盲逆断层震后变形耦合机制研究——以2017年伊朗MW7.3地震为例

震后变形是地震周期中一个重要阶段,深入研究其产生机制有助于提高对地震演化过程、断层性质及地震危险性评估的认识.2017年伊朗M_W7.3地震InSAR观测资料丰富,为研究扎格罗斯造山带山前褶皱带盲逆冲断层震后变形机制提供了切入点.合理详细的震源模型及高精度的形变观测是开展震后余滑或黏弹松弛研究的首要前提,本文采用多视角InSAR资料联合远场波形数据反演该地震的破裂滑动分布,并解算得到伪三维地表位移,利用InSAR时序分析提取震源区主震后一年半内变形特征,显示震源区震后形变特征与同震位移场类似,LOS向形变速率最大值约8 cm·a^-1,震后变形预示震源区可能存在明显的震后应力调整现象.利用震后半年内形变资料约束的纯运动学余滑模型表明同时期释放能量为矩震级M_W6.7,进一步探讨应力驱动震后余滑及下地壳黏弹性松弛对震后变形的贡献,基于分层黏弹模型的模拟计算表明震后余滑和黏弹松弛效应的耦合模型可以更好地解释地表震后变形特征,其中震后余滑主要分布在同震破裂区的上方浅部,对主震后一年半内震后地表变形起主导作用,震源区壳下黏滞系数量级下...     

2008年10月西藏当雄MW6.3地震震后形变提取与余滑反演

2008年10月6日西藏当雄发生M_W6.3地震.本文利用震后2008年10月26日至2010年8月22日的16期ENVISAT ASAR数据,通过小基线集干涉测量、误差校正与MInTS(Multiscale InSAR Time Series)技术提取高精度的震后形变场,利用SDM(Steepest Descent Method)方法反演断层震后余滑演化过程,并分析震后余滑与同震滑动的关系.结果表明：当雄M_W6.3地震的近场震后形变场主要位于断层西侧,在时间演化上具有明显的对数函数衰减规律;震后余滑主要集中于断层中南段深0~15 km区间,最大的余滑量约0.07 m,位于断层深约9.28 km处,滑动角约-103°;震后余滑引起的地震矩能量M₀与矩震级M_W在时间演化上具有指数函数递增规律;当剪切模量μ=32 GPa,震后665天余滑释放的地震矩能量约为1.92×10¹⁷N·m,约占同震滑动释放地震矩的4.8%,相当于矩震级M_W5.46;虽然震后余滑已经延伸到断层浅部0~5 km区间,但由于余滑量相对较小,没有改变同震滑动在断层浅部区域的滑动亏损现象,这可能是2010年11月30日该区域又发生M_W5.3级余震的主要原因之一.

     

2017年9月8日墨西哥MW8.2地震对后续地震的触发作用

使用coulmb3程序研究在墨西哥地区板块间俯冲带巨震对后续余震的静态库仑应力触发作用。2017年9月8日墨西哥M_W8.2地震后,在主震震中所在区域选取38个M_W>4.0地震作为研究对象,分别设定有效摩擦系数μ′为0.2、0.4、0.6时,触发比例为39.47%、31.58%和28.95%,触发效果不佳,随着有效摩擦系数μ′取值的增大,墨西哥M_W8.2地震对余震的触发比例在降低但对主要余震的触发效果在加强。     

2008年新疆于田MS7.3地震对后续 地震的完全库仑应力触发作用

在离散波数法基础上计算2008年3月21日新疆于田M_S7.3地震造成的近场区域完全库仑应力变化, 分析该变化对余震发生所产生的影响, 得到了此次地震在2008年10月5日乌恰M_S6.8地震震中处所产生的动态库仑破裂应力变化. 计算结果表明, 该地震近场区域库仑应力变化图像演化大概持续了60 s, 库仑应力变化对余震的触发率达到90%以上, 其中动态库仑应力变化图像更好地解释了余震的分布. 余震震中处的完全库仑应力变化计算结果表明, 其动态库仑应力变化远远大于静态库仑应力变化. 于田M_S7.3地震在乌恰M_S6.8地震震中处造成的最大动态库仑应力变化为0.12 MPa, 说明后者可能受到了于田M_S7.3地震的动态应力触发作用, 但不显著;而静态库仑应力则对其影响很小.      

2021年青海玛多MW7.3地震同震和早期震后断层滑动模型及发震构造摩擦属性

地震同震和早期震后断层滑动是研究发震断层深浅部孕震形态及摩擦性质的重要手段.本文基于雷达干涉测量(InSAR)数据获得了玛多地震同震和早期震后形变场,并反演得到了发震断层的滑动分布模型.研究结果表明同震滑动主要分布在上地壳浅部,并且存在多个滑动亏损区域.发震断层在东端分叉处的倾向与主断裂和西端倾向相反.基于N-SBAS方法获得的震后4.5个月形变场显示,断层近场震中区域的累积形变量达5 cm,远场区域累积形变达2 cm.震后早期余滑分布在断层浅部和深部以及两侧的横向延展区域;部分余滑区域与同震区域重叠.其中,上地壳浅部的余滑达20 cm且填充了同震滑动亏损.时序地震矩显示上地壳浅部区域在震后快速余滑而深部稳定滑动,表明了发震断层区域的复杂摩擦属性.     

1992年兰德斯地震对1999年赫克托矿地震的粘弹性应力触发

1999年MW7.1级赫克托矿地震发生在离1992年MW7．3兰德期地震断层仅20km的地方。两个地震相距较近表明，兰德斯地震触发了赫克托矿地震。基于弹性半空间模型，USGS、SCEC和CDMG（2000）的科学家发现兰德斯地震引起赫托矿地震震源处产生了负的库仑应力变化。这一负的应力变化与静态应力触发假说不一致。本文中，我们给出由下地壳的粘弹性流动控制的过程兰德斯地震对赫克托矿地震应力触发的证据。这种粘弹性流动产生了已为GPS和InSAR测量技术观测到的大尺度震后回跳。本项研究的结果是，粘弹性流动明显改变了兰德斯地震后莫哈韦沙漠地区的区域应力场。包括粘弹性流动的演化应力场逐渐使赫克托矿震源处的库仑应力演化到正应力的水平。就在赫克托矿地震前，库仑应力增长超过1bar，使赫克托矿破裂趋近灾难性破裂的边缘。     

考虑应力触发余震的第三维：1993年俄勒冈克拉马斯福尔斯地震序列

有限维断层上的倾滑产生的静态应力变化在三维情况下有很大改变。1993年的美国俄勒冈州克拉马斯福尔斯地震序列显示出位于断层外的浅源余震群具有混合的倾滑和走滑震源机制。模拟的静态应力变化与余震位置表明，用传统的二维方法观察会得出使人误解的结果，而完整的三维分析方法表明浅源右旋滑动与倾滑主震之后的局部应力扰动一致。     

四川长宁MS6.0地震区域构造应力场特征分析

2019年6月17日在四川宜宾市长宁县（28.34°N,104.90°E）发生M_S6.0地震,余震发育。本文利用区域测震台网的地震观测数据基于CAP方法计算了28°~29°N,104°~105°E范围内的14个M_S>3.0以上地震的震源机制解,结合全球矩心矩张量目录和部分前人研究结果中该区域的共27个震源机制解数据,应用MSATSI软件反演了研究区域的应力场。将研究区域按0.1°×0.1°划分成25个应力网格,最终得到9个网格的应力分布结果,大多数应力场方向稳定,根据主震所在应力网格点得到主震的断层类型为主逆冲型。本文研究成果为四川长宁地区的孕震机理、活动构造以及地震趋势判定提供了可靠的参考依据。     

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。     

2015年智利MW8.3地震震源区构造应力场分析

自GCMT目录收集2015年9月16日智利M_W8.3地震震中周围深度在70 km以上的震源机制解, 应用MSATSI软件反演了该地震震中周围的应力场.反演结果显示, 主压应力轴方向的整体一致性较好, 张轴的非均匀性明显, 即大致以31.5°S为界, 南部处于EW向和NS向的双轴压缩状态, 以WE向挤压为主, 兼有NS向挤压, 拉张轴近乎垂直;北部压轴方位仍为近EW向, 但张轴方位旋转至近NS向.      

2017年伊拉克MW7.3地震的类型界定及其震后趋势分析

2017年伊拉克地震发生在我们划分的巴格达地震区,鉴于不同机构提供的该震震级参数相差较大,本文利用孕震断层多锁固段脆性破裂理论,分情况讨论了该震所属地震类型,并分析了巴格达地震区地震趋势.结果表明：若2017年伊拉克地震为M_W7.3,则该震为第3锁固段向峰值强度点演化过程中发生的1次显著前震,该区未来将发生M_W7.7~8.2（双震型为M_W7.5~8.0）标志性地震,目前已接近临界状态;若2017年伊拉克地震为M_W7.5,除可能为显著前震外,还可能为标志性地震（双震）之一,若如此两年内该区将发生另一次M_W7.5地震;若2017年伊拉克地震为M_S7.8,则该震为第3锁固段峰值强度点对应的标志性地震,与我们对该震的前瞻性中长期预测结果相符.我们判断该震不为主震,预测该区未来还将发生M_W7.8~8.3（双震型为M_W7.6~8.1）标志性地震,目前该区远离临界状态.

     

2001年昆仑山地震同震—震后效应与2021年玛多地震关系探讨

位于青藏高原中北部的巴颜喀拉地块是我国西部近年来的主体地震活动区,一系列M_W7.0以上强震均发生在该次级块体周边,而其北边界东昆仑断裂带是一条长达2000 km、规模最大、活动性最强的深大断裂带.2001年在东昆仑断裂带中段发生了M_W7.8昆仑山地震,2021年5月在其震中东南部大约450 km处巴颜喀拉块体内部一次级断裂上发生了M_W7.3玛多地震.玛多地震对人们以往认为强震更可能发生在巴颜喀拉块体边界断裂上的认识提出挑战,但是也为研究巴颜喀拉块体边界断裂与块体内部次级断裂活动关系、地震触发关系带来机遇.本文利用前期基于2001年昆仑山地震后积累的大量InSAR数据获得的震后大范围形变场时空演化图像和库仑应力变化模型,探讨昆仑山地震与玛多地震的关系.InSAR震后观测结果显示：昆仑山地震后沿东昆仑断裂带出现了长达500 km的大范围南北不对称震后形变场,其中南盘形变宽度和量级均明显大于北盘,南盘形变宽度达到250 km,断层近场相对平均形变速率达到＞20 mm·a^-1,而且南盘向南衰减梯度小,整体衰减缓慢,意味着震后形变对巴颜喀拉块体形成持续东向加载作用,并将分摊到块体内部的一系列次级断裂上,应力加载增加次级断层的地震危险性.2015—2020年InSAR震间应变率场则显示次级断裂——昆仑山口—江错断裂呈高剪切应变率特征.本文计算了昆仑山地震同震破裂和震后形变引起的玛多震区多条SE向次级断裂的累积库仑应力变化,结果显示昆仑山地震同震和震后形变对玛多地震发震断裂(昆仑山口—江错断裂)形成了一定的应力加载.本文认为昆仑山地震同震和长时间尺度震后形变加速了巴颜喀拉块体的东向运动,而断层本身运动学性质和区域应力扰动共同影响了玛多地震的发生.

     

2018年阿拉斯加湾MW7.9地震震源复杂性

2018年1月23日,在美国阿拉斯加湾海域发生了一次M_W7.9地震.震源机制解表明这次地震以走滑为主,可能发生在近东西向或南北向的陡倾角断层上,早期余震并非线型展布.我们利用视震源时间函数分析确定了此次地震的总体破裂方向,并结合余震的空间展布特征构建了相互交叉的双断层模型,进而通过联合反演远场P波和SH波数据获得了此次地震的时空破裂过程.视震源时间函数分析表明总体破裂方向既非东西也非南北,而且反演结果表明,两个断层上都发生了错动,总体破裂时间~50 s,释放标量地震矩~8.11×10²⁰ Nm.震源时间函数表现出多事件特征,且两个断层破裂的时间过程也不相同.破裂首先在南北向断层的南端开始,很快触发了东西向断层,最后终止于南北向断层的北端.每个断层都具有相当的时空复杂性,位错分布很不均匀.东西向断层具有三个凹凸体,一个位于震源附近,其他两个位于断层两端.南北向断层有两个凹凸体,均位于断层北段,最大滑动量~5.0 m就出现在这里.发生最大位错的南北向断层延伸至阿拉斯加海沟,增加了触发阿拉斯加海沟其他断层发生破裂的可能性.

     

智利M_W8.3地震与M_W8.8地震的震源过程及其引起的库仑应力特征

2015年9月17日6时54分32秒(北京时间)智利中部伊拉佩尔附近(震中31.57°S,71.67°W)发生了一次M_w8.3大地震,在此次地震震中以南约500 km处的马乌莱地区曾于2010年2月27日14时34分11秒发生过一次M_w8.8强震(震中36.12°S,72.90°W),两次地震余震分布区之间有约75 km的地震空区.本文利用远场体波与面波波形,基于有限断层模型,反演了这两次地震的震源破裂过程.结果显示这两次地震均为逆冲型大地震,2015年伊拉佩尔M_w8.3地震的平均滑动角度为107°,平均滑动量为2.43 m,平均破裂速度为1.82 km·s~(-1),标量地震矩为3.28×10~(21)Nm,95%的标量地震矩在104 s内得到了释放.最大滑动量约8 m,位于沿走向75 km,深度8 km处.2010年马乌莱M_w8.8地震的平均滑动角度为109°,平均滑动量为4.95 m,平均破裂速度1.90 km·s~(-1),标量地震矩为1.86×10~(22)Nm,95%的标量地震矩在121 s内得到了释放.最大滑动量约12.5 m,位于沿走向100 km,深度21 km处.2015年伊拉佩尔M_w8.3地震浅部更大的滑动量应该是其引起了较大海啸的一个原因.基于破裂滑动分布,我们计算了这两次地震引起的周边俯冲带上静态库仑应力变化,结果显示两次地震均显著增加了周边俯冲带上的库仑应力,2010年马乌莱地震使得2015.年伊拉佩尔地震震源区附近的库仑应力增加了(0.01~0.15)×10~5Pa,从应力积累的角度看,2010年马乌莱地震有利于2015年伊拉佩尔地震的发生,对后者的发生起到了促进作用.     

2018年2月6日花莲M_W6.4地震近场地震动方向性效应

利用中国台湾省内222个强震动台站以及Palert地震预警系统520个台站所观测的三分量加速度记录,研究此次花莲M_W6.4地震近场强地震动空间分布和衰减特征,将观测结果与美国NGA-West2地震动经验预测模型进行对比,揭示此次台湾花莲地震近场地震动的长周期特点,基于回归残差分析研究地震动峰值加速度(PGA)、峰值速度(PGV)和不同周期地震动的空间分布差异,定量考察近场地震动的方向性效应.研究结果表明:(1)整体上此次地震的近场PGV观测值和周期1.0s以上的长周期加速度谱值与美国NGA-West2地震动预测模型结果接近,PGA观测值和周期小于1.0s的加速度反应谱略低于预测模型结果.从空间分布来看,周期1.0s以上的长周期地震动在断层的不同方位有系统性差异,在破裂传播前方(震中西南方位),周期大于1.0s时的反应谱明显高于美国NGA-West2地震动经验预测模型,在破裂传播后方(震中东北方位),周期大于1.0s时的反应谱低于经验预测模型,表明此次地震近场地震动具有显著的方向性效应.(2)破裂传播的方向性效应主要影响周期超过1.0s的长周期,而对PGA以及周期小于1.0s的短周期地震动影响较弱.在破裂传播前方,周期1.0～10.0s的加速度反应谱值被增强到整体观测平均水平的1.16～1.52倍;在破裂传播后方,周期1.0～10.0s的加速度反应谱值被减弱到整体观测平均水平的0.36～0.70倍.(3)此次地震破裂方向性效应的影响表现出明显的窄带效应,破裂方向性的影响(包括破裂传播前方的增强作用和破裂传播后方的减弱作用)在周期T=3.0s时达到最大,在该周期破裂传播前方的增强系数为1.52,破裂传播后方的减弱系数为0.36.从周期T=3.0s到10.0s,破裂方向性效应的影响随周期增大总体上呈减弱趋势,这与2016年日本熊本M_W7.0地震破裂方向性效应的影响特点显著不同.     

基于Sentinel-1A数据的2017年伊拉克哈莱卜杰MW7.3地震同震形变场分析及断层滑动分布反演

本文首先利用二轨法对欧洲空间局Sentinel-1A雷达卫星影像进行差分干涉处理,获取了覆盖2017年伊拉克哈莱卜杰（Halabjah）M_W7.3地震震区的同震形变场,结果表明:哈莱卜杰地震造成的地表形变影响范围约为60 km×70 km,形变场基本沿扎格罗斯主前缘断层展布;形变场的西南盘呈现隆升趋势,最大视线向形变值为88 cm,东北盘呈现下降趋势,最大视线向形变值为37 cm;隆升形变值远大于沉降值,反映出发震断层以逆冲运动为主的特征。然后基于弹性半平面空间矩形位错模型,分别采用多峰值粒子群算法和最速下降法确定了发震断层的几何参数和滑动分布结果。反演结果显示发震断层以逆冲运动为主,兼少量右旋走滑运动,最大滑动量为3.34 m,释放的地震矩为1.68×1020 N·m （M_W7.4）,与地震学的研究结果一致。      

2018年斐济MW8.2深震:高频辐射过程和发生原因

2018年8月19日,在斐济东部海域563 km深处发生了一次M_W8.2地震.我们首先挑选位于美国阿拉斯加地区的131个宽频带台站构成台阵,选用垂直分量0.5~2 Hz的高频信号,利用广义台阵反投影技术对这次地震的破裂过程进行了成像,然后基于破裂速度对地震的辐射效率进行了估计.结果表明,这次地震总体上呈单侧破裂,破裂方位在3.0°左右,破裂总长度约51 km,持续时间22 s,平均破裂速度为2.5 km·s^-1.但能量释放有2次高峰,形成两次子事件.第一次为前10 s,峰值在7 s左右,破裂速度为2.9 km·s^-1,辐射效率为45%.第二次为10~22 s,峰值在15 s左右,破裂速度为1.6 km·s^-1,辐射效率为26%.结合震源位置、震源机制、破裂速度以及辐射效率,我们认为这次地震是由于俯冲板块前缘受到下部地幔物质上浮阻力引起的剪切失稳所致,起初板块内部的脆性破裂表现突出,致使辐射效率较高,后来震源处高温高压下的熔融耗散特征逐渐凸现,致使辐射效率下降.

     

2020年西藏定日MW5.6地震震源参数估计和应力触发研究

2020年3月20日青藏高原西南缘定日县发生M_W5.6地震, 距2015年尼泊尔M_W7.9地震~250 km. 尼泊尔地震, 尤其是震后余滑是否触发了此次定日地震还有待研究. 本文联合合成孔径雷达和区域地震波资料研究定日地震的破裂特征. 首先利用近场形变和宽频带地震波资料, 通过贝叶斯自举优化算法揭示定日地震的均匀滑动模型; 然后在此基础上构建断层几何模型并反演震源滑动分布. 研究发现定日地震的发震断层走向~334°, 倾角~51°. 破裂主要集中在约2.0~5.5 km深度范围内. 破裂范围~5.6 km×4.4 km, 释放总的地震矩~3.33×10¹⁷N·m. 最大滑动量~1.27 m, 发生在3.786 km深度. 破裂以正断滑动为主兼少许右旋走滑分量, 同区域历史地震表现出相似的破裂机制, 表明印度板块向北东方向挤压欧亚板块, 在藏南地区产生了近东西向的张应力. 库仑应力变化研究表明, 尼泊尔M_W7.9地震主余震和定日地区四次历史地震共同触发了2020年定日M_W5.6地震, 其中尼泊尔地震震后2年的余滑引起的库仑应力变化占库仑应力增加总量的~40%, 震后余滑在未来地震危险性评估中发挥的作用不容忽视.