流-固耦合作用对计算同震静态库仑应力变化的影响

传统方法计算同震静态库仑应力变化一般都是基于Okada的解析解,模型中不考虑流体对固体骨架力学行为的影响.但实际上,流体对固体变形有着非常重要的作用.为此,本文基于孔隙弹性理论,考虑流-固之间的完全耦合效应,针对三种典型的断层错动模型(走滑型、逆冲型以及正断型),分别计算静态库仑应力变化与传统算法之间的差别.计算结果表明:三种地震模型得到的介质孔隙压变化在空间的分布格局完全不同,走滑型地震产生的孔隙压变化图案在空间中呈正负相间的四象限分布,近场的静态库仑应力明显下降,流-固耦合作用对静态库仑应力变化影响较大.逆冲型和正断层型地震产生的介质孔隙压变化在空间的分布图案类似,但正负区域正好相反,孔隙压在逆冲型地震的震源区域上升,而在正断型地震的震源区域下降.同传统方法计算的库仑应力相比,逆冲型地震产生的介质孔隙压变化使得震源区的应力影区面积减小,这会触发更多的余震;而正断型地震产生的孔隙压变化则正好相反,增大了震源附近的应力影区范围,这样会降低该区域余震发生的概率.可见,介质的流-固耦合作用对计算库仑应力变化的影响不可忽视.因此,在利用库仑应力变化研究地震触发时,应考虑流-固耦合作用,使得库仑模型的预测结果更符合实际.     

基于同震库仑应力变化的汶川地震余震频次研究

在计算同震静态库仑应力变化的基础上,基于速率-状态摩擦定律及与同震静态库仑应力变化相关的余震频次估计方法 ,研究了汶川地震余震区及附近不同区域内与汶川地震同震静态库仑应力触发相关的“直接”余震频次。结果显示,主震破裂带尤其是主震破裂带南段的“直接”余震频次明显低于实际情况,其原因在于同震库仑应力变化导致的主震破裂面上应力水平的降低。研究结果还显示,汶川地震同震库仑应力变化对余震活动持续时间的影响与震级下限有关。对ML4以上余震,持续时间约为震后15~16个月;对ML3.5以上余震,接近60个月。在上述时段内,与同震库仑应力变化相关的“直接”余震占全部余震的比例为44.7%～48.6%。这表明,即使在同震库仑应力变化的“有效”作用时段内,主震破裂面上也大约有50%的余震活动不是缘于同震库仑应力变化的影响,这可能与震后余滑及粘弹松弛等时间相关因素的影响有关。     

基于同震库仑应力变化的汶川地震余震频次研究

在计算同震静态库仑应力变化的基础上,基于速率-状态摩擦定律及与同震静态库仑应力变化相关的余震频次估计方法,研究了汶川地震余震区及附近不同区域内与汶川地震同震静态库仑应力触发相关的"直接"余震频次。结果显示,主震破裂带尤其是主震破裂带南段的"直接"余震频次明显低于实际情况,其原因在于同震库仑应力变化导致的主震破裂面上应力水平的降低。研究结果还显示,汶川地震同震库仑应力变化对余震活动持续时间的影响与震级下限有关。对ML4.0以上余震,持续时间约为震后15~16个月;对ML3.5以上余震,接近60个月。在上述时段内,与同震库仑应力变化相关的"直接"余震占全部余震的比例为44.7%~48.6%。这表明,即使在同震库仑应力变化的"有效"作用时段内,主震破裂面上也大约有50%的余震活动不是缘于同震库仑应力变化的影响,这可能与震后余滑及粘弹松弛等时间相关因素的影响有关。     

唐山地震序列应力触发的粘弹性力学模型研究

根据前人对唐山地震破裂分布、地壳波速和粘性结构的研究,考虑局部应力场、孔隙流体压力和断层附近软介质的影响,计算了唐山地震产生的,投影到后续大余震断层面和滑动方向上的库仑破裂应力变化。结果表明,随后发生的滦县地震和宁河地震均发生在唐山地震产生的库仑破裂应力变化为正的区域。为研究唐山地震、滦县地震和宁河地震对后续小震的触发作用,根据前人对该地区构造应力场和地震破裂分布的研究,假定构造应力量值为10 MPa,求得了震源附近各处可能的小震震源机制。将上述3次地震产生的应力变化投影到可能的小震破裂面和滑动方向上,发现唐山地震、滦县地震和宁河地震产生的正库仑破裂应力变化的ldquo;蝴蝶rdquo;形分布与后续小震发生的空间分布具有较好的一致性,95%的余震发生在库仑破裂应力变化增加的区域,说明唐山地震序列中前面的大震对后续小震的发生起到了调制作用。该研究结果对大震后余震的危险性快速评估具有一定意义。如果大地震发生后能够快速确定详细的破裂分布和震源区域详细断层及滑动特性资料,本文方法可用来预测未来大余震的发震位置。      

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。      

汶川余震震源机制变化的原因

2008年5月12日,汶川M8.0主震是一个主压应力轴NW-SE的逆倾滑型的地震,而之后的余震震源机制解有的与主震震源机制解一致,有的发生了明显变化,由南至北逐步变成走滑型地震.主震和同主震震源机制解一致的部分余震,在构造应力场直接作用下,龙门山推复体向四川地块逆冲,致使在逆断层的上下盘之间的断层面上产生粘滑而发生逆倾...     

利用小震震源机制解研究汶川地震后龙门山断裂带中段应力场时空演化

利用川西流动地震台阵观测资料,求解汶川地震后发生在龙门山断裂带中段地区的余震震源机制解,反演了相应的应力场,得到了应力场的时空演化特征。结果显示,小震震源机制以逆冲为主并含有一定数量的走滑和正断型地震,逆冲型地震的比重随时间明显增加。震源机制类型的空间分布与断层深部展布及区域速度结构具有相关性。应力张量反演结果显示早期余震各分区水平最大主压应力S_H方位主要分布在近EW—NWW范围内,沿小鱼洞—理县方向余震分支地壳浅部主压应力则沿NE-SW向,表明震后早期应力场主要受主震破裂传播引起的动态应力影响,S_H方位与破裂面特征密切相关。应力张量随时间的变化显示深部应力结构由逆冲、走滑混合向纯逆冲转变,表明深部区域通过走滑型地震来平衡初期应力释放造成的局部库仑应力,并逐渐恢复到接近背景应力场,浅部应力变化追随深部变化特征,显示出在时间上的滞后。     

2005年10月巴基斯坦MW7.6地震对余震的触发研究

本文研究分析了2005年10月8日巴基斯坦主震产生的库仑破裂应力变化对余震的影响。计算时考虑了以下因素：（1）断层泥区域的孔隙流体压力和介质弹性常数与周围介质中的不同；（2）地震震源区的构造应力场方向；（3）将震源区构造应力和主震破裂产生的应力叠加计算得到余震破裂机制。该研究考虑了多种因素，计算结果与余震的分布比较吻合。结果表明2005年10月8日巴基斯坦主震对大部分余震有触发作用。     

汶川8.0级地震的余震触发作用和对断层的应力加卸载作用

采用可变滑动震源模型,计算和研究了汶川M_S 8.0地震产生的应力变化及对后续6次强余震的应力触发作用,并定量分析了汶川地震对附近活动断裂带的库仑应力加卸载作用。结果显示:汶川地震产生的库仑破裂应力变化分布图案复杂性强,主要由发震断裂复杂的空间展布形态以及震源断层活动具有逆冲兼右旋走滑两种性质决定。汶川地震产生的库仑破裂应力变化对多数强余震存在一定的触发作用。汶川地震的发生对附近的断裂带有不同程度的影响,其中青川断裂中段和北段、岷江断裂南段和灌县-江油断裂南段,主要是以强烈的库仑破裂应力加载作用占主导地位,有利于强余震序列的孕育、加速以至于发生;东昆仑断裂带和鲜水河断裂带受到了轻微的应力加载作用;龙泉山断裂带、华莹山断裂带和西秦岭北缘断裂带主要受到了轻微的卸载作用。     

2019年长宁地震序列的震源性质:来自流体的影响

2019年长宁M_S6.0地震发生在构造稳定的四川盆地南缘,震中及其附近区域是重要的页岩气以及盐矿生产基地,因此长宁地震的发震机制是否与人类活动有关存在着很大争议.由于震源机制以及流体压力可以为地震诱发与否提供重要的约束,我们对长宁主震以及9个M_W≥4.0强余震的震源性质和发震机理进行了研究.研究结果表明,长宁主震及其大部分强余震都具有较浅的震源深度(1～4km)和显著的非双力偶成分特征.然而,主震与强余震之间存在两个显著的差异:(1)主震的非双力偶成分以补偿线性矢量偶极成分为主,而大多数强余震的非双力偶成分以各向同性成分为主;(2)主震的流体超压大于30MPa,而大部分强余震的流体超压小于10MPa.因此,认为2019年长宁地震的主震可能是由于长期流体注入导致断层强度减弱而触发的,其较高的非双力偶成分与复杂的破裂过程有关.同时,结合孔隙弹性介质下的库仑应力变化,推断强余震可能是由于震后孔隙弹性应力转移触发的.基于该地震的震源性质、流体超压以及孔隙作用引起的库伦应力变化,认为流体作用对长宁地震序列的发生产生了重要影响.     

汶川Ms8．0巨震产生的完全库仑破裂应力变化及其强余震群

计算和研究了2008年5月12日四川汶川Ms8.0巨震在其强余震断层面上产生的完全库仑破裂应力变化,分析了该变化对强余震的动态和静态应力触发作用.结果显示,汶川主震后15天内发生的7次Mw≥5.5强余震均受到了动态和静态库仑破裂应力的综合触发作用.     

2010年4月14日玉树MS7.1地震对余震的触发研究

研究了2010年4月14日青海玉树7.1级地震产生的静态库仑破裂应力变化对余震及区域地震活动空间分布的影响.在考虑震源区附近区域构造应力场的基础上,由震源区构造应力和主震破裂产生的应力叠加,计算得到最容易破裂的余震断层面,进而计算玉树主震在上述余震断层面上产生的库仑破裂静态应力变化.结果表明,库仑应力变化图像与余震分布较为吻合,说明玉树主震对大部分余震有触发作用.利用相同方法计算了玉树主震对周边更大范围内地震的应力触发影响,发现大部分区域地震活动空间分布与库仑应力变化图像基本一致,中小地震大多发生在正向触发区域,但量值较小.对余震断层面与主震完全一致的情形进行了同样的计算,与前述方法计算结果的对比显示,考虑区域应力场的计算方式所得库仑破裂应力变化图像,能够更好地与余震及区域中小地震空间分布图像相吻合.     

2000年以来南美板缘强震对2014年智利M_S8.2地震触发关系的初步研究

计算了2000年以来南美板缘强震(先前地震)对2014年4月1日智利北部M_S8.2主震、2014年4月3日M_S7.6强余震以及本次主震对其后续余震的应力触发作用,研究结果表明:先前地震在主震震源机制解2个节面上产生的库仑应力变化均为正;采用不同的有效摩擦系数,在主震破裂面上产生的库仑应力变化超过阈值(0.01MPa)的子元最低占22.2%,库仑应力变化为正子元的比率最低和最高分别为74.3%、95.5%。先前地震和主震在4月3日M_S7.6地震震源机制解的2个节面上产生的库仑应力变化也均为正,且远大于触发阈值;最低有58.2%的破裂面子元上库仑应力变化超过触发阈值,最低有64.0%的破裂面子元上库仑应力变化为正。故先前地震有利于本次主震的发生,先前地震及本次主震又有利于M_S7.6强余震的发生。根据全球CMT目录搜索到的8次余震震源机制解资料,计算了本次主震在后续余震震源机制解节面上的库仑破裂应力变化,计算结果显示,主震对其后续余震的触发效果不明显,由于余震资料的有限性,主震对余震的触发作用还有待于进一步研究。     

逆冲和消减地震的应力触发及圣安德烈斯南部及其邻区逆冲和走滑断层的相互作用

指出逆冲地震的触发、抑制和丛集的主要特性可以用库仑破裂应力变化来解释。解释中我们采用了一套代表模型及详细实例。虽然地表破裂的逆冲断层使得大部分周围地壳的应力降低，但逆冲盲断层的滑动却使得某些附近区域，特别是震源断层上方的应力增加。这样逆冲盲断层可以触发浅部次生断层的滑动，并产生广泛分布的余震。短逆冲破裂对于触发大小相差不多的邻近逆冲断层特别有效。我们的计算结果表明，在加利福尼亚中部连续的逆冲序列中，1983年Mw6．7级科林加地震使得1983年Mw6．0级努涅斯地震和1985年Mw6．0级凯特尔曼山地震破裂与库仑破裂应力分别接近了10bar和1bar。理想化的应力变化计算与伴随大逆冲事件的地震活动性分布一致，这与前人的研究结果是一致的。俯冲带破裂的计算结果促使了俯冲前缘隆起发生正断层事件，并有利于地震破裂带周围及其下倾延伸区发生逆断层事件。这些特性在1957年Mw9．1级阿留申地震和其他大逆冲地震是明显的。我们进一步研究了能得到详细滑动模型的1960年Mw9．5和1995年Mw8．1级智利地震引起的破裂面上的应力变化。计算的库仑破裂应力增加为2-20bar，与余震地点和震后滑动密切相对应，而应力降低10bar的地区余震缺失。我们也提出主走滑系统的滑动调制了附近逆冲和走滑断层的应力。我们计算得到圣安德烈斯断层上1857年Mw7．9级蒂洪堡地震以及后续震间滑动使得科林加断层接近破裂约1bar，但抑制了全部海岸山岭的逆冲断层。1857年的地震也促使于1952年发生Mw7．3级科恩县地震的怀特沃尔夫逆冲断层接近破裂约10bar，但抑制了自1857年以来从来没有破裂的左旋加洛克断层上的滑动。于是我们有充分理由认为，应力转移在很宽的时间和空间尺度上对逆冲断层的地震活动性有控制作用。     

断层面上库仑破裂应力变化的相关研究进展

地震的孕育、发生和震后调整被认为是震源区及其邻区的应变积累释放过程.地震引起的静态库仑应力变化可有力地解释余震分布、强震序列等地震观测,并为探索地震发生机制和地震预测提供新的线索.地震学家们多采用弹性位错模型计算同震位错引起的库仑应力变化,以研究余震分布及地震间相互作用;随着流变学的发展,粘弹模型因可以很好的解释大量震后形变观测而被广泛用于断层面上的震后应力调整研究;此外,构造应力加载作用在更长时间尺度上造成断层面的应力积累,基于负位错模型计算震间库仑应力变化为又一研究内容.本文从同震、震后、震间库仑应力变化的角度提炼出断层面上库仑破裂应力变化的大量研究成果,介绍了库仑应力变化的基本计算原理及引起断层面上库仑应力变化的主要原因,论述了通过库仑应力演化来研究地震活动的方法和应用,进一步讨论断层面上库仑应力演化研究存在的问题和近期的进展.     

云南澜沧-耿马Ms7.6地震的完全库仑破裂应力变化与后续地震的动态、静态应力触发

计算和研究了1988年云南澜沧-耿马Ms7.6地震产生的完全库仑破裂应力变化的时空演化图像, 对继澜沧地震13 min后发生的耿马M7.2地震的应力触发问题进行了分析, 同时也对澜沧-耿马地震后24 d内发生的Ms5.0~6.9后续强余震的应力触发问题进行了探讨. 结果显示, 澜沧地震断层破裂产生的完全库仑破裂应力变化空间分布图像具有很强的非对称性, 正值的动态和静态库仑破裂应力变化区域均具有与强余震分布位置吻合较好的现象. 耿马Ms7.2地震受到了澜沧Ms7.6地震产生动态和静态库仑破裂应力的触发作用; 绝大多数后续强余震受到了动、静态库仑破裂应力的综合触发作用.     

云南禄劝地震对余震有触发作用吗--静态应力触发地震的讨论

采用文献[1]计算地震产生的静态应变场的解析表达式,对云南禄劝地震的15次余震,计算了主震在余震节面上产生的正应力和静态库仑破裂应力变化。分析了正应力变化和静态库仑破裂应力变化是否对余震有触发作用。结果表明,主震产生的正应力变化和库仑破裂应力变化并没有明显的证据“有利于”余震的发生。另外,还比较了运用与主震相同的余震机制和反演得到的余震机制在库仑破裂模型中计算结果的差异。使用反演的余震机制得出的结果稍优于假定余震与主震有相同震源机制得到的结果。     

芦山地震序列震源机制及其构造应力场空间变化

利用近震波形拟合方法获得2013年芦山Ms7.0地震序列共37个余震的震源机制解及其深度(3.4≤Mw≤5.1).大部分地震震源机制以逆冲为主,有个别走滑型地震.震源深度主要分布在10~20 km范围.在稳定可靠的震源机制解基础上,用阻尼线性逆推法,划分不同间距网格,分别计算研究区平均构造应力场.结果表明,芦山及其周边地区的应力状态以挤压为主,应力性质主要为逆冲型,但局部地区出现走滑应力性质,最大主应力方向主体呈NW-SE,不同深度的构造应力性质和方向在局部地区存在一定差异.对比分析汶川地震震源区一带的构造应力场,龙门山断裂带西南段,除北西向小鱼洞破裂带外(最大主压应力和最小主压应力近水平,应力性质以走滑为主),其应力状态基本一致,以挤压为主,应力性质主要是逆冲型,有少量走滑型,最大主应力方向与龙门山构造带近垂直.     

2010年MS7.1级玉树地震同震库仑应力变化以及对2011年MS5.2级囊谦地震的影响

2010年4月14日青海省玉树藏族自治州发生M_S7.1级地震.和传统的板内地震相比,玉树M_S7.1级地震的余震具有数量少、震级大的特点.研究玉树地震主震与余震之间的关系,对于我们了解余震的发震机理具有十分重要的参考价值.本文利用弹性位错理论和分层岩石圈模型,计算玉树地震引起的同震及震后黏弹松弛应力场变化,讨论M_S7.1级玉树地震对余震分布的影响以及与2011年囊谦M_S5.2级地震之间的触发关系.结果显示,玉树地震导致了四处明显的库仑应力增强的扇区,2010年4月13日至6月17日的870次M_L>1.0级余震主要分布于主震破裂面附近区域以及破裂面东北端的应力增强扇区.分析玉树地震对余震分布的影响时,有效摩擦系数以及计算深度的选取对计算结果的影响较小,是否考虑区域构造应力场的影响较大.考虑区域构造应力场时,占总数86.7%的余震位于库仑应力增强区,地震应力触发理论较好地解释了余震的分布.选取囊谦地震震源机制解的两个节面作为库仑应力计算中的接收断层参数,并且考虑不同黏滞系数下的玉树地震同震及震后黏弹松弛效应,模型计算结果均表明囊谦地震位于玉树地震所导致应力影区,仅依靠地震的静态、震后黏弹松弛应力触发理论,无法解释囊谦地震的发生,说明该次地震可能是一次独立的事件.     

MS8.0汶川地震对MS7.0芦山地震成核失稳的影响

依据速率-状态依赖性摩擦本构关系,并结合中下地壳和上地幔的黏弹性松弛效应,以震后库仑破裂应力变化和同震动态库仑破裂应力变化的计算为基础,模拟了两种应力变化对芦山地震断层的失稳发震时间的影响,研究了2008年M_S8.0汶川地震与2013年M_S7.0芦山地震之间的触发关系.计算得到,汶川地震在芦山地震震源断层面上产生的动态应力变化的峰值为0.127 MPa;此外,经过近5年中下地壳和上地幔的黏弹性松弛效应,芦山地震震源断层面上受到的震后应力变化值为0.025 MPa.结果表明,芦山地震的震源断层在应力积累逐渐接近临界状态的某一特定时期内,受到了汶川地震产生的动态应力变化、静态应力变化以及黏弹性松弛效应造成应力变化的共同触发作用,且动态应力的延迟触发作用可能更为显著.最后对芦山地震之后研究区域的应力变化场进行了初步探讨.