地震层析成像及其在消减带和地震断层带成像中的应用

回顾了地震层析成像方法的最新进展，包括模型参数化的改进，三维射线追踪，反演算法，地方震、近震和远震资料的联合使用及层析成像反演中反射波和转换波的加入。然后介绍了新一代层析成像方法在消减带及地震断层带上的应用。这些新的研究确定了消减海洋岩石层、地幔楔中的岩浆房和活动火山弧底下池壳前所未有的清晰图象，表明了与岛弧岩浆作用和弧后扩张相关的地球动力系统与深部过程有关。如：地幔楔中的对流循环和消减板块的深部脱水反应。地震断层带上的高分辨率层析成像表明，破裂成像现象与地震孕过程和地壳物质的不均匀性以及非弹性过程（如断层带上的流体）紧密相关。     

复杂大地震分析和龙陵地震震源过程

本文发展了Kikuchi和Kanamori的P波反演方法,使之适应于多断层活动和破裂在断层面上沿任意方向传播的情况,并用来研究了1975年5月29日龙陵第一大震的震源过程。结果表明,该震是由一个以走滑错动为主的主断层（走向150°）和另一个走向相同但作垂直倾滑错动的次断层同时活动引起的。在主断层和次断层上分别分布有6个和4个子地震。这种多重破裂和破裂传播的方向性效应,使龙陵地震P波波形和震源过程非常复杂。     

复杂大地震分析和龙陵地震震源过程

本文发展了Kikuchi和Kanamori的P波反演方法,使之适应于多断层活动和破裂在断层面上沿任意方向传播的情况,并用来研究了1975年5月29日龙陵第一大震的震源过程。结果表明,该震是由一个以走滑错动为主的主断层（走向150°）和另一个走向相同但作垂直倾滑错动的次断层同时活动引起的。在主断层和次断层上分别分布有6个和4个子地震。这种多重破裂和破裂传播的方向性效应,使龙陵地震P波波形和震源过程非常复杂。     

卡斯凯迪亚消减带的周期性的慢地震

汇聚边界连续的大地测量结果显示,深部瞬时蠕变事件可释放大量的应变能而不产生可测震动,因而这种地震被称之为慢震或寂静地震。因为最大地震产生于消减带,所以了解慢震在多大程度上降低罕见大地震释放的能量,对地震危险性的评估至关重要。下面我们提供的资料说明发生在卡斯凯迪亚慢震的周期性和目前正在发生的这样一个地震。     

山西1303年大地震破裂对相邻断裂段地震复发行为和影响

根据历史地震资料分析了山西断陷带中３个相连接断裂段的地震复发过程及其与１３０３年８组地震的联系。结果发现：１３０３年大地震破裂曾造成相邻断裂段上地震复发行为发生改变,其中,北邻断裂段的一次地震被提前了３００￣４００ａ发生,南邻断裂段的另一次地震则被推迟了约３００ａ发生,而１３０３年破裂过的一部分断裂面积可能长期处于较低的破坏应力下并以中强地震作调整性活动。在未受到１３０３年破裂影响的时期各断裂段的     

年青的九州俯冲带的地震结构和岩浆作用

地震层析成像表明，在九州北部深达俯冲的菲律宾海板块的地幔楔存在低速异常，且扩展到弧前区。我们还用岩石学资料采用数值模拟方法估计地幔楔的流体分布。地震学的数值模拟结果表明，年青的板块俯冲带的熔融和岩浆作用不同于老板块。脱水和熔融发生在年青（且热）板块如九州北部（≤26Ma）之上的板块弧和弧前底下，而流体（水溶液和熔融）主要发生在老板块区的弧后。     

东日本大地震地震序列的震源机制解特征及其动力学意义

日本本州及其邻近区域的应力状态以及弧后盆地的演化机制一直是人们所关注的问题.本文对2011年3月11日东日本大地震地震序列(2011年3月11日至2012年3月15日)的哈佛双力偶解进行了聚类分析,得到五种类型的震源机制解:与主震类型一致的低倾角逆断层型地震;主张应力方向垂直于日本海沟走向的正断层型地震;主张应力方向平行于日本海沟走向的正断层型地震;主压应力方向平行于日本海沟走向的逆断层型地震;包括走滑型地震在内的其他类型地震.东日本大地震地震序列中发生在弧前增生楔地震的震源机制解与大地震发生之前地震的震源机制解特征有显著区别,反映出该地区的应力状态与震前相比有较大改变.东日本大地震及其前震释放了附近区域的累积弹性应力,主震破裂区附近太平洋板块和其上覆板块接近完全解耦,降低了日本海盆地、中国东北地区的近东西向挤压应力水平.不过,整个本州岛东部区域太平洋板块和其上覆板块并没有完全解耦,但应力水平并不高.我们认为,日本海及中国东北应力水平的降低会使该区域的近东西向挤压型地震的危险性降低,而使NNE-SSW走向的走滑型地震活动性增强.同时,火山活动性也会增强.尤其是本州岛地区,存在近期火山爆发的可能性.东日本大地震地震序列的震源机制解特征还提示我们,日本海的应力状态及日本海的演化可能在一定程度上取决于太平洋板块和上覆板块的耦合状态.持续的弱耦合将不仅使得弧后大范围的地区保持岩浆上涌所必须的拉伸应力环境,而且还会因弧前隆起区发育大量正断层型地震而向深部提供促使岩浆生成所必须的水,因而造成日本海的再次扩张.     

唐山地震区应力场和地震断层活动特征

本文收集了1976年7月28日(唐山地震后),至1989年4级以上地震的震源机制参数。对1976—1979年的震源机制的断层错滑角、断层性质、旋转方式做了补充测定,1979—1989年进行了计算机计算,从应力轴空间位置、断层产状、性质、旋转方式、错滑运动情况进行分析。结果表明:唐山地区在近东西向的主压应力下,许多断层走向为北东、倾角较大,以右旋逆断层为主,水平向错动量为垂直向的1—2倍。宁河、滦县在区域应力作用下,受局部构造的影响,呈现出不同特征。     

利用断层应力积累探讨大地震发生的地点——以日本2011年东北9级大地震为例

大地震在哪里发生是地震预报首先要解决的问题.利用反演GNSS观测数据得到的2011年日本东北9级大地震前7年（2004—2010年）断层上的应力变化,我们发现了这次地震断层的孕震区.为了进一步研究该孕震区的演化过程,本文继续反演这次大地震在1997—2003年间的断层应力变化过程.通过这两期的反演工作,我们看到,在这14年中,断层应力的年变化图案的主要特征基本是稳定的,并存在明显的应力增加区和降低区.前者与地震的破裂区吻合,后者与前震、重复小地震和无震滑动的区域一致.显著的剪切应力增加区不但与主震,而且还与大余震的破裂区相符合.我们发现断层面上高应力积累区的零剪应力和零正应力变化的等值线不重合,前者在断层面上的深度大于后者,这意味着在剪应力增加区存在着正应力降低区或剪切强度降低区（由于剪切强度与正应力成正比）.断层初始破裂点似乎更偏好零正应力等值线附近的位置,这是因为该处不但靠近剪切强度降低区,而且位于剪应力积累最显著的地方.研究结果表明,正应力变化对大地震的初始破裂有影响;本文所使用的断层应力变化反演方法,可以用来作为预测大地震发生位置的一种手段.

     

断层厚度的地震效应和非对称地震矩张量

本文导出了具有厚度和滑动弱化区域的断层的非对称地震矩张量表示式,指出要求地震矩张量具有对称性不是一个绝对必要的限制.在非对称地震矩张量中,位错项对应于对称地震矩张量,拉力项对应于非对称地震矩张量.由于拉力项等效于单力偶,所以在非对称地震矩张量解的两个节面上,沿滑动矢量方向的力偶强度不再相同,与较大力偶相联系的节面为断层面,与较小力偶相联系的节面为辅助面.这一性质可用以从两个正交的节面中判断哪一个节面是断层面.如果忽略拉力项,会高估与位错对应的标量地震矩.只有满足相应的约束条件的非对称地震矩张量才能表示具有厚度和滑动弱化区域的断层模型,并从中分离出与位错和拉力对应的地震矩张量.     

1975年夏威夷卡拉帕纳地震的长周期震源特征

1975年夏威夷卡拉帕纳地震发生在变化无常的基拉韦厄火山南翼之下。对此次地震有不同的解释,如正断层地震、冲断层地震以及山崩。最初的崩塌模式的证据是先前的断层模式不能解释由卡拉帕纳事件产生的勒夫波辐射图型和海啸振幅。在此, 我们对该事件的长周期数字地震数据进行再分析。矩心矩张量分析显示该地震辐射图型能被充分地解释为由一个向陆浅倾的冲断层引起。我们测定的地震矩为3．8×1020 Nm (Mw7．7),大约为早先估计的2倍。本研究中,震源机制解确定的构造和地震矩与观测到的海啸振幅是一致的。长周期的体波波形的反演显示这次震源持续时间(-72 s)对于一次这样大小的地震来说显得异乎寻常地长。     

根据新西兰从消减至走滑的板块边界转换带的地方震来研究地震各向异性

用剪切波分裂法研究了消减带(新西兰北岛南半部)及其向倾斜转换断裂的转换带(南岛北部马尔博罗地区)地壳和上地幔中的各向异性。在马尔博罗,延迟时间几乎不随深度而增加,最可能的是,本研究所用的高频震相主要反映了岩石层的各向异性。在马尔博罗断层系中部,快波偏振与断层近似平行。各向异性是由于在马尔博罗断层系之下50～80 km 处存在(30±10)km 厚的变质的片岩(榴辉岩)引起的。在马尔博罗断层系边缘,快波偏振平行于最大压应力方向,与地壳中由裂纹引起的各向异性一致。根据 SKS 震相推断出的地幔中与岛弧一样宽的剪切带,看来在地壳内发生在较窄的区内。在北岛的南半部,所有深度地震的快波偏振都平行于海库兰奇消减带和断层的走向。偏振性质和主要取自地幔的 SKS 震相的性质很相似。这表明,岩石层和上地慢具有一致的走滑剪切形变。对延迟时间随深度增加的地幔,我们计算出在软流层上部200 km 中速度各向异性为(1.2±0.3)%。为了与SKS 延迟时间匹配,这个结果要求直至(580±100)km 的深度都存在各向异性物质,或要求各向异性随深度而变化,或者分裂与频率相关。     

慢地震, 极小的颤动地震

最新研究发现,发生在断层带深部的小地震和极小颤动地震都是由地表的慢地震引起的。这种慢地震可能也是可发生在俯冲带的震源比较浅、震级高、破坏力强的地震的前兆,如2004年12月发生的苏门答腊地震。美国地质调查局的地震学家B.Ellsworth说,“2002年,日本地震学家K.Obara首次发现的“非火山”微弱信号是半个世纪来被发现的第一个新的地震波震源”。颤动地震与我们常见的普通地震的信号不同,它没有包含地震学家确定地震震中的P波和S波。这种信号可能持续的时间较长,与一般地震只有几秒钟的信号相比较,它可以持续15min。一系列1级或2级的…