,且破裂范围向西北方向扩展.玉树主震及余震的发震构造为甘孜-玉树断裂的北支,即玉树-隆宝断裂段,断层性质为北东倾向的高角度左旋走滑断层.发震断层的倾角和宽度在帮洞两侧有所不同,帮洞以东发震断层宽度约为12 km,倾角约为83°;而帮洞以西发震断层宽度约为6.5 km,断层倾角约减缓为63°.     

二氧化碳相变技术应用于新型震源研发的可行性研究

为了研究二氧化碳物理相变技术应用于新型震源研发的可行性,在地下成层性较好的某煤田地震测区,开展了利用二氧化碳相变技术激发地震波的野外人工震源激发-接收实验．并与传统炸药震源进行了对比．地震数据利用Aries2.66型垂直分量反射地震仪和PDS-2型三分量地震仪接收．根据实测地震数据,从野外地震记录震相识别,初至波传播距离分析,震源近场地震信号时频分析,CO_2相变激发震源子波提取和基于CO_2震源子波的地震初至波波形反演实验等多个方面,进行了关于CO_2相变激发技术能否产生地震波信号以及能否将其应用于新型震源研发的可行性研究．研究结果表明CO_2物理相变膨胀能够产生能量集中的地震波信号;在实验区地质条件和激发参量下地震记录中初至波的可识别的传播距离约为1km;震源近场地震信号的主频集中在8～13Hz;利用震源近场数据提取了CO_2震源子波;通过地震初至波波形反演实验认为这种震源子波能够应用于波形反演等方面的研究．因为CO_2相变激发具有绿色、环保、安全等方面的优点,若能进一步在激发能量、激发—延迟时间一致性等方面加以改进,该技术有望在城市隐伏活动断层探测、城市地下空间探测、煤矿高瓦斯环境人工地震勘探等领域发挥重要的作用．     

断层自发破裂动力学过程的有限单元法模拟及其在地震研究中的应用

地震是断层的自发破裂动力学过程。数值模拟断层的自发破裂动力学过程对于认识地震的力学本质、减轻地震灾害等有着重要的科学意义及应用价值。本文首先对经典的滑移弱化摩擦关系进行了改进,然后对断层的破裂过程进行动态数值模拟。模拟结果表明,利用改进后的摩擦关系能够产生脉冲型(pulse-like)破裂模式。断层自发破裂过程受初始应力场及摩擦关系影响,若初始应力场中的剪应力水平较低或滑移弱化摩擦本构关系中的动摩擦系数较大,则容易产生脉冲型破裂;反之,则容易产生裂纹型(crack-like)破裂。另外,为了研究双材料(bimaterial)断层破裂对强地面运动的影响,我们采用正则化的速率-状态相关摩擦本构关系计算了破裂沿着双材料断层传播的二维有限元模型。模拟结果表明,双材料机制对地震破裂过程以及断层周边区域的强地面运动有显著影响。由断层破裂辐射出的地震波导致的强地面运动在整个空间上的分布是不对称的,其不对称性会随着断层两侧材料差异程度的增加而增加。断层破裂能否跨越断层阶区(stepover)继续传播,从而引发更大震级的地震,地震时断层是否发生超剪切破裂导致地震灾害加剧,都是震源动力学研究的重要内容。本文利用有限单元方法模拟断层阶区对地震破裂传播的控制作用以及对产生超剪切地震破裂的促进作用。研究结果表明:断层面上的摩擦系数减小、断层周边区域内初始剪应力增大以及较小的阶区间距等,都将增加断层破裂跳跃阶区传播的可能性;此外,这些物理因素都会对破裂的传播速度产生影响。在一定条件下,破裂传播速度会由在初始断层上的亚剪切波速度转为在次级断层上的超剪切波速度。结合以上在概念模型中对断层自发破裂过程的模拟研究结果,我们根据汶川地震和玉树地震发震断层的实际几何情况分别构建有限单元数值模型,研究了汶川地震单侧破裂过程的动力学机制以及玉树地震产生超剪切破裂过程的动力学机制。2008年汶川大地震的破裂过程极其复杂,向东北方向的破裂距离长达300 km,而向西南方向的破裂长度很小,呈现出单侧破裂的主要特征。文中模拟并分析了汶川地震的破裂过程,结果表明:龙门山断裂带两侧的物性差异是造成汶川大地震单侧传播的决定性因素。由于2010年玉树地震(Ms=7.1)产生了超剪切地震破裂,所以地震灾害特别严重。文中在模拟并分析玉树地震的破裂过程后认为:玉树地震发震断层走向与初始主应力方向之间的关系断层破裂是亚剪切转化为超剪切破裂的可能原因。     

震源机制与烈度分布的关系（二）

除了通常熟知的震源深度和介质吸收系数对烈度分布有较大影响外,震源的破裂方式（单侧或双侧）,破裂速度的大小和方向,断层长度,断层面倾角和错动方式都对烈度分布有较大影响。尤其是破裂速度的大小和方向对烈度分布的影响更大。破裂速度大,而且方向向上,可使震中烈度增高一度多,极震区面积扩大1-2倍;反之,可使震中裂度降低一度、极震区面积减小许多。 根据震源参数对烈度分布影响的分析,可由历史地震的等震线反推其震源参数。 文中试行反推了三个历史地震的震源参数。     

青海玉树地震(M_s=7.1)产生超剪切破裂过程的动力学机制研究

由于2010年玉树地震(Ms=7.1)产生了超剪切地震破裂,所以地震灾害特别严重.国内外地球科学家对该地震产生超剪切破裂过程的物理机制一直非常关注,但至今没有给出满意的解答.为此,文中根据玉树地震发震断层的实际几何构建有限单元数值模型,模型中的断层由2个断层段构成,它们之间有约10°的夹角,形成断层拐折.模拟结果表明,玉树地震的破裂由2个子事件组成;当破裂在震源所在的断层上成核后,先在第一个断层段上传播,其速度为亚剪切波速度;当破裂一旦越过断层拐折,在第二个断层段上传播时,破裂速度就立即转变为超剪切波速度.计算结果显示,当断层发生超剪切破裂时,断层上的位错幅度、破裂产生的地震波速度及加速度都会显著增大,从而造成地震灾害大大增加,这很可能是玉树地震的震害特别严重的重要原因.从模拟实验中还看到,若是模型中的断层没有发生拐折,在模型的其他参数都保持不变的情况下,破裂速度不会发生变化.但是,若初始应力场的方位与断层之间的夹角发生变化,这时断裂系统中尽管存在断层拐折,也不是一定能产生超剪切破裂.只有当初始应力方位与断层之间的夹角以及断层走向变化的偏角二者之间的关系恰到好处时,断层拐折才有可能促使断层破裂由亚剪切转化为超剪切破裂.所以,玉树地震之所以能产生超剪切地震破裂,恰恰是发震断层几何与初始应力场方位之间的关系达到某种"最佳状态"的结果.这也可能是天然地震中超剪切破裂事件稀少的原因之一.因此,研究超剪切地震破裂过程的动力学机制,对于深入研究地震震源过程、地震灾害评估等有着非常重要的科学意义.     

郯庐断裂带南段地壳厚度与泊松比研究

<正>郯庐断裂带是我国东部最大的深断裂带,按构造习性和地震活动又可分为北、中、南段,江苏段位于中段南部,北起新沂,南至安徽嘉山。已有的研究表明,郯庐带江苏段具有发生大震的危险。大震震源区常常是介质非均匀性变化强烈的地区,由于震源区位于地下数十千米内,因此,只能用地震波才能探测到其非均匀尺度。泊松比比速度本身更容易反映介质差异的物理量,地壳泊松比分布,与构造、大震震源区位置相关。本研究采用接收函数叠加法来求取泊松比,寻找郯庐断裂带南段地壳深部突变带,探索强烈地