唐山地震序列应力触发的粘弹性力学模型研究

根据前人对唐山地震破裂分布、地壳波速和粘性结构的研究,考虑局部应力场、孔隙流体压力和断层附近软介质的影响,计算了唐山地震产生的,投影到后续大余震断层面和滑动方向上的库仑破裂应力变化。结果表明,随后发生的滦县地震和宁河地震均发生在唐山地震产生的库仑破裂应力变化为正的区域。为研究唐山地震、滦县地震和宁河地震对后续小震的触发作用,根据前人对该地区构造应力场和地震破裂分布的研究,假定构造应力量值为10 MPa,求得了震源附近各处可能的小震震源机制。将上述3次地震产生的应力变化投影到可能的小震破裂面和滑动方向上,发现唐山地震、滦县地震和宁河地震产生的正库仑破裂应力变化的ldquo;蝴蝶rdquo;形分布与后续小震发生的空间分布具有较好的一致性,95%的余震发生在库仑破裂应力变化增加的区域,说明唐山地震序列中前面的大震对后续小震的发生起到了调制作用。该研究结果对大震后余震的危险性快速评估具有一定意义。如果大地震发生后能够快速确定详细的破裂分布和震源区域详细断层及滑动特性资料,本文方法可用来预测未来大余震的发震位置。      

利用小震分布和区域应力场确定大震断层面参数方法及其在唐山地震序列中的应用

根据成丛小震发生在大震断层面及其附近的原则,将模拟退火算法和高斯-牛顿算法结合,给出了利用小震密集程度求解主震断层面走向、倾角、位置及其误差的稳健估计方法,在此基础上考虑区域构造应力参数,给出了估计在已求得的断层面上的滑动角的方法.该方法还可用于小震活跃地区活断层走向、倾角和滑动角的确定.将这种方法用于唐山地震序列,采用2002年4月1日至2006年5月31日发生在地震破裂区的精定位地震目录,求得了唐山地震、滦县地震、宁河及卢龙断裂带的断层面走向、倾角、位置及滑动角参数.与前人给出的断层面解进行比较,发现利用小震精定位资料和区域构造应力场得到的结果与前人采用其他资料和方法得到的结果近似,验证了这种方法的有效性.另外,本研究首次发现滦县地震区东部的小震呈北东-南西向条带状成丛发生,可精确刻画为一条断裂带,较为精确地确定了此断层的走向、倾角和滑动角.该断裂及宁河断裂在唐山地震序列发生时是否破裂需要运用其他资料进行验证.     

用形变资料反演1976年唐山地震序列的破裂分布

1976年唐山发生了7.8级地震,相继又发生了两次大余震——滦县7.1级地震和宁河6.9级地震.地震发生在观测条件比较好的地区,水准测量和三角测量测得了地震的同震位移场.本研究采用原始水准测量数据,而不是采用根据水准数据处理的地面沉降图像,和三角测量数据反演了该地震序列的破裂分布.模型构建中考虑了滦县地震和宁河地震的断层形态和大小.结果表明,唐山地震主震断层有明显的右旋走滑性质,最大走向滑动错距>6 m,位于断层南段,北段的走滑分量明显小于南段.主震总地震矩达2.58×10²⁰N·m,与地震波反演得到的地震矩的量级相当;滦县地震断层总体表现为左旋正断层,释放地震矩达4.95×10¹⁹N·m;宁河地震断层总体表现为右旋正断层,释放地震矩达3.94×10¹⁹N·m,比地震波反演的地震矩大一个量级.据此可以推测唐山地震的无震滑移主要发生在宁河地震断层的西部上,滑动性质以正断层为主.该结果对于唐山地震序列后的动力学演变过程及余震发生机理有一定参考.     

1976年唐山强震群震后库仑应力演化及其与2020年古冶5.1级地震的关系

采用能够综合协调长期变形和震后短期变形的Burgers流变模型,模拟了1976年唐山强震群引起的震后形变场以及同震和震后库仑应力变化。结果显示:1976年唐山强震群中主震的两个破裂面以及滦县和宁河两次强余震均对2020年古冶5.1级地震表现为库仑应力加载。岩石圈粘弹性松弛效应引起的库仑应力变化显示,震后15年前后,库仑应力演化状态呈现显著的差异性:震后15年内,库仑应力变化剧烈;而震后15年后,库仑应力呈现缓慢的稳定增加状态。该过程与唐山强震群余震区地震活动过程相似,可能暗示1976年唐山强震群余震区应力调整过程已基本稳定。     

汶川M_S 8.0地震库仑破裂应力变化及断层危险性初步研究

利用四川省汶川MS8.0地震的震源机制解及滑动分布模型,反演了由汶川地震造成的同震库仑破裂应力变化;从余震效应与断层相互作用的角度对库仑破裂应力变化进行了分析。结果显示:基于滑动分布模型反演的库仑破裂应力变化能较好地反映与余震分布的对应关系,以最大余震断层面参数(走向/倾角/滑动角:204°/56°/98°)为接收断层,反演结果最佳,83%M>4的余震均发生于库仑应力增加约0.01MPa的区域;库仑破裂应力变化的主要特征为断层北盘大部分区域为库仑破裂应力下降区,断层南盘主要为增加区,断层两端均显示库仑破裂应力变化增加,且分别沿NE和SW两个方向发展。最后,基于活断层分布模型,计算由此次地震造成的已存断层面上的库仑破裂应力变化,结果显示多条左旋走滑断裂库仑破裂应力变化值增加     

由震源机制解推断唐山地震序列发震断层的分段特征

使用唐山地区2002年1月—2015年11月M_L≥2.5地震的255个震源机制解, 采用构造应力场均匀性的分段方法对唐山地震序列的发震断层进行分段． 在已有唐山地区震源机制解分区特征的基础上, 给出了5个参考应力张量, 并通过差异显著性的z值检验计算将唐山地震序列的发震断层分为宁河、 唐山、 滦县和卢龙等4个子段, 进而分别对4个子段的应力场进行反演． 结果显示: 4个子段的最大主压应力方向均呈近EW向, 且唐山、 宁河和卢龙子段的应力场均表现出较大的拉张分量; 唐山、 宁河子段的最佳应力张量与唐山主震对唐山断裂带两端点所产生的引张应力场的作用方式一致． 此外, 唐山子段的应力场符合基于接收函数给出的上地幔物质隆升模型, 滦县子段走滑型的应力状态反映了该区的共轭构造运动, 卢龙子段的最佳应力张量为正断兼右旋走滑． 从当前唐山地震序列发震断层分段的应力场特征可以推断, 现今唐山地区的地震活动具有继承性, 主要受区域构造应力场和该区深、 浅共存的断裂构造体系控制．      

Fault slip and identification of the second fault plane in the Varzeghan earthquake doublet

An intraplate earthquake doublet, with 11-min delay between the events, devastated the city of Varzeghan in northwestern Iran on August 11, 2012. The first Mw 6.5 strike-slip earthquake, which occurred after more than 200 years of low seismicity, was followed by an Mw 6.4 oblique thrust event at an epicentral separation of about 6 km. While the first event can be associated with a distinct surface rupture, the absence of a surface fault trace and no clear aftershock signature makes it challenging to identify the fault plane of the second event. We use teleseismic body wave inversion to deduce the slip distribution in the first event. Using both P and SH waves stabilize the inversion and we further constrain the result with the surface rupture extent and the aftershock distribution. The obtained slip pattern shows two distinct slip patches with dissimilar slip directions where aftershocks avoid high-slip areas. Using the estimated slip for the first event, we calculate the induced Coulomb stress change on the nodal planes of the second event and find a preference for higher Coulomb stress on the N-S nodal plane. Assuming a simple slip model for the second event, we estimate the combined Coulomb stress changes from the two events on the focal planes of the largest aftershocks. We find that 90% of the aftershocks show increased Coulomb stress on one of their nodal planes when the N-S plane of the second event is assumed to be the correct fault plane.     

1976年唐山MS7.8地震余震序列持续时间及对地震危险性分析的意义

1976年7月28日唐山MS7.8大地震对唐山及其周边地区造成了重大的人员伤亡和财产损失. 主震之后约15小时滦县又发生了MS7.1地震; 同年11月15日宁河也发生了MS6.9地震. 唐山MS7.8主震后的余震一直持续至今,使该区域至今保持了与主震前相比具有较高的地震活动性．如何估计余震的持续时间,并进一步将余震从主震目录中去除,一直是地震学中所关注的问题．该文通过对数线性回归和理论计算,从不同角度求取并讨论了1976年唐山MS7.8大地震的余震持续时间．结果表明,由对数线性回归计算得到的余震持续时间约为80 a．而基于Dieterich的余震触发理论所得到的余震持续时间则与区域剪应力变化率有关．区域剪应力变化率可有几种不同方法求得: ① 根据剪应力变化率和静态应力降Delta;tau;e及地震回复周期tr之间的关系求取应力变化率,该方法所得到的余震持续时间约为70——100 a;② Ziv和Rubin对Dieterich的方法进行了修正,给出了通过远场加载速率和断层宽度求取应力变化率, 该方法得到的余震持续时间约为80 a;③ 由背景场地震活动性求取远场剪应力速率, 可以得到该地区二维分布式的余震持续时间,此方法得到的研究区域内余震持续时间为130——160 a．综上,唐山地区余震持续时间约为70——140 a,据此, 该地区现今所发生的地震仍为MS7.8唐山地震所触发的余震．      

Structural Setting of Strong Earthquakes in the Huabei Area of China

— Using P and S arrival times, which occurred within the Huabei seismic network, we carried out a tomographic inversion and compared results with the earthquake catalogue of the last 1000?years in the area. The results are as follows:¶1) The hypocenters of most of the strong shocks are distributed in the transitional zones between high- and low-velocity areas in the crust, especially at edges of high-velocity blocks.¶2) Strong shocks predominantly lie above low-velocity blocks, or in transitional zones between low- and high-velocity areas, in the lower crust.¶3) The tectonic settings for the Tangshan and the Sanhe-Pingu earthquakes are similar. Both are not known near large fault belts, and in zones with a sharp lateral velocity gradient.¶4) The Ninghe, Tangshan and Luanxia earthquakes are located in high-velocity blocks that differ in size and depth. This difference can explain the focal depth distribution of the Tangshan earthquake sequence, i.e., earthquakes are shallower in the northeastern Luanxian area but deeper in the southwestern Ninghe area.     

2007年苏门答腊8．5级、8．3级地震强余震库仑破裂应力触发研究

2007年9月12日印尼苏门答腊发生了8.5级地震,9月13日其西北边又发生了8.3级地震,震后在附近还发生了一系列6级以上强震。该文依次计算了苏门答腊8.5级地震后各次地震前其所在主破裂面的库仑破裂应力变化。结果表明,2007年苏门答腊8.5级地震的后续强震都发生在库仑破裂应力显著增加区,其应力变化值均大于0.01 MPa,即后续强震可能都是被触发的。     

2003年宁河地震序列特征的分析

2003年4月天津宁河地震序列的发生, 使天津市大部分地区明显有感, 震中烈度Ⅴ度。 分析结果表明, 宁河地震序列从空间、 时间、 强度分布等方面均具有震群性质的基本特征, 但余震贫乏、 序列的频度和强度衰减快, 不同于传统意义的震群; 宁河地震序列发生的位置靠近唐山余震区的西南端, 又具有相对独立的空间特征; 3次4级左右地震的震源机制解不一致, 可能与震源区构造复杂有关, 是震源区调整让位的一种表现形式, 说明震源区应力仍在调整中。     

2010年4月14日玉树Ms7.1地震对余震的触发研究

This paper calculates the static stress changes generated by the Yushu M_S 7. 1 earthquake in Qinghai Province. On the basis of regional stress,we take account of the static stress change triggered by the Yushu M_S 7. 1 earthquake to find the optimally oriented fault planes,then calculate the Coulomb stress change on the optimally oriented fault plane. The results indicate that most of the aftershocks are triggered by the mainshock. The image of Coulomb stress changes is also in accord with regional earthquakes ( M_L ≥3. 0 ) distribution,but the value is lower than 0. 01MPa. In addition,this paper calculates the Coulomb stress changes in the case that the aftershock fault plane is the same as the main shock. Through comparison,we find that the image of Coulomb stress changes obtained using the "optimally oriented fault"approach is more consistent with the distribution of Yushu aftershocks and regional earthquakes.     

用滑动方向拟合法反演唐山余震区的平均应力场

将每个震源机制解的两个节面交替取作尝试的断层面,使计算的断层面上的剪切力方向与观测的断层面的滑动方向夹角最小,从而根据29个震源机制解结果反演了唐山余震区三个分区的平均主应力方向和中等主应力相对大小。本文结果说明,唐山余震区的最大主应力轴水平,取近东西方向,较之1976年唐山大震前的方向可能水平地顺时针转动了大约30。对同样地区用平均P,B,T轴推断主应力方向的结果与用上述方法所得结果基本一致。所作的数值试验说明,在特定情况下,用平均P,B,T轴推断构造应力主轴方向时有可能出现系统偏差。      

潮汐应力与大震关系研究

选用1976—2009年全球震源深度小于70 km, M_W≥7.0的地震为研究对象, 利用震源机制解资料, 对每个地震的发震断层面进行了判断, 得到233个地震的发震断层面解。 据此, 本文讨论了发震时断层面上的地球固体潮汐剪应力方向与滑动方向的关系以及潮汐正应力在发震时所处的相位, 发震时断层面的库仑应力值。 结果表明, 当潮汐剪应力方向与滑动方向一致时触发作用最为明显, 逆断层地震与潮汐的关系最为密切; 而当潮汐剪应力方向与滑动方向相反时, 地震较少发生。     

汶川8.0级地震的余震触发作用和对断层的应力加卸载作用

采用可变滑动震源模型,计算和研究了汶川M_S 8.0地震产生的应力变化及对后续6次强余震的应力触发作用,并定量分析了汶川地震对附近活动断裂带的库仑应力加卸载作用。结果显示:汶川地震产生的库仑破裂应力变化分布图案复杂性强,主要由发震断裂复杂的空间展布形态以及震源断层活动具有逆冲兼右旋走滑两种性质决定。汶川地震产生的库仑破裂应力变化对多数强余震存在一定的触发作用。汶川地震的发生对附近的断裂带有不同程度的影响,其中青川断裂中段和北段、岷江断裂南段和灌县-江油断裂南段,主要是以强烈的库仑破裂应力加载作用占主导地位,有利于强余震序列的孕育、加速以至于发生;东昆仑断裂带和鲜水河断裂带受到了轻微的应力加载作用;龙泉山断裂带、华莹山断裂带和西秦岭北缘断裂带主要受到了轻微的卸载作用。     

2010年MS7.1级玉树地震同震库仑应力变化以及对2011年MS5.2级囊谦地震的影响

2010年4月14日青海省玉树藏族自治州发生M_S7.1级地震.和传统的板内地震相比,玉树M_S7.1级地震的余震具有数量少、震级大的特点.研究玉树地震主震与余震之间的关系,对于我们了解余震的发震机理具有十分重要的参考价值.本文利用弹性位错理论和分层岩石圈模型,计算玉树地震引起的同震及震后黏弹松弛应力场变化,讨论M_S7.1级玉树地震对余震分布的影响以及与2011年囊谦M_S5.2级地震之间的触发关系.结果显示,玉树地震导致了四处明显的库仑应力增强的扇区,2010年4月13日至6月17日的870次M_L>1.0级余震主要分布于主震破裂面附近区域以及破裂面东北端的应力增强扇区.分析玉树地震对余震分布的影响时,有效摩擦系数以及计算深度的选取对计算结果的影响较小,是否考虑区域构造应力场的影响较大.考虑区域构造应力场时,占总数86.7%的余震位于库仑应力增强区,地震应力触发理论较好地解释了余震的分布.选取囊谦地震震源机制解的两个节面作为库仑应力计算中的接收断层参数,并且考虑不同黏滞系数下的玉树地震同震及震后黏弹松弛效应,模型计算结果均表明囊谦地震位于玉树地震所导致应力影区,仅依靠地震的静态、震后黏弹松弛应力触发理论,无法解释囊谦地震的发生,说明该次地震可能是一次独立的事件.     

Evolution of cumulative Coulomb failure stress in northeastern Qinghai-Xizang （Tibetan） Plateau and its effect on large earthquake occurrence

We simulate accumulative Coulomb failure stress change in a layered Maxwell viscoelastic media in the north-eastern Qinghai-Xizang(Tibetan)Plateau since 1920.Lithospheric stress/strain evolution is assumed to be drivenby dislocations of large earthquakes(M≥7.0)and secular tectonic loading.The earthquake rupture parameters suchas the fault rupture length,width,and slip are either adopted from field investigations or estimated from their sta-tistic relationships with the earthquake magnitudes and seismic moments.Our study shows that among 20 largeearthquakes(M≥7.0)investigated,17 occurred in areas where the Coulomb failure stress change is positive,with atriggering rate of 85%.This study provides essential data for the intermediate to long-term likelihood estimation oflarge earthquakes in the northeastern Tibetan Plateau.     

2011年日本9.0级大地震的应力触发作用初步研究

选用Hayes和Guangfu Shao等给出的震源破裂模型(2011年3月网上公布)、哈佛CMT目录和日本F-net目录给出的余震目录,使用Coulomb3.2软件,对2011年3月11日发生在日本本州东海岸附近海域的M_W9.0地震序列间的静态库仑应力触发关系进行了初步研究。结果表明:1)3月9日发生的M_W7.2前震破裂分布产生的库仑应力对随后发生的M_W9.0主震存在触发作用;2)M_W9.0主震对余震的触发统计结果表明,选用不同的主震模型、余震目录、等效摩擦系数和震源机制解中不同的节面作为接收断层面时,会得到不同的触发统计结果,该研究得到的主震对余震的触发率最小为56.8%,最大为75.3%;3)利用震源机制解计算库仑应力时,理论上震源机制解的2个节面上的剪切应力是相同的,但在实际计算中可能由于2个节面的非正交或震源机制解结果的取整,导致2个节面上计算出的剪切应力不同,但一般差异很小。由于节面的选取对接收断层面上的剪切应力有一定影响,而对接收断层面上正应力的影响较大,因而会影响到库仑应力的计算结果,因此讨论某个具体余震是否被触发或统计余震触发率时,对接收断层面的选取应加以注意。     

历史大地震断层滑动模型的建立及其对同震数值计算的影响——以1920年宁夏海原MS8.5大地震为例

大地震的发生会引起区域位移场和应力场发生变化,进而改变区域内及临近断层的应力状态和地震活动性.目前,研究学者可据已有的断层滑动模型来计算分析大地震同震应力变化,同时采用库仑应力触发理论来进一步分析震后余震分布和断层危险性.然而,历史上曾经发生过不少大地震,例如,1920年的海原M_S8.5大地震,是全球范围内少见的特大地震之一.局限于无确切的地震台站地震波等资料,前人在研究历史地震的影响时往往给出一些简单的断层滑动模型,将断层面上错动量视为均匀分布.为更准确地了解历史地震对后续地震的影响,基于前人研究和一般地震滑动形态分布规律及地震反射剖面等资料,以海原M_S8.5大地震为例,探讨了如何建立海原大地震断层滑动模型,并分别搭建了简单断层滑动模型和复杂断层滑动模型的全球同震横向不均匀并行椭球型地球模型.通过对海原M_S8.5地震的同震位移场和应力场的计算,发现采用复杂断层滑动模型比简单断层滑动模型地表位错分布更切合实际.同时,进一步计算和分析了此次大地震对青藏高原东北缘近100年历史地震和周围断层的应力触发作用,得出断层滑动模型对同震计算结果的影响集中在发震断层附近而对远场影响较小.     

2014年四川康定MS6.3和MS5.8地震的应力触发研究

以2014年四川康定M_S6.3和M_S5.8地震为研究对象,计算了2次主震在近场和周围断层造成的库仑破裂应力变化,研究主震与余震的触发关系,以及2次主震对周围断层施加的应力负荷作用。结果表明:2次主震的共同作用控制了后续地震活动的演化趋势,其中康定M_S6.3地震产生的库仑破裂应力变化对后续余震事件的触发占主导作用。鲜水河断裂带南段和安宁河断裂带受到了一定的应力加载作用,未来地震活动的趋势可能会加强。