龙门山断裂带上“破裂空段”的发震概率研究

本文采用分层粘弹性介质模型计算了汶川地震对芦山震中产生的库仑应力加载的影响,进而结合Dieterich(1994)提出的速率状态摩擦定律给出芦山附近区域6级地震累积发震概率随时间的变化。结果显示,2013年芦山7.0级地震时其累积发震概率达18%,说明汶川地震产生的应力扰动加速了芦山地震的发生。本文还计算了汶川、芦山2次地震对其间"破裂空段"处产生的累积库仑应力扰动的影响,结合背景地震发生率,给出了"破裂空段"处6级地震累积发震概率变化。虽然计算结果可能受到大邑地震、介质模型参数的选取和背景地震发生概率等因素影响而存在一定误差,但"破裂空段"在2次强震应力加载下累积发震概率是不断增大的,因此我们认为"破裂空段"处发生中强地震的紧迫性不断增强。     

芦山M_s7.0地震和汶川M_s8.0地震对川滇地区的库仑应力影响

2013年4月20日,龙门山断裂带南段发生了芦山M_s7.0地震,震前的静态库仑应力计算表明此处位于2008年汶川M_s8.0地震静态库仑应力显著增强地区,芦山地震的发生对区域应力进行了释放和调整。利用川滇地区的活动断裂数据和地震震源机制解,构建了研究区的0.1°×0.1°的网格化接收断层矩阵。计算了自重多层粘弹性介质中,不同模型参数下,芦山地震和汶川地震对川滇地区的静态库仑应力影响。结果发现,芦山地震与汶川地震之间的破裂空段、东昆仑断裂东段玛曲段、塔藏段以及鲜水河断裂中南段道孚-乾宁段静态库仑应力增加明显,地震危险性较高。     

2008年汶川Ms8.0地震在2013年芦山Ms7.0地震和2014年康定Ms6.3地震破裂区引起的库仑破裂应力

2008年5月12日四川汶川发生M_S8.0地震发生之后, 先后于2013年4月20日和2014年11月22日分别在汶川M_S8.0地震震中西南约80 km的芦山县和约178 km的康定县发生了M_S7.0和M_S6.3地震。 芦山地震位于龙门山前主边界处, 康定地震位于鲜水河断裂带上。 芦山地震发生前有几位作者先后计算了汶川M_S8.0地震引起的库仑破裂应力, 分析了其对周围断层的影响。 本文对这些研究结果进行了简要回顾, 并根据芦山地震和康定地震的实际发震断层面参数, 计算了汶川M_S8.0地震在芦山地震和康定地震震源深度处的水平面上以及其发震断层面上产生的库仑破裂应力, 还给出了其震中处库仑破裂应力随深度的变化。 结果表明, 汶川M_S8.0地震发生使芦山地震震源断层面上有利于其错动发震的应力大面积增加而使康定地震震源断层面上有利于其错动发震的应力大面积减小。 在芦山地震初始破裂点处引起的库仑破裂应力达0.245 MPa, 在康定地震初始破裂点处引起的库仑破裂应力为-0.00063 MPa。 因此, 汶川M_S8.0地震的发生对芦山地震具有明显的促进作用, 而对康定地震的作用不明显。 在目标断层面参数已知的情况下, 根据库仑破裂应力在目标断层面上的分布, 可能为未来地震发生的地点提供线索, 进而对地震发生的危险性进行预测。 若一次地震的发生使目标断层面上有利于其错动发震的应力大面积显著增加, 这种情况下库仑破裂应力对未来地震具有预测意义。     

从应力演化角度讨论龙门山区域7级强震序列对芦山地震的影响

计算包括同震静态库仑破裂应力变化以及震后黏滞松弛引起的应力变化等,可以更好地解释余震分布、地震序列等地震观测结果。在芦山地震之前,从1900年以来龙门山区域发生了4次7级以上地震,分析这几次地震的同震应力变化以及震后黏弹性松弛对芦山地震的产生的影响,芦山地震以后区域断裂带上的应力伴随强震如何演化,芦山地震与汶川地震的破裂空段呈现何种应力状态,探讨这些问题可能会为了解芦山地震震源处震前的应力状态及该区域未来地震风险评估提供一定的依据。文中采用有限元数值模拟方法,根据地质构造、速度、密度结构深部反演结果以及GPS及应力观测资料等,建立龙门山地区三维黏弹性有限元模型进行研究。模拟结果显示:龙门山断裂带南段及鲜水河断裂带的库仑应力年变化速率在研究区域中相对更高,这与研究区域的地震活动性一致。芦山地震的前4次地震,除叠溪地震外,康定、松潘、汶川等3次地震在芦山地震震中位置产生的同震库仑破裂应力变化大于0,表明这3次地震可能促进了芦山地震的发生,汶川地震的同震库仑破裂应力超过了0.01MPa,同震触发效应十分显著。震间的黏弹性松弛对芦山震源处起加载作用,从1900年以来这种持续的加载作用也超过0.01MPa,因此在模拟应力演化的时候,介质的黏弹性松弛效应不能被忽略。从库仑破裂应力的角度计算龙门山区域断层的应力演化,可以发现龙门山断裂带上汶川地震和芦山地震破裂的空段,在芦山地震之后仍然属于相对应力水平较高的区域。     

2013年芦山M_S7.0地震产生的静态库仑应力变化及其对余震空间分布的影响

2013年4月20日芦山MS7.0地震发生在龙门山断裂带的西南段,距2008年汶川MS8.0地震仅约85km,时间上仅相隔5年.首先计算了汶川地震的静态库仑应力变化对本次芦山地震的影响,得出芦山地震是由汶川地震触发造成的(库仑应力上升了0.012 MPa);进一步计算了芦山地震与汶川地震这两次大地震共同产生的静态库仑应力变化.结果表明,芦山地震的余震受前面两次大地震的共同影响,而不仅仅是芦山地震单独作用的结果,超过85%的余震发生在两次地震共同产生的静态库仑应力变化增大的地方,而芦山地震本身触发不了本次的余震序列(仅48.7%的余震位于主震所产生的应力加载区).此外,计算结果表明芦山地震本身对周边断层影响较小,仅龙门山断裂带的东北段受到一定的加载作用;而由于汶川地震的作用,安宁河断裂、大凉山断裂、马尔康断裂、岷江断裂和虎牙断裂呈卸载趋势,仅鲜水河断裂东南段和龙门山断裂中段受到加载作用,这均会加速断层上新地震的发生.     

M_s8.0汶川地震对M_s7.0芦山地震成核失稳的影响Mw

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Ms8.0汶川地震与2013年Ms7.0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.     

2008年汶川地震同震-震后应力演化及其对2017年九寨沟M_S 7.0地震的影响

2017年8月8日四川九寨沟发生了MS7.0地震,距离汶川地震震中约为140km.地震的发生会调整区域应力分布和影响区域地震活动性变化.那么,汶川地震的发生对此次九寨沟地震有何影响?区域应力如何演化?为回答这些问题,本研究基于高性能并行有限元方法和网格自适应加密技术,采用含地形起伏的黏弹非均匀椭球型地球模型,分别计算了汶川地震引起的同震-震后应力时空动态演化及其对此次九寨沟地震的影响.同时,考虑同震静态应力和震后黏弹性应力调整,计算了汶川、芦山和九寨沟地震的发生对周边断层应力积累的影响.计算结果显示汶川地震对九寨沟发震断层的同震库仑应力加载约为0.008 MPa,震后9年的黏弹性应力加载约为0.012~0.016 MPa,可能会使九寨沟地震提前发生.此外,汶川、芦山和九寨沟地震的发生引起龙门山断裂映秀以南段、东昆仑断裂、龙日坝断裂东段和岷江断裂北段及鲜水河断裂康定段应力加载大于0.01 MPa,增加了这些断裂带发生地震的危险性.     

汶川地震后中下地壳及上地幔的粘弹性效应引起的应力变化与芦山地震的发生机制

采用多层粘弹性模型计算了2008年5月12日汶川Mw7.9地震对周围地区尤其是龙门山断裂带南段的影响,结合地震活动性分析,探讨了2013年4月20日芦山Mw6.6地震的发生机制,并对沿龙门山断裂带芦山地震与汶川地震之间的地震空段进行了分析.计算结果表明,由于下部地壳及上地幔的粘弹性效应,芦山地震震源处对应的汶川地震同震库仑应力变化(△CFS)为-0.1bar以下量级,其后随时间逐渐增加,在芦山地震前增加到了0.4bar(有效摩擦系数为0.4)或0.6bar(有效摩擦系数为0.2)以上.这表明,芦山地震的发生与汶川地震的非弹性触发密切相关.芦山地震与汶川地震之间的地震破裂空段存在1970年大邑M6.2地震的库仑应力阴影区(下降区),汶川地震及芦山地震未能使阴影区发生根本变化,因此,如没有其他不可知因素,该空段短期内整体发生破裂,引发大地震的可能性不大.     

青海玛多7.4级地震静态库仑应力分析

2021年5月22日,青海省果洛州玛多县发生74级地震,此次地震发生在川青交界,发震断层位于甘德—南缘断裂附近,四川多地震感强烈。本研究基于弹性理论,利用Coulomb3.3软件计算地震破裂面上产生的静态库仑应力变化,分析此次地震对周围的同震库仑应力影响。结果显示:青海玛多7.4级地震静态库仑应力对周围大部分断层的影响已经超过阈值。     

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.     

芦山地震断层的滑动分布与汶川地震断层的关系

本文利用2013年芦山M_S7.0级地震同震GPS数据反演了芦山断层几何与断层滑动分布,结果表明:芦山地震发震断层具有南陡北缓、上陡下缓的特征,低倾角的区域位于发震断层北段且靠近映秀断层的一侧;滑动分布模型的最大滑动量为0.82m,其深度为13.67km与小震发生集中平均深度12.5km接近.我们选取1998—2014年龙门山断裂带区域地壳形变观测数据,拟合获得了龙门山断裂带走向方向上的速度分量,发现在汶川M_S8.0地震与芦山M_S7.0地震之间宽度约30km破裂空区,龙门山断裂带西南段与东北段的形变分量以破裂空区为界方向相反.断裂带东北段(汶川地震主要发震断层)的形变分量方向与断层右旋走滑运动方向一致,而在断裂带西南段(芦山地震发震断层)的形变分量方向与断层左旋走滑运动方向一致.芦山地震走滑方向与汶川地震走滑方向相反是因为该断裂带构造运动在特有几何构造下受青藏高原东南向挤压,遇龙门山中段岩石圈楔状构造的阻挡,在汶川M_S8.0地震与芦山M_S7.0地震间的地震空区,形成了构造运动向其两侧分流的结果.     

汶川8.0级地震和芦山7.0级地震对周边断层的影响

采用分层粘弹性介质模型,研究龙门山断裂带发生的两次大地震(2008年5月12日汶川8.0级和2013年4月20日芦山7.0级地震)的同震位错和震后粘滞松弛效应引起的周边断裂带上的库仑应力变化。结果表明,汶川8.0级地震同震和震后效应均引起了芦山7.0级地震震中位置的库仑应力增加,有利于芦山地震的发生;汶川和芦山地震的同震和震后效应引起的周边各断层上的累积库仑应力变化分布显示,这两次大地震引起了其间的破裂空段的库仑应力显著增加;此外,累积库仑应力显著升高的断裂还有:鲜水河断裂带中段、灌县一安县断裂北段、文县断裂的一.部分、平武一青川断裂北段、略阳一勉县断裂。累积库仑应力显著降低的断裂有:马尔康断裂、岷江断裂南端、虎牙断裂、龙泉山断裂北端、北川一映秀断裂北段。     

汶川地震对芦山地震及周边 断层发震概率的影响

大震后区域静态库仑应力变化常常被用于解释区域地震活动性速率的变化、 主震断层外余震的发生以及即将失稳断层的地震发生概率的变化. 2013年4月20日芦山M_S7.0地震的发生重新引起了对2008年5月12日汶川M_S8.0大地震的热议. 利用含(滑移)速率和状态的摩擦定律, 结合汶川大地震前后的地震活动性水平, 定量化计算了汶川地震后雅安地区发震概率的变化, 并着重解释了芦山地震发震的可能根源. 此外, 还对库仑应力明显增加的鲜水河断层和熊坡断层进行了发震概率的定量化计算, 计算结果与中国地震台网中心的地震目录基本符合. 鲜水河断层从汶川地震后至今近5年来未发生M>6.0地震, 而M>6.0的发震概率已约为60%; 熊坡断层自汶川地震以来尚未发生M>4.0地震, 芦山地震后M>4.0的发震概率已接近90%. 所以, 我们认为鲜水河断层附近将成为M>6.0地震的重点防范地区, 熊坡地区将来仍旧存在发生中强地震的危险性.      

汶川地震和芦山地震的孕震机理及震前中长期地震危险性研究

运用非连续变形分析法与三维有限元法相结合的方法,以GPS资料作为位移速率和震源机制的约束条件,通过数值模拟研究了青藏高原及其东侧邻区构造地块的运动、变形、相互作用及其与近30年来发生于该区的大地震之间的关系。研究中引入了以应力与摩擦强度的比值定义的断层“失稳危险度”,通过数值模拟计算得到了研究区地壳块体边界断层的失稳危险度分布。结果表明,失稳危险度高的地段与近期该区发生的M_S≥7.0地震所在的位置基本一致,其中龙门山断裂带上包括汶川和芦山大地震的发震断层均为失稳危险度最高值地区。计算得到的应变率强度分布图显示,青藏高原东部边缘整条地带均为应变率强度的陡变带,特别是以龙门山断裂带上的陡变最为明显,其西侧应变率强度为东侧的近4倍,而且,这个带位于宽度相同、走向与龙门山断裂带走向相一致的高应变能密度带中,表明这两次大地震前,作为其发震断层的龙门山断裂带已积累了相当高的应变能,失稳危险度高,处于力学上的不稳定状态。模拟计算得到在上地壳层中,2001年昆仑山口西M_S8.1地震引起汶川、芦山地震发震断层的库仑破裂应力增加约0.016 MPa,相当于龙门山断裂带约两年的应力积累,也就是说,使汶川、芦山地震发震断层的失稳破裂提前了约两年。 此外,关于2008年汶川M_S8.0地震的模拟计算表明,汶川地震的发生也使包括芦山地震发震断层的龙门山断裂带西南段和东昆仑断裂带东南端的库仑破裂应力增大,应变能积累增强,这说明汶川M_S8.0地震的发生对已处于失稳危险度较高状态的2013年芦山地震和2017年九寨沟地震发震断层的提前失稳破裂起到了促进作用。      

2021年青海玛多MW7.4地震GNSS同震形变场及其断层滑动分布

2021年5月22日青海玛多M_W7.4地震作为发生在巴颜喀拉块体内部的一次强震,再次引起了人们对该地区地震活动性的强烈关注.本文基于震后GNSS流动观测和区域连续GNSS站资料,解算了106个站点的同震形变及其中17个站点的高频形变波形.同震形变场显示玛多地震具有典型的左旋走滑特征,GNSS观测到的最大同震位移达到1.2 m.GNSS与InSAR数据相符度较高,GNSS提供了准确的近场形变信息.基于GNSS同震形变场,本文反演了断层滑动分布,并计算了发震断层上产生的库仑应力变化.结果表明,发震断层的滑动破裂存在多个凹凸体,破裂分段特征明显且出露地表,与野外地表破裂考察和余震分布吻合,主体破裂位于断层面0~10 km的浅部区域,最大滑动量达到4.6 m,地震矩1.63×10²⁰N·m,矩震级为M_W7.4;发震断层上静态库仑应力增加区域与余震分布具有一致性,说明余震主要是由静态库仑应力加载而触发的.     

GPS资料获取的静态库仑应力变化与余震分布的相关性分析

本文以2008年汶川地震为例,利用震中附近GPS观测资料,选择断层破裂模型,计算汶川主震产生的静态库仑应力变化空间分布,并与JI模型、经验公式模型结果进行对比分析,初步探索GPS破裂模型下的静态库仑应力变化特征以及与余震的空间分布关系。结果表明,当使用最优断层面作为接收断层时,GPS模型的结果对后续余震空间分布具有较好的对应关系,90%的余震分布在应力增强区域;在龙门山断裂以走滑为主的北东段(北川—青川段),5级以上的强余震均分布在应力增强区;以龙门山断裂南西段作为接收断层的计算结果表明,芦山地震震中正好处于库仑应力的正值区,汶川地震的发生在一定程度上使得芦山地震提前发生。     

2022年青海门源MW6.6地震InSAR同震形变场与震源特征

本文利用合成孔径雷达差分干涉(Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar, D-InSAR)技术处理哨兵卫星升降轨影像,获取了2022年青海门源M_S6.9地震的同震变形场,变形结果显示此次地震导致冷龙岭断裂西段两侧约30 km×20 km范围明显变形,卫星视线向最大同震位移达50 cm.基于有限断层模型,本文构造断层滑动分布模型,反演同震变形场数据.模型显示,冷龙岭断裂的破裂以左旋走滑为主,破裂长度约23 km,主要分布在10 km以上深度,整体形态表现为不规则椭圆盘,其中约3.9 m的最大破裂位于5～6 km深度的椭圆中心.基于反演模型估算的地震平均应力降约5.9 MPa,地震标量矩为1.0×10¹⁹ N·m,对应矩震级为M_W6.6.本文计算了1927年古浪地震、1986年及2016年门源地震对本次地震破裂面的同震静态库仑应力扰动,结果表明冷龙岭断裂西段受到历次地震的库仑应力加载作用,库仑应力增加累积达0.12 MPa,对本次发震断层的破裂有促进作用,其中...     

利用三维孔隙弹性模型探讨紫坪铺水库对汶川地震的影响

本文基于三维孔隙弹性理论,建立了紫坪铺水库及周边地区的有限元模型.根据紫坪铺水库开始蓄水到汶川地震发震时刻的水位变化情况,计算了整个区域的孔隙压力和库仑应力.详细讨论了断层及周围地层的弹性模量和扩散系数对计算结果的影响.计算结果表明:从弹性角度看,断层的弹性模量对汶川地震震源处的库仑应力影响很小;震源处的库仑应力随着断层和周围地层的扩散系数增大而增大.当给定弹性模量和扩散系数代表性值的时候,计算结果表明在汶川地震发震时刻,震源处的库仑应力变化量为+1 kPa左右,这表明紫坪铺水库使得汶川地震发震断层更加危险.是否这个量级的库仑应力就能够触发汶川地震还需要进一步探讨.通过分析库区周边小震的分布,发现小震分布区域均是库仑应力增加的地区,因此紫坪铺水库周边的小震应该与紫坪铺水库蓄水有直接关系.     

从库仑破裂应力和余震分布角度探讨汶川地震和芦山地震的关系

本文以龙门山及周边地区为研究对象,考虑区域地质构造差异、主要活动断裂带、地表附加重力影响,建立能反映地表起伏和岩石圈分层结构的龙门山地区三维粘弹性有限元模型。以地壳水平运动速率观测值为约束条件重建研究区现今构造背景应力场,在此基础上分别模拟了汶川地震和芦山地震的发生机理。通过分析同震库仑破裂应力变化与余震空间分布的关系,探讨了2次地震主震对余震的触发作用以及汶川地震对芦山地震的影响。研究表明,汶川地震和芦山地震的余震大部分由其主震触发,汶川地震对芦山地震的余震有约6.78%的触发作用。汶川地震的同震库仑破裂应力在芦山地震主震位置的增加值约为0.016MPa,如果龙门山断裂带南段库仑破裂应力年累积速率按照0.4×10-3-0.6×10-3MPa·a-1计算,汶川地震使芦山地震提前了约27-40年。计算还表明汶川地震和芦山地震的发生使鲜水河断裂带南段和虎牙断裂的库仑破裂应力增加,这些断裂带在未来发生地震的可能性增加。     

2015年尼泊尔Gorkha M_W7.9地震与Kodari M_W7.3地震InSAR数据反演及其应力触发分析

根据喜马拉雅断裂系的构造形态,采用缓倾角反铲型断层模型模拟MHT上地震破裂部分的坡坪式发震构造。利用Alos-2及Sentinel-1获取的InSAR数据,反演获得了2015年尼泊尔Gorkha地震及其最大余震Kodari地震的同震滑动分布模型。与单独利用Alos-2或Sentinel-1 InSAR数据的反演结果相比,利用Alos-2和Sentinel-1 InSAR数据联合反演能够提供Gorkha地震破裂的更多细节信息,尤其对深部信息的约束更加明显。联合反演得到的破裂深度最大可达24km,穿过了该区域的闭锁线,到达了闭锁和蠕滑的转换区域。反演的断层模型倾角在3°~10°之间,最大滑动量出现在地下17km处,约4.5m。Gorkha地震和Kodari地震发震性质相似,都是发生在MHT断层上的低角度逆冲型地震,其中Gorkha地震略带右旋分量。反演结果还显示,Gorkha地震与Kodari地震的破裂滑动在空间上存在互补性,Kodari地震就发生在Gorkha地震的破裂空区内。通过计算Gorkha地震对Kodari地震发震断层的库仑破裂应力加载,发现Kodari地震震中恰位于库伦破裂应力正负交界区域,库仑破裂应力加载达0.4MPa,表明Kodari地震可能受到了Gorkha地震的触发。