论地震断层的标度律

主要使用Wells和Coppersmith(1994)汇编的震源参数数据库,研究了地震断层的地震矩M_0、平均位移δ、破裂宽度W和破裂长度L之间的标度关系。结果表明:地震矩M_0与破裂长度L的关系大致为:M_0～L~2;大地震的破裂长度与破裂宽度无关;平均位移δ与破裂长度L的关系大致为:δ～L;平均位移与破裂宽度无关。因此,Scholz(1982)提出的乙模型比Romanowicz(1992)提出的W模型更适合于描述地震断层的标度律。     

论地幔波震级：—CDSN应用系列论文四

收集了1977—1990年间用 CMT 方法测定的地震矩 M_0和 NEIC 测报的面波震级 M_s 及1900—1976年间一些巨大地震的 M_0、M_s数据,得到 M_s与 lgM_0之间线性—非线性—M_s 最终达到饱和的图象。利用合理的地震运动学模型所相应的地震定标律可以深刻揭示该图象的物理本质。矩震级M_W 与特大地震的 M_s 趋势相一致,表征高于拐角频率时远场位移谱与地震矩 M_0之间的定量关系。本文基于面波的激发和传播理论,提出了测定地幔波震级 M_m 的新方案,并用 CDSN-LPZ 信道中的面波资料测定了1987—1990年间全球 M_s6.6以上浅源大地震的 M_m;同时对 Okal 和 Talandier(1989)的测定结果作了校正。结果表明,这样测定的地幔波震级与中小地震的 M_s 趋势相一致,表征低于拐角频率时远场位移谱与地震矩 M_0之间的定量关系。     

应用近场速度记录快速估算川滇地区中强地震强度

采用Wu等(2004)提出的地震强度测定方法,应用近场速度波形记录,测定地震参数M_(ew),实现了川滇地区中强地震(M_W≥5.7)强度近实时快速测定。M_(ew)是一个与矩震级M_W对接的地震参数,与传统的应用振幅测定震级的方法相比,不会存在震级饱和问题,与全球矩心矩张量(GCMT)的矩震级M_W具有较好的一致性。该方法解决了应用近场波形资料和矩张量反演方法求取大地震矩震级比较困难的问题,可为区域中强地震速报提供近实时矩震级提供参考,从而提高地震速报的时效性和准确性,同时为强震加速度数据的应用奠定基础。     

考虑不确定性的地震烈度与地震动参数关系研究

采用97次地震中800个强震动观测台站所获得的强震动记录及震后调查地震烈度作为基础数据,得到地震烈度与地震动参数PGA和PGV并不是一个确定性的对应关系,不确定性是一种客观存在,提出考虑不确定性的地震烈度与地震动参数关系研究。研究结果表明log PGA和log PGV的频数分布图在数据多的情况下符合正态分布,进而给出了考虑不确定性的地震烈度与地震动参数的概率公式,并给出了各个烈度下的参数拟合方法及结果。最后给出了新的考虑不确定性的地震烈度与地震动参数的概率公式在烈度快速评估中的应用。根据贝叶斯公式可以由某一场地的台站记录到的地震动参数来估计其地震烈度的可能性,即概率大小。根据某地区所有台站点的地震烈度期望与标准差,可得到整个地区的地震烈度评估期望图和标准差图,并给出了新疆呼图壁6.2级地震烈度评估的实例应用。     

华北地区700年来地壳应力场演化与地震的关系研究

目前地震断层相互作用问题已引起地震学家的广泛关注。许多研究表明一条断层的破裂可以影响附近其他断层趋于破裂的进程，两条断层间的确切作用取决于它们的相对位置、破裂机制、错动量和介质力学性质。本研究给出了华北地区700年来由于长期构造加载及地震断层错动导致的累积库仑破裂应力变化(ACCFS)的演化过程。长期构造加载场由GPS观测得到的地壳平均应变率场给出。关于历史地震断层破裂参数的估算，根据的是华北地区有现代仪器记录的大震资料归算地震烈度与断层破裂长度、震级和地震矩的统计关系；根据地质调查得到的地震断层走向、倾角以及本地区的构造应力场方向估计滑动角。考虑粘弹性成层介质地壳模型，计算长期构造加载和地震形变(同震及震后介质粘弹性驰豫变形)造成的累积应力场变化。将累积应力场变化投影到后续地震断层面和滑动方向上得到△CCFS，并研究其对后续地震发生的触发作用。对1303年以来华北地区发生的49个M≥6．5地震研究结果表明：ACCFS对48个后续地震中的38个有触发作用，触发率达到79．2％。应用当今累积应力场变化于华北地区1303年-2003年发生的M≥5地震，我们发现触发率达到75．5％，于1976年以来发生的M≥5地震触发率达82．1％。未被触发的地震中有些是发生在断层破裂区附近的余震，很可能是由于历史地震破裂参量估计的误差落入影区中，若排除这些影响，触发率会更高。研究表明ACCFS与发生的后续地震有很好的相关性。当前ACCFS显著上升的地区包括渤海及其邻域地区、西秦岭北缘断裂带、张家口-渤海地震带西端和太原盆地，其地震危险性应引起重视。     

对现今地壳变形资料在地震区划中应用的初步探讨

采用汾渭地震带中段1996～2001年时段内的GPS观测数据,计算了地壳运动速度场,处理得到区内各测点相对水平运动矢量。采用均匀弹性体变形模型,计算了变形单元的主应变速率参数;引入地壳变形累积地震矩率的计算方法,探讨了其地震带内地震活动趋势和潜在震源区内大震复发间隔估计的应用问题。结果表明,汾渭地震带中段的地震矩累积速率为4.22×1017Nma,大大高于当前活动期的平均地震矩释放速率,处于地震应变累积阶段,未来地震活动性应比目前有所增强。对定襄潜在震源区和霍州潜在震源区的大震复发间隔估计结果也与采用活断层资料获得的结果相近。说明采用该估算方法具有进一步探讨的价值,特别是对于那些历史地震记录相对短暂或活动构造研究程度较低地区更有实际意义。     

M_(WP)震级测定方法在全球中强地震自动测定中的应用

本文使用M_(WP)震级测定方法,对地震参数自动测定系统进行了改进,实现了对全球M_W≥6.0地震震级更快更精确的自动测定.与传统的M_L、M_S等震级测定方法相比,M_(WP)震级测定方法有2个显著优点:1由于只使用P波列,因此该方法可使用S波或面波限幅记录,可用波形资料较多;2选取的时间窗位于S波之前,震级测定速度更快.对地震参数自动测定系统在2014年9月22日至2015年12月22日测定的254个全球M_W≥6.0地震参数进行分析,结果表明,M_(WP)与全球矩心矩张量(GCMT)产出的M_W的一致性较好,无明显系统偏差,86.2%的M_(WP)与M_W的偏差绝对值小于等于0.3,可在震后平均531 s获得全球地震时空强参数.中国地震台网对全球中强地震时空强参数的自动测定与准实时地震信息服务,对于提高中国地震台网对全球地震的应急处置能力,提升中国在国际防震减灾领域的影响有现实意义.     

用近震尾波估算北京地区的尾波激发因子B(f_0)和地震矩

本文用时间域方法测出北京地区40个2.5—4.5级地震的地震矩M_0值并用该地区10个台站记录的上述地震的尾波资料求出了各个台站附近的尾波激发因子B(f_0),平均值为6.21×10~(-18)cm·s/N·m。用上述数值分别对1987年4月到1988年9月间148个地震尾波资料进行处理,计算出其地震矩M_0值,求得M_0与M_L的关系为 logM_(02)=(0.75±0.21)M_L (18.42±0.41)若考虑到地区的差异性,按北京地区应力降分布所分成的五个子区,分别求出其平均的B(f_0)值,并用该值计算出M_0值,得出 logM_(01)=(0.72±0.26)M_L (18.66±0.51)式中M_(01)、M_(02)的单位为10~(-7)N·m。     

监测区域应力场变化的一种方法——测定中小地震应力降及其结果

本文介绍一种通过地震图上的简单测量获得地震矩的方法,并由地震波能量公式的简单变换计算应力降。文中用该方法测定了近几年来发生在北三省(河北、山西和内蒙古自治区)交界地区,南三省(河北、山西和河南省)交界地区.以及渤地区共30个中小地震(M_(?)为3.7—5.1)的地震矩和应力降。结果表明,这一方法可较方便地测定一些中小地震的震源参数,从而对区域的地震危险性进行判别     

2000年姚安地震的震源参数

根据近场小孔径观测台网记录的余震序列资料，研究了2000年1月15日云南姚安MS6.4地震序列的地震物理过程. 用地震标定律关系估算主震的地震矩M0=1.58×1018N·m，矩震级MW=6.0，平均位错=0.63m，断层长度L=16.6km，断层宽度W=5.6km. 余震序列的高精度定位结果和能量分布走向，很好地证实了主震的断层破裂走向为N50°W，震区马尾菁断裂为主震发震构造，断层错动性质以右旋走滑为主. 用横波记录资料及波谱分析方法估算出余震的震源参数: 地震矩范围为1010～1016N·m，震源破裂半径a为80～500m，地震应力降范围为0.01～9.5MPa. 较大应力降(Δσ>1.0MPa)沿主断层线性排列，大应力降(Δσ>2.0MPa)与ML≥3.0级地震相关. 余震能量释放和高应力降的地震多发生在6.0～11km的深度范围，说明在这一深度范围内最大程度地集中了地壳中的应力.     

云南地震的震源参数特征

本文研究了云南地震用波谱求得的震源参数:地震矩(M_o)、震源尺度(r)、应力降(Δσ)和震级(M_s)之间的相关关系,证明了只有地震矩和震级之间存在线性关系,而震源尺度及应力降与震源的性状关系较大,与震级之间基本不存在线性关系。考察应力降变化与发生大震的时空相关性,发现大震发生的地区大震前中小地震的应力降值普遍较低,用此指标提出剑川—大理地震带上的评源一带有可能发生7级左右大震。     

峰值速度和加速度对环境剪应力的依赖性

从导出的地震定标律和地震破裂过程的断裂力学模式出发,得到了震源平均位移、速度和加速度谱的表达式,进而又推导出震源的峰值位移d_m,速度v_m和加速度a_m的表达式:d_m=k_dM_0~2/~3τ_0~(2/3),v=k_vM_0~(1/3)τ_0~(4/3),a_m=k_aτ_0~2式中M_0是地震矩,τ_0是环境剪应力值,k_d,k_v,k_a为适当的常数.我们选用了66个地震的观测资料,这些地震的矩震级范围包括了从1级左右的极微震,3-5级的小震,直到6-7级的大震;地震矩从10~9-10~(20)Nm,跨越了10个数量级,并用这些地震检验了上述公式. 令所有地震的平均应力为5MPa,定出常数k_d,k_v,k_a,进而由速度和加速度观测资料求得66个地震的环境剪应力τ_0值,这些数值相当稳定.多数极微震的τ_0值在2-4MPa之间;小震的τ_0值多数在4-8MPa左右;大震的τ_0值为10MPa左右。τ_0值对震源深度和断层类型有明显的依赖性.一般深度很浅的小震和极微震,τ_0值很低;正断层地震的τ_0值相对较低;逆断层地震的τ_0值较高;走滑断层地震的τ_0值则居中.     

内蒙古中西部地区中小地震矩震级研究

基于S震相"S窗"内的波形信号识别、品质因子Q(f)和22个台站场地响应,利用2009~2016年3月内蒙古中西部地区地震的波形资料,反演了182次中小地震的震源波谱参数,得到这些小震的零频幅值及其拐角频率,据此计算了这些地震的地震矩M_0、矩震级M_W和应力降Δσ。利用回归分析方法得到了近震震级与矩震级、矩震级与应力降的关系式。分析表明,近震震级与矩震级、矩震级与应力降呈线性关系。可见,将矩震级纳入地震的快报与正式目录中,可以丰富地震观测报告内容,更好地为地震应急和地震科研服务。     

估算地震矩的一种方法及其部份海城余震的地震矩和应力降

本文据Bruce A.Bolt等提出的方法,处理了辽宁省抚顺地震台记录的39个海城余震共66张记录图,以及沈阳地震台记录的16个海城余震共32张记录,得到地震矩与地震图上记录的S波的最大振幅,震波持续时间和震中距三要素的乘积的对数关系表达式为: LogM_o=(15.24± 0.79)+(0.75± 0.15)Log(C×D×Δ~p)(1) LogM_o=(15,88±1.09)+(0.58±0.20)Log(C×D×Δ~p)(2)并利用(1)式求得辽宁省鞍山台记录的59个海城余震(1977—1978年,M_s2.0-3.2)的地震矩,得到地震矩M′o与M_s的关系表示为; LogM′o=16.8+0.7M_s (3)结果表明,用该方法测定地震矩,结果稳定。 本文同时还对其中42个海城余震的初动半周期和初动振幅进行了测量并求出这些地震的震源参数,对二种方法得到的结果进行了比较。 应力降的测定结果表明1977—1978年4月海城余震的应力降似乎高于1975年2—5月余震的应力降。     

安徽地区震源参数的相关性研究

基于安徽数字地震台网2010年1月至2017年12月记录到的ML2.5~5.0级地震,根据中小地震震源参数测定原理,利用多台多地震联合反演Atkinson方法和Moya方法分别计算了安徽地区地壳平均非弹性衰减因子Q值和安徽24个省属专业地震的台站场地。在此基础上,运用遗传算法求得安徽地区96个地震事件的震源谱参数,进而根据Brune中小地震圆盘模型计算其拐角频率、地震矩、应力降、矩震级、震源尺度等震源参数,并分析其特征及相互之间的关系。研究结果表明:安徽地区中小地震的ML震级与其他震源参数之间存在一定相关关系,而地震矩M0与应力降Δσ、震源尺度r和拐角频率fc之间并未表现出明显的相关关系。     

不列颠哥伦比亚乔治亚海峡之下活动断层作用的特征

不列颠哥伦比亚西南部和美国华盛顿州西北部地区常常遭受大逆冲地震、深的板内地震和大陆地壳地震的袭击。在这3种地震中,了解最少的是地壳地震。尽管地震的活动水平较高,但历史地壳地震与在该区已标出的地表断层之间却无明显关系。1997年6月24日,在不列颠哥伦比亚温哥华市以西30km的乔治亚海峡之下3～4km深处发生了1次M_L=4.6的地震。这次记录良好的地震之前11天曾发生了一次有感前震(M_L=3.4),其后有许多小余震。该地震序列发生在不列颠哥伦比亚西南具有持续浅源地震活动的诸地区之一,因此为企图表征近地表活动断层提供了一次理想的机会。我们计算了震源机制,并用一个波形互相关和联合震源定位常规程序获得了主震、前震和53个余震的精确的相对震源位置,希望能查明和该地震序列有关的活动断层及其破裂范围。P波节面和矩心矩张量震源机制解都显示,主震和前震的震源机制均为逆冲断层作用机制。重新定位的震源位置勾画出在2～4km深处存在一个向北倾的破裂面,倾角为53°,这与震源机制解中向北倾斜47°的节面极为一致。所估计的破裂面积是直径为1.3km的圆形区域,这与用估计的地震矩为3.17×10~(15)N·m、应力降为45bar的Brune破裂模型所估计的破裂范围相当。时间序列表明,地震活动沿断层面向下迁移。这项研究成果为不列颠哥伦比亚乔治亚海峡地区确定活动断层的取向和运动方向提供了确凿证据。     

板内地震复发间隔对断层长度的标度关系研究及应用探索

虽然关于一些重要参数值仍然存在显著的不确定性，地学家们一致认为断层分布遵从幂律标度关系。本文我们把这些标度关系和地震分布的幂律标度关系结合起来获得了区域板内地震复发间隔对断层长度的标度关系式，再对其进行局部校准进而得到某一具体小地方的地震危险估计方法。小断层（未跨越孕震层与断４层）的标度资料表明地震复发间隔和断层长度的负幂成比例变化。由于最近认识到了大震标度中参数的不确定性，对于大断层（跨越孕震层的断层），其地震复发间隔是和断层长度的负幂还是和正幂成比例变化的问题是不确定的，这个问题对地震危险估计是至关重要的。     

中国大陆活动断裂大震复发间隔

通过重新编制活动断层定量参数数据库,利用中国大陆活动断裂定量资料评估了中国大陆活动断裂(段)的大震复发间隔,给出了青藏、新疆、华北3个构造区的大震复发间隔分布特征。研究结果表明,青藏高原活动断裂M7.5级以上大震复发间隔远小于华北和新疆。青藏高原从几100a到2000a,而华北和新疆则从2000a到5000a。大震复发间隔与断层滑动速率成反比,边界断裂的大震复发间隔通常比块体内部断裂短,比例关系大体为1:1.5—2.0。大震复发间隔与断裂性质相关,走滑断层的复发间隔小于逆走滑断层,逆走滑断层小于逆断层,比例关系大体为1:1.5—2.5。现有的定量数据汇编成果和大震复发间隔估计以及统计结果,既可作为地震危险性分析的重要参数,又可作为构造类比研究的参考信息。     

随机方法在地震烈度速报中的应用

我国地震监测台网间距大,很难实现大震发生时地震烈度分布图的快速编制.基于随机方法,利用历史小震数据反演地震动估计模型的参数,参考地震发生时获取的少量强震动数据,选取合适的震源参数,正演地震动场的分布.根据地震烈度与地震动参数的经验关系,实现地震烈度速报.本方法可以模拟大震的近断层地震动特征,对高烈度区的判断较目前常用的烈度速报方法更为合理.研究成果既可以用于首张烈度分布图的发布,还能够用于地震烈度的动态修正.     

强震复发的随机特征滑动模型及其应用方法研究

本文针对具有明确分段的特征断层源,从震级的不确定性出发,在弹性回跳理论的基础上提出一种随机特征滑动模型(stochastic characteristic-slip model,SCS)。在随机特征滑动模型中,不仅在参数确定过程中考虑了震级与复发间隔之间的相关性,还可以在计算未来一段时间内地震发生概率的过程中,同时得到特征地震的震级分布。本论文主要包括两个研究方向:1随机特征滑动模型及其参数的确定方法,其中,强震复发的统计规律是确定模型参数的基本依据;2随机特征滑动模型在强震发生概率计算和地震危险性分析中的应用方法研究。随机特征滑动模型及其参数的确定方法包括以下3个主要内容:(1)针对强震复发概率的计算,本文在弹性回跳理论和特征地震模型的基础上提出一种随机特征滑动模型。它是一种计算强震复发概率的模型,其目的是为地震危险性分析提供依据。在地震危险性分析过程中,要考虑强震复发的时间相关性,不仅需要给出复发周期的分布,还需要给出震级的分布。从地震矩累积的角度来考虑,两者是相关联的,不可以独立考虑。因此,在随机特征滑动模型的建立及其参数确定的过程中,均需考虑震级与复发间隔的相关性。虽然断裂上的地震矩累积率并不是恒定不变的,因此累积时间和震级的关系也存在一定的不确定性和随机性,但对于大地震特别是7.5级以上的特大地震而言,研究表明这种随机扰动并不大。此外,在当前的认识水平上,在强震发生概率的计算中,若还同时可以得到一个合理的具有平均意义的震级分布,对地震危险性分析工作具有一定的实用价值。针对断层破裂尺度数据和历史地震数据,本文分别提出了两种SCS模型参数的确定方法。若利用断层破裂尺度来确定随机特征滑动模型的参数,需要首先得到震级-破裂尺度的经验关系式;若利用历史地震或古地震数据来确定模型的参数,则需要首先确定强震复发周期的自然变异性或不确定性。(2)震级-破裂尺度的统计规律研究。本文系统搜集和整理了48个中国板内强震的发震断层的震源破裂参数和震级资料(包括面波震级与矩震级),并在此基础上利用最小二乘拟合方法得到各种震级与破裂尺度之间的经验关系式,并与前人给出的关系式进行了比较研究。同时还得到了我国面波震级与矩震级之间的经验关系式。(3)强震复发周期的统计规律研究。对于归一化无量纲地震复发间隔数据(T/Tave),本论文利用蒙特卡罗方法研究表明:不同样本量的T/Tave数据是不符合独立同分布的,而不符合独立同分布的数据不可以放在一起进行统计。针对这个问题,本研究对利用归一化无量纲地震复发间隔(T/Tave)数据进行拟合的方法做了改进,提出对非同分布的数据先进行标准化处理,然后再放在一起统计,与前人的计算方法相比,这种新的计算方法在数学上更为合理。本研究分别利用前人和自己收集的不同区域范围(环太平洋地震带、郯庐断裂带、青藏高原东北部等区域)的T/Tave数据集进行统计分析,结果表明:利用不同区域范围的数据集所得到的στ存在一定的差异,变化范围在0.30~0.42之间。但由于每个数据集中的T/Tave的数据量有限,我们也很难确定στ是否存在区域性差异,更难对这种差异性进行定量化。断层源上复发周期的自然变异性一般也会采用复发间隔变异系数α来描述。对于变异系数α的确定,除了可以由T/Tave统计得到,本研究还提出了一种通过对大量断层源上的复发间隔变异系数估值α′的统计来确定α的方法。该方法首先利用最大似然估计法计算出不同地震序列的变异系数估计值,然后再对这些变异系数的估计值进行统计分析。本文在广泛搜集的39个地震序列的基础上,利用本文给出的计算方法得到了一个通用的变异系数值α=0.34。随机特征滑动模型在强震发生概率计算和地震危险性分析中的应用方法研究包括以下4个主要内容:(1)在随机特征滑动模型的基础上,本文又提出了基于随机特征滑动模型的地震危险性分析方法。该方法中独立考虑研究区域内地震地质资料较丰富的一级破裂源,时间分布上采用随机特征滑动模型,空间分布上采用特征地震的原地复发模式,同时考虑断层几何形态的不确定性。利用本文方法得到的地震危险性计算结果具有很强的时间相关性,可以为地震灾害预防和地震备灾等工作提供数据支持。(2)利用随机特征滑动模型或其他更新模型来计算未来几十年内发生强震的条件概率时,需要给出上一次大震的离逝时间T,而很多活动断裂缺少历史大震的记载,若采用泊松模型可能会低估强震发生的概率。针对这种缺少大震离逝时间的活动断裂,本研究提出了一种以记载完整的强震平静期长度Ts为参数的条件概率计算方法。本文以东昆仑断裂带塔藏段为例,利用本文给出的条件概率计算方法得到:塔藏段未来50年发生强震的可能性为0.075 8。该计算方法不仅适用于随机特征滑动模型,还适用于其他更新模型。跟世界上大多数国家相比,我国有着相对悠久的地震史料记载,因此,该方法对于强震发生概率的估计具有重要意义。(3)由于断层破裂活动的复杂性,一个大的破裂往往不是单一的破裂,而是包含有较小量级的破裂。这些较小量级的破裂,可能分布于破裂段上的特定段落,构成次级破裂单元。对于一些较大断裂,次级破裂源上也可以发生震级较大的强震。采用泊松模型可能会低估这种中强地震的发生率,因此,在次级破裂源上强震发生概率的计算中考虑到地震复发的时间相关性也很重要。若要建立次级破裂源上的随机特征滑动模型,首先需要明确不同破裂源上的年平均地震矩累积率M0,这就要求将断层上的地震矩累积率合理地分配到不同级别的破裂源上。本文分成两种情况分别讨论次级破裂源上的地震矩累积率M0的确定方法。第一种情况是次级破裂源上历史地震(或古地震)序列比较稀少,只有地质学家给出的不同破裂源发生地震的相对发生率,针对这种情况,本研究基于地震矩平衡的原则,提出一种地震矩累积率分配方法;第二种是次级破裂源上有相对丰富的历史地震(或古地震)序列的情况,并以古地震资料较为丰富的海原断裂为例,计算了次级破裂源上的地震矩累积率和强震发生概率。(4)随机特征滑动模型的基本假定是特征断层源上的地震矩累积率在较长时期上是恒定的,这是一个理想化模型,实际上,特征断层源上的地震矩累积率不是恒定的,而是存在一定的随机扰动和不确定性,这种扰动可能由中小地震的地震矩释放以及断层间库仑应力转移等原因造成的。为了在随机特征滑动模型中考虑这种不确定性,本研究提出了一种考虑断层间相互影响的改进随机特征滑动模型。在该模型中,假定断层源上的地震矩自然累积率是恒定的,同时还要考虑中小地震释放和附近大地震库仑应力转移对该断层源上地震矩积累量的改变量。本研究选取鲜水河北西段为研究对象,反复模拟未来50年的地震序列,得到了鲜水河北西段的炉霍、倡促、道孚和乾宁各段上包括单段破裂和联合破裂在内的各种大地震事件的发生概率。