地震发生时的应力转移作用

地震改变周围断层的剪切和正应力，现有新的证据支持这种小的应力突变将造成地震活动速度较大变化的假说，应力增加（余震）的地方地震活动速率上升，应力减少的地震速率下降，不管地震活动速率是增加还是减少，随时间都会相继恢复。当应力变化转化为概率变化时，可发现地震灾害受到相互作用的强烈影响。     

基拉韦厄火山区的地震速率变化可作为应力计

地壳中的应力变化通常通过地表附近的形变作观测约束，运用模型计算来估计。但是，地震活动变化与应力的广泛相关性(Simpson and Reasenberg，1994；King，et al，1994；Jaume and Sykes，1996；Harris，et al，1995；Stein，1999)使我们认为，应力变化或许可用地震目录估计的地震发生率来计算。因为地震活动数据是日常搜集的，并具有很好的时间和空间分辨率，这种可能性相当有吸引力。但由于地震速率随应力和时间的变化都是非线性的，因而这种方法的有效性还没有被证明。这里我们给出两种方法运用地震速率随应力和时间变化的公式，由地震速率数据来反推应力变化(Dieterich，1994．)。将这些方法用于夏威夷的基拉韦厄火山区，得到了与独立估计十分一致的结果，表明地震速率可作为一种实用的应力遥测计。     

由兰德斯和赫克托矿地震的地震波触发的地震

加州1992年兰德斯7.3级地震和1999年赫克托矿7．1级地震的接近和相似允许人们对触发地震的假设进行检验，而这在以前是不可能的。赫克托矿地震证实了对兰德斯地震所提出的推断：瞬时、振荡的“动态”形变以地震波的形式辐射，能触发地震活动速率的增加(Hill，et al，1993；Anderson，et al，1994；Gomberg and Bodin，1994；Spudich，et al，1995；Gomberg，1996；Gomberg and Davis，1996)。在本文中，我们对地震活动速率的空间和时间变化(Matthews and Reasenberg，1988)进行了量化。在兰德斯地震的北部地震活动速率增加，而对赫克托矿地震这种增加主要发生在震中以南。我们认为破裂方向性分别使兰德斯和赫克托矿断层的北方和南方动态形变提高，这可以由地震波速度场的不对称性得到证明。对于触发作用，动态和静态应力变化都很重要，距离较远处动态应力变化起主要作用。峰值波速证明了动态触发闽值的存在，并约束了动态触发闽值的范围。在大多数地区，这个阈值依赖当地的条件，从零点几到几MPa变化，超过静态闽值一个量级以上。在某些地点触发过程直到动态形变平息了之后才开始。这些观测现象的物理机制可能与导致液化和循环疲劳的机理相似。     

苍山地震库仑破裂应力变化与地震活动相关性探讨

本文收集了苍山地震周围断层的几何参数和运动学参数, 选择不同的接受断层, 研究了苍山地震库仑应力变化对余震及周边断层活动的影响。 结果表明, 苍山地震正的库仑应力变化对余震活动有促进作用, 大部分苍山余震分布于库仑应力变化增加区域, 应力增加量值为0.003~0.005 MPa。 通过对比该地区苍山地震前后16年的地震资料, 发现苍山地震正的库仑应力变化对苍山断裂附近地震活动增强亦有一定的促进作用, 而对于周边其他断层, 由于距离较远, 库仑应力变化量较小, 苍山地震库仑应力变化的影响可以忽略。     

地震失效模型中的失效

简单的启发式模型和数值计算表明，通常所用的地震失效模型不能解释地震活动性是由瞬态的或“动态”的应力变化(即，与地震波相联系的应力变化)所触发的。这类模型具有共同的特性：当断层以恒定速率加载(加应力)时，表征失效的物理量以加速速率增加。例如，经常采用的速率状态摩擦模型或亚临界失效生长模型，它们表征失效的特征量分别为滑动或失效长度。当生长速率加速到超过所谓临界阈值时，失效发生。这些加速的失效模型不能预测动态触发地震序列(如，余震或远距离地震)的有限持续时间。某些这类失效模型被用来解释余震的静态应力触发。这也许暗示动态触发的物理过程是不同的，或者说目前所用的静态触发模型需要修改。若前者是正确的，我们也许要求助于基于诸如饱和断层挤压导致孔隙压力增加或周期疲劳的振荡型变形的物理机制。然而，如果动态和静态触发机制不同，我们仍然要问：为什么忽略动态机制的静态触发模型似乎能解释许多观测现象。如果静态和动态触发机制相同，也许加速失效和(或)触发使一组要发生的地震提前发生的假设是不对的。     

2015年尼泊尔强震序列对中国大陆的应力影响

基于2015年尼泊尔地震序列的破裂模型及均匀弹性半空间模型,计算了该地震序列传递到中国西藏境内发生在定日县地震和聂拉木县地震的应力.2015年尼泊尔地震序列导致定日县地震和聂拉木地震节面和滑动方向的库仑应力增加(2~3)×103 Pa和(2.4~3.1)×105 Pa,表明这两个地震受到尼泊尔地震序列的触发.其次,我们计算了2015年尼泊尔地震序列在中国大陆及其附近主要活动断层上产生的库仑应力变化.喜马拉雅主山前逆冲断裂和青藏高原内部的拉张正断层上的库仑应力有较大的增加,而青藏高原的走滑断裂,如阿尔金断裂、东昆仑断裂、玉树玛曲断裂、班公错断裂西部、嘉黎断裂的库仑应力有较大的降低.天山南北两侧的断裂库仑应力降低.而华北及东北、华南地区的库仑应力变化几乎可以忽略不计.最后,计算了该地震序列造成的水平应力变化.水平面应力在2015年尼泊尔地震序列北向(青藏高原大部和新疆区域)增加(拉张),而在地震序列东侧的西藏南部和川滇地区南部降低(压缩),在华北和东北仅有少许增加,在华南地区有少许降低.在中国西部,主压应力表现为以2015年地震序列为圆心的向外辐射状,而主张应力方向与同心圆切线方向大体一致.水平主压应力方向在东北地区为北东向,在华北地区为北东东向,在华南地区为南东东向.这种模式与现今构造应力场方向相似,表现了2015尼泊尔地震序列所代表的印度板块和欧亚板块的碰撞是中国大陆构造变形的主要动力来源.     

对静态应力解发的一种新的统计检验：在1987年苏必斯蒂森山地震序列 …

在过去几年里,许多研究者声称大地震产生的静态应力变化影响后续区域地震活动性的空间和时间分布,地震优先发生在应力增加区,而在应力降低区地震活动性降低。一些研究者提出了定量方法来检验静态应力角发的存在,但还未达成确定一致的认识。我们提出了一套检验静态应力角发的方法,它需要计算大地震发生期间的一组地震事件震源机制节面上的库仓应力变化。我们比较了计算得到的主震之间和之后地震事件震尖机制节面上的库仓应力变２     

昆仑山口西8．1级地震的应力触发作用及对周边断层的影响

采用可变滑动震源模型,计算Ms8．1昆仑山口西地震产生的库仑破裂应力变化,解释余震的空间分布特征。以此为基础,分析了此次大地震在周边断层上产生的应力变化及其对地震活动性的影响。结果表明,两个模型和两种方法计算得到的应力变化均呈现相似的分布特征。应力增加区与后续地震活动的对应关系,反映昆仑山口西地震对后续地震活动的触发效应。玛尼断裂带和东昆仑断裂带受应力变化影响最明显。     

阿拉斯加迪纳利M=7．9级地震瞬时变形引起的地震成核

推断导致地震触发的永久和动态(瞬时)应力变化常比地震本身释放的应力数量级小，这意味着触发发生在应力处于临界状态的断层上(Hill et al，1993；Gomberg et al，2000；Huc and Main，2003；Belardinelli et al，2003)。所以，触发的地震活动速率增加可能出现在加载速率最高以及可能由高温流体引起孔隙压力升高，使孽擦力减小促使断层破裂的区域(Coccoand Rice，2002；Streitand Cox，2001；Sturtevant et，al，1996)。本文说明2002年阿拉斯加州迪纳利M=7．9级地震在整个不列颠哥伦比亚省和美国西部触发了广泛的地震活动速率增加。地震波引起的动态触发应该沿着辐射能集中的破裂方向增加，我们利用迪纳利主震的地震波和新的高精度GPS记录证实了这个结论。这些观测结果和1992年加利福尼亚州兰德斯M=7．4级地震(Hill et al，1993)引起的触发仅在震级上具有可比性，并说明兰德斯地震的触发没有反映该地区的特性和地震活动性。可是，由迪纳利地震触发的地震活动速率增加的地区构造活动并不明显，意味着即使在周围应力加载速率低的地区，断层可能仍然处于应力临界状态，动态的触发很可能是普遍存在和无法预测的。     

地表水体对断层应力与地震时空分布影响的综合分析——以紫坪铺水库为例

为系统研究水库对附近地区地震活动的影响,提出了一个综合分析地震活动性与水库蓄水引起的应力变化的方法并开发了通用性较强的软件。以紫坪铺水库为例,对水库引起的应力变化与库区附近地震活动性变化的关系进行了详细分析。一方面,定量地分析了水库蓄水过程在附近断层附加的库仑应力变化;另一方面,用紫坪铺水库地震观测台网的地震目录,对包括地震发生频度、能量释放速率、b值、空间相关距离等统计参数的时间演化进行了详细解析。数值计算结果发现,无论是荷重还是孔隙压的扩散都在被认为是汶川大地震发震断层的映秀-北川断层和灌县-江油断层的库区下伏段引起了明显的库仑应力变化。地震活动统计特性的时间演化与主要断层的应力变化之间存在明确的且符合岩石力学破坏准则的相关性。据此,初步认为紫坪铺水库在其蓄水过程中对其地下的龙门山中央断层和山前断层有明显的作用     

应力触发,应力影响及其对地震危险性的意义

在２０世纪即将结束的时候,地震力学研究的许多方面仍留下疑团,留下一线光明的是我们已认识到对应力变化的简单计算可以解释一些地震之间的相互作用,并可以用以往的和正在进行的应力变化研究来解释人工诱发的地震活动。     

2014年于田MS7.3地震对后续余震和远场小震活动的动态应力触发

本文采用离散波数法,计算了2014年于田M_S7.3地震的断层破裂在近场和远场产生的库仑破裂应力变化,并结合地震活动特征,讨论了M_S7.3地震对后续余震活动和远场区域小震活动的动态应力触发作用.结果表明, ① M_S7.3地震产生的库仑破裂应力变化对其西南侧主体余震区的地震活动起到了抑制作用,这可能是本次M_S7.3地震序列余震活动水平不高的主要原因;距主震约30 km的北东方向余震区后续地震活动受到了主震产生的动态和静态应力变化的共同触发作用,动态应力变化峰值为2.78 MPa,静态应力变化为0.80 MPa,这与该区余震较为活跃相一致;距主震约45 km的北部余震区受到动态应力触发作用,应力变化峰值为0.72 MPa. ② M_S7.3地震产生的动态库仑应力变化空间分布呈非对称性,其中北东方向、北部余震分布与动态应力变化正值区存在相关性,从应力变化的角度解释了M_S7.3地震的后续余震空间活动特征. ③ M_S7.3地震在沙雅、伽师地区的远场接收点产生的动态应力变化峰值分别为0.09 MPa、0.1 MPa,对两个区域的小震活动具有动态触发作用.     

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。     

应力影区的全球搜索

关于地震波通过时触发的地震数与主震引起的静态应力变化触发的地震数的相对比例问题,一直存在着争议。静态应力变化应该对地震发生概率有长期影响,而由地震波通过引起的动态应力变化则不会。两种机制都应该会提高某些地方的地震活动率,但只有静态应力变化计算可预测地震活动率降低的影区。因此,鉴别出主震后受到抑制的地震活动就可判断静态应力变化过程。我们注意到原则上静态应力变化理论只能预测影区内特殊震源机制地震受到抑制,而非总体地震发生率的降低。因此,可用主震前、后因一定机制类型地震受到抑制而引起的平均震源机制的变化来表示应力影区的特征。我们考察了从哈佛矩张量(CMT)目录中抽取的119个MS≥7主震的±2°半径范围内、主震发生前后5年内的平均震源机制。仅在两例中发现由地震受到抑制引起的显著的平均震源机制变化。不过,通过数据叠加,我们能从统计上分辨出特定震源机制的主震后地震受到了显著抑制。这表明,虽然静态应力影区信号微弱,但它们的确出现在全球目录中。     

2008年5月12日Mw7.9汶川地震导致的周边断层应力变化

2008年5月12日,四川龙门山断裂发生Mw7.9强烈地震,导致重大的人员伤亡和经济损失.据预测,汶川地震余震将持续至少1年,并且不排除发生强余震可能.因此,判断余震可能发生区域,圈定震区周边未来可能发生地震活动的范围,对灾区人员安置、灾后恢复重建以及加强震灾及次生灾害防御具有重要的参考价值.同时,汶川地震及邻区地震活动性为将来研究板内逆冲型地震的同震应力变化,并检验地震的应力触发作用提供了一个非常难得的机会.根据地震的静态触发原理,利用弹性位错理论和分层地壳模型计算了汶川地震引起的周边断层同震应力变化,分析了汶川地震对龙门山及周边各主要活动断层地震活动性的作用和影响.结果表明,汶川地震增加了鲜水河断裂（道孚-康定段）、东昆仑断裂（玛曲-南坪段）、青川断裂、岷江断裂南端以及彭县-灌县断裂、江油-广元断裂、江油-灌县断裂上库仑应力的积累,将提升这些断层上地震发生的概率.由于这些地区人口密集,应加强这些地区的地震监测和灾害预警.青川断裂上记录到的余震表明主震已经触发了该断层的地震活动,余震有向该区迁移的趋势,应密切关注地震向北迁移的态势.彭县-灌县断裂、北川-映秀断裂南段目前发生的余震很少,所积累的构造应力未充分释放,同震库仑应力的加载有可能在今后触发该区较强余震,应对该区实施重点监测.汶川地震有效降低了抚边河断裂、虎牙断裂、哈南-青山湾断裂、龙泉山断裂以及迭部-白龙江断裂上库仑应力的积累,这些区域的地震发生概率将因库仑应力减小而降低.汉中一带、西秦岭北缘断裂上库仑应力变化微小,汶川地震的静态触发效应不足波及此处.     

关于Coulomb应力变化/扰动作用下的Dieterich余震触发机制的广义解

基于单自由度弹簧-滑块模型,滑移速率和状态相依赖的摩擦关系可用于对断层内部地震成核和断层失稳过程的定量化描述.Dieterich(1994)余震触发理论模型首次给出中强震后区域应力场受到静态应力扰动后所导致的区域地震活动性的时空变化特征,近期研究也表明Dieterich理论模型可进一步推广至依赖时间的地震预测模型的建立.本文从简单直观的断层群体化概念模型出发,推导出了包括静态剪应力和正应力扰动作用下广义Dieterich解.同Dieterich经典解相比,广义Coulomb应力变化:ΔCFF^G=Δτ－(μ₀－α)Δσ取代了Dieterich方程中原有的剪切应力扰动Δτ.从而表明余震发生率R同作用于断层上的正应力的变化(扰动)有着密切的相关性.进一步,我们讨论了传统Coulomb应力变化(扰动)模型在地震预测过程中可能存在的局限性.以1976年M_S7.8唐山大地震的主余震序列为例,采用本文中得到的结果,并结合视时窗分段方法,拟合了该地区地震活动性的时间演化过程.结果表明,除Coulomb应力变化(扰动)的影响外,主震前后加载于断层上的剪应力速率变化可对早期余震发生率产生很大影响.     

利用统计地震模型从地震活动参数中获得流体信号

根据众所周知的库伦破裂准则,应力或孔隙压力的变化都会导致地震破裂。余震活动一般认为是地震应力变化引起的,它服从大森定律。而地震群则认为是通过地下流体侵入岩层所致。应力触发可以通过在地壳单独构建三维弹力应变模型分析,而地震引起的地下流体流动情况必须通过空隙压力变化和地震之间相互作用应力场的改变这样复杂的地震活动图像研究。我们看到ETAS模型是从复杂地震活动图像获得最初流体信号的一种适当工具。我们主要分析2000年发生在欧洲中部的波西米亚西北部Vogtland地区的大地震群。通过拟合随机的传染型余震序列模型(ETAS)我们发现应力触发在创建观测地震活动图像和解释观测事件破碎时间分布时起支配性作用。外力在直接触发引起地震活动中起到的作用是很有限的,这种外力被认为是由于流体入侵导致孔隙压力变化而产生的。然而时间上的反褶积表明显著的流体信号源于地震群。这些结果已被我们的仿真模型模拟研究证实,在这个研究中,流体侵入和应力在三维弹性半空间中沿断层面转移时触发地震。基于ETAS模型的反褶积过程能够揭示地下孔隙压力变化。     

具有随机地震应力积累速率的地震发生概率模型

时间可预测模型和滑动可预测模型是两个典型的地震可预测模型,它们均假定了不变的地震应力积累速率作为一种改进,假设地震应力积累速率是个随机变量,在不同的孕震时期具有不同的地震应力积累速率假设地震应力积累上限是不变的,就引出了“随机地震应力积累速率的极大应力水平模型”以鲜水河断裂带为例,运用改进模型进行了实例计算,结果表明：道李、康定、乾宁在30年内发生6级以上地震的概率分别是：0．67－0．85,0．45－0.50,0．23－0．26．     

基于准三维有限元方法建立的地震活动模型

基于有限元方法,参照细胞自动机模型,建立了一个地震活动演化的动力学模型.在这个模型中,根据边界条件和单元介质参数的分布,利用有限元方法确定各单元的应力增长速率.每个单元设定初始应力和摩擦因数,利用破裂准则可得到单元破裂所需时间.当单元破裂后,将破裂单元作为内部边界,利用有限元方法计算由于这个单元破裂对系统其他单元造成的应力调整.根据上述规则,建立一个由30×40个节点组成,在定常位移速率边界条件作用下的地震活动模型,探讨了区域应力场的动态演化、地震活动图像和各种参数变化对地震活动的影响.结果表明该模型在研究地震活动方面有一定优势并具有实用价值.     

2019年四川长宁MS6.0地震前破裂区内视应力和b值的变化

视应力和b值都可以反映地壳应力变化。当应力增加时,视应力会增加,而b值降低。因此,应力变化将导致视应力和b值之间呈负相关关系,即,根据视应力和b值之间的负相关关系可以研究地壳构造应力的变化。本文利用2000年1月—2019年12月长宁M_S6.0地震破裂区内3.0≤M_L≤3.6地震的视应力和2.0≤M_L≤4.3地震目录,研究了视应力和b值随时间的变化,发现:2013年2月—2017年3月间,视应力呈趋势上升变化,历时约4年,在震前两年时间内,视应力仍维持在较高水平。在视应力呈趋势上升变化期间,b值则呈趋势下降变化。当视应力维持在较高水平时,b值则维持在较低水平。即,长宁M_S6.0地震发生前,破裂区内视应力增加,同时b值下降。这表明,2019年长宁M_S6.0地震发生前破裂区内存在明显的构造应力增加过程,对地震孕育过程的认识和地震预测研究都具有启示意义。