库仑应力变化与余震对应关系的初步探讨一以集集地震为例

本文以集集地震为例,讨论了在多个小断层的位错模型,分层地质结构这种更加接近实际的情况下的库仑应力变化,计算结果表明有必要考虑这些符合实际的模型．本文分别讨论了走滑断层上库仑应力变化与走滑地震、逆冲断层上库仑应力变化与逆冲地震空间分布的对应关系,计算结果表明集集地震所引起的库仑应力变化确实有利于本地区余震的发生．     

库仑应力变化与余震对应关系的初步探讨——以集集地震为例

本文以集集地震为例,讨论了在多个小断层的位错模型,分层地质结构这种更加接近实际的情况下的库仑应力变化,计算结果表明有必要考虑这些符合实际的模型.本文分别讨论了走滑断层上库仑应力变化与走滑地震、逆冲断层上库仑应力变化与逆冲地震空间分布的对应关系,计算结果表明集集地震所引起的库仑应力变化确实有利于本地区余震的发生.     

基于同震库仑应力变化的汶川地震余震频次研究

在计算同震静态库仑应力变化的基础上,基于速率-状态摩擦定律及与同震静态库仑应力变化相关的余震频次估计方法,研究了汶川地震余震区及附近不同区域内与汶川地震同震静态库仑应力触发相关的"直接"余震频次。结果显示,主震破裂带尤其是主震破裂带南段的"直接"余震频次明显低于实际情况,其原因在于同震库仑应力变化导致的主震破裂面上应力水平的降低。研究结果还显示,汶川地震同震库仑应力变化对余震活动持续时间的影响与震级下限有关。对ML4.0以上余震,持续时间约为震后15~16个月;对ML3.5以上余震,接近60个月。在上述时段内,与同震库仑应力变化相关的"直接"余震占全部余震的比例为44.7%~48.6%。这表明,即使在同震库仑应力变化的"有效"作用时段内,主震破裂面上也大约有50%的余震活动不是缘于同震库仑应力变化的影响,这可能与震后余滑及粘弹松弛等时间相关因素的影响有关。     

基于同震库仑应力变化的汶川地震余震频次研究

在计算同震静态库仑应力变化的基础上,基于速率-状态摩擦定律及与同震静态库仑应力变化相关的余震频次估计方法 ,研究了汶川地震余震区及附近不同区域内与汶川地震同震静态库仑应力触发相关的“直接”余震频次。结果显示,主震破裂带尤其是主震破裂带南段的“直接”余震频次明显低于实际情况,其原因在于同震库仑应力变化导致的主震破裂面上应力水平的降低。研究结果还显示,汶川地震同震库仑应力变化对余震活动持续时间的影响与震级下限有关。对ML4以上余震,持续时间约为震后15~16个月;对ML3.5以上余震,接近60个月。在上述时段内,与同震库仑应力变化相关的“直接”余震占全部余震的比例为44.7%～48.6%。这表明,即使在同震库仑应力变化的“有效”作用时段内,主震破裂面上也大约有50%的余震活动不是缘于同震库仑应力变化的影响,这可能与震后余滑及粘弹松弛等时间相关因素的影响有关。     

俯冲带上特大地震静态库仑应力变化对后续余震触发效果的研究

地震静态触发研究在全世界范围内广泛开展,并取得显著成效;但是否所有的大地震,地震静态触发都有很好的效果,对此目前还不甚清楚.本文通过计算最近发生在俯冲带上的三次特大地震(2011年日本东北地震(Mw=9.1)、2010年智利地震(Mw=8.8)与2004年苏门答腊—安达曼地震(Mw=9.0))所产生的静态库仑应力变化,考察主震库仑应力变化对其后续余震空间分布的影响,从而研究俯冲带上特大地震对地震的触发效果.计算结果显示:对于2011年日本东北地震,仅有47%的后续余震发生在库仑应力增加的区域;2010年智利地震也只有47.6%的余震位置处于库仑应力变化的正值区;2004年苏门答腊地震触发了49.8%的后续余震.文中通过进一步改变模型参数(如:采用不同的有效摩擦系数,使用不同作者给出的震源模型等)进行计算,结果表明这三大地震对后续余震的触发比例仍然不高(最好情况下,触发比例也不超过60%).但对于板内地震(如:2008年汶川地震,1999年集集地震),主震对后续余震的触发比例超过85%.由此可以推知,对于俯冲带上的特大地震,地震静态触发效果不显著.因此,对于俯冲带上大地震的触发问题,还需深入研究.     

俯冲带上特大地震静态库仑应力变化对后续余震触发效果的研究

地震静态触发研究在全世界范围内广泛开展,并取得显著成效;但是否所有的大地震,地震静态触发都有很好的效果,对此目前还不甚清楚.本文通过计算最近发生在俯冲带上的三次特大地震(2011年日本东北地震(M_w=9.1)、2010年智利地震(M_w=8.8)与2004年苏门答腊—安达曼地震(M_w=9.0))所产生的静态库仑应力变化,考察主震库仑应力变化对其后续余震空间分布的影响,从而研究俯冲带上特大地震对地震的触发效果.计算结果显示:对于2011年日本东北地震,仅有47%的后续余震发生在库仑应力增加的区域;2010年智利地震也只有47.6%的余震位置处于库仑应力变化的正值区;2004年苏门答腊地震触发了49.8%的后续余震.文中通过进一步改变模型参数(如:采用不同的有效摩擦系数,使用不同作者给出的震源模型等)进行计算,结果表明这三大地震对后续余震的触发比例仍然不高(最好情况下,触发比例也不超过60%).但对于板内地震(如:2008年汶川地震,1999年集集地震),主震对后续余震的触发比例超过85%.由此可以推知,对于俯冲带上的特大地震,地震静态触发效果不显著.因此,对于俯冲带上大地震的触发问题,还需深入研究.     

四川长宁6.0级地震库仑应力变化及其对余震的触发作用

2019年6月17日四川长宁发生6.0级地震,截至8月20日总共记录到3级以上余震64次。此次地震发生在一条北西向的隐伏断层。为分析区域地震危险性,综合考虑同震位错和震后粘滞松弛效应,利用PSGRN/PSCMP程序计算地震破裂面上产生的库仑应力变化,分析长宁6.0级地震的长时间尺度库仑应力演化特征及其对3级以上余震的触发作用。结果表明3级以上余震发生在应力触发区概率达到96.9%。同时计算Burgers粘弹性模型的长时间尺度库仑应力动态变化。结果显示应力触发区主要分布在震区的北北西、南南东、北东东和南西西向,将库仑应力动态演化特征应用到本区地震危险性分析时,重点关注上述应力触发区,为后续余震发生提供地点依据。     

震源参数因素对玉树地震库仑破裂应力图像及其与余震活动统计关系的影响

2010年4月14日青海省玉树发生MS7.1强震, 根据国内外3个机构公布的5套玉树地震震源参数,计算了玉树地震产生的库仑破裂应力变化,研究了震源参数的差异对库仑破裂应力变化及其与余震活动关系的影响． 结果表明,由于不同来源震源参数存在差异,计算得到的库仑破裂应力变化图像也存在不同程度差异,从而影响库仑破裂应力变化与余震活动的关系．在震源断层参数中,断层滑动角和位错量的影响大于其它参数．此外还发现对余震统计时间的长短也会影响库仑破裂应力变化与余震活动关系的统计结果．      

基于应力变化的余震预测研究综述

本文综述了近期基于应力变化的余震预测研究进展。从静态库仑应力触发角度对余震活动进行研究主要有两方面内容:一是集中于对主震触发余震机制的讨论;二是通过库仑应力变化分布区域与实际余震空间分布区域进行定性对比分析,并认为库仑应力变化为正的区域有利于余震的发生,而这正是余震活动与应力变化高度相关的重要证据。基于应力变化的余震预测研究的一项重要内容是建立在速率-状态依从摩擦定律基础之上的余震活动率研究,即将余震活动作为一系列独立的成核事件,从断层滑动触发地震的角度出发,结合静态库仑应力计算得到余震活动率,进而得到余震数量。余震活动是与断层面上的剪切应力变化相关联的,余震活动率受应力扰动幅度、应力加载速率、断层基本物理特性及背景地震活动率等的影响。考虑到“余震激发余震”的特点,ETAS 模型与静态库仑应力变化相结合的研究方法提供了一条统计学与物理学方法(应力变化)相结合、能更完整地刻画余震活动特征的可能途径。     

2013年芦山M_S7.0地震产生的静态库仑应力变化及其对余震空间分布的影响

2013年4月20日芦山MS7.0地震发生在龙门山断裂带的西南段,距2008年汶川MS8.0地震仅约85km,时间上仅相隔5年.首先计算了汶川地震的静态库仑应力变化对本次芦山地震的影响,得出芦山地震是由汶川地震触发造成的(库仑应力上升了0.012 MPa);进一步计算了芦山地震与汶川地震这两次大地震共同产生的静态库仑应力变化.结果表明,芦山地震的余震受前面两次大地震的共同影响,而不仅仅是芦山地震单独作用的结果,超过85%的余震发生在两次地震共同产生的静态库仑应力变化增大的地方,而芦山地震本身触发不了本次的余震序列(仅48.7%的余震位于主震所产生的应力加载区).此外,计算结果表明芦山地震本身对周边断层影响较小,仅龙门山断裂带的东北段受到一定的加载作用;而由于汶川地震的作用,安宁河断裂、大凉山断裂、马尔康断裂、岷江断裂和虎牙断裂呈卸载趋势,仅鲜水河断裂东南段和龙门山断裂中段受到加载作用,这均会加速断层上新地震的发生.     

2017年MW6.5九寨沟地震激发的同震库仑应力变化及其对周边断层的影响

2017年8月8日21时19分在我国四川省北部阿坝州九寨沟县发生了M_W6.5左旋走滑型地震.该地震发生在青藏高原巴颜喀拉块体东北缘,东昆仑断裂南东段的塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂的交汇地带.包括此次地震,近年来在巴颜喀拉块体周缘已发生了九次6级以上强震,表明巴颜喀拉块体周缘主要活动断裂上的应力水平仍处于不断调整之中.本文采用库仑应力模型研究2017年M_W6.5九寨沟地震激发的库仑应力变化、该地震与周边地震的应力触发关系以及强震对周边主要活动断裂的应力扰动.强震序列包括周边区域1536-1975年M≥6历史强震和1976-2017年的M_W≥ 6 gCMT地震目录中的强震,共计32个.研究结果表明：（1）2017年M_W6.5九寨沟地震激发的同震库仑应力变化仅在局部范围内超过0.1×10⁵Pa,且75%的余震（~12.7天）受到该地震明显的同震应力触发作用,而其余25%的余震落在应力影区,采用最优破裂面可以进一步提高同震库仑应力变化与余震分布的空间相关性;（2）2008年M_W7.9汶川地震对2017年M_W6.5九寨沟地震的发生有一定的促进作用,在后者震源处激发的同震库仑应力变化为（0.026~0.263）×10⁵Pa,震后黏弹性库仑应力变化为（0.010~0.032）×10⁵Pa.该库仑应力的变化范围取决于汶川地震源断层参数和九寨沟地震接收断层参数.2013年M_W6.6芦山地震对九寨沟地震的发生几乎没有影响（< 0.001×10⁵Pa）;（3）1654年M8.0甘肃天水南地震对九寨沟地震的发生有明显的促进作用,在九寨沟地震震源处激发的同震库仑应力变化为（0.410~1.266）×10⁵Pa,震后库仑应力变化为（0.147~0.490）×10⁵Pa.1879年M8.0甘肃武都地震可能有比1654年M8.0甘肃天水南地震更强的应力触发作用,但也有可能对九寨沟地震的发生起到抑制作用.在选取的8个九寨沟地震接收断层面上,其中6个接收断层面上该地震所激发的同震库仑应力变化为（0.913~2.364）×10⁵Pa,2个接收断层面上该地震所激发的同震库仑应力变化为（－1.326~－0.454 ）×10⁵Pa;在4个接收断层面上震后库仑应力变化为（0.094~1.072）×10⁵Pa,在另外4个接收断层面上震后库仑应力变化为（－1.593~－0.106）×10⁵Pa.1933年四川叠溪地震对九寨沟地震的发生影响较弱,其所激发的同震库仑应力变化为（0.015~0.080）×10⁵Pa,震后库仑应力变化为（－0.029~0.025）×10⁵Pa;（4）九寨沟地震仅在其附近的岷江断裂北段、塔藏断裂和虎牙断裂南段造成较明显的同震库仑应力变化,其分别为0.09×10⁵Pa、（0.14~2.03）×10⁵Pa和0.25×10⁵Pa.而进一步顾及其余31个强震的库仑应力作用则发现,同震库仑应力增加非常显著的主要活动断裂分段为：岷江断裂北段南侧和岷江断裂南段的库仑应力变化分别升高5.6×10⁵Pa和9.8×10⁵Pa.鲜水河断裂北段南侧库仑应力升高23.0×10⁵Pa,鲜水河断裂南段道孚-康定段的北侧库仑应力升高9.0×10⁵Pa,而最南端库仑应力升高3.0×10⁵Pa;龙门山断裂带中段的北侧库仑应力变化为（6.1~7.4）×10⁵Pa,中段库仑应力增加（2.1~11.5）×10⁵Pa;西秦岭北缘断裂东段库仑应力变化为4.4×10⁵Pa;龙日坝断裂北段最北侧的库仑应力变化为2.0×10⁵Pa;小金河断裂北段库仑应力变化为1.7×10⁵Pa;安宁河断裂北段库仑应力变化为1.6×10⁵Pa;（5）由于下地壳和上地幔的黏弹性松弛作用,所有强震在九寨沟地震震后20年造成的黏弹性库仑应力变化在鲜水河断裂、龙门山断裂中段、塔藏断裂以及秦岭南缘断裂西段比较显著,其分别为：（1.0~3.0）×10⁵Pa、2.8×10⁵Pa、（2.3~2.7）×10⁵Pa和0.9×10⁵Pa.但总体上黏弹性库仑应力变化没有改变各断裂上的同震库仑应力变化空间分布.总的库仑应力变化在鲜水河断裂北段南侧和南段的道孚至康定段北侧、龙门山断裂中段北侧、岷江断裂南段和北段南侧、虎牙断裂、塔藏断裂以及西秦岭北缘东段很显著（均超过4×10⁵Pa）.由于库仑应力明显升高可能预示着地震潜在危险性增强,因此这些断裂分段可能将来需要重点加以关注.     

青海玛多MS7.4地震对周边活动断裂的库仑应力加载及发震概率增量的计算

2021年5月22日2时4分位于青藏高原巴颜喀拉地块内部青海果洛州玛多县发生了M_S7.4地震(玛多M_S7.4地震),震中位于98.34°E,34.59°N,震源深度17 km(中国地震台网中心测定).震后区域应力调整直接导致了周边断层的库仑应力变化和主震断层外余震的发生,进而影响到区域地震活动性并改变了即发地震概率.本文利用有限断层滑移模型计算了青海玛多地区主要断层的库仑应力变化,结合Dieterich地震发生率模型,给出了库仑应力扰动下超越某一特定震级地震的发震概率公式,得到了受青海玛多M_S7.4地震所产生的库仑应力场的影响周边8条断裂(段)分别发生M_S≥7.0和M_S≥6.0地震的概率变化.结果表明,8条断裂(段)的发震概率均有不同程度的增加.对于发震概率增幅较为明显的甘德南缘断裂、玛多—甘德断裂和西藏大沟—昌马河断裂在震后短时间内(约10年内)发震概率迅速提升,之后趋于平稳,不排除有潜在发生破坏性地震的可能,特别是发生M_S≥6.0地震的可能性.针对达日断裂,由于库仑应力增加造成的影响不明显,短期内发生M_S≥7.0或M_S≥6.0地震的可能性不大,但随着时间的推移,不排除几十年后有潜在发生破坏性地震的可能,尤其要关注发生M_S≥6.0地震的可能性;东昆仑断裂特别是玛沁—玛曲段仍然是未来强震发生的可能区段,需重点关注和防范M_S≥6.0地震乃至M_S≥7.0地震的发生;玉树—甘孜断裂发生M_S≥6.0地震,尤其是发生M_S≥7.0地震的危险性不高,而乌兰乌拉湖—玉树南断裂有潜在发生破坏性地震的风险,对于M_S≥6.0以上地震需要加强防范.     

co-seismic coulomb stress changes and its influences on aftershock distribution and surrounding faults caused by 2014 ludian earthquake,yunnan

The studies of earthquake stress transfer and its influence on regional seismicity have found that earthquake occurrences are highly interactive and correlated rather than isolated and random in traditional point in recently years. A lot of phenomena in earthquake observations such as aftershock distribution, stress shadow, earthquake interaction and migration were well explained based on the theory of earthquake stress interaction. It is important that understanding the process of earthquake interaction could give an insight into the physical mechanism of earthquake cycle, and could help us assess the seismic hazard in future.It has long been recognized that regional stress accumulated by tectonic motion is released when earthquake occurs. When earthquakes occur, the accumulated stress does not vanish completely, but is redistributed through the process of stress transfer, and then the redistributed stress may trigger potential earthquakes. The increment of Coulomb failure stress loading in the certain regions may improve the seismic activities. By contrast, the decrement of Coulomb failure stress in the areas of stress shadow where the stress on faults may unload could lead to the decrement of seismic activities.On August 3, 2014, an M_S6.5 earthquake occurred in Zhaotong-Ludian region, Yunnan Province, China, killing and injuring hundreds of people. Therefore, it is critical to outline the areas with potential aftershocks before reconstruction and re-settlement so as to avoid future disasters. Based on the elastic dislocation theory and multi-layered lithospheric model, we calculate the co-stress changes caused by the Zhaotong-Ludian earthquakes to discuss its influences on aftershock distribution and surrounding faults. It is shown that the Coulomb stress changes based on the rupture in the NNW direction can explain better the aftershock distribution. It indicates that the NNW direction may represent the real rupture. The aftershocks mainly distribute in the regions with increased stress along main rupture and west to the rupture. In other regions with increased stress, the distributions of aftershock are rare which may indicate the low tectonic stress accumulation in these regions. The stress accumulation and corresponding seismic hazard on the southern part of Zhaotong Fault, Qiaojia segment of Zemuhe-Xiaojiang Fault and northeastern part of Lianfeng Fault are further increased by the Zhaotong-Ludian earthquake. We should pay special attention to the southern part of Zhaotong Fault where seismic activity is very high in recently years and the increment of Coulomb failure stress in this area is more than 0.1bar(0.1bar is the threshold of earthquake triggering). In order to make a more objective and comprehensive discussion, we calculate the sensitivity of the parameters such as effective coefficient of friction, the calculated depth and multilayered crustal model.     

Large aftershocks triggering by Coulomb failure stress following the 2001 M_S=8.1 great Kunlun earthquake

IntroductionItisshowedbyresearchesonearthquakestresstriggeringrecentlythatsmall'static'stresschangesduetopermanentfaultdisplacementcanalterthelikelihoodof,ortrigger,earthquakesonnearbyfaults(Harris,1998).Manystudiesoftriggeringinthenear-field,particularlyofaftershocks,showthesestaticchangesaretriggeringagent(Kilb,etal,2000).ReasenbergandSimpson(1992)studiedthere-sponseofregionalseismicitytothestaticstresschangeproducedbyLomaPrietaearthquake,andtheresultsshowedthataftershockratesincreasedinre…     

1994年9月16日台湾海峡7.3级地震静态库仑应力变化及断裂危险性初步研究

利用1994年9月16日台湾海峡7.3级地震震源机制解及滑动分布模型的资料,计算了由台湾海峡7.3级地震造成的静态库仑应力变化.对余震的分布进行了研究与分析,从震后余震的分布与应力场的情况及历史上这一地区的震源地分布的角度对库仑应力的变化进行了分析.结果显示,基于滑动分布模型正演的静态库仑应力变化在距震中相对较远的区域与余震分布的一致性较好,约90％的余震发生在库仑应力增加的区域;在震中附近计算出的库仑应力变化比较复杂,与余震的分布序列并不完全一致.在距震中较远的区域,库仑应力变化能比较好的反映余震的分布,而在震中附近库仑应力变化与余震分布的对应关系则比较复杂.以闽粤滨海断裂带为接收断层计算了其上的库仑应力变化,结果显示其西南段上的应力增加,促使其活动性增强,认为在闽粤滨海断裂带与NW走向的上杭-东山断裂交汇的南澎岛-东山岛海域发生地震的潜在危险性较大.     

Coulomb stress change due to 2005 Kashmir earthquake and implications for future seismic hazards

We calculate static stress change due to the 2005 Kashmir earthquake (M = 7.6). We suggest that the earthquake caused significant increase in stress in the Indo-Kohistan seismic zone (IKSZ) region, lying to the NW of the rupture and moderate increase in the adjacent Himalayan region, lying to the SE of rupture. Thus, these regions have been brought closer to the failure. On the other hand, the Salt Range region lies in the stress shadow of the earthquake, implying that future earthquakes in this region will be inhibited. We find that this earthquake may not be compared with typical Himalayan earthquake, and hence, rupture features of this earthquake may not be directly applicable to the earthquakes of the Himalayan region. This article has previously been published in issue 12/3, under .     

Coulomb stress change due to 2005 Kashmir earthquake and implications for future seismic hazards

We calculate static stress change due to the 2005 Kashmir earthquake (M = 7.6). We suggest that the earthquake caused significant increase in stress in the Indo-Kohistan seismic zone (IKSZ) region, lying to the NW of the rupture and moderate increase in the adjacent Himalayan region, lying to the SE of rupture. Thus, these regions have been brought closer to the failure. On the other hand, the Salt Range region lies in the stress shadow of the earthquake, implying that future earthquakes in this region will be inhibited. We find that this earthquake may not be compared with typical Himalayan earthquake, and hence, rupture features of this earthquake may not be directly applicable to the earthquakes of the Himalayan region.     

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.