地震应力降与岩石破裂应力降

从应力降的静态理论,讨论了地震应力降的精度,并利用野外观测的最大位移和由地震波得到的地震矩,分别计算了十个研究较充分的地震应力降.对不同作者的结果作了比较,可以看出,应力降有因子为2的变化范围.但从统计观点看,地震应力降是分布在几巴到几百巴的数量级,大多数位于20-60巴;总结了地壳中代表性岩石在地壳温度、压力条件下,粘滑及脆性剪切破裂时的应力降,它们与温度、压力、岩性、含水矿物的存在有关.取值范围是从零到几千巴数量级;讨论了地震断层的物理状态,指出地震应力降是一种平均结果,并由于静态理论忽略了断层面破裂所消耗的能量,所以地震应力降比实际的应力降要低.      

汶川地震失稳机制的数值模拟研究

考虑断层的软化特性,建立垂直于龙门山断裂带并包含四川盆地和川西高原在内的汶川地震不稳定性地震力学模型.采用有限元方法计算得到了描述整个岩石力学系统稳定性状态和过程的平衡路径曲线.在此基础上,采用稳定性理论研究了汶川地震从孕育到发生的过程,讨论了断层倾角和断层材料参数对地震失稳的影响.数值模拟结果显示,系统只存在稳定的断层无震滑动和不稳定的地震失稳2种状态.断层倾角、初始内摩擦系数、初始黏聚力和强度曲线形状参数的增加会导致系统趋向不稳定的地震失稳状态.而强度曲线胖度参数的增加有助于系统进入稳定的断层缓慢无震滑动状态.地震失稳前,在平衡路径曲线的应力峰值点和失稳点之间,断层错动加速,应变能开始释放并且应力开始减小,是失稳的前兆.最后在失稳点发生应力突跳,地震发生,其间伴随应变能的急剧释放、应力降和断层突然错动.无论是稳定的断层无震滑动还是不稳定的地震失稳,系统重新进入应力和应变能增加状态后应力和应变能的增速由远场加载速度、岩石力学系统的结构和围岩材料属性决定,与断层软化特性参数无关.     

2001年永胜6.0级地震的余震序列应力降研究

根据Haskell提出的一个统计不均匀随机震源ω -立方模型 ,导出了用震源参数估算地面运动峰值速度的量度 ,从而建立了地面运动峰值速度 (r·v)直接与震源参数的依赖关系 ,即 ,以地震矩、应力降作为标度律参数 ,预测的地面峰值速度按照M01 2 Δσ1 2 标度。对永胜地震近场数字地震记录的峰值速度参数资料的分析表明 ,这样的标度关系更适合对小地震的震源参数估算的统计研究。假定Q因子随频率线性变化的指数衰减项作为地震波传播距离的非弹性衰减 ,导出用地面运动峰值速度直接估算地震应力降Δσ的关系 :lg (r·v e-qr) =- 6 0 +0 5lgM0 +0 5lgΔσ ,测定了 2 0 0 1年永胜M6 0级地震近场数字地震台网观测的 1 0 0多次余震序列的地震应力降。结果给出 ,震级在 0 5 相似文献   

单轴压缩下干燥和饱水岩石中超声P波的衰减

根据脉冲传播和频谱比方法的基本原理建立了一套超声波衰减和波速测量系统。研究了单轴压缩下超声P波在干燥和饱水的小浪底砂岩和房山大理岩中的衰减和速度。常压下,水饱和样品的Q_P值低于干燥样品。初始加载时,在大多数情况下,Q_p值明显增加即衰减减小;当应力水平达破裂强度50-60％后,岩石开始膨胀,Q_p减小即衰减增加;临近破裂Q_p减至最小。Q_p的变化量达一个数量级。单轴压缩下,在干燥和饱水的砂岩、大理岩中,V_p分别增加为27％和28％,44％和11％。径向Q_p和V_p随单轴压力的变化比轴向小得多,呈现明显各向异性。在本实验条件下,波在裂纹表面的摩擦耗散是主要的衰减机制,水的作用主要是潮湿和润滑裂纹表面,促进滑动,增加衰减。     

基于库仑应力计算和依赖速率与状态摩擦反应的余震预测敏感性研究

利用Dieterich（1994）提出的物理模型模拟应力的变化而引起的地震活动时空演化过程。通过依赖于速率和状态的摩擦定律,将其应用于无限地震成核点群。模拟结果显示,地震活动速率变化取决于应力扰动的幅度、断层的基本物理特性（用参数Aa表示）、应力加载速率和研究区的参考地震活动速率。为了使该模型具有一定的预报性,我们着重研究了物理模型的参数和参数间的相关关系对模拟结果的影响。首先,我们讨论了参考地震活动速率的不同定义,并以美国1992年的兰德斯地震序列为例,说明其对地震发生速率计算中的影响;其次,我们从物理上和统计上论证了模型各参数间均存在强相关。我们讨论了这种相关性并强调指出,参考地震活动速率、应力加载速率和Aa值这些模型参数的估计与模拟再现观测到余震序列密切相关。我们推导出的解析关系证明了这些模型参数对于与大森定律相当的余震衰减律的意义,模型参数决定了大森定律中时间常数C值和常数因子K,并表示p值≤1．0。论文最后讨论了以准实时预测为目标的约束模型参数的最优策略。     

2005年江西九江—瑞昌M_S5.7地震破裂参数及余震静态应力触发研究

根据地震破裂过程中的多普勒效应,利用多台波谱参数推算九江-瑞昌Ms5.7地震的震源破裂参数,得到主震的破裂方位角ψ0≈319.6°,破裂速度约为2.3 km/s,用最小二乘法拟合的相关系数极值约为0.80.在此基础上,分别计算了主震在4.8级强余震的两个节面上的静态库仑应力变化量,结果显示:主震在4.8级余震节面Ⅰ、Ⅱ上的静态库仑应力变化均为正值,分别为0.48 MPa和0.02 MPa.主震在节面Ⅰ、Ⅱ上产生的静态库仑应力的变化十分接近.应力增加的区域主要位于主震断层的右侧,应力减小的区域主要分布在震中南部.统计显示:绝大部分余震均发生在静态库仑应力增加的区域内,尤其是在节面Ⅰ上,表明主震破裂产生的库仑破裂应力变化对4.8级余震的发生有重要的触发作用,同时也有利于大多数余震的发生.     

盖州青石岭震群的震源参数特征

使用辽宁地区中小地震的数字波形资料,基于Brune圆盘模型计算了2012年2月～2016年12月盖州青石岭震群M_L≥2.5地震的震源动力学参数。结果表明,震群的视应力为0～12bar,视应力随时间整体表现为突升突降中逐渐衰减的变化形态;应力降随震级的增大而增加,这与Nuttli的板内地震增加应力降(ISD)模型较吻合;通过对比1999年岫岩5.4级地震序列中M_L≥3.5地震的震源参数定标率发现,同震级的青石岭地震其应力降要小10倍左右,综合震源区地质构造、震源机制等因素认为,流体可能在青石岭震群的孕育和发生过程中起了重要作用。     

地震动随机模拟方法主要影响参数分析

简要介绍了地震动随机模拟方法的原理,总结了影响地震动随机模拟结果的输入参数,重点分析了应力降、品质因子、高频衰减参数对PGA和反应谱Sa的影响。研究结果表明:应力降对地震动模拟结果影响最大;随着应力降的增加,PGA增大,各周期处的反应谱均有较大变化;矩震级增大时,PGA和反应谱的受应力降的影响也相应增大;品质因子Q0和指数n越大,PGA也越大,短周期处的反应谱受两者影响大,长周期处受其影响小;高频衰减参数k增大时,PGA和反应谱相应减小,k对PGA和短周期处的反应谱影响较大。     

岩石粘滑的自锁模型及数值模拟

本文根据岩石摩擦的自锁模型,通过数值模拟讨论了围压和围压介质刚度对粘滑及其应力降的影响。结果表明:围压的增大有利于发生粘滑;粘滑应力降随围压的增大而增大;天然地震应力降低于室内粘滑应力降是由围压介质刚度引起的。     

应力量值研究综述

地壳应力场在板块运动模拟、青藏高原隆升、地震孕育和发生等地球动力学研究中具有重要地位.而目前大多数地壳应力方面的研究侧重于方向的确定,对应力量值研究甚少.我们总结了地质、地球物理等方法确定应力量值的思路,在此基础上提出了根据大地震前后应力方向变化和地震破裂应力降张量估计地震震源附近应力量值.并辅以地震前后平均视应力方法等其他方法共同对应力量值进行进一步约束的思路.大地震前后的应力方向变化根据大量前震和余震的震源机制给出.地震破裂造成的应力降场可根据地震破裂详细分布计算,则已知大小和方向的地震应力降场与方向已知、大小未知的地震前后应力张量之间可以构建数学关系,从而得到应力量值.根据地震前震和余震的宽频带辐射能量和地震矩张量目录得到大地震前后的平均视应力,两者之差对应于地震应力降,根据这种关系得到震前应力量值的另一个估计.两种方法相结合,给出应力量值及误差估计,为地球动力学研究提供新的约束.     

川滇活动块体中-北部主要活动断裂带现今应力状态的分区特征

恢复2009年1月1日-2015年12月31日间川滇活动块体中-北部1012次2.0≤M_L≤5.0地震的震源谱,计算标量地震矩M_o、震源尺度r和应力降△_σ等震源参数并拟合各参数间的定标关系,基于区域地震构造背景、活动断裂展布以及地震活动的成丛分布将研究区划分成四个统计单元,分别讨论各构造单元的应力分布特征、地震应力降随地点位置的变化以及应力-应变加载作用与区域变形的动力学过程的关联.结果显示:中小地震释放的应力降△_σ在0.1~10 MPa;标量地震矩M_o与近震震级M_L呈现较好线性关系(lgM_0=0.92M_L+10.46);应力降与地震大小的关系与Nuttli的增加应力降(ISD)模型比较吻合(1g△_σ=0.31 1gM_0-3.92).震源应力降结果显示:①金沙江断裂端部为低应力区,断裂单元整体滑动速率较高、强震活动极少,不具备强震发生的应力高度集中条件;在3条次级断裂构成的条带断裂结构中,理塘断裂上的应力-应变加载作用自北西向南东逐渐减弱,相对闭锁的北西段较其他部位更易积累应变.②鲜水河断裂带的地震应力降以康定为界南低北高,南段(康定-石棉)短期内难以积累较高应变,北段(甘孜-康定)应力水平较高,已发生的中强地震尚未能填充地震矩释放的亏空区,段落局部仍有较高的应力积累.③安宁河-则木河断裂上高应力降地震事件集中,该单元的应变积累强、应力水平最高,地震危险性大.④丽江—小金河断裂上不同震级地震的应力降特征并不相同,推测与当地复杂的构造背景有关,具体原因尚需深入探讨;木里地区应力背景较低,可能受当地构造环境的影响.研究表明,地震应力降随地点位置而系统变化,高应力降地震事件多发生在断裂与断裂的交汇部位,而断裂无闭锁条件、断裂以蠕滑为主且断面松弛、断裂端部为高温或破碎塑性变形带时,多以低应力降地震事件为主;与通常所认为的"走滑断裂不易积累应力"相反的是,鲜水河断裂带、安宁河—则木河断裂带均表现出较高的应力水平,其原因一方面可能是因为已发生的中强地震无论数量还是强度都尚不足以释放已经积累的能量,另一方面也许是在区域变形的复杂动力学过程中,当构造单元间阻碍断层运动和协助积累应力的作用占主导时,相同震级的地震会释放更多的应力.     

1995年7月20日河北沙城ML4.1地震序列破裂过程中应力变化的研究

根据地震破裂动力学, 研究了1995年7月20日河北沙城ML4.1地震序列破裂过程中, 视应力和静态应力降与动态应力降之差的变化. 结果表明, 主震的视应力约为5 MPa, 而余震的视应力平均约为0.047 MPa. 在破裂过程中, 主震的动态应力降大约为静态应力降的1.6倍,其差值约为2.7 MPa; 余震的动态应力降一致小于静态应力降,其差值平均约为-0.75 MPa. 因此,主震发生时,最终应力大于动摩擦应力,与断层突然锁住的模式相符; 余震发生时,最终应力小于动摩擦应力,与地震断层错动过头的模式相符. 因此, 主震和余震的发生过程是有差别的.      

紫坪铺水库地区蓄水前后视应力标度率变化研究

本文利用紫坪铺水库台网记录到的波形资料,计算了2004～2008年170个M_L≥1.0级地震的震源参数.紫坪铺水库震源参数计算结果与其他大陆地区有明显不同:(1)拐角频率远低于其他大陆地区结果,表明库区地震波传播经过了较强的衰减过程;(2)视应力计算结果比其他地区小3个数量级,可能是由于库区地震波的高频成分衰减强烈,低估了能量集中在高频的小地震的地震辐射能量.分析了蓄水前后拐角频率和地震矩以及视应力和地震矩关系(视应力标度率)变化,结果表明:相同地震矩的地震蓄水后拐角频率增加,地震高频成分相对丰富;蓄水前视应力与地震矩的关系不明显,蓄水后视应力随地震矩的增加而增加.视应力标度率的改变可能是蓄水后地震震源物理过程逐渐改变的直接反映.     

2008年汶川8.0级地震序列震源参数分段特征的研究

本文利用四川省区域固定地震台网观测记录到的2008年汶川8.0级地震序列的资料,从中挑选部分台站和地震资料,在精确扣除了余震区地震波衰减与台站场地响应后,计算得到了汶川地震序列中1070次M_L≥3.0级地震的震源参数,结果显示,地震矩与震级之间有较好的线性关系,应力降和视应力的大小与震级大小有关.利用M_L3.0级地震资料得到的应力降的时空演变过程研究结果表明,汶川余震序列地震应力降总体上随时间是一个衰减过程,预示着主震发生后整个余震区应力降呈逐渐衰减的状态.主震发生之后,以虎牙—北川—安县为界,空间上龙门山断裂带上地震活动水平和应力降具有明显的分段性.5月17日之前M_L≥5.0余震主要集中在龙门山断裂带北川以西,由于地震释放了较多应力,该地区应力降较低,而北川至青川之间地震活动水平相对较弱,应力降一直处于高值水平.5月17日之后,M_L5.0余震活动主体地区则转移到北川至青川之间,在该段发生了5月25日青川6.4级最大余震,在这之后,整个余震序列应力降随时间变化开始趋于平稳.     

利用Lg波计算地震应力降的方法及在青藏高原东缘典型震例中的应用

地震应力降标志震源破裂过程中作用在断层系统上的应力释放水平,是刻画震源物理过程和预测震源辐射特性的重要参数.地震应力降主要受控于构造环境、震源机制和地震类型等.观测得到的应力降还受到观测频带的影响,所以它的绝对值难以准确测定.采用体波、面波以及零频观测（大地测量、GPS、InSAR）等不同类型的数据获得的应力降也存在差异.对于地震波数据,通常采用间接方法去除传播路径中的衰减效应并获得震源激发谱,进而估计应力降.随着宽频带地壳Lg波衰减模型的建立,可以构建直接校正路径衰减的方法,从而获得对Lg波震源激发函数的准确估计.进而通过对观测和理论震源谱的拟合获得整个地震序列中各个地震的标量地震矩、拐角频率和高频下降率等震源参数,再根据断层模型计算应力降.本文分别以青藏高原东缘典型的构造地震2017年Ms7.0九寨沟地震和潜在的工业注水诱发地震2019年Ms6.0长宁地震为例,计算两个地震序列应力降的时-空变化过程,探索构造地震与诱发地震之间的潜在的物理差异. 2017年九寨沟地震的主震应力降为27 MPa,余震震级和应力降均呈快速下降趋势. 2019年长宁地震的主震应力降为32 MPa,余震序列...     

中大地震应力降的全球变化

使用1990年至2007年期间约2 000个mb≥5.5地震来研究地震应力降的全球变化。根据卷积模型使用迭代最小二乘法从传播路径和检波器的贡献中分离出震源位移谱。用全球平均经验校正谱和近源衰减的估计值来校正所观测到的P波震源谱。假定为Brune型的震源模型,我们估计拐角频率并计算应力降。单个地震应力降估计的范围从0.3到50MPa,但约为4MPa的中值应力降不会随地震矩变化,意味着我们数据中MW=5.2到8.3范围内的地震具有自相似性。我们的结果与以往研究结果的比较在大部分仪器可观测震级范围均证实了这种观测事实。虽然应力降估计的绝对值取决于假定的震源模型,但我们识别出应力降的相对区域变化,相对于处理参数和模拟假设来说是合理的,其中包括恒定破裂速度的固有假设。我们发现平均应力降对震源机制的依赖关系,走滑型地震的应力降是平均应力降的3~5倍,也发现板内地震的应力降比板间地震的应力降高2倍。     

日本鹿儿岛的地震对:应力影区中的凹凸体破裂

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。     

岩石摩擦弱化及失稳序列的数值模拟

通过基于“瞬间闭锁”假定的多滑块-弹簧模型对摩擦滑动进行模拟,讨论了强度分布不均匀性及系统刚度构成对整个系统稳定性的影响.通过图示平均剪应力和平均位移的关系,对断层模型随错动的演化作了清晰的描述.结果表明:(1)均匀的滑动面及外部系统刚度较小的情况(这相当于高压条件下形成的光滑剪切破裂面的情况)易于发生粘-滑振荡.(2)随着错动次数的不断增加,错动的空间分布向不均匀方向发展,从而使平均应力降减小,系统整体趋向稳定,即断层活动历史越长越趋向稳定.(3)由于导入了具有负刚度效果的力和位移组合控制,通常加载方式条件下只能产生不稳定的过程可以转变为一个平均效果上的准静态弱化过程,类似于滑动弱化过程.     

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。     

中强地震随机有限断层模型应力降参数的确定方法

随机有限断层模型是模拟地震动加速度时程的一个重要工具.但将其应用于中强地震时,由于震源信息的准确性较差从而使模型参数具有较大的不确定性.尤其针对其中最为关键的应力降参数,目前相关研究较为缺乏且尚未形成系统的确定方法.本文基于美国Little Skull Mountain Mw5.6级地震2个近场台站记录的地震动模拟,详细研究了采用随机有限断层法拟合中强地震地震动伪加速度反应谱（PSA）来确定应力降参数值的方法,并在计算应力降时引入了其它震源参数的不确定性,随后对此方法的可行性进行了验证.研究表明：采用不同频段反应谱残差和计算得到的应力降值差别较大,确定中强地震应力降较为合适的反应谱频段是中高频,采用该频段确定的应力降参数值模拟的反应谱和峰值加速度与实际记录较为符合;脉冲子断层百分比、断层长宽、倾角和深度等震源参数按截断的正态分布或均匀分布随机抽样,拟合得到的应力降参数值与通过实际震源模型参数得到的值相近.以上研究结果对确定一个区域中强地震应力降或中强地震近场强震动模拟研究提供了更进一步的研究方法和研究方向.