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.     

南美西海岸(智利)地震科学研究回顾及其对地震监测预报的启示

智利俯冲带是全球地震活动最为活跃的地区之一,2010年以来已经发生了3次8级强震。本文在调研了该地区地震地质、历史地震、运动学特征等方面研究成果的基础上,梳理了其中与地震预测预报有关的观测现象,总结了相关科学问题的研究进展和认识过程。结果显示:(1)智利俯冲带历史地震记录丰富,基于现代大地测量的断层震间闭锁研究深入,近年来多次8级地震均发生在历史地震破裂空段和滑动亏损较大的强闭锁区;(2) 2010年Maule M_W8.8地震和2014年Iquique M_W8.1地震震前均有不同程度的前兆变化,Maule M_W8.8地震前主要是"一类空区"和"二类空区"的嵌套;而Iquique M_W8.1地震前还伴有b值持续降低,前震活动频繁,GPS时间序列瞬态变化等一系列短临异常变化;(3)同震位错和震间闭锁的空间分布显示智利俯冲带断层摩擦性质复杂;(4)孕震物理力学机制复杂,不同学者不同方法之间还存在一些认识争议。     

1966年邢台强震群震前、 同震和震后断层运动特征分析

在1966年3月邢台强震群水准观测基础上, 本文首先对同震位移和数值模拟结果进行了对比, 认为邢台强震群发震断层浅层是牛家桥阳断层和永福庄断层, 深部发震断层是倾向北西的北东向断层; 然后以区域水准观测为约束, 通过反演给出了邢台强震群震前断层无震滑移、 同震断层位错和震后断层余滑空间分布。 结果表明, 震前显著无震滑移主要发生在3月8日6.8级前震的发震断层上, 而3月20日宁晋7.2级和6.7级地震发震断层深部同震位错相对弱的断层段, 震前也存在较为明显的无震滑移; 震后断层余滑主要分布在束鹿凹陷西侧的牛家桥阳断层。 从邢台强震群过程中断层运动时空演化特征可以看出, 强震破裂成核过程中震前断层无震滑移既可能发生于前震发震断层, 也可能发生于主震发震断层, 震后断层位移空间分布与同震位错具有互补性; 而震前断层无震滑移是否为有关震前前兆的真正原因, 是值得进一步深入研究的问题。     

日本海沟俯冲带MW9.0地震震源区应力场演化分析

于2011年3月11日发生在日本东北部的M_W9.0级逆冲型板间地震是日本有地震记录以来震级最大的一次地震.本研究基于NIED F-net矩张量解目录中的震源机制解,选取两个长轴相互垂直的矩形区域进行应力场2D反演,获取了日本海沟俯冲带地区应力场的空间及时间分布图像.结果表明：主震前,俯冲带地区应力状态在空间上大体趋于一致,即应力轴（P轴、σ₁轴及S_Hmax轴）系统性地倾向板块汇聚方向,P轴、σ₁轴倾角整体偏缓（<30°）,且远离震源区及日本海沟东侧区域内的应力轴倾角普遍大于主震震源区内应力轴倾角;主震前,受2003年5月26日在宫城县北部发生的M_W7.0地震影响,位于M_W9.0地震震源区西北侧的应力场出现明显扰动,σ₁轴倾向顺时针偏转150°~180°,并于之后大体恢复至震前状态,同期其他地区没有明显变化,这种情况可能和主震断层局部（深部）的前兆性滑动有关;主震后,距离震源区较远处应力场变化不大,主震震源区内应力场发生显著改变,P轴及σ₁轴均以大角度（>60°）倾伏于板块汇聚方向,S_Hmax轴顺时针偏转60°~90°且在日本海沟附近普遍平行于海沟轴.这项研究以时空图像的方式展示了大地震前应力场变化的特点,反映了大地震孕震过程中构造与地震的相互作用,对于理解大地震孕震过程有重要意义.     

2008年新疆乌恰Mw6.7地震震源机制与形变特征的InSAR研究

2008年10月5日新疆乌恰M_w6.7级地震发生在南天山、帕米尔高原及塔里木盆地交汇地带,基于地震波反演的震源机制解确定的震源深度存在较大差异.本文利用日本ALOS卫星的PALSAR图像,获得了本次地震的同震形变场,基于卫星视线向（LOS）和方位向（Azimuth）的形变,采用均匀弹性半无限位错模型和有界最小二乘（BVLS）算法,以网格矩形位错元法对发震断层的几何产状、滑移及分布进行了估算,结果表明本次地震以逆断破裂为主,断层面上最大位错量接近3.4 m,形变中心位于73.8040°E,39.5335°N,深度约5 km,震级估算为M_w6.6;地震发生在走向46°,倾角48°的断层上,发震断层长30 km,宽14 km,闭锁深度9 km,符合该地区浅源地震多发的构造特点,发震断层为乌合沙鲁断裂带.InSAR反演的滑移形变主要集中于地下2~7 km,表明乌恰地震为浅源地震,可能与该断层附近历史地震未完全释放的残余应力积累有关.同时,InSAR反演的断层位错分布呈现双破裂特征,震级分别为M_w6.5和M_w6.1,可能与本次地震的主震和余震相对应,也可能是由主震激发而产生的两组破裂.     

2020年1月25日西藏丁青5.1级地震总结

2020年1月25日,藏东昌都丁青地区发生5.1级地震,尽管此次地震发生在监测能力较低地区,但震前仍监测到小震调制比高值、低b值等地震活动中短期异常。文中系统总结了地震构造背景、震源物理参数、序列特征以及震前出现的地震活动和地球物理观测等异常,结果发现：震源机制解显示为拉张型破裂,最近断裂为巴青—类乌齐断裂;序列活动特征、序列h值和b值计算结果显示,此次地震为主余型地震序列。目前,藏东地区仍存在一些地震活动和地球物理观测异常,表明该地区存在发生6级以上地震的强震背景,丁青5.1级地震的发生未能缓解该地区强震危险性。     

2010年4月14日玉树7.1级地震前异常特征及强震动力学关系探讨

系统地分析了2010年4月14日玉树7.1级地震的地震活动性异常、前兆异常以及震前动物反常行为.研究表明,玉树7.1级地震前异常并不丰富,但觉察到的异常突出.其中中长期异常有6级、5级和4级的平静区;前兆观测有玉树表层水温、德令哈表层水温和平安电磁波等显著异常;同时震前1周还存在数量较多的动物宏观异常现象;主震前130min发生了一次4.7级地震.结合1996年以来巴颜喀拉地块边界的强震震源机制解,探讨了玉树地震孕育的动力学过程.结果表明,1996年喀喇昆仑山口7.1级、1997年玛尼7.5级和2010年玉树7.1级地震是同一动力学过程下的强震事件,且中长期存在的不同震级档平静区演化可能与上述动力学过程有关.还对强震原地复发、前震识别和玉树地震中的前兆观测等科学问题进行了讨论.     

2016年门源MS6.4地震孕育—发生的地形变异常特征

利用1999—2007年、 2009—2015年和2015—2017年即2016年1月21日门源M_S6.4地震前后的GPS水平运动资料, 以及震区周边200 km半径范围内跨断层流动短水准观测数据, 借助GPS视应变场计算、 冷龙岭断裂剖面的负位错反演, 以及跨断层形变强度新指标的提炼, 综合分析此次强震前相关断裂的中—长期闭锁背景以及断裂活动的中—短期动态演变过程。 结果显示: ① 2009—2015年相对1999—2007年, 祁连山构造区中东部GPS站点间差异运动和挤压变化增强; 跨断层短水准观测也显示震前2年左右时间内相似的断裂活动或形变应变加速特征。 ② 分层非均匀负位错反演揭示与地震相关的冷龙岭等断裂1999—2007年即震前十数年长期闭锁, 2009—2015年即震前6年半上—中层即地表以下0～15.6 km深度闭锁程度明显增大。 ③震区周边半径200 km内跨断层形变强度新指标显示出震前半年内逆断稍占优势的变幅加剧异常, 反映中短期前兆。     

1976年云南龙陵6.2级余震强震记录的理论模拟

1976年6月9日云南省龙陵地区发生了一次6.2级余震。本文对这次地震的强震记录进行了数值模拟,并通过合成地震图与观测资料的对比,研究了这次地震的断层长度、破裂方式以及位错分布的特点。分析结果得到这次地震是由北向南的右旋走滑型破裂,断层长度约为20km,破裂速度接近0.9倍剪切波速,断层上的平均错距为60cm,平均应力降约为23bar。近场记录中的丰富高频成分表明断层上的位错分布和上升时间分布是极不均匀的,相应的局部错距和局部应力降分别为189cm和200-300bar,远高于其平均值。通过模拟过程可以看出近场记录对于震源断层的长度和破裂方式等都有较强的约束作用,因此分析强震记录是研究震源过程的一种有效手段。     

华北4次中、强地震前震源区及其附近应力场的变化

使用小震机制解资料 ,分析了 1975年海城 7 3级和 1976年唐山 7 8级强震及 1983年菏泽 5 9级和 1995年苍山 5 2级中强震前 ,震源区及其周围不同构造部位应力场的时、空变化 ,证实震前震源区附近应力场曾有某些异常改变 ,如唐山强震前震源区周围出现长达 4a多的小震机制解主应力轴一致性取向的现象 ,菏泽地震前小震机制解P轴“集中—转向” ,苍山地震前P轴偏转且一致性增强。同时还发现 ,唐山地震前应力场异常变化开始时间可能早于 1972年 ;震源区内的陡河台与源外区的昌黎台小震综合机制解反映出震前的受力差异 ;震源断层附近不同应力区内震源机制解和地震活动有时空动态差异。这些现象一定程度上提供了不同构造条件和应力背景下 ,中、强震前震源区不同构造部位力学状态的改变或地震孕育过程的信息 ,对研究不同地震的孕震过程及差异有一定意义。     

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.     

2022年新疆皮山5级震群活动的复杂性探讨

2022年3月17日新疆皮山发生M_S 5.2地震,时隔83天,于6月8日再次发生M_S 5.0地震,2次地震相距约9 km。M_S 5.2地震前10天,震区出现小震群活动,三十里营房地震台记录到671次前震活动,序列活动表现出震群型特征。利用CAP方法计算皮山M_S 5.2、M_S 5.0地震的震源机制解,显示2次地震破裂类型差异较大,其中M_S 5.2地震为逆冲型,M_S 5.0地震为正断兼走滑型。根据2022年皮山5级震群序列特征及2次主要地震事件破裂方式的差异,结合震中附近构造特征,探讨此次震群活动的构造复杂性,认为皮山震群发生在天神达坂断裂和康西瓦断裂之间的次级断裂上,推测在NS向构造应力作用下,康西瓦断裂南北两侧的左旋滑移量部分被西昆仑前缘的逆冲断裂系所吸收,由于构造方式的差异及应力分配的不均匀,其EW向运动速率在不同区段存在一定差异,在局部地区形成近EW向的差应力,进而产生一些拉张性质的破裂。     

汶川地震震前与同震断层滑移的比较分析

本文利用GPS观测的1999-2007年汶川震前3期地表变形数据和2008年汶川同震地表变形数据,结合地震位错理论,通过高斯变换和坐标旋转建立断层模型,运用遗传算法,反演了龙门山断裂带断层震前3期和同震滑动参数。结果表明龙门山断层震前3期平均走滑位移为-5.39mm,倾向位移为2.66mm,与同震断层滑移相比较,发现震前断层的滑移趋势与同震断层滑移一致,均为逆冲兼右旋的挤压运动。比较震前3期逆冲方向的滑移量,发现逆冲滑移有加速的现象。并根据震前和同震的断层滑动量估算了汶川地震复发周期。     

2017年九寨沟地震所受历史地震黏弹性库仑应力作用及其后续对周边断层地震危险性的影响

首先对2017年九寨沟M_S7.0地震周边断裂活动和历史地震特征进行了阐述;然后利用黏弹性地壳模型,计算了1933年叠溪地震、1976年松潘震群和2008年汶川地震对2017年九寨沟地震的同震和震后库仑应力作用.该结果显示1933年叠溪地震对九寨沟地震具有延缓作用,而1976年松潘震群和2008年汶川地震对九寨沟地震的黏弹性库仑应力作用为正;随着下地壳和上地幔黏弹性物质的持续作用,前述几次地震总的黏弹性库仑应力在九寨沟地震破裂中心点处负的库仑应力逐渐减弱,而在破裂北段这些库仑应力逐渐转为正值,并促进了九寨沟地震的发生.本文也计算了九寨沟地震后对周边断层的库仑影响,并将此影响值转换为对断层能量积累的影响时间上,结果显示塔藏断裂带西段和中段在内的多条断裂带受到黏弹性库仑应力影响时间值超过10年.将库仑应力影响时间值加入到部分已知离逝时间的断层段上,也得到了这些断层段的未来30年特征地震发生概率.最终结果认为玛沁断裂带、玛曲断裂带、哈南—稻畦子断裂中段和西段等断层段的强震危险性需要重点关注.     

2019年长宁M6.0和2018年兴文M5.7地震引起的井水位同震响应对比分析

2019年长宁M6.0地震和2018年兴文M5.7地震引起了华蓥山断裂及其附近区域8口观测井水位不同程度的响应变化。 本文对比分析各观测井水位的同震响应特征, 从地震波能量密度、 同震破裂体应变、 含水层渗透性参数变化以及断裂带控制作用几个方面探讨了其同震响应机理。 结果显示, 井水位同震响应的幅度与地震波能量密度有一定关系; 2019年长宁M6.0地震引起的井水位同震响应形态符合同震破裂体应变四象限空间分布特征, 但2018年兴文M5.7地震则不符合; 两次地震引起的含水层渗透性参数变化存在空间上的不一致性和单点各向异性, 并且断裂带自身的水文条件对井水位同震响应形态和幅度有一定的控制作用。 综合分析认为, 目前已有的几种机理无法完全解释两次地震引起的井水位同震响应现象。     

汶川8.0级与昆仑山口西8.1级地震前地震活动异常特征与启示

两次特大地震前在不同时段、 不同范围出现了多项相似的地震活动性异常, 它们对预测特大地震具有一定意义: ① 两次大震前10余年, 青藏块体同期出现了两个规模巨大的中强以上地震增强区, 两次大地震发生在增强区内的空区里; ② 两次巨大地震前数年, 形成规模巨大的中强地震活动带, 地震发生在两个条带间的平静区里; 同期形成中等以上地震活动环, 其内部的地震频度、 加卸载响应比及非均匀度等参数甚高, 且随时间而变化, 这可作为孕震进入中期的信号; ③ 两次大震前的震群、 震丛均很显著, 昆仑山口西地震前四个显著震丛环绕震中四周分布, 汶川地震前震群在震中周围形成包围圈, 它们应视为大震孕育进入后期的显示; ④ 大震前数月, 靠近发震断裂带发生少量中小地震或少见的震群。 汶川地震前10个月, 龙门山断裂带北部发生两次青川4级多地震和松潘4.3级地震, 南部康定附近发生3次4级以上地震。 紫坪铺水库区小震群于震前3个月活动十分强烈。 昆仑山口西地震前约1年青海兴海发生6.6级地震, 昆仑山口西发生5.1级地震, 该地震距离8.1级地震约30 km。这些特征给我们的重要启示是: ① 特大地震前出现的前兆时空特征与常见的中强地震差异很大, 现行的监测预报体制(分省分片负责)与特大地震前兆不相适应; ② 特大地震的预测预报不能单纯依靠地震前兆, 必须与地质构造及深部探测紧密结合起来; ③ 特大地震的预测预报应有新的预报战略、 观测系统与组织机构相适应。