不同类型地震的地震矩-震级标度关系研究

收集整理了中国大陆1977～2001年发生的107次M≥5．0地震的震型、震源机制、发震断层、地震矩等参数，在此基础上研究了不同震型、不同断层性质地震的地震矩与震级的关系。结果表明，地震矩和震级标度关系中直线的斜率与地震视应力和介质非均匀程度相联系，走滑断层地震的视应力和介质的非均匀程度均高于非走滑断层地震，走滑断层中孤立型地震的视应力和介质的非均匀程度均低干多震型地震。     

中国强震的震级下限确定及有关震源参数的讨论

本文提出了能量达到一定阈值时震源断层面宽度在孕震层内达到饱和的观点。由此观点结合实际地震资料得到中国大陆大震的下限震级为7.1,相应的孕震层厚度为20km。在具有同样介质强度条件下,推得不同断层面宽度情况下震源体线性尺度与震级的关系式。研究表明我国浅源地震震源断层面宽度和长度是互补的,因此震源断层面积A、镨动幅度D和地震矩m_0与震级的关系在整个震级范围内(M=5—8.5)具有统一的表达式。     

江苏部分测震台井下与地面观测震源参数对比

本文根据2009年10月以来,江苏省及附近海域ML≥2.8级地震的地震波形观测数据,运用快速傅里叶变换方法对地震S波数据进行地震波位移谱和震源参数计算,并将江苏区域测震台网内部分地面测震观测得到的震源参数与井下观测得到的震源参数进行归纳对比,发现地面观测的地震震源参数中的拐角频率、地震矩和断层错动距离、应力降和矩震级要大于井下观测的震源参数结果,拐角频率f0差值为0.397 Hz、地震矩M0差值为8.642×1014 N·m、断层错距的差值为2.268 cm、应力降差值为2.033 MPa,矩震级差值为0.32级。而地面观测计算出的断层错动尺度参数和断层破裂面积参数要小于井下观测数据计算的结果,两者的差值分别是-0.126 km和-0.221 km2。     

科里奥利力对断层作用的统计研究

首先给出了分解到已知断层面法向和切向上的断层错动科里奥利应力(简称为科里奥利法向应力和切向应力)表达式,然后从哈佛大学矩心矩张量目录中选取主余震资料进行分析,按断层分类研究了科里奥利法向应力和主震震级与其最大余震震级差及主震地震矩与余震地震矩总和之差的折合矩震级间的关系.研究结果显示:地震断层错动过程中虽然产生了使断层两盘相互拉离(或挤压)的科里奥利法向应力,它降低(或增加)了断层错动时断层面上的摩擦阻力,但是应力量值太小(科里奥利法向应力估计最大不到0.1MPa,即不到一个大气压),不足以对断层错动及主震能量释放产生影响,从而影响余震的最大震级和总体水平.     

内蒙古中西部地区中小地震矩震级研究

基于S震相"S窗"内的波形信号识别、品质因子Q(f)和22个台站场地响应,利用2009~2016年3月内蒙古中西部地区地震的波形资料,反演了182次中小地震的震源波谱参数,得到这些小震的零频幅值及其拐角频率,据此计算了这些地震的地震矩M_0、矩震级M_W和应力降Δσ。利用回归分析方法得到了近震震级与矩震级、矩震级与应力降的关系式。分析表明,近震震级与矩震级、矩震级与应力降呈线性关系。可见,将矩震级纳入地震的快报与正式目录中,可以丰富地震观测报告内容,更好地为地震应急和地震科研服务。     

震级标度的不一致与震源的复杂性

矩震级标度是从地震矩换算过来的,换算关系中地震应力降与剪切模量估算的不准确会对矩震级标度产生影响.本文利用1976年1月~2006年12月发生在东经75°~135°,北纬15°~55°的M≥5地震的矩震级与面波震级,探讨了应力降与剪切模量的比值Δσ/μ在中国及邻区以及在不同震级下的分布特征.中国大陆及邻区的Δσ/μ值分布较分散,不同地区的Δσ/μ值明显不同,且绝大部分值大于矩震级和地震矩换算关系中使用的全球平均值.对于同一地区不同震级的地震,其Δσ/μ值也不一样,震级大,Δσ/μ值通常也大.研究认为剪切模量和地震应力降的估计对矩震级标度的影响不能忽略.     

2004年12月26日苏门答腊—安达曼地震激发的地球自由振荡

根据300~500S的面波估计得到的哈佛大学矩心矩张量断层机制,当周期大于1000S时,地球的地震自由振荡的振幅将异常地大。我们对一个比较陡的断层应用根据地震的体波和面波得到的更真实的破裂模型,估计了自由振荡的振幅近似等于地震矩(6.5×1022N.M),这相当于矩震级为9.15。由于破裂的持续时间达600S,故断层破裂模型足以描述地震的观测结果,但却低估了大地测量位移,这些位移表明在尼科巴群岛和安达曼群岛下面发生了缓慢的断层运动。     

中国大陆地震震级和地震活动断层长度的关系讨论

收集了中国大陆有关震级和地震活动断层关系的14个关系式,分中国东部、中国西部和中国大陆地区进行归纳,重新拟合得到3个地区震级和地震活动断层关系的综合结果,并给出不同震级对应±σ范围内地震活动断层长度     

震级与破裂长度统计关系研究

正本文在收集整理分析中国大陆1902—2014年132次板内浅源地震事件的相关数据(包括震级、发震时间、地点、断层类型、地震矩、地表破裂长度、余震分布长度、波谱反演得到的震源处破裂长度等)的基础上,给出了震级与震源破裂长度和余震分布长度的经验公式,并对震级与破裂长度之间的相关性进行     

2009年3月25日黄海M_L 4.0地震震源机制的讨论

应用振幅谱反演方法,对2009年3月25日黄海M_L 4.0地震的震源机制进行求解。在震源位置固定情况下,得到此次地震的地震矩为7.17×10~(14)N·m,矩震级约3.8级,最佳震源机制解为:走向40°,倾角80°,滑动角150°,与震中附近区域的中国断层线走向基本吻合。     

震源参数之间的定量关系

本文根据建立在平均二维破裂模式基础上的地震定标律,导出了地震矩 M0与各常用震级之间（1gM0-MS,ML,mb）,各种震级之间（Ms-ML,Ms-mb,ML-mb）,各震源参数之间（断层长度IgL,断层面积 lgS,平均错距 lgD-Ms,拐角频率 1gfc-ML）的各种常用的关系式.利用这些关系式,由一个震级值就可以估算出一系列震源参数.本文还求出了平均破裂速度 Vr=2.65km/s,总破裂时间 T（s）=0.5L（km）,平均位错速度 D（t）=11.4m/s.用矩震级 Mw 度量地震的大小,有四个优点:（1）地震矩反映了形变规模的大小,因此是度量地震大小的最佳物理量.（2）它是一个绝对力学标度,对任何大小地震都有意义,可测量,且不产生饱和问题.（3）它和我们已熟悉的震级标度可衔接.（4）它是一个均匀的震级标度,适用于宽尺度的地震统计.因此,Mw 是一种值得推广的震级标度.      

Average slip-rate and recent large earthquake ruptures along the Garzê-Yushu fault

Our field investigation obtains new evidence of the later Quaternary activity and recent large earthquake ruptures of the Garzê-Yushu fault. The average left-lateral slip-rate along the fault is determined to be (12 ± 2) mm/a for the last 50000 years from both offset landforms and ages of the correlative sediments. This result is very close to the estimated average left-lateral slip-rate for the Xianshuihe fault, suggesting that the horizontal movement along the northern boundary of the Sichuan-Yunnan active tectonic block and the northeastern boundary of the Qiangtang active tectonic block has been basically harmonious during the later Quaternary period. Remains of ground ruptures of recent large earthquakes have been discovered along all 3 segments of the fault, of which, the 1896 rupture on the northwestern segment is at least 70 km long, and its corresponding earthquake could be of moment magnitude 7.3. The latest rupture on the middle segment of the fault has a length of about 180 km, and was produced by an unknown-age large earthquake that could have a moment magnitude of about 7.7. Along the southeastern segment of the fault, the latest unknown-age rupture is about 65 km long and has a maximum left-lateral coseismic displacement of 5.3 m, and its corresponding earthquake is estimated to be as large as about 7.3 of moment magnitude. Based on relevant investigation, an inference has been drawn that the later two large earthquakes probably occurred in 1854 and 1866, respectively. These demonstrate that the individual segments of the studied Garzê-Yushu fault are all able to produce large earthquakes.     

Average slip-rate and recent large earthquake ruptures along the Garzê-Yushu fault

Our field investigation obtains new evidence of the later Quaternary activity and recent large earthquake ruptures of the Garzê-Yushu fault. The average left-lateral slip-rate along the fault is determined to be (12±2) mm/a for the last 50000 years from both offset landforms and ages of the correlative sediments. This result is very close to the estimated average left-lateral slip-rate for the Xianshuihe fault, suggesting that the horizontal movement along the northern boundary of the Sichuan-Yunnan active tectonic block and the northeastern boundary of the Qiangtang active tectonic block has been basically harmonious during the later Quaternary period. Remains of ground ruptures of recent large earthquakes have been discovered along all 3 segments of the fault, of which, the 1896 rupture on the northwestern segment is at least 70 km long, and its corresponding earthquake could be of moment magnitude 7.3. The latest rupture on the middle segment of the fault has a length of about 180 km, and was produced by an unknown-age large earthquake that could have a moment magnitude of about 7.7. Along the southeastern segment of the fault, the latest unknown-age rupture is about 65 km long and has a maximum left-lateral coseismic displacement of 5.3 m, and its corresponding earthquake is estimated to be as large as about 7.3 of moment magnitude. Based on relevant investigation, an inference has been drawn that the later two large earthquakes probably occurred in 1854 and 1866, respectively. These demonstrate that the individual segments of the studied Garzê-Yushu fault are all able to produce large earthquakes.

     

Relationships between moment magnitude and fault parameters: theoretical and semi-empirical relationships

Fault parameters are important in earthquake hazard analysis. In this paper, theoretical relationships between moment magnitude and fault parameters including subsurface rupture length, downdip rupture width, rupture area, and average slip over the fault surface are deduced based on seismological theory. These theoretical relationships are further simplified by applying similarity conditions and an unique form is established. Then, combining thc simplified theoretical relationships between moment magnitude and fault parameters with seismic source data selected in this study, a practical semi-empirical relationship is established. The seismic source data selected is also to used to derive empirical relationships between moment magnitude and fault parameters by the ordinary least square regression method. Comparisons between semi-empirical relationships and empirical relationships show that the former depict distribution trends of data better than the latter. It is also observed that downdip rupture widths of strike slip faults are saturated when moment magnitude is more than 7.0, but downdip rupture widths of dip slip faults are not saturated in the moment magnitude ranges of this study.     

用形变资料反演1976年唐山地震序列的破裂分布

1976年唐山发生了7.8级地震,相继又发生了两次大余震——滦县7.1级地震和宁河6.9级地震.地震发生在观测条件比较好的地区,水准测量和三角测量测得了地震的同震位移场.本研究采用原始水准测量数据,而不是采用根据水准数据处理的地面沉降图像,和三角测量数据反演了该地震序列的破裂分布.模型构建中考虑了滦县地震和宁河地震的断层形态和大小.结果表明,唐山地震主震断层有明显的右旋走滑性质,最大走向滑动错距>6 m,位于断层南段,北段的走滑分量明显小于南段.主震总地震矩达2.58×10²⁰N·m,与地震波反演得到的地震矩的量级相当;滦县地震断层总体表现为左旋正断层,释放地震矩达4.95×10¹⁹N·m;宁河地震断层总体表现为右旋正断层,释放地震矩达3.94×10¹⁹N·m,比地震波反演的地震矩大一个量级.据此可以推测唐山地震的无震滑移主要发生在宁河地震断层的西部上,滑动性质以正断层为主.该结果对于唐山地震序列后的动力学演变过程及余震发生机理有一定参考.     

郯庐断裂带南段及邻区中小地震视应力的时空特征研究

利用安徽地区测震台网记录的波形资料, 采用波形分析和反演的方法计算了郯庐断裂带南段及邻区中小地震的视应力, 分析研究视应力的时空变化特征, 并讨论其与地震矩等震源参数之间的关系。 结果表明: ① 利用提取的地震震源谱数据计算得到郯庐断裂带南段及邻区中小地震的视应力值为0.05～0.9 MPa, 平均为0.20 MPa, 以此可作为该区域的背景应力水平; ② 时间变化显示视应力在黄海M_L5.1、 江西九江M_L6.0及河南太康M_L5.0地震前呈现持续高值异常状态, 震后趋于正常水平, 而江西九江6.0级地震后视应力再次出现高值异常, 随后发生了安徽定远M_L4.7地震, 一定程度上说明郯庐断裂南段及邻区中小地震的高视应力水平与华东地区中强震有较好的对应关系; ③ 空间分布显示高视应力集中区与地震高辐射能区域具有一定的相关性, 主要位于嘉山—滁州段的皖、 苏交界区附近和庐江县附近, 该区域相继发生过定远4.7级和安庆4.8级地震, 并推断认为庐江县附近发生破坏性地震的危险性可能更大, 值得高度关注; ④ 视应力随着地震矩增加而增加的趋势不明显, 拐角频率与地震矩大体呈负相关。     

中强地震能量震级测定

本文根据地震波衰减特性,开展了利用宽频带地震波形数据测定地震波能量E_S和能量震级M_e的方法研究。利用震中距处于20°—98°范围内的宽频带远震P波波形数据,测定了4次国外和4次国内中强震的能量震级M_e,并对其面波震级M_S、矩震级M_W及能量震级M_e进行了分析对比。结果表明:面波震级M_S表示的是地震在某一固定频率所辐射的地震波能量大小;矩震级M_W与地震所产生的断层长度、断层宽度、震源破裂的平均位错量等静态构造效应密切相关;而能量震级M_e反映的是震源动态特征,与地震震源的动力学特性密切相关。由于地震是以地震波形式辐射,能量主要集中在震源谱的拐角频率附近,因此能量震级M_e更适合描述地震的破坏性。由此可见,联合测定面波震级M_S,矩震级M_W和能量震级M_e对于地震定量研究以及地震灾害与风险评估具有重要作用。      

交城断裂带北段最大潜在地震发震概率评估1

基于太原市目标区交城断裂带的定量研究,特别是对活动断裂上的古地震资料进行的系统、详细的分析与总结,建立了反映该断裂地震地质特点和运动学属性的复发模式和概率模型.引入震级-地表破裂长度、震级-震源破裂长度、震级-断层破裂面积以及震级-地震矩的经验关系进行震级估计,最后进行综合评估以确定交城断裂带北段潜在地震的最大震级.复发模式的建立兼顾了泊松和准周期两种模式,利用专家意见法组合相应的Poisson模型和BPT模型,计算活动断裂最大潜在地震的复发概率.结果表明,交城断裂带北段潜在地震最大震级为Ms7.2级,而未来50a、100a、200a发生Ms7.2级地震的概率分别为2.1％、4.0％和7.9％.     

基于小波方法分析汶川地震近断层地震动的速度脉冲特性

选取断层距小于200 km的64组强震记录数据,基于小波方法分析汶川地震近断层速度脉冲的地震动特性,并将此次地震中获取到的速度脉冲周期和幅值参数与Chi-Chi 地震和Northridge地震进行了比较,统计分析地震震级、距离对速度脉冲的周期和幅值参数的影响.研究表明:(1)汶川地震近断层速度脉冲具有周期长、幅值小的特点.速度脉冲周期主要分布在6~14 s之间,其中51MZQ台沿平行断层的分量脉冲周期最大为14.2 s,速度脉冲幅值与Chi-Chi 地震和Northridge地震相比明显偏小.(2) 速度脉冲记录出现在沿着地震断层破裂传播的方向上,且与地表断裂的距离都在30 km以内,这些长周期速度脉冲的形成可能主要由破裂传播的向前方向性效应引起.(3)速度脉冲的周期随矩震级呈对数线性增大,且随断层距增大有减小趋势.在矩震级小于M_w7.5时,观测到的地震动脉冲幅值为50~150 cm/s之间,与100 cm/s的典型断层滑动速率非常接近;而震级大于M_w7.5时,断层距10km范围内脉冲的幅值已经超过100 cm/s,个别记录的脉冲幅值甚至达到200 cm/s,远超过前人给出的饱和值,这可能与大的永久形变或该处土层介质条件有关.     

近场全波形反演：芦山7.0级地震及余震矩张量解

2013年4月20日四川芦山发生了7.0级地震.该地震是自2008年汶川8.0级地震以来发生在龙门山断裂带上的最强地震,截至5月5日,四川省数字遥测台网记录到了52个（M_L≥4.0）余震.我们搜集了信噪比相对较高的宽频带数据,根据已有的三个分别适合于四川盆地和龙门山断裂东南地区、西南山区、西北山区速度模型,利用TDMT_INVC方法计算矩张量,获得了芦山主震及其16个余震的高质量矩张量解;根据P轴、B轴和T轴的倾角对主震及余震的断层类型进行了分类,结果表明：芦山地震的震级为M_w6.46（矩震级）,地震矩为0.61×10¹⁹Nm,震源深度为13 km,震源机制类型为逆断层.芦山余震类型简单,主要为逆冲型;芦山地震序列震中分布于龙门山断裂带西南端的彭县—灌县断裂上,本研究获得的主震和余震的震源机制主要为逆冲型,这表明了龙门山断裂西南端主要为逆冲特征.芦山地震震源性质与汶川地震相近,发震间隔时间短,且均发生于同一构造单元内,表明了该地震与汶川地震可能有密切关系.