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。     

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.     

汶川Ms8．0巨震产生的完全库仑破裂应力变化及其强余震群

计算和研究了2008年5月12日四川汶川Ms8.0巨震在其强余震断层面上产生的完全库仑破裂应力变化,分析了该变化对强余震的动态和静态应力触发作用.结果显示,汶川主震后15天内发生的7次Mw≥5.5强余震均受到了动态和静态库仑破裂应力的综合触发作用.     

紫坪铺库区小震产生的库仑应力变化及其与汶川地震的关系

本文选取自2004年8月至2008年5月12日汶川地震发生前,紫坪铺库区发生的2.1 < M_L < 4.0的65次小震,分别计算了历次地震在汶川地震震源处产生的应力扰动量,随后根据不同机构给出的汶川地震震源机制解求取震源区的静态库仑应力改变量,讨论了紫坪铺库区小震与汶川地震的关系.在不同计算参数下,小震震群在汶川震源处产生的静态库仑应力扰动量之和为6±3 Pa,尽管分析认为小震群可能在汶川震源处产生较大的动态应力扰动,约为百帕量级,但均远未达到触发阈值,认为小震群并未直接对汶川地震有触发作用.推测小震群之间相互作用产生连续振动改变了周边区域介质的渗透率及强度,进而可能与汶川地震的发生具有间接关系.

     

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.     

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.     

从库仑破裂应力和余震分布角度探讨汶川地震和芦山地震的关系

本文以龙门山及周边地区为研究对象,考虑区域地质构造差异、主要活动断裂带、地表附加重力影响,建立能反映地表起伏和岩石圈分层结构的龙门山地区三维粘弹性有限元模型。以地壳水平运动速率观测值为约束条件重建研究区现今构造背景应力场,在此基础上分别模拟了汶川地震和芦山地震的发生机理。通过分析同震库仑破裂应力变化与余震空间分布的关系,探讨了2次地震主震对余震的触发作用以及汶川地震对芦山地震的影响。研究表明,汶川地震和芦山地震的余震大部分由其主震触发,汶川地震对芦山地震的余震有约6.78%的触发作用。汶川地震的同震库仑破裂应力在芦山地震主震位置的增加值约为0.016MPa,如果龙门山断裂带南段库仑破裂应力年累积速率按照0.4×10-3-0.6×10-3MPa·a-1计算,汶川地震使芦山地震提前了约27-40年。计算还表明汶川地震和芦山地震的发生使鲜水河断裂带南段和虎牙断裂的库仑破裂应力增加,这些断裂带在未来发生地震的可能性增加。     

汶川MS 8.0地震库仑破裂应力变化及断层危险性初步研究

利用四川省汶川MS8.0地震的震源机制解及滑动分布模型,反演了由汶川地震造成的同震库仑破裂应力变化;从余震效应与断层相互作用的角度对库仑破裂应力变化进行了分析。结果显示:基于滑动分布模型反演的库仑破裂应力变化能较好地反映与余震分布的对应关系,以最大余震断层面参数(走向/倾角/滑动角:204°/56°/98°)为接收断层,反演结果最佳,83%M>4的余震均发生于库仑应力增加约0.01MPa的区域;库仑破裂应力变化的主要特征为断层北盘大部分区域为库仑破裂应力下降区,断层南盘主要为增加区,断层两端均显示库仑破裂应力变化增加,且分别沿NE和SW两个方向发展。最后,基于活断层分布模型,计算由此次地震造成的已存断层面上的库仑破裂应力变化,结果显示多条左旋走滑断裂库仑破裂应力变化值增加     

对汶川地震余震序列中最大余震事件的讨论

本文针对2008年5月12日四川汶川M_W7.9地震后的余震目录,采用2004年Shcherbakov和Turcotte提出的最大余震震级推断法,给出了最大余震震级的估计值。结果表明,采用现有的余震数据,在大震级区间可能存在一定数量的余震缺失,这造成了余震数据与Gutenberg-Richter定律曲线在大震级区间的差异,导致推断的最大余震震级与使用目录中的最大余震震级存在明显差异。利用震级与断层长度或地表破裂长度之间的经验关系可以看出,由灌县—江油断裂的破裂尺度得到的震级与推断最大余震震级基本一致。根据前人给出的断层摩擦失稳时间模型和Brune近断层质点运动模型,本文进一步探讨了汶川地震北川—映秀断裂对灌县—江油断裂的触发作用,认为北川—映秀断裂破裂所辐射出的S波可以在短时间内使得灌县—江油断裂发生失稳,进而产生宏观破裂并形成地震,因此由灌县—江油断裂破裂形成的地震可能为汶川地震的最大余震。      

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。     

汶川地震强余震的电磁同震效应

汶川5.12大地震发生后,在武都汉王地震台及其附近地区布置了2个大地电磁测深点,进行了两期余震序列的地震电磁效应连续监测,共观测到Ms4.0及以上的余震事件35次.通过与汉王强震台的地震记录数据中15个强震记录比较发现,与地震波相对应的地震同震电磁信号存在于所有的电场和磁场记录分量中,它们与地震波到达同步.地震破裂发生时的电磁辐射信号在记录数据中相比地震波达到观测点的电磁信号幅度要小得多,无法从观测数据识别出来.通过分析对比地震位移和同震电磁信号的关系,提出了地震电磁同震信号产生的地震波驱动机理,认为观测系统在地球基本磁场中随地面运动产生了地震同震电磁信号,并从观测的地震振动位移和电磁信号进行了验证.     

Relocation of the M8.0 Wenchuan earthquake and its aftershock sequence

We relocated M8.0 Wenchuan earthquake and 2706 aftershocks with M≥2.0 using double-difference algorithm and obtained relocations of 2553 events. To reduce the influence of lateral variation in crustal and upper mantle velocity structure, we used different velocity models for the east and west side of Longmenshan fault zone. In the relocation process, we added seismic data from portable seismic sta-tions close to the shocks to constrain focal depths. The precisions in E-W, N-S, and U-D directions after relocation are 0.6, 0.7, and 2.5 km respectively. The relocation results show that the aftershock epi-centers of Wenchuan earthquake were distributed in NE-SW direction, with a total length of about 330 km. The aftershocks were concentrated on the west side of the central fault of Longmenshan fault zone, excluding those on the north of Qingchuan, which obviously deviated from the surface fault and passed through Pingwu-Qingchuan fault in the north. The dominant focal depths of the aftershocks are between 5 and 20 km, the average depth is 13.3 km, and the depth of the relocated main shock is 16.0 km. The depth profile reveals that focal depth distribution in some of the areas is characterized by high-angle westward dipping. The rupture mode of the main shock features reverse faulting in the south, with a large strike-slip component in the north.     

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.     

Active source monitoring at the Wenchuan fault zone: coseismic velocity change associated with aftershock event and its implication

With the improvement of seismic observation system, more and more observations indicate that earthquakes may cause seismic velocity change. However, the amplitude and spatial distribution of the velocity variation remains a controversial issue. Recent active source monitoring carried out adjacent to Wenchuan Fault Scientific Drilling (WFSD) revealed unambiguous coseismic velocity change associated with a local M_s5.5 earthquake. Here, we carry out forward modeling using two-dimensional spectral element method to further investigate the amplitude and spatial distribution of observed velocity change. The model is well constrained by results from seismic reflection and WFSD coring. Our model strongly suggests that the observed coseismic velocity change is localized within the fault zone with width of ~120 m rather than dynamic strong ground shaking. And a velocity decrease of ~2.0 % within the fault zone is required to fit the observed travel time delay distribution, which coincides with rock mechanical experiment and theoretical modeling.     

Relocation of the M 8.0 Wenchuan earthquake and its aftershock sequence

We relocated M8.0 Wenchuan earthquake and 2706 aftershocks with M⩾2.0 using double-difference algorithm and obtained relocations of 2553 events. To reduce the influence of lateral variation in crustal and upper mantle velocity structure, we used different velocity models for the east and west side of Longmenshan fault zone. In the relocation process, we added seismic data from portable seismic stations close to the shocks to constrain focal depths. The precisions in E-W, N-S, and U-D directions after relocation are 0.6, 0.7, and 2.5 km respectively. The relocation results show that the aftershock epi-centers of Wenchuan earthquake were distributed in NE-SW direction, with a total length of about 330 km. The aftershocks were concentrated on the west side of the central fault of Longmenshan fault zone, excluding those on the north of Qingchuan, which obviously deviated from the surface fault and passed through Pingwu-Qingchuan fault in the north. The dominant focal depths of the aftershocks are between 5 and 20 km, the average depth is 13.3 km, and the depth of the relocated main shock is 16.0 km. The depth profile reveals that focal depth distribution in some of the areas is characterized by high-angle westward dipping. The rupture mode of the main shock features reverse faulting in the south, with a large strike-slip component in the north. Supported by the Basic Research Project of Institute of Geophysics, China Earthquake Administration (Grant No. DQJB08Z03)     

汶川地震强余震与引潮力关系的初步研究

以汶川地震为例,统计分析2008年5月12日—2009年9月30日5级以上强余震与引潮力的关系,发现平行断层方向的线应变引潮力峰(谷)值时间与汶川地震及强余震发震时间的对应关系较好,且其对应程度与断层性质有关。综合分析认为,引潮力可能是地震的诱发因素之一。     

低频电磁波在汶川强余震时的同震效应

电磁扰动观测是开展地震监测预报的一种新方法,在汶川Ms8.O地震余震中,陇南汉王架设ELF观测到了电磁同震现象,通过汉王地震台强震资料对照发现,磁场分量与地震波到达同步,但电场分量反映不够明显.     

断层面上库仑破裂应力变化的相关研究进展

地震的孕育、发生和震后调整被认为是震源区及其邻区的应变积累释放过程.地震引起的静态库仑应力变化可有力地解释余震分布、强震序列等地震观测,并为探索地震发生机制和地震预测提供新的线索.地震学家们多采用弹性位错模型计算同震位错引起的库仑应力变化,以研究余震分布及地震间相互作用;随着流变学的发展,粘弹模型因可以很好的解释大量震后形变观测而被广泛用于断层面上的震后应力调整研究;此外,构造应力加载作用在更长时间尺度上造成断层面的应力积累,基于负位错模型计算震间库仑应力变化为又一研究内容.本文从同震、震后、震间库仑应力变化的角度提炼出断层面上库仑破裂应力变化的大量研究成果,介绍了库仑应力变化的基本计算原理及引起断层面上库仑应力变化的主要原因,论述了通过库仑应力演化来研究地震活动的方法和应用,进一步讨论断层面上库仑应力演化研究存在的问题和近期的进展.