2011年日本MW9.0地震相关研究综述

2011年3月11日, 日本海沟发生的9级地震造成重大人员伤亡, 受到社会普遍关注, 本文基于此次日本9级地震相关研究结果, 尝试从不同侧面分析此次地震的观测、 现象和认识, 主要包括如下几点: ① 此次地震发生在太平洋板块西北边界上日本海沟俯冲带上, 同震破裂可能存在深浅两个位错集中区, 较深的位错集中区位错量相对较小, 但历史上7级地震多发; 而较浅的位错集中区位错较大, 但历史上强震活动相对较弱; ② 基于GPS观测资料为约束的相关断层运动研究结果表明, 日本海沟断层运动背景以大范围稳定闭锁为主(闭锁区空间尺度与同震破裂尺度相当), 自2003年日本北海道8级地震后日本海沟地区断层运动开始出现扰动, 2008年以后有几次7级左右地震震后余滑分布明显比主震位错量要大, 之后分别于2008年和2011年观测到显著慢滑移事件, 最后分别于2011年3月9日和3月11日发生7级前震和9级主震, 震前日本海沟俯冲带断层运动变化过程比较清楚; ③ 可能是由于监测的原因, 传统上的前兆观测并未出现显著异常, 其震前异常主要为: 部分地震活动参数表明强震震源区震前应力状态相对较高、 区域地表运动速率的短期异常等; ④ 对于震源区物理性质的分析引起了更多的科学问题, 例如, 震源区介质物性是否与周边存在显著差异、 断层摩擦性质是否决定了发震能力和破裂过程、 震前断层运动是否存在预滑、 震前深部流体是否影响到震源区断层运动等。 他山之石可以攻玉, 希望本文对地震预测预报基础研究工作能起到抛砖引玉的作用。     

千岛海沟、日本海沟8级左右地震与华北强震活动

2011年3月11日,日本本州以东海域发生9.0级特大地震.今村明恒(1936)、茂木清夫(1976)认为日本8级大震的高活动期与华北地区强震活动的周期性变化比较吻合;吴佳翼等(1979)认为日本海沟发生大地震后1年4个月至2年4个月,华北地区发生强震的可能性最大.     

关于2011年3月东日本M_W9.0地震与M_W7.3地震关系的讨论

2011年3月日本MW7.3地震51h之后,发生了东日本MW9.0地震并引发巨大灾难。地震学家多角度、多方法探讨了两次地震之间的关系,结果判断日本MW7.3地震是东日本9.0级地震的前震。本文计算了MW7.3前震和2005~2011年沿日本海沟一系列7级左右地震对MW9.0地震的静态库仑应力,结果显示其并未直接触发MW9.0主震,但对主震震中位置及周边区域的应力加载效应是明确的。利用Suito等(2011)基于GPS数据计算的板间地震滑移速率,分析了一般地震与有广义前震的地震在震后和同震释放能量的不同来分析2005年以来日本海沟发生的5次7级左右地震与MW9.0地震的关系。总的来说,日本MW7.3地震是东日本MW9.0地震的前震,从长时间尺度的GPS时间序列分析来看,2005~2011年日本海沟一系列7级左右地震可能是东日本MW9.0地震的广义前震。     

华北地区与日本海沟地震的相关性分析

据板块运动及构造动力的因果关系研究了我国华北地区６级以上与日本海沟地区７级以上地震活动的关系，结果表明，两个地区群体地震活动在时间轴上的不均匀分布及起伏具有一定的同步性，且华北地区的群体地震活动的开始时间晚于日本海沟地区。     

华北地震同日本地震的相关性

本文对比了1918-1976年发生的中国华北地震和日本列岛及其附近的较大地震,发现二者有比较好的对应关系。一般是,日本海沟先发生7-8级大地震序列,其后日本海西部发生h≥300公里的深源地震,最后我国华北地区发生M≥6的强烈地震。对1918年以来的十四个活动期进行了统计分析,得到复相关系数R=0.82,能够在很高的显著性水平上通过F检验。日本海沟地震约有30年左右的重复期。从1926年至今,日本海沟地震的活动中心向北漂移了3°-4°,与此同时,我国华北地震活动也以相同速率向北迁移。地震活动在时间和强度上的相关性、震中的相关迁移以及震源机制等方面的事实都表明,我国华北强烈地震可能受日本海沟板块俯冲运动的控制,上地幔中可能存在着某种物质流动的通道。     

东日本大地震地震序列的震源机制解特征及其动力学意义

日本本州及其邻近区域的应力状态以及弧后盆地的演化机制一直是人们所关注的问题.本文对2011年3月11日东日本大地震地震序列(2011年3月11日至2012年3月15日)的哈佛双力偶解进行了聚类分析,得到五种类型的震源机制解:与主震类型一致的低倾角逆断层型地震;主张应力方向垂直于日本海沟走向的正断层型地震;主张应力方向平行于日本海沟走向的正断层型地震;主压应力方向平行于日本海沟走向的逆断层型地震;包括走滑型地震在内的其他类型地震.东日本大地震地震序列中发生在弧前增生楔地震的震源机制解与大地震发生之前地震的震源机制解特征有显著区别,反映出该地区的应力状态与震前相比有较大改变.东日本大地震及其前震释放了附近区域的累积弹性应力,主震破裂区附近太平洋板块和其上覆板块接近完全解耦,降低了日本海盆地、中国东北地区的近东西向挤压应力水平.不过,整个本州岛东部区域太平洋板块和其上覆板块并没有完全解耦,但应力水平并不高.我们认为,日本海及中国东北应力水平的降低会使该区域的近东西向挤压型地震的危险性降低,而使NNE-SSW走向的走滑型地震活动性增强.同时,火山活动性也会增强.尤其是本州岛地区,存在近期火山爆发的可能性.东日本大地震地震序列的震源机制解特征还提示我们,日本海的应力状态及日本海的演化可能在一定程度上取决于太平洋板块和上覆板块的耦合状态.持续的弱耦合将不仅使得弧后大范围的地区保持岩浆上涌所必须的拉伸应力环境,而且还会因弧前隆起区发育大量正断层型地震而向深部提供促使岩浆生成所必须的水,因而造成日本海的再次扩张.     

1994年7─9月的全球地震动态

１９９４年第三季度，全球地震活动仍维持中等水平，西南太平洋的瓦努阿图群岛发生７．４级地震。美国加州北部海域发生７．０级地震。日本海西北部发生大深震，可以同日本海沟地震配合，对华北地震趋势作出估计。继台湾东部沿海两次７级地震之后，中国台湾海峡发生一次强震。     

1994年7—9月的全球地震动态

１９９４年第三季度，全球地震活动仍维持中等水平，西南太平洋的瓦努阿图群岛发生７．４级地震。美国加州北部海域发生７．０级地震。日本海西部发生大深震，可以同日本海沟地震配合，对华北地震趋势作出估计，继台湾东部沿海两次７级地震之后，中国台湾海峡发生一次强震。     

日本海区地震活动的初步研究

利用日本海区丰富的震史资料，研究了该区强震活动时一空变化的某些特征。并以此为据，将１９００年以来的地震活动划分了三个地震轮回。文中讨论了各幕的持续时间及其强震的频度分布，同时还分析了各轮回的强震地区分布，探讨了每个强震高潮主体活动区形成特点，这些结果可作为研究日本海区强震高潮到来和结束的标志以及为判断未来主体活动区等强震预测问题提供线索。此外，本文还分析了我国大陆强震高潮与日本海沟地震的相关关系。     

基于形变观测分析2011年日本9.0级地震与断层运动间关系

2011年3月11日日本发生9.0级地震,本文以此次地震的震间、同震和震后形变观测为约束,依据不同时段断层运动空间分布特征分析日本海沟地区强震与断层运动间关系.震间日本海沟地区,断层运动闭锁线深度约为60km,闭锁线以上从深到浅依次为断层运动强闭锁段、无震滑移段和弱闭锁段.由同震位错反演结果,2011年日本9.0级地震同震存在深浅两个滑移极值区,同震较浅的滑移极值区(同震位错量10~50m,深度小于30km)震间为断层弱闭锁段;同震较深的滑移极值区(同震位错量10~20m,深度在40km左右)震间为断层强闭锁段;而在两者之间的过渡带同震位错相对较小,震间断层运动表现为无震滑移.震后初期断层运动主要分布在在闭锁线以上的同震较深滑移极值区,而同震较浅的滑移极值区能量释放比较彻底,断层震后余滑量相对较小.依据本文同震和震间断层运动反演结果,震间强闭锁段积累10m同震位错需要100多年时间,与该区域历史上7级地震活动复发周期相当;震间弱闭锁段积累30~50m同震位错约需要300~600年时间,与相关研究给出的日本海沟9级左右地震复发周期比较一致.在实际孕震能力判定的工作中,由于不同性质的断层段在同震过程中会表现更多的组合形式,断层发震能力判定结果存在更多的不确定性,但利用区域形变观测等资料给出震间断层运动特征的研究工作对于断层强震发震能力的判定具有非常重要的实际意义.     

福建流体台网对日本9级巨震的响应特征分析

日本9级巨震在福建流体台网出现了大面积响应,同震、震后响应遍及全省。通过这些响应特征同以往8级巨震的响应特征的对比分析,结合区域地震活动与水位同震及震后响应的相关性分析,指出水位阶升集中区是今后应密切关注的地区。同时通过各测项对此次巨震的响应情况对比分析,对今后福建流体台网的优化改造提出建议性意见。     

Review of the Research of the 2011 MW9.0 Tohoku-Oki Earthquake

On March 11, 2011, a M_W9.0 earthquake occurred in the Japan Trench, causing tremendous casualties, and attracting extensive concern. Based on the results of related research, this paper analyzes the observations, phenomena and understandings of the earthquake from varied aspects, and obtains four main conclusions. (1) The earthquake, occurring in the subduction zone in the Japan Trench located in the northwest boundary of the pacific plate has two zones of concentrated coseismic slip at different depths, and the slip in the deep zone is relatively small. Though there have been many M7.0 historical earthquakes, slips in the shallow zone are large, but there have been few historical strong earthquakes. (2) Constrained by GPS data, the study of fault movement shows that fault movement in the Japan Trench has a background of widely distributed stability and locking (the locking zone is equivalent that of coseismic rupture zone). Perturbation occurred after the 2008 M8.0 Hokkaido earthquake, several M7.0 events had after slips larger than the coseismic slip, and two obvious slow slip events were recorded in 2008 and 2011. Eventually, the March 9, 2011 M7.0 foreshock and the March 11, 2011 M_W9.0 mainshock occurred. The pre-earthquake changing of the fault movement in the Japan Trench is quite clear. (3) Traditional precursory observation show no obvious anomaly, possibly due to monitoring reason. Anomaly before earthquake consists of high stress state in focal zone reflected by some seismic activity parameters, short period anomaly in regional ground motion, etc. (4) The analysis of physical property in focal zone aroused more scientific issues, for example, is there obvious difference between physical property in focal zone and its vicinity? Does frictional property of fault determine seismogenic ability and rupture process? Whether pre-earthquake fault movement include pre-slips? Could deep fluid affect fault movement in focal zone? Experience is the best teacher, and authors hope this paper could be a modest spur to induce others in basic research in earthquake forecast and prediction.     

宁波台水氡、水位在汶川8．0、日本9．0级地震中异常现象分析

宁波台ZK03井水氡在汶川8．0和日本9．0级地震前后出现的异常,可能是这两次地震的前兆异常和震后效应,并且出现的异常有较多相似之处。从水氡五日均值曲线来看,震前11个月开始就出现了异常,五日均值最大异常量都出现在异常结束前5个月,形成了一个“V”字形的中短期低值异常形态。同井观测的动水位同震响应也较相似,说明这两次地震波传播中对该井的水动力作用基本相同,因此也可能会出现相似的水氡中短期异常现象。     

日本MW9.0地震后沂沭断裂带两侧块体相对运动及对地震活动的影响

基于连续GPS数据,利用滑动块体模型研究了日本M_W9.0地震前后沂沭断裂带两侧块体连续的相对运动状态,并研究其对区域地震活动的影响,结果表明日本地震以来：1）两侧块体呈右旋走滑兼挤压状态,平均走滑、挤压速率分别为0.9±0.1 mm·a^-1和-0.7±0.1 mm·a^-1,相比日本地震之前,运动过程更具起伏特征,可能与日本地震前后俯冲带两侧板块间相互运动状态的改变有关;2）沂沭断裂带两侧地区地震活动频次N、总释放能量折算震级M、地震活动度S值、地震b值与两侧块体相对运动的相关系数分别为0.66、0.69、0.74、-0.6,T检验显示相关性显著.在研究区地震能量集中释放阶段两侧块体相对运动方向和研究区主压应力方向一致,相对运动速率和地震活动强度变化具有同步特征,两侧块体相对运动对区域地震活动具有控制作用;3）莱州序列和乳山震群的发生可能与两侧块体相对运动促进的局部区域应力调整有关.     

基于GPS观测分析日本9.0级地震同震位错与近场形变特征

2011年3月11日日本本州宫城县东海岸近海发生Mw9.0级地震,本文在对GPS同震位移场分布及误差特征分析的基础上,反演了同震位错分布.误差分析结果表明震源北西向300 km、北北西向550 km、南西向700 km范围内的同震位移量值明显大于误差,可以为位错反演提供有效的地表位移约束.沿震源北西向GPS剖面结果和位...     

日本9.0级、苏门答腊8.6级地震新疆地区水位、水温同震响应特征分析

对新疆地区4个流体测点的水位、水温资料在日本9.0级地震和苏门答腊8.6级地震后出现的同震响应及其特征进行了分析.结果显示,水位、水温资料对于远场强震的同震响应无相对固定变化形态,但同震响应可能具有一定的前兆指示意义.