临震预滑在青藏活动地块区的观测证据

实验室内大量岩石黏滑实验表明:对存在断层的岩石加压,岩石在黏滑失稳前会有预滑,预滑会出现在断层的某个区域.由于浅源地震也是断层失稳破裂的结果,近年来临震预滑作为一种地震前兆信息日益受到地震学界关注.但目前尚缺乏广泛的野外观测证据来证实黏滑实验中的预滑现象在构造地震前也普遍存在.本文对青藏活动地块区内姑咱地震台等12个台的应变仪和水位仪的记录作对比分析后发现:在汶川MW 7.9级地震前数月,各台陆续记录到了 一些"阶跃式"波形.在对观测结果可靠性讨论的基础上,用岩石黏滑实验结果和颗粒物理原理来解释这种"阶跃式"波形可能是预滑震相Xp.姑咱等12个地震台观测到预滑震相Xp表明:在青藏活动地块区临震预滑是普遍存在的.这种"准同步"的临震预滑,特别是2008年4月18日和5月6日2次幅度较大的预滑可能引发了汶川MW7.9级地震.因此,关注预滑,特别是临震预滑对预测未来强震有一定的前兆意义.     

2003年民乐-山丹地震前山丹地电中短期-短期前兆变化和无临震显示问题

山丹地电阻率台站距离2003年甘肃民乐-山丹Ms6．1地震震中仅43km，在震前1年尺度一短期阶段前兆性变化突出，属于在强地震孕震晚期阶段震源区及附近的典型前兆性变化。应用“异常一震源地点一活动断层一发震机制”之间的特定关系，分析震前山丹地电未检测到明显临震信息的原因，可能是由本次地震的发震应力场分布和山丹地电相对于本次地震的位置决定的。     

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。     

复杂天然断裂带流体流动数值模拟:对天然及人工诱发地震起始的意义

活动断层系统中的孔隙流体超压会驱动流体流动,并最终导致断层强度降低和地震活动。由不同破裂模式(例如,脆性与韧性)引起的变形会影响断层带的渗透率,从而影响流体流动和孔隙流体压力分布。当前的数值模拟技术主要针对流体流动对断层再活化以及相关地震活动的控制作用。然而在地震起始阶段,对于孔隙流体压力是否影响从慢速无震断层滑动到快速地震断层滑动过渡的过程,仍然知之甚少。本文中,我们对天然断层中的超压状态下超临界CO_2流体的流动进行模拟,断层中的流体流动、流体压力和岩体变形之间复杂的非线性关系控制着地震起始的长度和地震间隔周期的持续时间。我们的模型基于意大利北部亚平宁山脉最近的地震活动[例如,1997～1998年科尔菲奥里托(Colfiorito)M_W6.0地震和2016年诺尔恰M_W6.5地震]进行设置。我们对达西(Darcy)流体流动模拟的结果表明,在将实际复杂断层带构造、孔隙压力和岩石变形相关渗透率三个因素同时考虑在内时,起始阶段的持续时间可以减少几个数量级。特别地,起始阶段的持续时间可以从10年以上减少到几天,甚至是几分钟,而地震矩可减少6倍。值得注意的是,在本研究中,通过地震起始模拟获得的无震滑移地震矩(M_0=10~9N·m),与使用应变计进行局部应变测量的检测极限数量级相同。这些发现对于地震早期预警系统具有重要意义,因为地震起始阶段的持续时间和力矩将影响地震前兆信号探测的可能性。有趣的是,在最近的一些大地震之前的几个月,已经测量到了无震滑移,尽管这些地震的构造背景与本文所构建的模型有所不同,但这也重新引起了我们对地震起始的兴趣。此外,我们的结果对于短期和长期地震预报也具有重要意义,因为在地震间隔期间地壳流体的迁移可能会控制断层强度和地震重现期。     

唐山地震前的某些地震前兆

本文论述了唐山地震前的某些地震前兆现象,并对它们产生的原因进行了讨论。论述的第一种地震前兆现象是唐山地震前的震中迁移。在震前共显示了三条迁移路线,即从阴山西段向唐山的迁移,从辽东向唐山的迁移和沿华夏系构造向唐山的迁移。其迁移路线的交汇区在唐山地区。第二种是唐山大震前沿阴山构造带和华夏系构造带中小地震的成带活动,这两个中小地震活动带的交汇区在唐山地区。文中对震中迁移的原因和大震前中小地震成带状分布的原因以及带状分布的交汇区易于发生大震的原因进行了讨论。文中指出,中小地震的成带活动意味着这些带内地壳中一些地段上断层盘间的粘结力减弱或有流体逸出地表,这对交汇区震源的发震将有促进作用。例如在震源断层盘欲前进的方向上,地壳内如有流体逸出,则有利于断层盘向流体逸出地区前进,从而促使地震发生,在震源断层欲离开的部位上,如岩石粘结力减弱,也有利于断层错动而发震。据此我们把地震前兆分为主动前兆和被动前兆两类,主动前兆是它对震源发震有影响的前兆;被动前兆则仅是震源各组成部分运动的一种后果表现。文中对中国大陆于某些大震前出现的很长的地震成带活动进行了成因分类,一类是地表可见的大断裂带引起的中小地震活动;另一类是玄武岩层和上地幔中大断裂蠕滑对上部花岗岩层中地震的触发。由于玄武岩层和上地幔物质的力学性质近于塑性且相对均匀,所以其内的大断裂较长较直,这可能就是中国大陆内某些地震沿直线分布很长、其间可跨越不同的地质构造单元的原因。     

龙门山断层脆-塑性转化带流变结构与汶川地震孕震机制

汶川地震发震断层为高角度逆断层,这种断层滑动和发生强震需要断层深部具备特殊的力学条件。发震断层地区地表出露若干韧性剪切带,其中不同类型石英变形具有不同的变形温度。细粒糜棱岩中的石英表现为高温位错蠕变,变形温度为500~700℃;含残斑初糜棱岩中的石英表现为中温位错蠕变,其变形温度为400~500℃;早期石英脉中的石英表现为低温位错蠕变,变形温度为280~400℃;晚期石英脉以碎裂变形为主,其变形温度为150~250℃。石英的这些变形特征显示出断层带经历了多期脆-塑性转化。根据糜棱岩中的重结晶石英的粒度估计的断层塑性流动应力为15~80MPa。石英和长石内的微量水以晶体缺陷水、颗粒边界水和流体包裹体水的形式存在,水含量随岩石的应变增加而升高,变化范围为0.01~0.15wt%。断层脆-塑性转化带内石英含有大量与裂隙愈合相关的次生流体包裹体,其捕获温度为330~350℃,流体压力为70~405MPa,估计的流体压力系数为0.16~0.9,代表强震发生后,断层带内产生的大量微裂隙逐渐愈合过程中的流体特征。在考虑断层带流体压力和应变速率变化条件下,利用石英流变参数建立了从间震期到地震成核阶段断层脆-塑性转化带流变结构和震后快速蠕滑阶段断层脆-塑性转化带流变结构。结果表明,在间震期、地震成核阶段、震后快速滑动阶段,断层强度和脆-塑性转化深度随应变速率和流体压力变化而变化,且脆-塑性转化特征与石英的变形机制、断层速度弱化和强化转化深度、汶川地震震源深度等吻合,显示映秀-北川断层具备摩擦滑动速度弱化和地震成核的基础,而断层带内存在高压流体可能是触发高角度逆断层滑动和汶川地震发生的主要机制。     

构造地震的前兆理论——震源孕育的膨胀-蠕动模式

较详细地讨论了构造地震的震源孕育情况;在考虑了动摩擦效应后,进一步对震源孕育过程和各种物理量的变化规律进行了分析和计算,提出了震源孕育的膨张一蠕动模式.该模式将孕震过程划分为:弹性变形、非弹性变形（膨胀）、前兆蠕动（断层面局部破裂）、加速蠕动（短期和临震）、整体错动（断层面全部破裂）--发震、震后调整等六个阶段.最后讨论了两类不同前兆、蠕裂和崩裂、非弹性变形（膨胀）速度的变化、各种前兆异常的基本形态、短临前兆的物理基础等问题.研究结果表明,膨胀-蠕动模式可能是认识地震前兆现象本质和发展预报技术的一个物理和力学基础.     

如何捕捉地震

研究人员急于要在他们的一个监测网内捕捉一次相当大的地震,并在它孕育着破损直到最后破裂时仔细分析断层的内在活动。说不定能根据地球的前兆迁移来甚至预报出未来地震。1979年凯奥蒂湖地震就发生在卡拉维拉斯(Calaveras)断层监测网的中部,但却没有前兆预警就发震了。破坏性的科林加地震逃脱了严密的监视,但它似乎也是在没有任何迹象表     

2017年长岛M3.9地震序列性质的研究

2017年3月3日长岛发生M3.9地震,震源深度10km.此后,震中出现密集小震活动,并持续至今,形成显著地震序列.该序列的发生使得长岛窗继2015年7月、2016年2月后再次出现开窗活动.此次地震序列空间分布主要集中在大竹岛—威海北断层,呈NWW—SEE方向分布,震源深度主要集中在9～13km.对长岛M3.9地震序列进行了地震活动性研究.通过对本次长岛窗频次、蠕变、地震参数特征及序列机理与发震构造的分析推测出长岛震群为前兆震群.     

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.     

强震前后地壳形变场动力学图象及其参量特征研究

依据地壳形变动态监测数据,应用图象动力学方法,研究了唐山（１９７６）、丽江（１９９６）等强震前后地壳形变场动力学图象及分数维和多断层整体活动水平等参量的演化．结果表明：“震前形变场降维有序”和“震前多断层加速运动”两种时空特征,可能是孕震过程进入非线性阶段后变形局部化和断层软化所致．它们在几次强震前重复出现,具有重要的地震前兆价值．     

强震前后地壳形变场动力学图象及其参量特征研究

依据地壳形变动态监测数据,应用图象动力学方法,研究了唐山（1976）、丽江（1996）等强震前后地壳形变场动力学图象及分数维和多断层整体活动水平等参量的演化．结果表明:震前形变场降维有序和震前多断层加速运动两种时空特征,可能是孕震过程进入非线性阶段后变形局部化和断层软化所致．它们在几次强震前重复出现,具有重要的地震前兆价值．      

新的地震断层模型显示“稳定”断层可能是大规模地震的关键诱因

2013年1月9日,Nature发表有关地震发生机理及断层行为的文章,文章认为:引发大规模地震最关键的因素在于"稳定"断层,而非活动断层。这一观点颠覆了"活动断层是导致地震发生的直接原因"的传统观点。在地震发生时,地面运动是断层两盘相对快速移动或滑动释放能量的结果,其相对运动的平均速度约为每秒3英尺(约0.91m)。并非所有的断层移动都如此之快,有些断层运动表现为缓慢滑移即蠕变,通常被认为是稳定的。一般认为,断层的这种蠕变是持续的,并且不利于产生快速滑动而引发地震。但新的断层运动模拟显示上述常识可能并不正确。     

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。     

基于地壳变形观测资料分析广义海原断裂运动状态

广义海原断裂包括冷龙岭断裂、金强河断裂、毛毛山断裂、老虎山断裂、海原断裂等几段,地震地质研究认为该断裂不同断层段处于不同的孕震阶段。利用大地测量观测的地壳运动速率做约束,通过反演确定现今上述各断层的运动状态。首先基于黏弹性地震周期变形模型计算广义海原断裂不同断层带的位移累积速率,然后根据获得的结果与海原大地震的同震位移进行对比分析,最后讨论该区域断裂带上不同孕震阶段的活动特征和运动状态。反演结果表明,1920年海原8.5级地震发震断层闭锁程度整体较低;“天祝空段”的闭锁程度较高,断层累积速率较小;1888年景泰7级地震发震断层的闭锁程度也相对较高;1990年景泰—天祝6.2级地震发震断层的闭锁程度相对较低;广义海原断裂的整体速率由西向东呈阶段性分布,位移累积速率与大地震的发震地区呈对应关系。     

断层活动方式与地震地表变形分布特征研究

基于断层弹性位错理论及断层滑动非均匀模型,用三维有限元方法计算了发震断层逆断、正断和水平走滑三种不同活动方式下的地表变形,探讨了断层不同活动方式下的地震应变与位移的分布规律及震级、断层倾角对地震地表变形分布的影响。研究结果表明,地震地表变形影响因素很多,如地质构造条件、岩性介质特征、断层活动强度、断层产状和区域构造应力场等,但分布形态最终决定于断层活动方式,变形大小则决定于断层活动强度,其它均为局地因素,只影响分布形态的局部扭曲。断层不同活动方式下的地震地表变形分布各有其自身的规律和特点,这些分布特征可作为地震研究及近活动断层建筑工程抗震设计或加固防护参考。     

2008年和2014年于田地震对周边断层发震概率的影响

大震后区域静态库仑应力变化直接影响地震活动性速率的变化、主震断层外余震和即将失稳断层的发震概率的变化.利用滑移速率和状态相依赖的摩擦定律,结合2008年3月21日于田地震前后的地震活动性水平,定量计算了2008年于田地震后该地区周边断层发震概率的变化,着重解释了2014年于田地震发震的可能根源.此外,本文还对库仑应力明显变化的周边三条断层进行了发震概率的定量计算.贡嘎错断裂中段、贡嘎错断裂西南段和康西瓦断裂中段分别经历了发震概率先降后升、先升后升和先降后降两个阶段,充分显示了库仑应力的细微变化造成的周边断层的危险性的变化.这三条断裂发生7.0级以上地震的发震概率超越95%均需要500年左右;贡嘎错断裂西南段发生中强地震的可能性较大,而康西瓦断裂中段活跃度较低.     

平直断层黏滑过程热场演化及失稳部位识别的实验研究

实验室断层黏滑伴随有温度变化,温度不但与摩擦滑动有关,还与样本的应力状态相关。文中利用红外热像仪进行全场观测,研究平直断层黏滑不同阶段的热场演化。实验不仅观测到了峰值前后从应力积累转变为释放导致的温度由升转降的现象,还观测到了失稳后断层升温和块体降温的相反变化。更重要的是通过分析沿断层各个部位的温度随时间的变化,发现了识别失稳部位的温度前兆:失稳部位的温度从强偏离线性阶段开始,一直是相对高值,在亚失稳阶段升温速率突然增大,远高于其他部位。分离摩擦和应力的作用后,发现亚失稳阶段失稳部位的升温发生于围岩上而非断层带上,说明断层处于闭锁状态而相邻的围岩区域处于应力集中状态,推测满足这2个条件的部位可能是未来的失稳部位。此现象或许有助于野外发震位置的判断。     

断层活动测量仪观测序列前兆异常显示能力的研究

利用门限（ＭＦ）反馈模型建立常规动态方程的方法，对首都圈大灰厂等３个蠕变仪台站资料进行系统整理和计算。通过震例检查统计，证明断层活动测量仪观测序列的地震前兆异常显示水平较高，特别是中短期异常信息的映震能力尤为显著。认为进一步研究和开发台站的资料对地震预测预报是必要的     

速率-状态依赖摩擦定律引入连续-非连续方法的检验及断层倾角的影响

断层黏滑是一种摩擦失稳,能够诱发地震、矿震等诸多地质灾害.目前,断层黏滑(包括断层亚失稳)研究,主要集中在实验方面和基于连续方法或非连续方法的数值模拟方面.为了弥补连续方法和非连续方法各自的不足,一些兼具二者优势的连续-非连续方法应运而生.为了检验引入速率-状态依赖摩擦定律的自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法的正确性并探究断层倾角对断层黏滑的影响,首先,模拟了滑块-底板模型的滑动-保持-滑动实验;然后,模拟了双轴压缩岩样的断层倾角的影响,重点考察了断层黏滑过程中亚失稳阶段摩擦系数的演化规律.研究发现,随着断层倾角的增大,岩样上表面平均差应力的绝对值-时步数目曲线的锯齿形由规则向不规则变化;初次黏滑发生时的时步数目、平均应力降、平均黏滑周期和平均峰值应力均减小.当断层处于黏滑前阶段时,断层面各处的摩擦系数和剪应力相差较小.当断层进入亚失稳阶段后,断层面上摩擦系数的平均值下降速度加快,这可作为断层进入亚失稳阶段的特征之一.引入速率-状态依赖摩擦定律后的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法的断层黏滑结果能与现有结果（例如,断层黏滑实验结果）基本吻合,但更加丰富,这在一定程度上...