2011年日本MW9.0地震相关研究综述

2011年3月11日, 日本海沟发生的9级地震造成重大人员伤亡, 受到社会普遍关注, 本文基于此次日本9级地震相关研究结果, 尝试从不同侧面分析此次地震的观测、 现象和认识, 主要包括如下几点: ① 此次地震发生在太平洋板块西北边界上日本海沟俯冲带上, 同震破裂可能存在深浅两个位错集中区, 较深的位错集中区位错量相对较小, 但历史上7级地震多发; 而较浅的位错集中区位错较大, 但历史上强震活动相对较弱; ② 基于GPS观测资料为约束的相关断层运动研究结果表明, 日本海沟断层运动背景以大范围稳定闭锁为主(闭锁区空间尺度与同震破裂尺度相当), 自2003年日本北海道8级地震后日本海沟地区断层运动开始出现扰动, 2008年以后有几次7级左右地震震后余滑分布明显比主震位错量要大, 之后分别于2008年和2011年观测到显著慢滑移事件, 最后分别于2011年3月9日和3月11日发生7级前震和9级主震, 震前日本海沟俯冲带断层运动变化过程比较清楚; ③ 可能是由于监测的原因, 传统上的前兆观测并未出现显著异常, 其震前异常主要为: 部分地震活动参数表明强震震源区震前应力状态相对较高、 区域地表运动速率的短期异常等; ④ 对于震源区物理性质的分析引起了更多的科学问题, 例如, 震源区介质物性是否与周边存在显著差异、 断层摩擦性质是否决定了发震能力和破裂过程、 震前断层运动是否存在预滑、 震前深部流体是否影响到震源区断层运动等。 他山之石可以攻玉, 希望本文对地震预测预报基础研究工作能起到抛砖引玉的作用。     

利用同震和震后位移数据联合反演2011年日本MW9.0地震同震断层滑动

基于黏弹性球体位错理论,联合陆地和海底同震GPS数据以及日本本岛330个陆地GPS站点5～10年的震后数据,反演了日本Mw9.0地震的断层滑动模型,提升了断层滑动分布在细节上的合理性.首先,基于日本本岛330个陆地GPS站点震前2年和震后10年的连续观测数据,获取了日本Mw9.0地震震后5～10年的年平均位移,该时段的...     

新西兰2016年凯库拉MW7.8地震灾害考察与启示

在2016年新西兰凯库拉M_W 7.8地震中,北东—北东东向科科仁古断裂水平右旋位移量最大,为10—12m;北北西—近南北向帕帕提断裂垂直位移量最大,达到5—6m。对直接坐落在这2条地震地表破裂带或变形带之上的建筑物的破坏现场调查表明,尽管房屋出现歪斜,但上部主体部分基本完整,没有出现倒塌或部分倒塌现象,避免了人员伤亡。在无法回避活动断裂及其大震危险性的情况下,隔震系统的广泛采用可以有效地提高建筑物抵御地震灾害的能力。此次地震触发了数万个滑坡体,最大滑坡体可达数百万立方米。对沃罗村北边2处边坡失稳地带的考察结果表明,针对该地至少从2个方面进行了考虑和处置:一是在选址上,避开了突出山嘴等高陡坡地带;二是在房屋正对的山坡地带,种植或保护了茂密的树木,这既增加了山体的稳定性,又可以在地震中有效地减缓崩塌的石块对房屋的冲击。对比中国中东部一些大震,如1976年唐山7.8级地震和2008年汶川8.0级地震中触目惊心的巨大人员伤亡和财产损失,即使在人口密度与滑坡规模上存在明显不同,对新西兰凯库拉地震灾害现场的考察结果,还是在如何有效抵御地震灾害方面给我们提供了很好的启示。     

利用GRACE观测资料分析日本MW9.0地震前区域重力变化特征

利用GRACE重力卫星观测资料,获得了日本M_W 9.0地震前的区域重力变化;获取了TSKB、DAEJ、SUIY和HLAR站GPS连续观测垂直位移。地震前区域重力变化主要经历2个过程：1）2002年8月至2007或2008年底的先上升后下降的小幅变化过程,该过程可用二次多项式拟合;2）第1个过程后的重力快速上升后下降的较大幅度变化。2008年黑龙江至乌苏里区域重力下降明显,2009年和2010年在太平洋俯冲带的广大区域重力呈显著上升,并且正、负重力变化区域都向SW方向迁移。2010年与2009年相比,重力变化沿板块边界带呈东、西部分的正、负分布特征;东部区域点位2010年初开始重力快速下降至地震发生;而西部点位在此期间仍然为重力正变化高值,地震发生后开始下降变化。远场GPS垂直位移具有2006年中开始的隆升变化,2009年初开始转向。经过与GLDAS陆地水储量改变引起的重力变化比较,认为区域重力变化主要由地表水储量改变引起。但位于海洋侧的P01和P03位置类似下降变化也非常明显,这表明区域重力的异常变化很可能与地下深部的地幔物质运移和热引起的区域气候改变有关。这种异常变化特征与地震孕育的关系有待今后深入研究。     

东日本地震在北京GNSS连续观测站E分量的反应

北京GNSS连续观测台网孔径较小,不同的建设和管理单位执行着不同的规范,城市人 为活动强烈引起较多干扰,给观测数据的使用提出了新要求。本文对北京GNSS连续观测台网 数据做了一些必要的处理,如原始数据的高水平解算,设备、超差、迁址的改正,逐站消除E 分量线性趋势变化等。在全部可用1：个连续站E分量上,日本9. 0级地震前呈下锯齿波异常 (缓慢西移）、临震阶跃回升（快速东移）、震后n形恢复,构成了一个完整的地震过程,这个过 程在以往的GNSS观测中很少见到,为进一步研究提供了一个很好的实例。尤其是临震快速东 移,他不受人为设定的正常值大小影响,具有明显的预报和预警作用。     

Joint analysis of b-value and apparent stress before the 2011 MW9.0 Tohoku-Oki,Japan earthquake

Detecting tempo-spatial changes of crust stress associated with major earthquakes has implications for understanding earthquake seismogenic processes. We conducted a joint analysis of b-value and apparent stress in the source region before the March 11, 2011 M_W9.0 Tohoku-Oki, Japan earthquake. Earthquakes that occurred between January 1, 2000 and March 8, 2011 were used to estimate b-values, while source parameters of events with magnitudes of Ms5.0–6.9 between January 1, 1997 and March 8, 2011 were used to calculate the apparent stresses. Our results show that the average b-value decreased steadily from 1.26 in 2003 to 0.99 before the Tohoku-Oki mainshock. This b-value decrease coincided with an increase in the apparent stress from 0.65 MPa to 1.64 MPa. Our results reveal a clear negative correlation between the decrease in b-value and increase in apparent stress, which lasted for approximately eight years prior to the 2011 mainshock. Additionally, spatial pattern results of the relative change in b-value show that the area associated with drastic b-value decreases (25% or greater) was concentrated near the 2011 mainshock epicenter. The joint analysis of b-value and apparent stress provides a promising method for detecting anomalies that could serve as potential indicators of large earthquakes.     

2011年日本Mw9.0地震引起的环渤海地区井水温度变化分析

2011年3月11日的日本M_w9.0地震在中国引起了大范围的井水温度同震变化,而水温震后持续变化的井孔多数分布在井网密度较大、距震中较近的环渤海地区。本文分析了环渤海地区水温震后变化的特征和机理。结果表明,水温震后变化形态为上升,变幅0. 005~0.976°C,空间分布在同震位移较大、张性应变较明显和地震能量密度较大的区域;依据同井水位资料,一些井孔的水温和水位震后变化特征较一致,其水温震后升高可能是地震波增大含水层渗透性的结果;另一些井孔的水位震后变化不显著,其水温震后升高可能与地震波增大井区大地热流有关。     

高频GPS形变波与地震波在日本MW9.0地震中的对比研究

高频GPS动态监测可快速准实时解算地表位移,其在地震参数快速确定、地壳形变短期变化过程、震源破裂过程和震级标度研究等方面成为传统地震学的补充。针对浙江省内的1Hz的GPS数据,本文采用GAMIT的TRACK模块,获得了日本2011年3月11日M_W9.0地震的位移时间序列,并将其与浙江省地震台网并址观测的地震计获得的位移信号进行对比。结果显示,高频GPS与地震计获得的峰值地动位移之间差异在GPS的观测误差范围内。相对于原始波形,两者在0.005～0.1Hz频段上的水平方向相关系数提高了50%以上,高程方向相关系数提高了2倍以上。研究表明,高频GPS与宽频带地震计的观测结果在时序和频谱上有相互重合的区域,GPS和地震仪可以共同覆盖地震地表位移的全部可能范围。     

2022年墨西哥米却肯州7.6级地震序列的触发关系及发震动力学探讨

2022年9月19日墨西哥米却肯州发生M_W7.6地震,该地震位于北美板块与科科斯板块交汇处。为进一步研究本次地震对周围断层和后续地震的影响,剖析该地震的孕震背景和发生条件,首先使用包括USGS在内的多个国外地震机构得到的墨西哥M_W7.6地震以及后续的两次M_W＞5.0地震的震源机制解,分别计算出震源机制中心解,然后通过计算主震产生库伦破裂应力变化来研究本次地震对后续两次地震的触发作用,最后收集了1976年1月1日至2022年5月31日发生在本次地震附近的M_W≥4.9的29条震源机制解数据,反演该地区的构造应力场,并模拟在局部构造及其作用下产生的各种断层形状及相对正应力和剪应力的分布情况。研究结果表明:①震源机制中心解表明主震和6.8级余震为逆冲型地震,而5.8级余震的震源机制为正断型地震; ②本次地震对5.8级和6.8级余震的库伦破裂力变化均超过0.01MPa的阈值,表明这两次强余震可能是在主震的触发下发生的; ③震源区应力场的主压应力轴为NNE-SSW向,主张应力轴近乎垂直。本地震序列的断层破裂近乎沿应力场的最大剪应力平面发生,最大限度地释放了构造运动积累的应力。     

2011年日本东北大地震（M_W=9.0）震间与震前变形场特征及其对强震预测的启示

强震震前(preseismic)动力学过程的研究对于地震预测具有十分重要的意义,但由于观测资料的限制,目前对强震前孕震区力学状态及其演化过程的认识还非常有限.2011年日本东北9.0特大地震(Tohoku-Oki)发生在GPS观测台站最为密集的地区,为研究特大地震震间(interseismic)与震前的变形状态提供了难得的机会.文中将利用日本东北大地震之前连续的GPS观测资料,分别计算震间与震前的速度场与变形场.通过对比分析发现,日本东北地区(Tohoku)震前的应变状态与震间的有很大的不同,震间的变形主要受到太平洋板块向日本海沟北西西向的俯冲挤压作用所控制,其主压应变以近东西向压缩为主,日本东北地区的运动方向与太平洋板块的运动方向大体一致.但是,临近地震前(震前)日本东北地区的运动方向发生了很大变化,震前30天的连续GPS观测结果显示,速度场的优势方向经常变换,间歇性地出现与太平洋板块运动方向相反的情况.这意味着震前孕震区的力学状态发生了很大的改变.这种变化可能与震前破裂成核或慢滑移及慢地震等过程有关,这些过程将加速或促进大地震的发生,从而为大地震的发生准备了力学条件.值得特别强调的是,这些现象都是可以通过直接观测能够发现的大地震之前的异常现象.由此可见,加密GPS站点进行连续观测,寻找震前变形异常区以及探索异常的物理机制对于地震预测预报有重要的科学意义.     

日本9.0级地震前后华北形变场变化特征与地震趋势分析

本文分析了华北主要断裂带基于2011年日本9.0级地震同震位移场的应变变化, 结合华北地区近几年形变异常分析日本9.0级地震前后华北地区形变场的变化特征, 分析了日本9.0级地震对华北地区的影响以及未来值得关注的地区。 日本9.0级地震的发生使得华北地区EW向主压应变有所释放, 不同地区的同震响应存在差异, 部分趋势性变化在日本9.0级地震后有所恢复, 目前郯庐带中南段及附近区域的挤压应变背景和断层活动水平增强值得关注。     

超导重力仪检测2011年日本东北Mw9.0级地震前的重力扰动信号

对大地震前的扰动现象的研究有助于认识地震孕育的动力学过程,震前重力扰动已成为关注的热点之一. 对大地震前的扰动现象的研究有助于认识地震孕育的动力学过程,震前重力扰动已成为关注的热点之一. 为检验日本M_w9.0级地震是否存在震前扰动现象,本研究利用全球超导重力仪记录到的地震前后7天内20组秒采样数据进行分析. 经潮汐、大气改正等处理去除仪器的漂移及残余潮汐效应,得到非潮汐重力变化曲线.结果表明大部分振幅大于30×10^-8 m·s^-2的曲线反映了全球M_w≥6级地震引起的高频波动信号,其中11组数据在3月9日M_w7.3级前震之前出现了扰动现象.震前扰动可分解为三个频段,其中,低于0.1 Hz和高于0.18 Hz的分量分别反映了地震波动信号及非构造信息,中间频段(0.118~0.18 Hz)信号能够较大程度地压制地震波动信号、并同时保留异常扰动信息.它的振幅在3月7日10时之前基本保持约1×10^-8 m·s^-2,之后开始逐渐增大,到3月9日7.3级前震前后达到最大,此后振荡衰减,振幅保持约(5~10)×10^-8 m·s^-2,直至主震发生.中间频段信号的变化特征与主震前的应力迁移过程以及实验记录到的地震成核过程有许多相似之处;不过,震前重力异常是否与主震前的应力加速积累有关,仍待进一步研究.     

利用Yabuki & Matsu'ura反演方法计算 2011年日本东北地区太平洋海域Mw9.0级地震同震滑动分布

Yabuki & Matsu'ura反演方法是利用ABIC最佳模型参数选取方法和平滑的滑动分布作为约束条件,由形变观测数据计算发震断层滑动分布.本文基于日本列岛同震GPS观测数据和发震断层曲面构造模型,利用Yabuki & Matsu'ura反演方法计算2011年日本东北地区太平洋海域Mw9.0级地震的发震断层同震滑动分布.反演结果表明,断层面上的最大滑动量为35 m,较大滑动分布在浅于30 km的震源中心上部,最大破裂集中在20 km深度的地方.其地震矩约为3.63×1022N·m,对应的矩震级为Mw9.0.模拟结果显示Yabuki & Matsu'ura反演方法更适用于倾角低于40°的断层模型反演.最后,本文基于上述方法获得的发震断层滑动模型,利用地球体位错理论正演计算该地震在中国及其邻区产生的远场形变,正演计算结果基本可以解释由中国GPS陆态网络观测到的同震形变.     

东日本地震在北京GNSS连续观测站E分量的反应

Several new demands have been put forward for the application of the Beijing continuous GNSS observations due to some particular reasons,such as the limited coverage of the observation network,the different construction and management criterion executed by different units and the intense interference resulting from human activity. In this paper,necessary processing of data is carried out, including more accurate calculation,corrections to the replacement,outliers and relocation of equipment,and elimination of linear trends in the E-component for every station. The E-components of the 16 available stations showed a lower sawtooth wave anomaly( s lowly westward propagating) b efore the2011 Tohoku M W9. 0 earthquake,a coseismic step rebound( rapid eastward propagating)and a post-seismic Ω-shaped recovery. These steps constituted a complete earthquake process which was rarely seen before in the GNSS observations and provides a good example for further study. Moreover, t he rapid eastward propagating during the earthquake is not influenced by the size of the given normal values,which may play a significant role in earthquake forecasting and early warning.     

日本海沟俯冲带MW9.0地震震源区应力场演化分析

于2011年3月11日发生在日本东北部的M_W9.0级逆冲型板间地震是日本有地震记录以来震级最大的一次地震.本研究基于NIED F-net矩张量解目录中的震源机制解,选取两个长轴相互垂直的矩形区域进行应力场2D反演,获取了日本海沟俯冲带地区应力场的空间及时间分布图像.结果表明：主震前,俯冲带地区应力状态在空间上大体趋于一致,即应力轴（P轴、σ₁轴及S_Hmax轴）系统性地倾向板块汇聚方向,P轴、σ₁轴倾角整体偏缓（< 30°）,且远离震源区及日本海沟东侧区域内的应力轴倾角普遍大于主震震源区内应力轴倾角;主震前,受2003年5月26日在宫城县北部发生的M_W7.0地震影响,位于M_W9.0地震震源区西北侧的应力场出现明显扰动,σ₁轴倾向顺时针偏转150°~180°,并于之后大体恢复至震前状态,同期其他地区没有明显变化,这种情况可能和主震断层局部（深部）的前兆性滑动有关;主震后,距离震源区较远处应力场变化不大,主震震源区内应力场发生显著改变,P轴及σ₁轴均以大角度（>60°）倾伏于板块汇聚方向,S_Hmax轴顺时针偏转60°~90°且在日本海沟附近普遍平行于海沟轴.这项研究以时空图像的方式展示了大地震前应力场变化的特点,反映了大地震孕震过程中构造与地震的相互作用,对于理解大地震孕震过程有重要意义.

     

2022年门源MS6.9和2016年门源MS6.4地震序列比较分析

2022年1月8日青海省海北州门源县发生M_S6.9地震,震中距离2016年1月21日门源M_S6.4地震震中约33km,两次门源地震均发生在冷龙岭断裂附近,但在震源机制、主发震断层破裂过程及地震序列余震活动等方面显著不同。针对两次门源地震序列的比较分析,对研究冷龙岭断裂及其附近区域强震序列和余震衰减特征等具有重要研究意义。通过对比分析2022年门源M_S6.9地震和2016年门源M_S6.4地震余震的时空演化特征,发现二者在震源过程和断层破裂尺度上存在明显差异,前者发震断层破裂充分,震后能量释放充分,余震丰富且震级偏高;而后者发震断层未破裂至地表,余震震级水平偏低。综合分析两次门源地震序列表现出来的差异性,认为其可能与地震发震断层的破裂过程密切相关,且同时受到区域构造环境的影响。     

2011年日本MW9.0地震震后形变机制与震源区总体构造特征

本文利用较为完备的球体位错理论,结合4.5年的震后位移数据,优化了2011年日本M_W9.0地震震源区岩石圈弹性层厚度与地幔黏滞性因子,更新了该强震断层余滑时空演化过程.首先,基于日本列岛215个均匀分布的GPS连续观测站震前2年与震后4.5年的观测数据,提取了2011年日本M_W9.0地震引起的震后位移时空变化;接着,依据断层余滑衰减相对较快的特点,利用黏弹性球体位错理论对震后3~4.5年的GPS观测数据进行反复拟合,确定2011年日本M_W9.0地震震源区地幔黏滞性系数和岩石圈弹性层厚度的最优解分别为6×10¹⁸ Pa·s和30 km;然后,从震后3年内GPS观测数据中剔除地幔黏滞性松弛效应,获取了断层余滑对应的震后位移场;最后,利用基于球体位错理论的反演算法,反演了2011年日本M_W9.0地震断层余滑的时空演化过程.结果表明,2011年日本M_W9.0地震引起的断层余滑在震后半年内变化显著,震后2年主震区域余滑基本停止,断层的两端存在一定的余滑效应,断层余滑的累计矩震级达到8.59;地震后4年,地幔黏滞性松弛效应对震后位移场的贡献在总体上超过断层余滑的贡献.

     

2011年日本9.0级大地震的应力触发作用初步研究

选用Hayes和Guangfu Shao等给出的震源破裂模型(2011年3月网上公布)、哈佛CMT目录和日本F-net目录给出的余震目录,使用Coulomb3.2软件,对2011年3月11日发生在日本本州东海岸附近海域的M_W9.0地震序列间的静态库仑应力触发关系进行了初步研究。结果表明:1)3月9日发生的M_W7.2前震破裂分布产生的库仑应力对随后发生的M_W9.0主震存在触发作用;2)M_W9.0主震对余震的触发统计结果表明,选用不同的主震模型、余震目录、等效摩擦系数和震源机制解中不同的节面作为接收断层面时,会得到不同的触发统计结果,该研究得到的主震对余震的触发率最小为56.8%,最大为75.3%;3)利用震源机制解计算库仑应力时,理论上震源机制解的2个节面上的剪切应力是相同的,但在实际计算中可能由于2个节面的非正交或震源机制解结果的取整,导致2个节面上计算出的剪切应力不同,但一般差异很小。由于节面的选取对接收断层面上的剪切应力有一定影响,而对接收断层面上正应力的影响较大,因而会影响到库仑应力的计算结果,因此讨论某个具体余震是否被触发或统计余震触发率时,对接收断层面的选取应加以注意。     

2011年日本MW9.0地震对沂沭断裂带及其两侧地区地壳运动的同震影响研究

2011年日本M_W9.0地震（简称日本地震）后沂沭断裂带及其两侧地区地震活动显著增强,研究日本地震对该地区地壳运动及地震潜势的影响十分必要.为此,本文通过112个连续GPS观测站获取了研究区高空间分辨率的日本地震同震形变场并得到如下认识：（1）8个定点地球物理观测的同震响应验证了本文同震形变场的可靠性;日本地震的东向拉张使研究区整体上处于张性同震应变状态,但存在局部挤压区域,其中莱州湾至海州湾的挤压条带穿过沂沭断裂带并对断裂带南北两段产生了不同的同震作用,对南段具有拉张作用,对北段产生挤压作用;（2）同震形变场在鲁东隆起和鲁西断块产生了显著的剪应变,地震b值显示上述区域的构造应力在日本地震后增强,因此同震形变场可能改变了这些区域的应力特征;（3）地震矩张量叠加分析显示,同震形变场短期内对鲁西断块、鲁东隆起区和沂沭断裂带南段累积了地震矩,可能有助于上述区域在日本地震以后的地震活动增强;日本地震对沂沭断裂带北段的地震矩具有释放作用,或许是该区域地震活动减弱的原因.     

1976年松潘、平武7.2级地震前后甘肃一侧震情监视的回顾

在重新全面深入收集整理历史档案和资料的基础上,回顾性研究总结了1976年8月16-23日松潘、平武两次7.2级地震的监测预报和防震抗震工作。研究表明,对于该次地震甘肃省和四川省地震工作者从中期预测开始,到短期、临震阶段,从地震预测到强震观测,组织开展了诸多有成效的工作。使松潘地震这个称之为重要的成功预报的实例,在我国地震工作发展史的记载中有更加充实、完整和科学的记载。并根据修订过的中国地震台网中心国家科学数据共享中心数据库给出的地震系列参数,对该次地震命名提出商榷,认为这次地震应当称之为"松潘-文县地震",或"平武-文县地震"或"松潘-文县-平武地震"更为妥当。