基于库仑应力变化分析2015年尼泊尔MS8.1地震对中国大陆的影响

本文采用分层黏弹性介质模型, 模拟了2015年4月25日尼泊尔M_S8.1地震产生的同震和震后地表位移场, 计算了尼泊尔大地震引起的青藏高原及其周缘主要断裂上的同震和震后库仑应力变化。 地表位移场结果显示, 此次尼泊尔8.1级地震对中国大陆的影响区域主要是拉萨地块和羌塘地块, 对拉萨块体的影响主要表现为水平向南朝喜马拉雅构造带的汇聚作用, 垂直同震位移以下降为主, 震后以上升为主。 静态库仑破裂应力变化的计算结果显示, 尼泊尔大地震对青藏块体中南部的拉张性断层影响最为显著, 其中, 使尼泊尔地震北部的拉张断层的库仑应力显著增加, 个别断层库仑应力增加量超过0.01MPa, 而使其两侧的拉张断层库仑应力明显降低; 对青藏块体中部的走滑断裂则以正影响为主; 另外, 对南北地震带主要以负影响为主, 但量值微小。     

汶川M_S8.0地震中央断裂东北端地表破裂特征及其构造含义

汶川地震地表破裂在东北端从石坎子乡到窝前的运动性质存着从走滑分量略高于倾滑分量到完全为右旋走滑运动的变化过程,倾滑分量在石坎子—平溪段具有逆断性质,在矿坪子及其以北为正断性质,未见挤压变形,窝前完全为右旋走滑运动,地表变形带宽度集中在10m以内;在董家村,地震地表破裂带主要表现为张性裂缝及地堑式负地形,是地震破裂在尾端应力作用下,应变不均一性调节的产物,地表变形带宽度约10～12m;在东河口以北未见地表破裂的证据,推测汶川地震地表破裂带没有穿过流经青川县东河口、关庄、凉水井一带的清水河,东河口一带的构造地貌现象反映了垂直差异性运动,不存在右旋走滑运动的地质地貌证据。在中央断裂东北端断层一侧隆升和另一侧拉张的典型四象限格局成为汶川地震地表破裂的端部表现特征。中央断裂上的汶川地震地表破裂带总长度为240km左右。在汶川地震过程中,沿着中央断裂在地表产生的构造变形在中央断裂的范围内就已经得到了调整,并没有越过中央断裂的范围而传递到以外的地段。     

珠江三角洲构造应力场的光弹模拟

由光弹模拟实验得到的珠江三角洲及邻区的构造应力场反映出：①几乎所有断裂都呈压剪性应力状态，其端点、闭锁点都是应力集中点，应力集中系数为７—９。②部分ＮＷ向断裂的浅部呈张性应变状态，可发生张性破裂并引起４．５级以下的地震。③以１９６２年河源６．１级地震发生时的应力状态为标准考查现今应力场后发现，本区处于无大震的稳定状态，但河源若再发生５．９级以上地震，则意味着外场力增大并超过１９６２年的水平，区内ＮＷ和ＮＥＥ向断裂均有发生６级以上地震的可能。     

围压条件下岩石的抗拉强度

用水压致裂法对7种岩石的厚壁圆筒试件进行不同围压下的抗拉强度实验,并从试件致裂瞬间的内壁环向应力σt,环向应变εt等五种参数随围压变化的角度,对围压条件下岩石的抗拉强度进行研究。结果表明,若用σt表示岩石的应力抗拉强度,则σt随围压的增加而减少,并由低围压时的拉应力逐渐过渡为高围压时的压应力。高围压时,虽然试件已处于三向受压状态,但其破裂仍表现为典型的张性破裂。从另一意义上讲,处于高围压环境中的岩石,其内部不可能存在拉应力,拉应力只在低围压状态中存在。若岩石的应变抗拉强度由εt表示,即使岩石三向受压,张性破裂的εt始终是拉应变,岩石的抗拉强度由应变来表征似乎更合理。εt先随围压的增大而增大,当围压超过某一特征值后,εt反随围压的增大而有所减少。 将上述结果应用于岩体(或地震)破裂,可以证明,当岩体内存在σ_3<μ(σ_1+σ_2)的应力状态时,即使三向受压,岩体照样会出现张性破裂。由此认为,地震的震源也存在着张性破裂的可能。     

2015年尼泊尔强震序列对中国大陆的应力影响

基于2015年尼泊尔地震序列的破裂模型及均匀弹性半空间模型,计算了该地震序列传递到中国西藏境内发生在定日县地震和聂拉木县地震的应力.2015年尼泊尔地震序列导致定日县地震和聂拉木地震节面和滑动方向的库仑应力增加(2~3)×103 Pa和(2.4~3.1)×105 Pa,表明这两个地震受到尼泊尔地震序列的触发.其次,我们计算了2015年尼泊尔地震序列在中国大陆及其附近主要活动断层上产生的库仑应力变化.喜马拉雅主山前逆冲断裂和青藏高原内部的拉张正断层上的库仑应力有较大的增加,而青藏高原的走滑断裂,如阿尔金断裂、东昆仑断裂、玉树玛曲断裂、班公错断裂西部、嘉黎断裂的库仑应力有较大的降低.天山南北两侧的断裂库仑应力降低.而华北及东北、华南地区的库仑应力变化几乎可以忽略不计.最后,计算了该地震序列造成的水平应力变化.水平面应力在2015年尼泊尔地震序列北向(青藏高原大部和新疆区域)增加(拉张),而在地震序列东侧的西藏南部和川滇地区南部降低(压缩),在华北和东北仅有少许增加,在华南地区有少许降低.在中国西部,主压应力表现为以2015年地震序列为圆心的向外辐射状,而主张应力方向与同心圆切线方向大体一致.水平主压应力方向在东北地区为北东向,在华北地区为北东东向,在华南地区为南东东向.这种模式与现今构造应力场方向相似,表现了2015尼泊尔地震序列所代表的印度板块和欧亚板块的碰撞是中国大陆构造变形的主要动力来源.     

地震位移场和板内地震震源力学性质的讨论

本文推导了各类点源和线源（压性、张性、压扭性、张扭性、单力偶和双力偶）的理论地震位移场公式, 讨论了板内地震的震源力学性质.根据实测地震位移场、建筑物破坏和倒塌的优势方向等近场资料与理论结果对比, 作者认为, 1966年邢台地震震源机制符合于张性断裂的模型;1966年东川地震震源机制符合于压扭性断裂的模型.根据理论公式和实际位移资料, 给出了邢台地震的地震矩 M0为6.51026达因厘米, 应力降△为39巴.最后指出大地震的震源力学机制反映了该区域长期构造应力作用的状态, 认为双力偶（剪切位错）不一定是板内地震震源机制的最合适的、唯一的模型.      

2010年玉树地震地表破裂带典型破裂样式及其构造意义

野外调查表明,青海玉树M_S7.1地震发生在青藏高原中部甘孜-玉树断裂的玉树段上,在玉树县结古镇至隆宝镇之间产生了一系列包括剪切破裂、张剪切破裂、压剪切破裂、张性破裂及其不连续岩桥区出现的鼓包或陷落坑(拉分盆地)、高寒地区特有的冰裂缝等地表破裂单元,它们斜列组合成整体走向约300°、长约65 km、最大同震左旋位移2.4 m的地表破裂带,具有变形局部化的基本特征.玉树地震地表破裂带整体上可划分为长约15 km的结隆次级地表破裂带和长约31 km的结古次级地表破裂带,两者呈左阶羽列,其间无地表破裂段长约17 km,对应于M_W6.4和M_W6.9两个次级地震事件.地表破裂类型、基本组合特征等显示出甘孜-玉树断裂两盘块体的运动方式以纯剪切的左旋走滑为主,从一个方面反映了青藏高原物质存在着向东的逃逸和挤出现象.     

2013年甘肃岷县漳县M_s6.6地震前地壳形变特征研究

基于2013年岷县漳县M6.6地震震源区及其邻区1999年以来的GPS观测资料,通过应变率动态特征分析、多期次GPS剖面分析和基线变形速率的分析讨论了地震的震前变形特征.GPS速度场和块体应变率表明,汶川地震的发生导致了柴达木地块运动与变形状态发生明显调整,但由于西秦岭北缘等深大断裂的存在,岷-秦地块对其响应不明显;GPS连续应变率显示,在汶川地震引起的区域地壳变形调整过程中岷县漳县地震震源区附近的应变积累速率有减缓的迹象;GPS剖面显示,平行于岷县漳县主破裂带的运动分量对汶川地震响应显著,汶川震后表现为剪切变形速率的增强,而垂直于主破裂带的运动分量则对汶川地震响应不明显;震中周边GPS基线变形速率表明,基线伸缩变化率总体呈现NW向拉张、NE向压缩状态,且拉张量明显小于压缩量.上述地壳变形动态特征表明西秦岭北缘断裂及其附近地区的应变积累水平和断层闭锁程度可能处于较高水平,在岷县漳县地震前该区表现出局部“硬化”迹象.     

雁行构造力学解析与控震意义

用弹性稳定理论和非线性破裂准则研究雁行褶皱及其次生断裂的力学成因和规律, 得出剪切带在广义边界(拉剪、纯剪或压剪)力作用下的雁行褶皱雁列角与边界应力比值, 以及与雁列间隔的定量关系。作为应用实例, 研究了太行山东麓雁行褶皱构造的位移场、应力场、形变能分布、次生破裂状态以及破裂释放的能量。研究结果表明:雁行褶皱核部为最大主(压)应力、最大剪应力、形变能高值区。在该区容易产生与褶皱轴接近平行或成小角度斜交的压剪性破裂, 从而证明雁行褶皱的次生断裂是控制强烈地震的一种机制。      

关于唐山地震前震中区地应力测值张性跳动的原因

唐山地震前,地震主断裂附近的陡河站和赵各庄站都观测到垂直于该断裂方向的地应力张性跳动,根据地震前跨该断裂的水准观测数据,认为这是地壳沿该断裂的局部凸起使地表附近沿该方向出现张性裂隙的反映。在其扩展的过程中,测量元件与张裂隙前沿的相对位置将发生变化。通过对张裂隙前沿附近应力场的分析,不仅可以说明当裂隙前沿在元件附近经过时与裂隙垂直的元件测值为什么突然上升后又下降恢复到原来的水平,而且可以说明另外两个与该元件呈60°交角的元件的同时刻测值变化不大的原因。     

中国大陆现今地应力场黏弹性球壳数值模拟综合研究

中国大陆现今实测地应力场的状态与板块构造环境、活动断裂带分布、地形地貌以及地壳结构呈现一定相关性. 在中国大陆西缘,印度洋板块与欧亚板块陆发生陆碰撞,在中国大陆东缘,菲律宾海板块、太平洋板块俯冲到欧亚板块之下. 中国大陆内部被大型活动断裂带分割为多个块体,各个块体的地壳结构和厚度呈不均匀分布,地形地貌起伏具有很大的差异. 笔者以中国大陆块体模型为基础,把板块构造作用和重力势作为主要影响地应力状态的两个主要要素,在现今活动构造、GPS和实测地应力等成果的约束下,利用线性黏弹体球壳有限元模拟分析了中国大陆现今地应力场的分布特征和控制因素. 结果表明: (1)构造应力场总体上呈现出西部挤压,东部拉张的特征,印度板块与欧亚板块的持续碰撞形成了青藏高原及其周缘的挤压性质的构造应力场,而东部菲律宾板块与太平洋板块的俯冲形成了黄海、东海和环渤海区域的拉张性质的构造应力场,中间为拉张环境和挤压环境的过渡,最大主应力的方向受到板块构造环境和活动构造分布的控制;(2)重力的影响主要体现在地形梯度大和地壳厚度结构变化大的地壳浅部区域,在藏南、滇西北局部地区的地壳浅部由于受到重力势控制,呈现为张性应力场,在塔里木地区由于重力势引起的应力场与构造应力场同为挤压性质,因此该区的挤压强度得以增加;(3)中国大陆浅部地应力场的状态主要受到区域板块构造环境、块体边界活动构造带的展布和地形的控制,总体上以南北构造带为界,西部以较强的压性构造环境为主,东部为较弱的压性构造环境,藏南和滇西北局部地区存在有张性构造环境;构造应力对地应力的贡献比重随着深度增加而增加;(4)采用黏弹性模型的构造应力场模拟结果比完全弹性模型的模拟结果能够更好地与实测地应力场相吻合,利用完全弹性模型分析由地震等诱发的地应力瞬时变化是有效的;(5)青藏高原东南缘最大主应力方向发生了较大的偏转,其主要控制因素有:印度板块持续的碰撞、中下地壳对上地壳拖曳以及印度板块通过实皆断裂对欧亚板块的剪切拉伸作用. 中国大陆现今地应力场是整个地壳岩石黏弹特性长期演化和断裂活动的结果,是地应力场动态演化过程中在现今时间点上的状态,受到板块构造环境、大陆内部活动断裂分布、地形地貌和地壳结构等因素不同程度的控制,模拟结果为中国大陆地应力场提供了一个定量的参考模型.     

基于GPS应变与震源机制解应力反演喜马拉雅构造带现今地壳形变特征

喜马拉雅构造带及其临近区域是印度板块与欧亚大陆板块挤压碰撞的前缘地带.本文利用GPS实测速度场与震源机制解数据分别计算了研究区域现今地壳岩石圈表面的GPS应变场及岩石圈内部的主应力分布,研究了印度板块持续挤压作用下板块边界带地壳岩石圈现今地壳形变的空间分布特征.结果显示,南北向的剧烈挤压变形与东西向的拉伸变形是现今青藏高原南缘地壳岩石圈的主要变形特征.其中南北向的地壳挤压变形主要集中在主前缘冲断带与雅鲁藏布江缝合带之间.东西方向上,南北走向的亚东—谷露断裂是区域地壳东西向伸展变形的重要分界断裂.75°E是研究区域地壳形变的另一条显著不连续边界,其西侧地壳主压应变强度低、方向弥散且最大主压应力方向一致性较差,而东侧地壳主压应变方向与主压应力方向以及地壳水平运动速度场方向均具有较好的一致性.布格重力异常的小波多尺度辨析结果显示该分界带与循喜马拉雅西构造结楔入欧亚大陆的印度板块密切相关.     

地震前应变、应力测量异常特征研究

据震例资料显示应变、应力测量异常形态与区域应力场增强失稳状态相关。主要特征：1．震前主应力方向发生明显偏转并指向震中区域；2．临震前应力测量异常显示四象限空间分布，张、压区域与震源机制解有明显相关性；3．异常形态与岩石破裂实验数值模拟结果有较好的一致性。     

地震临震预测预报的地应力方法

地震的发生与地球自转和极移的惯性力的作用密切相关，在惯性力的作用下地壳岩石内产生应力应变。用四方位地应变传感器观测水平地应力应变变化规律和临震前兆信息－地应力应变剧烈变化和地壳岩石出现微观断裂滑移及微观弹塑性应变应变波群，再根据主压应力作用方向和地质构造断裂带分布情况作综合分析，可以在临震前１０￣７２小时内初步预报出地震的时间、方向、地点和震级。对于震中距４００公里内的中强地震预报对应率较高，根据     

汶川MS8.0地震孕育发生的机制与动力学问题

2008年5月12日四川省汶川县发生了MS8.0强烈地震.发震断层是龙门山断裂带的映秀—北川断裂.分析震前的GPS速度场发现,从巴颜喀拉块体西部到龙门山断裂带沿大约N103°E方向的缩短速率为13.0 mm/a,龙门山断裂带的右旋走滑速率1.1 mm/a,断裂带处于闭锁状态.四川盆地沿大约N103°E方向有少量的压缩变形,而沿SW方向有少量的拉张变形.同震位移场显示,这次地震可能是巴颜喀拉块体SE向逆冲与四川盆地NW向俯冲同时发生的.应变场分析发现,震前震中区的主压与主张应变率分别为-30.840×10^-9/a与13.956×10^-9/a,主压应变轴N105.4°E与震源机制解得到的主压应力轴的方向N103°E一致.由本文提出的应力-应变机制得到的断层滑动方向和走向与地表破裂调查和震源机制解得到的结果一致.印度、太平洋和菲律宾海板块与欧洲板块的相互作用是龙门山断裂带积累弹性应变能和孕育汶川地震的长期作用力.苏门达腊大地震使青藏高原和华南块体的相互作用加强,促进了汶川地震的发生.     

Crustal movement and deformation in Taiwan and its coastal area

Introduction Both Taiwan Island and Chinese mainland belong to Eurasian plate in geological structure. And the nearest distance between Taiwan Island and Fujian Province, which is located on the opposite coast, is only 130 km. Although there are high-precision GPS networks in both Taiwan and Fujian Province, joint GPS measurement cannot be made directly because of the inconvenient contact due to the strait between them. However, the GPS networks arranged on b…     

弹性板块运动模型研究进展

传统板块构造理论认为板块是一个刚体，实际上板块是可变形的.板块内部几年到几十年时间尺度的变形主要是弹性变形,因此应当用弹性模型描述板块运动.推导了板块的弹性运动方程，由空间大地测量新的观测成果建立了菲律宾海、太平洋和澳大利亚板块的弹性运动模型.发现三个板块内部都存在明显的水平形变.板内应变场的空间变化有明显的规律：板块边界附近的应变率最大，从边界向内部逐渐减小；在板块扩散边界附近，主张应变率大于主压应变率，主张应变轴基本上与边界的扩张方向一致；在俯冲边界附近，主压应变率大于主张应变率，主压应变轴基本上与板块的俯冲方向一致；在走滑兼有俯冲性质的边界附近，最大剪应变的方向与边界断裂的走向基本一致.由GPS观测得到的主压应变轴与由震源机制解得到的主压应力轴方向具有很好的一致性.板内的应力－应变场基本上遵循广义胡克定律.     

1932年昌马7.5级地震形变带及其构造背景的初步分析

昌马1932年12月25日7.5级地震主要是昌马—俄博断裂带西段现今强烈活动的结果。该带的垂直差异运动西段此东段更为明显。第四纪以来,该带的活动通常是以北北西、北西西向两组扭裂面方式表现出来的。地震形变带就沿其展布,北北西向形变带显示顺时针扭动,北西西向形变带为反时针扭动,与发震断裂的两组扭裂面不仅方向吻合,而且扭动方向一致。平面上形成一系列的反“S”状构造,从而认为这种单体非反“S”状,而总体排列为反“S”状的构造是祁只系西翼挽近和现今活动的地质标志之一。根据地震形变带的分析,地震时震区的平均主压应力方向为北30～40°东,与土体应力解除所得平均主压应力方向北33°东相一致。运用地质类比法,认为民乐地区有同昌马地震相似的构造条件和岩性条件,所以有发生中强地震的可能。     

Discussion on Characteristics of Crustal Deformation along the Zhangjiakou-Bohai Sea Seismotectonic Zone

INTRODUCTIONThe Zhangjiakou-Penglai fault zone has drawnextensive attentionfromseismologists and geologistssince it was determinedinthe1980’s(Zheng Binghua,et al.,1981).Ma Xingyuan,et al.(1989)consideredit asthe north boundaryof North China sub-block.Int…     

南北地震带地壳结构多参数成像及强震触发机制研究

通过反演由大量的纵、横波地震数据组成的综合数据集,获得了南北地震带地壳的多参数三维精细结构,探讨和分析了南北地震带的高地震活动性和强震频发的原因.成像结果表明,尽管1976年松潘一平武地震(M7.2)与2008年汶川地震(M8.0)以及2013年芦山地震(M7.0)均发生在高速、低泊松比异常区域,并且在其震源的下方均有一低速、高泊松比异常区域.我们认为,上述三个地震的触发与流体侵入导致的地壳形变之间有密切的联系.1955年炉霍地震(M7.4)和1973年康定地震(M7.1)均发生在鲜水河断裂带上,其震源中心区域表现为低速、高泊松比异常,可以解释为下地壳中的流体沿断层面上涌.在震源区的周边区域兼有高速、高泊松比异常,低速、高泊松比异常以及高速、低泊松比异常,可能分别与含流体的岩石、沿断裂带发育的变质岩以及坚硬的克拉通块体对应.流体的侵入不仅能够改变断层面上的应力情况,还能降低岩石骨架的岩石力学强度,进而触发地震.1970年云南通海大地震(M7.1)发生在哀牢山一红河断裂带附近的曲江断裂上,其震源处于高速度、低泊松比异常与低速度、高泊松比异常之间的边界区域,被认为是流体挤压后的应变能积累,最终导致脆性破裂,以至于发生地震.根据本次研究获得的多参数结构图像,结合前人的研究成果,我们认为南北地震带地壳强烈形变与流体侵入是造成该区域地震活动性较高及强震频发的两个主要因素.