地震应力触发研究

介绍地震应力触发基本理论．从地震静态和动态应力触发、粘弹性模型在地震应力触发中的应用、火山喷发或爆炸与地震触发及地震触发的其它解释等几个方面，综述近年来地震应力触发的研究进展，并对地震应力触发研究近期的发展进行展望．      

应力降的标度性质与震源谱高频衰减常数

震源谱的高频衰减常数对于较大的地震接近于2,对于小地震接近于3,而对于大、小之间的地震则通常不是一个整数,并且随地震尺度而变化．我们把震源谱高频衰减常数及其随地震尺度的变化与应力降随地震尺度的变化联系起来,试图给出在地震记录的完整性和高频特性并不理想的情况下,间接地研究应力降标度性质的方法．对1988年澜沧-耿马地震部分余震的研究表明,就这些余震而言,小地震的应力降随地震尺度而增加、大地震的应力降保持不变的模型,可以很好地解释观测得到的震源谱高频衰减常数及其随地震尺度的变化．      

静态应力转移及地震触发：看不到应力下限吗？

本研究的主要目标是检验地震触发是否存在更低的阈值.解决这个问题对于理解地震机制及灾害分析来说都是十分重要的。我们通过叠加每个 M≥4.5地震前所有前面的 M≥4.5地震产生的应力变化,求出这种变化的时间函数,从而计算加在1969～1998年间加利福尼亚中部的63个 M≥4.5地震上的累积静态应力变化。我们发现,应力变化量级>10 kPa(>0.1 bar)时,地震破裂时85%的累加应力变化为正,应力变化<10 kPa(<0.1 bar)及<1 kPa 时,70%为正。将这些结果与地震时间或震源机制随机的合成地震目录作比较,说明这种触发的程度几乎不可能在随机目录中找到.因此,我们的结论是,在加利福尼亚中部至今未发现地震触发的应力下限.我们的结果表明,抑制破裂应力变化的时间分布与时间延迟随应力变化增大而加长的理论预测是一致的。     

应力转移在地震发生中的作用

地震改变邻近断层的剪切应力和正应力。新的证据支持小应力变化导致大的地震活动速率变化的假说。地震活动速率(余震)在应力增加的地方增加,在应力降低的地方减少。地震活动速率的增加和降低之后均有随时间而变化的恢复。将应力变化转换成发震概率变化时,可以看到地震之间的相互作用对地震危险性产生了很大的影响。     

苍山地震库仑破裂应力变化与地震活动相关性探讨

本文收集了苍山地震周围断层的几何参数和运动学参数, 选择不同的接受断层, 研究了苍山地震库仑应力变化对余震及周边断层活动的影响。 结果表明, 苍山地震正的库仑应力变化对余震活动有促进作用, 大部分苍山余震分布于库仑应力变化增加区域, 应力增加量值为0.003~0.005 MPa。 通过对比该地区苍山地震前后16年的地震资料, 发现苍山地震正的库仑应力变化对苍山断裂附近地震活动增强亦有一定的促进作用, 而对于周边其他断层, 由于距离较远, 库仑应力变化量较小, 苍山地震库仑应力变化的影响可以忽略。     

动态应力触发的余震

通常认为断层永久位移产生的小“静态”应力变化可以改变附近断层上发生地震的可能性或者说可触发地震(Harris，1998)。许多近场的触发地震，特别是触发余震的研究(Dieterich，1994；Toda，et al，1998；King，et al，1994)，将这种静态变化视为触发因素，并认为它与断层上负载的变化是等价的(Toda，et al，1998；King，et al，1994；Jaume and sykes，1992；Harris and Simpson，1992)。这里我们报道矩震级Mw=7.3的兰德斯地震的余震图象与应力变化的比较，不仅与静态应力做对比，而且与地震波传递的瞬态、振荡应力变化(即，“动态”应力)做对比。动态应力不会永久地改变加载情况，仅能通过改变断层区的力学状态或性质来触发地震。这些被动态弱化的断层在地震波通过后可能破裂，甚至能导致如果没有动态应力就不会发生的地震。我们发现余震和动态应力图象都具有类似的不对称性，动态应力来自于破裂的传播，而静态应力变化没有这种不对称性。先前的研究表明，动态应力在远距离处可促使破裂(Anderson，et al，1994；Gomberg and Bodin，1994；Gomberg，1996；Gomberg and Davis，1996；Hill，et al，1993，1995)，然而本文表明在近处也是如此。     

根据大地震前后应力轴偏转和应力降求取应力量值的研究

为求解震源处应力量值,运用大地震造成的应力方向偏转和地震应力降给出了求取震源处应力大小的方法.地震前后的应力方向可根据大量前震和余震震源机制统计给出;地震应力降可通过地震波或地壳形变资料的震源破裂反演研究得到.该研究对地震动力学具有一定的意义.      

地震发生时的应力转移作用

地震改变周围断层的剪切和正应力，现有新的证据支持这种小的应力突变将造成地震活动速度较大变化的假说，应力增加（余震）的地方地震活动速率上升，应力减少的地震速率下降，不管地震活动速率是增加还是减少，随时间都会相继恢复。当应力变化转化为概率变化时，可发现地震灾害受到相互作用的强烈影响。     

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.     

2008年新疆于田MS7.3地震对后续 地震的完全库仑应力触发作用

在离散波数法基础上计算2008年3月21日新疆于田M_S7.3地震造成的近场区域完全库仑应力变化, 分析该变化对余震发生所产生的影响, 得到了此次地震在2008年10月5日乌恰M_S6.8地震震中处所产生的动态库仑破裂应力变化. 计算结果表明, 该地震近场区域库仑应力变化图像演化大概持续了60 s, 库仑应力变化对余震的触发率达到90%以上, 其中动态库仑应力变化图像更好地解释了余震的分布. 余震震中处的完全库仑应力变化计算结果表明, 其动态库仑应力变化远远大于静态库仑应力变化. 于田M_S7.3地震在乌恰M_S6.8地震震中处造成的最大动态库仑应力变化为0.12 MPa, 说明后者可能受到了于田M_S7.3地震的动态应力触发作用, 但不显著;而静态库仑应力则对其影响很小.      

地震触发研究中库仑应力随摩擦系数增加而增大的矛盾及其解决

近年来,通过计算库仑破裂应力变化研究地震触发及断层的相互作用,进而估计地震灾害已经成为国际上研究的热点.研究中,为考察库仑模型触发地震的效果,计算时往往要改变模型参数进行检验,特别是让有效摩擦系数从0.0到0.8之间变化.许多研究人员的计算结果表明,库仑破裂应力随着摩擦系数的增加而增大,即断层上摩擦系数的增大可以导致触发地震能力的提高.这显然与我们的常识相违背:摩擦总是阻碍断层滑动、抑制地震发生的,即断层面上的摩擦越大,地震越是难以被触发.文中通过对库仑破裂应力的计算公式进行详细分析后发现,之所以出现摩擦越大,地震越容易被触发的现象,其原因是研究者在计算中没有考虑在构造应力作用的环境里,摩擦系数本身的变化所带来的附加库仑应力变化.若某个地震使一个位于地下15km的典型断层面上的正应力增加2 MPa,如果只考虑静岩压力,当摩擦系数从0.3增大到0.4后,传统库仑破裂应力变化为0.8 MPa;而综合库仑应力变化则大约为-39.2 MPa.所以,若从整体上来分析断层在地震位错及摩擦系数变化所造成的综合库仑应力改变,就不可能出现库仑应力随摩擦系数增加而增加的不正常现象.由此可见,今后在利用库仑模型研究地震触发问题时,应综合考虑构造应力场及摩擦系数本身变化所带来的库仑应力变化.     

根据走滑大地震前后应力轴偏转和应力降求取偏应力量值的研究

运用走滑地震造成的地震前后应力方向偏转和地震应力降Δτ推导得到地震震源处偏应力量值τ的解析表达式为τ=［Δτcos2(φ′[KG-*2]P-E)］/sin2(φ′[KG-*2]P-φP)(其中,φ\-P和φ′[KG-*2]P分别为地震前后的统计P轴走向,E为地震断层走向.).当震前P轴与震后P轴与断层走向夹角为45°时,该公式失效.对偏应力值与应力降比值随应力场主压应力轴与断层走向夹角及应力场主压应力轴偏转的变化进行分析表明,相同应力降造成的应力轴偏转越大,地下偏应力越小; 断层走向越接近主压应力轴方向,地震应力降场对偏应力场的贡献越小.将该方法运用于Landers地震震源区,求得了该地震Homestead Valley段的偏应力量值为10MPa.     

京津唐张地区中小地震应力降的时空分布及其与中强地震的关系

本文使用北京台网数字地震记录计算的应力降,研究了京津唐张地区中小地震应力降的时空分布及其与中强地震的关系。研究结果表明:(1)中小地震应力降的空间分布与地壳的地质构造、活断层分布和走向,介质非均匀性有密切关系。(2)中小地震应力降随时间变化可能反映了应力状态随时间的变化。(3)中强地震的发生与中小地震的高应力降有关。本文的结果可用于首都圈的震情监测预报。     

地震造成远距离应力阶变的观测实例

地震应力触发和应力影研究是当前地震科学中的一个前缘课题,但目前缺少同震远距离应力变化的实测资料。利用昌平台站钻孔四分量应变仪对1998年1月10日M_w6.3和1999年3月11日M_w5.8张北两次地震阶跃变化观测结果,计算得出地震阶跃应变达10~(-8),即应力阶跃达10~(-4)MPa。虽然该测值高于线弹性理论计算值,但四分量应变仪多组观测结果可以互相校验,证明观测结果是可靠的。     

新疆两次强震前后地震视应力变化

选取了喀什数字地震台记录的喀什及周边地区地震的宽频带波形资料,分析处理了2001～2005年Ms 3.5以上地震164次,通过数字地震波谱计算了标量地震矩和地震辐射能量,从而进行了视应力的计算.给出了巴楚-伽师Ms 6.8和乌什Ms 6.3强震前后视应力的时序变化情况,发现其视应力均表现出震前低应力阶段-主震前的逐渐上升-震后逐渐恢复的动态变化过程,即地震的孕震-发震-震后调整的阶段性变化特征.这一结果可为喀什及周边地区今后进行地震预测预报研究提供参考依据,对该区开展数字地震方面的研究也有所帮助.     

昆仑山口西8．1级地震的应力触发作用及对周边断层的影响

采用可变滑动震源模型,计算Ms8．1昆仑山口西地震产生的库仑破裂应力变化,解释余震的空间分布特征。以此为基础,分析了此次大地震在周边断层上产生的应力变化及其对地震活动性的影响。结果表明,两个模型和两种方法计算得到的应力变化均呈现相似的分布特征。应力增加区与后续地震活动的对应关系,反映昆仑山口西地震对后续地震活动的触发效应。玛尼断裂带和东昆仑断裂带受应力变化影响最明显。     

1937年花石峡地震滑动亏损和后续地震应力触发研究

在1937年花石峡7 1/2级大地震后，沿该地震断裂带上，于1963、1971年又先后发生了7级和6．3级2次地震。这2次地震不仅震中位于1937年地震断裂沿线上，而且所形成的地表破裂也与1937年地震地表断裂重合，断错方式也完全一致。中计算了沿1937年花石峡地震地表破裂带及其延长线上的库仑破裂应力变化，发现2次后续地震都发生在库仑破裂应力变化为正的断层单元上，而且其震级和库仑破裂应力变化为正的断层单元长度有很好的对应关系。这说明，1937年花石峡地震产生的库仑破裂应力变化触发了同一断裂带上的2次后续地震。在1937年花石峡地震地表破裂带东端，有一段库仑破裂应力变化为正、长度大于34km断层单元，这可能是未来中长期6．5级以上地震易发地段。     

地震应力降和视应力的可变性

将经验格林函数基于尾波的分析应用于发生在日本震级范围为1．8至6．9的4个地震序列来测量辐射能、拐角频率和应力降。我们发现这些序列的视应力或应力降对地震矩没有系统的依赖性,而且发现二者均呈对数正态分布。然而,我们也鉴别出了几个高能的和衰弱的异常地震事件,表现出与其他序列事件截然不同的频谱特征。这些地震事件显示出,视应力和应力降的许多变化在统计上是显著的,而这一点对地震危险性分析可能具有十分重要的意义。     

日本鹿儿岛的地震对：应力影响中的凹凸体破裂

在日本南部九州鹿儿岛县西北部发生了两个浅源中等（M－6）地震，这里讨论了第一个地震（1997年3月26日）产生的应力变化对第二个地震（1997年5月13日）发生的影响。为了形成本文讨论的基础，以两步推测这两次地震的破裂特征。首先根据强地面运动数据来构建动态震源模型。然后根据得到的位错分布估计静态应力降的分布。3月地球地震的破裂过程简单，由单一凹凸体（高应力降区）的破裂很好地描述了，而5月地震在共轭断层上破裂了多个凹凸体。两个地震的最大静态应力降都是4MPa左右，似乎低于日本其他板内地震的值。5月地震的震源和最大凹凸体，位于3月地震产生的应力影区之中，这样5月地震的破裂历史很难用静态应力变化模型来解释。还讨论了如流体迁移和动态应力的其他机制，但不能解释这种触发效应。本文提出，依赖于速率和状态的摩擦定律的剪切应力和正应力静态变化的耦合效应为一种可能的机制。     

日本近畿北部的地壳应力状态及其变化

1.引言大地震前后,前震、余震的P轴方向发生变化,可从唐山地震等几个实例看到。一般认为这是大地震前在震源区应力集中,地震后应力释放形成应力再分配所致。笔者认为除这类大地震发生过程中的局部应力场变化外,在某种程度上存在周期性的应力场变化。至少在板块俯冲带,压缩应力向海洋板块俯冲方向作用,压应变增大。可以认为,由于非弹性变形,只要应力不松弛,水平应力就增大。可是,在俯冲口,因为大陆板块的摩擦阻尼或者软流层的粘性阻尼,俯冲板块并不以一定速度俯冲。