青藏高原东北缘断层系统的大地震迁移概率及断层滑动速度的分段特征

青藏高原东北缘是青藏高原隆升、生长及变形前缘.区域地震活动频繁,且地震在其主要断层带之间时空迁移.为了研究区域大地震在主要断层带之间的迁移规律与概率,以及主要断层带大地震破裂的时空分布特征,本文建立了青藏高原东北缘地区的三维黏弹塑性有限元模型,模拟了区域断层系统的地震循环,得到了人工合成的万年时间尺度的地震目录.根据模拟的地震目录,并结合古地震数据,计算分析了大地震(MW≥7)在研究区各个主要断层带之间的迁移概率,探讨了黏度、高程、统计时间长度等因素对大地震在各主要断层带之间的迁移概率和大地震在各主要断层带上的发生概率的影响,并且初步调查了海原断层带和香山天景山断层带的大地震破裂时空分布特征.研究结果显示:继区域最近两次大地震(1920年海原断层带上的M8.5海原大地震和1927年香山天景山断层带上的M8古浪大地震)之后,下一次大地震(MW≥7)发生在海原断层上的概率最大,约为51%～81%;其次是在香山天景山断层上,概率约为9%～37%.模型结果显示,不同的青藏高原中下地壳上地幔黏度大小,对大地震在各个断层带之间的迁移规律和迁移概率的影响较小;而研究区的高程载荷对地震迁移则有显著的影响:高程载荷易于使得海原断层地震活动减弱及香山天景山断层的地震活动增强.研究结果也显示了青藏高原东北缘地区主要断层带的地震活动与断层滑动速率分布的分段性显著;大地震在断层带上的破裂位置并不固定,呈现不均匀性;并暗示了断层几何形状对地震活动、断层滑动速率分布与大地震破裂位置的控制作用.     

1999年土耳其Izmit Mw7.6地震的持续成核过程

实验室和理论研究表明,地震之前会出现一个渐进性的滑动不稳定阶段,在此期间,断层缓慢滑动,而后突然加速并最终导致动态破裂.本文中,我们报道了迄今记录最为完整的大地震之一,即1999年土耳其Izmit Mw7.6地震之前出现了持续时间很久的源自震源的地震信号.这种信号包含一连串的地震破裂,破裂随时间和低频地震噪声的增加而加...     

特征地震现象和机制分析

本文介绍了断层活动的一种重要现象--特征地震现象.特征地震是指某些断层长期活动过程中,重复发生的多次大地震往往表现出相似的破裂长度、位错分布、和震级大小,而有些活动断层在多次地震中表现出局部的相似.对断层地震活动的统计分析中,有两种模型,一种就是为大家熟知的G-R经验公式,还有一种就是特征地震模型.到底哪一种模型能够代表断层的活动,用哪一种模型进行地震危险性分析较为合理?南加州断层历史地震的统计资料和一些数值模拟分析的结果表明对于一条成熟的单个断层,用特征地震模型进行解释是更为合理的,而对包含多条断层的较为广阔的地域,断层活动应该仍用G-R公式进行分析.文章的后面对特征地震的机制进行了分析,特别地,我们认为断层的位错分布主要是由断层破裂面处地震前后的应力降决定的.所以对成熟断层而言,断层上发生的多次重复地震由于地震孕育的条件相似,导致断层活动中表现出特征地震这种现象.     

海原大地震对古浪大地震的静应力触发研究

根据1920年12月26日宁夏海原大地震(Ms=8.5)地震地表破裂带几何学和位移、震源机制和近代地震活动资料,提出海原大地震震源分段走滑破裂的初步位错模型,计算了在1927年5月23日甘肃古浪大地震(Ms=8.0)逆冲发震断层(NW44°,倾向S,倾角50°和滑动角60°)的滑动方向上,加载的Coulomb静应力变化△CFS为0.009 MPa.古浪大地震可能是被海原大地震触发,提前14a发生的事件.     

应重视大地震预测物理基础的研究

1973年美国肖尔兹(Scholz C H)等在Science杂志上发表了“地震预测的物理基础”一文, 近几十年来世界上地震预测研究的实践并未证实该论文的科学性。 2010年肖尔兹又在Science杂志上发表了“预测之谜”的论文, 指出“现在还不能预报”地震, 他本人已否定了以前提出的地震预测物理基础的研究结果。 本文分析了肖尔兹等人以前提出的“物理基础”在科学上不能成立的原因。 地震预测研究的重点是大地震的预测, 本文指出, 大地震与小地震的不同之处在于: 大地震的初始破裂发生后会有一个长时间的断层动态破裂过程, 该过程使大地震的尺度很大。 大地震预测的最难之处就在于动态破裂过程开始后, 我们无法预测破裂会扩展到多大才会停止, 无法预测地震的大小。 在由破裂动态扩展形成的大尺度的断层面上, 在初始破裂发生前, 那里的应力并没有达到当地的静态破裂强度(或静摩擦限), 因而那里不会出现由小岩样实验结果所预言的“前兆”。 鉴于以前关于地震预测物理基础的研究结果不再适用了, 我们需要研究新的大地震预测的物理基础是什么。 关于这个问题本文提出一点初步思考, 主要依据大地形变测量、 地震活动及地质断层研究相结合的方法, 勘查近期活动断蹭的闭锁段, 这是个值得重点研究的方向。     

强震对大地震发生率的影响研究及在鲜水河断裂带的应用

根据弹性回跳理论,有些断层上的大地震复发具有准周期性.强震的发生会对断层上大地震的复发周期产生影响.利用布朗过程时间(BPT)模型能够定量计算出一次强震对同一断层上大地震复发的延后时间.本文对断层上的强震对大地震发生率的改变量进行了研究,并以鲜水河断裂的几次地震为例,将由BPT模型计算的强震对大地震发生率的改变量与由库仑破裂应力计算的结果进行了比较.本文的研究表明,对于强震对大地震发生时间的延后幅度,使用BPT模型和库仑破裂模型计算的结果差别不大.周边强震对断层状态的加载使大地震复发时间的提前幅度可由BPT模型和库仑破裂模型计算,模型计算结果与现实震例相符.2014年11月22日康定M6.3级和M5.8级地震使鲜水河断裂带乾宁—康定段的大地震复发期望时间延后了36年,使磨西断裂的大地震复发期望时间提前了9年,从公元2086年提前至公元2077年.     

芦山4.20地震破裂过程及其致灾特征初步分析

采用全球地震台网的远震地震波数据快速反演了2013年4月20日雅安芦山地震(芦山4.20地震)的破裂过程,在震后3小时得到并发布了相关测定结果.结果显示这次地震的震级约M_W6.8,包括两次破裂子事件,但都发生在断层面上震源(破裂起始点)附近,整个地震没有表现出明显的破裂方向性.雅安芦山地震的破裂没有大规模出露地表,主要地震灾害集中在断层上盘,位于芦山县和宝兴县一带.     

2011年日本9.0级及7.5级地震震源破裂反投影初步结果

2011年3月日本仙台东部太平洋海域接连发生了Mw7.5和Mw9.0级地震.地震及引发的海啸给日本造成了严重的破坏.本文运用近年来国际上流行的研究大地震震源破裂过程的非反演方法,反投影远震P波,研究了这两次地震的震源破裂特征,得到了他们各自的破裂区域和破裂持续时间.     

远震体波波形反演获得的震源时间函数

地中海东部大地震成核问题的一个有趣的现象，是它们的震源时间函数的急始特性，使用同一反演方法确定了发生在世界其他一些地区破坏了地表的浅源大地震的震源时间函数都呈现出类似的特性，这些地震的断层滑动类型包括：正断层、走滑断层和冲断层型。这些急始型震源时间函数可能反映了破坏障碍体的困难性，即在破裂成核的动力断裂过程完成后，断层的局部地区仍未破坏，也可能反映了通常发生在大地震破裂期间的某些特殊的物理过程（如蠕变不稳定性）。发生在类似地质构造环境中，且震源机制也类似的地震，反映出共同的模式。     

有限元模拟弹性位错的等效体力方法

计算地震位错造成的位移场和应力场,对于估计大地震引起的后续地震活动发展趋势十分重要.本文提出在弹性位错问题的有限元模拟中,用等效体力代替位错源,从而在构建几何模型时不用包含断层,却可以处理包含任意复杂断层的问题,极大降低建模的难度.使用此方法,本文计算并讨论了在球形地球模型下2011年日本Tohoku-Oki特大地震对华北地区断层的影响,结果表明此次地震使华北主要断层趋于稳定.     

汶川M_W7.9地震起始破裂断层几何结构

本文收集使用紫坪铺水库台网记录到的汶川地震主震P波波形资料,利用P波反投影叠加法获取了2008年5月12日汶川M_W7.9地震起始破裂的时空演化过程.通过分析本次大地震起始破裂阶段(0～1s)破裂点在三维空间内的分布特征,确定了本次大地震起始破裂位置及起始破裂断层几何结构模型.得到以下结果:汶川地震起始破裂点位于31.013±0.002°N、103.392±0.002°E,震源深度为8.2±0.4km,发震时刻为2008年5月12日14∶27∶58.80±0.4.汶川地震起始破裂的最佳断层面走向为NE48°,倾向NW35°,起始阶段破裂的深度范围为地下7.5～9km.     

基于断层活动资料的鄂尔多斯块体周缘未来30年大地震危险性研究

鄂尔多斯块体周缘历史上多次发生大地震,同时该地区人口稠密,城市群集中,有必要分析该地区未来30年的大地震危险性,为该地区的应急备灾工作提供参考.本文利用块体周缘活动断层的滑动速率、历史地震古地震等资料,建立了考虑大地震发生率的时间非平稳性质和大地震危险性近断层分布特征的地震危险性模型.计算了块体周缘未来30年Ⅷ度地震动的超越概率分布图,并同《中国地震动参数区划图》的地震危险性模型进行了比较.本文研究认为,由断层滑动速率估算的断层地震活动性与基于地震目录统计的地震活动性总体差别不大,但断层源的地震危险性在沿断层破裂面地区增大明显.结果认为,鄂尔多斯块体周缘未来30年地震危险性最高的地区在块体西南缘,六盘山东麓断裂和会宁—义岗断裂及周边地区是未来30年地震危险性较高的地区.     

大地震破裂过程反演中的灵活性需求:现状及探讨

对于大地震破裂过程的反演是震源研究的重要问题,也是震源物理研究的基础.虽然大地测量、地震精定位等方法和数据的引进为大陆内部地震破裂过程的精细研究提供了重要依据,但对于大洋底部、俯冲带等区域的地震复杂破裂过程依然需要灵活度高的方法来获得多样的断层几何结构,并支持破裂过程反演.本文集中讨论震源研究中的一类灵活度高的方法：多点源模型反演.并结合震源反投影、有限断层模型等方法,分析这些方法在大地震破裂过程反演中的优势互补,提出反投影→多点源→有限断层模型串行的思路.通过上游方法的稳定性获得下游算法的先验约束,最终获得具有高灵活性、高时效性以及高精度的串行反演策略.     

2020年阿拉斯加两次MW>7.5地震的应力触发关系研究

地震应力触发理论认为,相邻的大地震之间存在应力触发关系。2020年在阿拉斯加俯冲带发生了两次M_W>7.5地震,分别为7月22日M_W7.8地震和10月19日M_W7.6地震,为研究“双震型”大地震的触发作用提供了机会。利用近场的GPS同震位移和远场的地震波形资料,采用不同的断层参数,反演了M_W7.8地震的4个滑动破裂模型,并结合初始破裂模型,计算了在M_W7.6地震震中位置引起的库仑应力变化。研究结果显示,在5个模型中有4个计算出的应力变化都远远超过了触发阈值0.01 MPa,表明前一个地震对后一个地震有明显的触发作用。根据M_W7.6地震发震断层两侧的闭锁程度变化,以及该区域板块俯冲速率,估算M_W7.8地震使M_W7.6地震提前32年发生。     

汶川地震前的b值变化

Gutenberg-Richter定理给出了地震频度随震级的分布特征.大量研究表明频度-震级关系的斜率（b值）在大地震孕育的过程中会出现减小.为了考察b值在汶川地震孕育过程中的时间演化特征,本文尝试基于破裂断层选取研究区域,考察了2000年1月至2008年4月间,汶川地震（M_S8.0）破裂区的地震活动性,并对该区域b值的变化进行了探讨.结果表明,在2005年中至2006年底,地震月频度及季度频度有一个较明显的下降.b值从2002年始至地震前呈现出一个长期趋势性减小;在地震前约半年,出现快速、显著的下降.b值的这一时间变化特征与其他研究者报道的日本东北M_W9.0级地震前的b值变化特征具有很高相似性,可能反映了大地震准备过程中的应力变化.以上结果有益于认识和理解大地震孕育演化过程,同时也表明b值在中长期地震灾害评估中具有潜在价值.     

1920年海原8(1/2)级大地震的多重破裂特征

根据作者等人野外实地考察,1920年海原8(1/2)级大地震的地层断层全长225km,共由6条几何参数不同的次级断层呈有规律的斜列状组合而成.每一条次级断层都可分为形变性质不同的三段,其中中段以水平走滑性质为主;两端以垂直形变为主,表现为逆断层和正断层性质.垂直和水平位移的测量数据也表明,每一条次级断层的中段水平位移最大,向两端逐渐减小,以至消失,而垂直位移正好相反,中段小,两端大.整个断层的地震位移显示出多个峰值的形变特征.这种形变特征表明,海原大地震的6条次级断层都是各个相对独立的水平位移间断面(即位错面),每个位错面,都可以代表一次独立的次级地震破裂事件.作者等据此认为,巨大的8(1/2)级海原大地震可能是由6次相对独立的次级地震事件接续发生的结果.      

1920年海原8(1/2)级大地震的多重破裂特征

根据作者等人野外实地考察,1920年海原8(1/2)级大地震的地层断层全长225km,共由6条几何参数不同的次级断层呈有规律的斜列状组合而成.每一条次级断层都可分为形变性质不同的三段,其中中段以水平走滑性质为主;两端以垂直形变为主,表现为逆断层和正断层性质.垂直和水平位移的测量数据也表明,每一条次级断层的中段水平位移最大,向两端逐渐减小,以至消失,而垂直位移正好相反,中段小,两端大.整个断层的地震位移显示出多个峰值的形变特征.这种形变特征表明,海原大地震的6条次级断层都是各个相对独立的水平位移间断面(即位错面),每个位错面,都可以代表一次独立的次级地震破裂事件.作者等据此认为,巨大的8(1/2)级海原大地震可能是由6次相对独立的次级地震事件接续发生的结果.     

汶川地震和芦山地震的孕震机理及震前中长期地震危险性研究

运用非连续变形分析法与三维有限元法相结合的方法,以GPS资料作为位移速率和震源机制的约束条件,通过数值模拟研究了青藏高原及其东侧邻区构造地块的运动、变形、相互作用及其与近30年来发生于该区的大地震之间的关系。研究中引入了以应力与摩擦强度的比值定义的断层“失稳危险度”,通过数值模拟计算得到了研究区地壳块体边界断层的失稳危险度分布。结果表明,失稳危险度高的地段与近期该区发生的M_S≥7.0地震所在的位置基本一致,其中龙门山断裂带上包括汶川和芦山大地震的发震断层均为失稳危险度最高值地区。计算得到的应变率强度分布图显示,青藏高原东部边缘整条地带均为应变率强度的陡变带,特别是以龙门山断裂带上的陡变最为明显,其西侧应变率强度为东侧的近4倍,而且,这个带位于宽度相同、走向与龙门山断裂带走向相一致的高应变能密度带中,表明这两次大地震前,作为其发震断层的龙门山断裂带已积累了相当高的应变能,失稳危险度高,处于力学上的不稳定状态。模拟计算得到在上地壳层中,2001年昆仑山口西M_S8.1地震引起汶川、芦山地震发震断层的库仑破裂应力增加约0.016 MPa,相当于龙门山断裂带约两年的应力积累,也就是说,使汶川、芦山地震发震断层的失稳破裂提前了约两年。 此外,关于2008年汶川M_S8.0地震的模拟计算表明,汶川地震的发生也使包括芦山地震发震断层的龙门山断裂带西南段和东昆仑断裂带东南端的库仑破裂应力增大,应变能积累增强,这说明汶川M_S8.0地震的发生对已处于失稳危险度较高状态的2013年芦山地震和2017年九寨沟地震发震断层的提前失稳破裂起到了促进作用。      

西南天山柯坪推覆系晚更新世古地震及其分段性地貌响应

正以往的古地震研究主要以单条断层或者某一断层段落为研究对象,研究它的复发和破裂规律。其中蕴含一个潜在假设:各个断层或断层段落之间相对独立。但是近年来越来越多的大地震研究结果表明,相邻的断层,各个断层段落以及同一块体的边界断层之间有着一定的相关性。一些学者研究单条走滑断层的破裂行为,如在海原断裂带上,多个地点探槽开挖以及历史地震资料通过逐次限定方法,揭示出海原断裂带3个段落地震破裂行为具有一定的响     

科里奥利力效应与昆仑山口西8.1级地震后两侧地震活动的可能关系

根据物理学中科里奥利力原理, 分析了以走滑断层为主的大地震产生的科里奥利力对地震断层两侧邻近地区地震活动的可能影响。结果表明, 在昆仑山口西8.1级地震后东昆仑断裂带南北两侧邻近地区较大地震一般发生在8.1级地震产生的科里奥利力引起的库仑破裂应力增加地区。