应力降研究进展综述

本文介绍了国内外关于应力降研究及应用的一些进展。对应力降定义及计算方法进行简要介绍,对地震应力降整体特征、应力降与地震大小、应力降与构造环境、应力降与序列类型等之间的关系进行简要综述,重点讨论了应力降在震后趋势判定中的可能应用,并对应力降计算结果的不确定性进行了初步讨论。应力降表征地震错动导致的位错面上的应力变化,其定义为地震前后初始应力σ_0与终止应力σ_1之差。地震应力降数值大多为零点几兆帕至数十兆帕,以10MPa以下的居多。应力降与震级、震源深度、构造环境、震源机制、序列类型等之间的关系复杂,对此,也存在诸多不同的认识。消除震级影响之后,地震序列应力降随时间持续升高的现象,对后续强余震有一定的时间指示意义。值得注意的是,诸多因素均会影响应力降的计算结果,数值实验结果显示,拐角频率、零频极限的综合误差对应力降计算结果影响显著,二者不确定性造成的应力降计算误差几乎完全覆盖余震应力降随时间的变化。     

京津地区小地震（1986—1988）的应力降分布

为了观测京津地区小地震的应力降分布,我们采用了1986年以来北京台网记录到的发生在该地区的小地震资料,用时间域中计算小地震震源参数的方法,求出了81个小地震的应力降值。表1及表2分别给出了1986年4月至12月及1987年11月至1988年9月的小地震震源参数值。表中T_r为由地震图中测出的P波初动半周期,u_(αm)为P波初动振幅,α为求出的震源半径,M_0为地震矩,Δσ为应力降。震源半径α是利用参考文献[1]中的T_r-α/V关系曲线,假定Q=400,破裂速度V=2.75公     

广西主要断裂带中小地震应力降特征分析

选取广西数字地震台网记录到的2007年至2013年广西主要断裂带ML≥2.5地震事件,采用Atkinson方法反演得到介质品质因子Q值,采用Moya方法得到各台站场地响应,在此基础上计算得到90个位于主要断裂带及附近的中小地震应力降,并对其应力降空间分布特征进行分析。研究结果表明,应力降值主要分布在1~10 MPa之间,占58%,主要分布在百色—合浦断裂中段以及与桂林—南宁断裂交汇区域;小于1.0 MPa(低应力降)的地震占37%,主要分布在桂西北地区;10 MPa及其以上的(高应力降)地震主要分布在桂东南,且历史上曾经发生过5级以上地震的原震区及附近,反映了原震区及其附近仍具有高应力背景。     

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。     

张家口—渤海地震带中小地震应力降分布特征

采用河北测震台网资料,分析了张家口—渤海地震带2008—2018年1220条ML≥2.0地震的应力降.结果表明,应力降可能与应力有关,并且随震级的增加而出现不同尺度的变化,该区域应力降优势分布为0.70—3.00 MPa.     

由峰值速度估算地震应力降

根据Brune(1970)提出的震源位错模式，用发生在滇西地震实验场区鹤庆MS＝5.3中强地震的地震数字化监测资料，计算了S波谱，测定了鹤庆地震序列的震源参数．在此基础上研究了地面运动峰值速度参数(r.v)对地震应力降的依赖性．由地震标定关系给出(r.v)2/3，导出了用峰值速度参数求地震应力降的3个关系:lg(r.v)＝d1+(1/3)lgM0+(2/3)lg；lg(r.v)＝d2+(1/3)ML+(2/3)lg；lg＝－1.0+1.5lg(r.v)．假定对大小地震的平均应力降取3.0 MPa，由鹤庆地震序列的观测资料定出常数d1＝－3.88和d2＝－0.38．序列震源参数测定结果给出，地震矩为1011～1015 Nm，破裂半径a＝200～600 m．根据峰值速度测定的应力降＝0.1～10 MPa，平均为3.7 MPa．用这些标度关系求出的应力降结果与Brune模式求应力降的结果比较一致．本文的研究结果还表明，地面运动峰值速度参数对地震应力降的依赖性比对地震矩的依赖性更强．      

由峰值速度估算地震应力降

根据Brune(1970)提出的震源位错模式,用发生在滇西地震实验场区鹤庆MS＝5.3中强地震的地震数字化监测资料,计算了S波谱,测定了鹤庆地震序列的震源参数．在此基础上研究了地面运动峰值速度参数(r.v)对地震应力降的依赖性．由地震标定关系给出(r.v)2/3,导出了用峰值速度参数求地震应力降的3个关系：lg(r.v)＝d1+(1/3)lgM0+(2/3)lg;lg(r.v)＝d2+(1/3)ML+(2/3)lg;lg＝－1.0+1.5lg(r.v)．假定对大小地震的平均应力降取3.0 MPa,由鹤庆地震序列的观测资料定出常数d1＝－3.88和d2＝－0.38．序列震源参数测定结果给出,地震矩为1011～1015 Nm,破裂半径a＝200～600 m．根据峰值速度测定的应力降＝0.1～10 MPa,平均为3.7 MPa．用这些标度关系求出的应力降结果与Brune模式求应力降的结果比较一致．本文的研究结果还表明,地面运动峰值速度参数对地震应力降的依赖性比对地震矩的依赖性更强．     

1998年张北地震及其较大余震的应力降

采用地震波初动半周期估算应力降的方法,计算了张北震区25次较大地震的应力降并对余震的应力降进行了分析,2月23日震区内发生的ML3.5级地震,其应力降高达26.2×105Pa,为3月11日5.6级地震的震前异常.     

广西及邻区中小地震应力降研究

选取广西数字地震台网记录的2007～2018年广西及邻区2.0≤M_L≤5.0地震事件,计算得到594个中小地震震源参数,得到应力降值,分析研究应力降与震级的关系、应力降时间空间分布特征。研究结果表明:应力降随震级的增大而出现不同尺度的变化,lgΔσ的分布大致分为2种情况:①M_L≤4.0级地震,随着震级增大,lgΔσ呈增大的趋势;②M_L4.0级地震,lgΔσ不随震级的增大而增大,稳定在一范围内。本区M_L2.0～2.9级地震应力降平均值为0.84 MPa,M_L3.0～3.9级地震应力降平均值为3.99 MPa,M_L4.0～4.9级地震应力降平均值为8.62 MPa。凌云凤山震群和平果震群的应力降较低,2016年7月31日苍梧5.4级地震前2年,广西多次发生高应力降地震。应力降平面等值线分布图显示北部湾及粤桂交界地区是广西及邻区应力降背景最高的地区。     

应力降、滑动类型、震级和地震危险性的关系

在地震易发区有工业设施和众多民用建筑的大城市中,大地震易于产生巨大的生命和经济损失,因此,必须注意提供可靠的抗震设防。抗震设防不仅需要考虑地面振动,而且也需要考虑地基失效,尤其是地表断裂活动危险。土耳其和中国台湾最近的地震惨痛地说明了这一点。本文目的是对震源参数,如矩震级(M,M_w)、面波震级(M_s)、地震矩(M_o)、应力降(△σ)、破裂长度(L)和断层位移(D)之间理论关系的认识现状进行调查.利用简单的破裂模型,提出了M_s与L和△σ相联系的一个关系:M_s=2logL+1.33log△σ+1.66。利用世界范围的破裂长度、断层宽度(W)、断层位移和面波震级等地震数据,并且结合地质观察(△σ_1)和前面提出的公式(△σ_2),可以计算出每个地震的应力降值。结果表明:直到大约15km深度处(相当于脆塑性的边界处),应力降随着断层宽度(深度)增加而增加。在逆断层情况下,应力降的增加比走滑和正断层的情况下更加显著。用公式△σ=kW~n拟合了这些数据,初步给出了3种滑动类型的k和n值。断层深度超过15km,△σ_1、△σ_2没有显示太大的波动(△σ<100bar)。上述结果和大陆岩石层的一些实验模型所得的结果相一致。虽然需要更多的数据,特别是大地震的数据,来确定是W模型还是L模型能较好符合地震的标度定律,然而应力降的大小似乎不依赖于断层长度,故支持乙模型。地表断裂活动的危险依赖于断层所处的动力环境,即应力降、破裂长度和断层宽度。尽管统计表明,很多情况下出现地表断裂活动的最小震级是6.1,但有时5.5级的超浅地震就伴有地表断裂活动,这说明了标度律有变化。因此可以看到,产生地表断裂活动的临界震级依赖于断层区域材料的流变性以及应力环境。     

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.     

Apparent stress and stress drop for intraplate earthquakes and tectonic stress in the plates

The magnitude of shear stress in the lithosphere is bounded from below by the apparent stress and stress drop during intraplate earthquakes. Apparent stresses and stress drops for a number of mid-plate earthquakes are calculated from the earthquake magnitude, SH wave amplitude spectra, and estimates of the length of the fault zone. Apparent stresses vary between 0.1 and 2 bars, ifm _b is used as a measure of seismic energy, and stress drops lie between 2 and 70 bars. There is no systematic difference in either apparent stress or stress drop between these intraplate events and typical plate boundary earthquakes. These bounds on intraplate shear stresses are consistent with the inference from current models of plate tectonic driving forces that regional stress differences in the plates are typically on the order of 100 bars. The highest stress drops measured for midplate earthquakes under this model represent nearly total release of local tectonic stress.     

Effect of slip rate on stress drop

Recent observations made by Kanamori and Allen about earthquake recurrence time and average stress drop revealed a very interesting relation: earthquakes with longer recurrence times have higher average stress drops. They attributed the difference in stress drop to the difference in long-term average slip rate. To interpret their result in terms of the healing effect, we simulated earthquake recurrence with a one-dimensional mass-spring model, incorporating a recently developed rate-and-state dependent friction law for different loading rates and heterogeneous strength distributions. We first calculated the stress drop and recurrence time as functions of loading rate for a homogenous fault model. We found that the stress drop increases up to 30% when the loading rate decreases from 10 cm/yr to 0.01 mm/yr. Thus, the observed great variability of stress drop, from a few bars to a few hundred bars, which is obtained by replotting the data of Kanamori and Allen in the form of stress drop versus long-term slip rate, may not be attributable to the healing effect alone. Our numerical simulation shows that the variability may be due primarily to the spatial heterogeneity of strength on the fault. Our simulation also suggests that of the two empirical laws that were inferred from the same laboratory friction data, called the power law and the logarithmic law by Shimamoto and Logan, the former can explain the observed relation between stress drop and slip rate better than can the latter, at least for strike-slip fault. The logarithmic law is an earlier and simpler version of the rate-state-dependent friction law.     

Estimation of seismic stress drop from the peak velocity of ground motion

ＥｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｓｅｉｓｍｉｃｓｔｒｅｓｄｒｏｐｆｒｏｍｔｈｅｐｅａｋｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｇｒｏｕｎｄｍｏｔｉｏｎＪＩＡＺＨＥＮＧＱＩＮ（秦嘉政）ＺＵＹＩＮＬＩＵ（刘祖荫）ＸＩＡＯＤＯＮＧＱＩＡＮ（钱晓东）ＱＩＮＧＹＩＮＸＩＥ（谢庆...     

Scaling of stress drop and high-frequency fall-off of source spectra

It has been observed for a long time that the high-frequency fall-off constant of source spectra is about 2 for "large" earthquakes and about 3 for "small" earthquakes. For earthquakes between "large" and "small", the highfrequency fall-off constant is not an integer and varies with the size of the earthquake. In this article such a variation is explained in the perspective of the scaling of stress drop, which proposes a new approach to the study of the scaling of stress drop using seismic data with lower quality of completeness and high-frequency characteristics. The study on the source spectra of the aftershocks of the 1988 Lancang-Gengma, Yunnan, China earthquake shows that the high-frequency fall-off of source spectra and its variation with the size of earthquake can be well explained by the model that for "large" earthquakes the stress drop is a constant while for "small" earthquakes the stress drop increases with the size of the earthquake.     

利用静态、动态应力降比值判断东北地震震后趋势

统计分析2005年以来黑龙江及周边地区中强地震的频谱特征,分别计算各地震的应力降,利用静态与动态应力降比值,判断该区中强地震震后趋势。研究发现,2005年以来该区中强震Y值较大,在0.3—0.6,以孤立型地震为主。     

淡水生态系统温室气体通量监测方法综述

淡水系统是全球温室气体排放清单中最具不确定性的组成部分。淡水生态系统温室气体通量监测的方法多种多样,不同方法之间观测结果存在偏差,在一定程度上限制了全球或区域间的相互比较,是造成目前全球估算不确定性的重要原因。然而,目前关于淡水系统温室气体排放通量监测方法的系统梳理、比较及影响因素分析等鲜见报道。本研究在总结淡水系统温室气体排放特征的基础上,整理当前主要监测方法（箱法、边界层模型法、微气象法、倒置漏斗法）的基本原理、通用模型与算法、适用条件以及优缺点等,评价不同方法在实际应用中的适应性;进一步分析不同方法观测偏差的主要影响因素,提出当前箱法与边界层模型法存在方案众多、缺乏统一规范等问题,为研究方法的优化提供科学支撑;同时,综述了不同方法的对比研究,大部分研究发现箱法估算结果高于边界层模型法,而微气象法与箱法、边界层模型法观测的结果的一致性仍存在争议;最后,本研究提出未来应重点关注淡水系统温室气体通量监测方法的偏差来源及潜在影响,建议开展更多相关的方法学研究,进一步优化相关的估算模型及参数,研发具有普适性的监测规范,为提高监测结果的精度提供支撑。     

Variation of stress during the rupture process of the 1995 M_L=4.1 Shacheng, Hebei, China, earthquake sequence

Introduction An earthquake could be caused by the failure of focal material or fast slip on the pre-existed faults under the tectonic stress based on the understanding of the occurrence process of earth-quakes in which the stress change could play a key role. Therefore to examine the stress change is beneficial to understanding the physic process actually occurring in the source region deeply. The apparent stress is defined as the product of seismic efficiency and the average stress on the foc…