基于震源机制解的鄂霍次克微板块东部俯冲带地区构造应力场反演

基于国际地震中心(ISC)提供的1970年1月～2016年12月期间的地震震源机制解,对鄂霍次克微板块东部俯冲带地区进行了应力张量反演,得到了日本海沟、千岛海沟和勘察加海沟3个俯冲带区域的构造应力场特征。研究结果显示:①海沟地区浅部区域(h100km)的水平主压应力轴与西北太平洋板块的俯冲方位一致,与海沟走向近似垂直,其洋壳一侧以拉张型应力状态为主,而陆壳一侧则以挤压型应力为主,且在弧后区域均存在拉张的应力状态;80～200km深度范围区域表现出双地震带"Ⅰ"型构造应力场特征。②日本海沟带由于俯冲角相对较小(相比于千岛海沟和勘察加海沟),水平方向沿NWW向延伸更远,大洋板块与上覆板块之间耦合更加强烈,逆冲型地震发生数量最多。③对于深部区域(h300km),千岛地区应力场表现出非均匀性特征,可能是由地幔阻力导致的;而勘察加地区应力场表现出拉张型,可能是因为俯冲板片的拉伸拖曳作用更强。     

汤加-克马德克俯冲带现今非均匀应力场特征及其动力学意义

汤加-克马德克俯冲带是太平洋板块向澳大利亚板块俯冲碰撞的动力作用区,是全球俯冲带动力学研究的热点区域.本研究基于EHB地震目录,对汤加-克马德克俯冲带(18.5°S-28.5°S)区域进行平面拟合,得到该范围内俯冲带走向约为196°,倾角约为48°;利用该俯冲带研究区域内Global CMT目录,对不同位置、不同深度进行区域应力张量反演,得到汤加-克马德克俯冲带研究区内精细的应力图像.结果显示:(1) 俯冲带浅部(60~300 km)应力结构非均匀特征明显,主应力轴倾伏角变化多样,并且最大主压应力轴方位在24°S左右发生明显偏转,我们推测这可能与洋底构造路易斯维尔海链俯冲有关;(2)中部(300~500 km)最大主压、主张应力轴由北向南逐渐发生偏转,这可能与由北向南流动的地幔流对俯冲板片产生推挤作用有关,并且这种推挤作用向南逐渐减弱;(3)深部(500~700 km)最大主压应力轴沿俯冲方向分布;(4)本文的结果还发现了主俯冲带深部西侧"偏移"板片与主俯冲带应力结构不同,表明"偏移"板片与主俯冲带是分离的.     

日本海—鄂霍次克海下俯冲带的应力状态及其深部形变

通过地震分布及地震机制解所反映的日本海—鄂霍次克海俯冲带的形态及应力状态,研究了俯冲带深部形变及650km间断面的穿透问题.日本海Benioff带较直,连续性较好;鄂霍次克海Benioff带弯度稍大,220—320km深度之间地震很少.两俯冲带在浅部及深部地震密集,100—200km深度之间有双地震层.应力状态随深度变化,200km深度以下P,T轴方向相对集中,P轴接近俯冲方向,在约100—200km深度附近,P,T轴均接近俯冲方向.观测和理论地震图拟合分析表明,地震断层面走向接近俯冲带走向,断裂的结果使俯冲带在深部倾角变小.     

日本海-鄂霍次克海下俯冲带的应力状态及其深部形变

通过地震分布及地震机制解所反映的日本海-鄂霍次克海俯冲带的形态及应力状态,研究了俯冲带深部形变及650km间断面的穿透问题.日本海Benioff带较直,连续性较好;鄂霍次克海Benioff带弯度稍大,220-320km深度之间地震很少.两俯冲带在浅部及深部地震密集,100-200km深度之间有双地震层.应力状态随深度变化,200km深度以下P,T轴方向相对集中,P轴接近俯冲方向,在约100-200km深度附近,P,T轴均接近俯冲方向.观测和理论地震图拟合分析表明,地震断层面走向接近俯冲带走向,断裂的结果使俯冲带在深部倾角变小.     

东亚地区现今构造应力图的编制

利用2993个浅源地震的地震矩张量解、404个Ｐ波初动方向震源机制解和47个深井孔的孔壁崩落资料,编制了东亚地区现今地壳构造应力场主应力方向和应力类型分布图．按200km的等距格点,算出有资料地区各格点半径为200km范围内的平均应力方向,绘制了平均主应力方向分布图,并绘制了东亚地区的震源机制解分布图．主应力方向分布特征表明,东亚地区的现今构造应力场除受印度 欧亚板块碰撞的强烈影响外,俯冲带的弧后扩张亦有重要影响．喜马拉雅山弧处的大陆碰撞和缅甸山弧处的弧后扩张之联合作用可能形成了青藏高原东南部主应力方向的显著转动．菲律宾海板块与欧亚板块在台湾的碰撞与琉球岛弧弧后扩张的联合作用影响了中国东部的应力场．爪哇海沟俯冲带的弧后大片地区现今没有强震活动,这里的弧后扩张可能是造成东南亚地区物质容易向南运动的因素．青藏高原内部大致以昆仑山为界,北部和东北部是大陆内部的宽阔挤压带,南部和西南部地壳上部主要处于正断层型应力状态中．     

俯冲带波速结构的数值模拟

数值模拟结果显示，俯冲带在大部分深度都存在高速异常，并在400km左右和550km左右的深度存在高速异常的极大值，这和地震层析成像得到的波速结构相一致.说明虽然层析成像方法的分辨率较低，但它能给出俯冲板块上P波速度随深度变化的基本特征.俯冲带既有正的波速异常，也有负的波速异常，幅度约在-10%-%之间，这在区域台网的资料中可以得到反映.俯冲带在约700km深度存在低速异常，亚稳态橄榄石的存在也使俯冲带出现沿俯冲方向的倾斜低速区.地震层析成像结果没有类似的波速结构，可能是其分辨率较低所致.要研究俯冲带的细结构，应基于高精度的区域台网的资料.     

西北太平洋和汤加俯冲地区深震特殊聚簇的特性及成因探究

对比研究了具有不同热参数、不同俯冲形态的西北太平洋俯冲地区和汤加俯冲地区的深震特殊聚簇的地震学特性和成因.利用单键群方法探测到两个特殊的深震聚簇G1N和G1T.聚簇G1N位于地震空区下方,具有极低的b值（~0.54）,完全不同于具有高b值（~1.04）的汤加俯冲地区聚簇G1T.通过对聚簇地区板块形态、地震主应力轴、地震深度分布特征的分析,以及和汤加典型的板片折曲处地震活动性的对比,我们认为深震聚簇G1N附近的板块表现出板片折曲的特征,板块俯冲到地幔过渡带底部受到下地幔的黏性阻力,板片局部向上凸起发生折曲,产生局部的拉张应力,叠加在俯冲造成的压缩构造背景上,应力状态发生改变,从而影响该深震聚簇的地震活动性.汤加地区G1T聚簇深震的成因则完全不同,没有体现出板片折曲、应力变化的特征;相反,这些深震发生在较冷的Vitiza-Fiji俯冲板块上,该板块在5~8 Ma年前先行俯冲到G1T区域并与Tonga板块发生拆离,G1T聚簇深震就发生在这些温度依然很低、滞留于~500 km深度处的高速板片残留体上.

     

南美俯冲带几何特征与动力学意义

基于全球高精度EHB地震目录对南美俯冲带的地震深度分布进行统计和分层,构建南美俯冲带的三维几何模型,通过对研究区域14个剖面的划分,解算了每个剖面各深度分层的俯冲倾角和俯冲距离.结果显示,南美俯冲带地震深度分为四层,存在较为明显的三个峰值;俯冲带北部(8°S~15°S)和中南部(26°S~32°S)首先以较大的倾角俯冲至110 km的深度,然后近水平的长距离俯冲,且中南部的倾角更小,平坦俯冲距离更长.中部(16°S~26°S)和最南端(33°S~36°S)则以较大的倾角直接俯冲至深部.结合该地区火山和地震分布,洋壳年龄以及板块运动速率等资料对南美俯冲带的几何形态特征和动力学意义进行分析,研究表明:不同纬度俯冲机制的差异对地震火山等地质活动造成了显著影响,是导致地震深度分层和峰值特征的主要原因;平坦俯冲形成的主要原因与俯冲板和上覆大陆板间较高的相对运动速率有关.     

汶川地震前后b值的时空变化及构造意义

地震b值与地应力具有密切的关系,即高应力对应低b值,研究汶川地震区b值的时空变化可以获得地震前后的应力演化过程.本文通过震源位置和速度模型联合反演的方法和双差定位法对龙门山地区汶川地震(M_s8.0)前后的地震进行了重定位工作,在此基础上精确计算了汶川地震前后不同时间段内b值大小的变化趋势及b值空间分布.结果显示:(1)b值在深度上存在明显的分层性,15 km以上b值较高,15 km以下b值较低,反映上部岩石为脆性,下部岩石为韧性的特征;(2)区域平均b值在汶川地震之后出现下降,而后有所恢复并逐渐增加,芦山地震后又降低,反映了龙门山断裂带的同震变化和震后愈合过程;(3)分时段b值空间分布结果显示,在芦山地震之后,汶川地震破裂区b值下降,即应力增加,这意味着汶川芦山地震之间的空段存在韧性变形,且芦山地震的发生促进了汶川地震破裂区的愈合;(4)映秀附近彭灌杂岩区在震前呈现低b值异常,反映该区域存在较大的差应力,可能是震后最大位错发生在该区域的根本原因.     

南海瑞雷面波群速度层析成像及其地球动力学意义

南海处于欧亚板块、 菲律宾海板块、 太平洋板块和印度-澳大利亚板块的交汇处, 其地质和构造作用十分复杂．通过面波群速度成像, 给出了南海及邻区的三维横波速度分布并分析了其地球动力学意义．南海西部和南部新布设的地震台站使得利用单台法时路径覆盖比过去更好. 特别是在华南地区, 新的台站分布能够弥补该地区地震少且台站少造成的射线密度不够的缺点． 首先运用多重滤波法得到南海周边48个台站周期为14——130 s范围内的基阶瑞雷波频散曲线图; 接着通过子空间反演得到整个区域在不同周期时的群速度分布; 最后通过阻尼最小二乘反演得到不同深度切片上的横波速度分布及不同纵剖面上的横波速度分布． 结果显示: ① 海盆速度较高, 且速度分布很好地勾勒出海盆的轮廓. 浅层较高的横波速度说明海盆都具有洋壳性质, 而深部较高的横波速度则可能对应扩张中心生成洋壳后残留的高速物质． 不同海盆速度上的差异与它们的热流值和年龄大小一致．海盆下的高速异常在60 km以下消失, 且在一定深度范围内由低速区替代． 在低速区下200 km深度, 在南海海盆观测到一条NE-SW走向的高速异常, 可能与古俯冲带有关. ② 环南海出现明显的高速区, 对应俯冲带特征, 且这些高速区速度差异明显且有间断, 说明俯冲带的非均质性和俯冲角度的差异. ③ 在环南海高速区内侧（向南海侧）观测到不连续的低速区． 在浅层, 这些低速区反映了沉积层和地壳的厚度特征. 在地幔, 这些低速区可能对应于古太平洋俯冲带的地幔楔或者也可能反映了南海海盆停止扩张后残留的地幔熔融物质. ④ 南海海盆岩石圈的厚度为60——85 km．      

新疆于田地区地震活动与强震间的应力转移

新疆于田地区位于青藏高原与塔里木盆地相交会的地方,强震频发。2008年以来,该地区陆续发生的4次M6以上强震都位于阿尔金断裂带南分支的龙木错—郭扎错断裂带附近。这些地震的发生为研究于田地区中强震活动的空间分布及其之间的相互作用及提供了很好的实例。首先,利用小震目录对区域地震活动进行分析,给出了地震活动性参数b值的空间分布。然后,采用分层黏弹性模型研究了区域4次中强地震所造成的区域应力转移。我们发现,于田地区近年来强震活动的时空分布特征可能与区域地壳应力水平的差异有关。康西瓦断裂带上历史强震活跃,但是现今地震较平静,b值较高;而龙木错—郭扎错断裂带附近的b值相对较低,现今强震活动频繁。于田地区4次中强震造成的应力转移则比较复杂,2012年地震受到2008年地震的卸载作用,而2014年和2020年2次地震的发生均受到前序地震的促进作用。综合区域地震活动和强震之间应力转移的分析,可以认为阿尔金断裂带南支的龙木错—郭扎错断裂带上,应力水平仍然相对较高,未来的地震危险性仍然较大。     

2019年广西北流—广东化州MS 5.2地震前活动性参数异常分析

2019年10月12日,广西北流—广东化州交界发生M_S 5.2地震,选取广西北流—广东化州区域2010年1月1日—2019年12月31日M_L≥2.0地震目录,对震前地震活动性参数进行时空扫描,并进行地震空区分析,发现部分地震活动性参数异常,且震前存在孕震空区。分析结果如下：震前b值时间扫描曲线长期位于均值线之上,持续时间一年以上;b、C、D值空间扫描均存在异常,其中震前b值异常范围为1.0—2.0,C值异常范围为0.04—0.32,D值异常范围为0.01—0.09;2016年4月至2019年9月,震中附近出现孕震空区,后在空区边缘发生此次M_S 5.2地震。     

基于Dieterich地震发生率模型分析前震成因的力学机制

前震是地震前兆观测中的一个重要物理量,前震的研究对地震预测的发展尤为重要,前震序列的典型特征包括加速发生的小震与古登堡-里克特定律（Gutenberg-Richter Law）中的b值变小.本文在Dieterich提出的地震发生率模型的基础上,探讨前震发生的力学成因机制及前震-主震-余震时域演化特征.模型分析结果表明,前震震源区断层及其断层周边剪应力加载速率的变化可能是前震发生及地震发生率变化的一个关键原因.由于前震震源区次级断层之间剪应力加载速率受来自主震成核过程中断层自加速滑移的影响升高,从而可导致这些次级断裂的加速失稳,即加速前震的发生.当震源区内由前震所产生的静态应力扰动不可忽略时,应力扰动和主震成核的共同作用也可对后续前震发生率产生影响.当正向应力扰动出现时,后续的前震序列的地震发生率会出现陡增,随后其地震发生率逐渐下降.而当负向应力扰动出现时,地震发生率会出现陡降,然后再次逐渐上升.基于Kostrov模型,本文得到了剪应力加载速率与古登堡-里克特定律中b值的关系式,结果表明前震序列中b值的减小与前震区内的剪应力加载速率的上升有关.     

2013年岷县漳县6.6级地震前地震b值异常特征研究

本文利用1990年以来的甘肃测震台网资料, 计算获得2013年岷县漳县6.6级地震前邻区地震b值和Δb值的空间图像。 结果表明, 该6.6级地震发生在甘东南地区显著低b值异常区域的边缘, 且震前邻区地震Δb值异常显著。 从岷县漳县6.6级地震与低b值空间分布关系来看, 该地震的发生并未降低该区域的强震危险性。     

蒙宁交界区b值时空变化特征

选取1970—2019年蒙宁交界区中国台网中心地震目录,结合研究区地质构造,分析震级与地震频次以及时间与地震频次的关系.利用极大似然法,设定不同的窗长和步长,对研究区进行b值时空扫描,对比b值时间曲线,发现某些中强震发生在b值下降到异常水平然后上升的过程.采用矩形窗和圆形窗分别进行空间扫描,对比发现,研究区低b值分布在...     

全球部分强震的序列参数分布特征

为系统地考察全球强震序列参数的分布特征,对可操作的余震预测(OAF)模型的构建、地震危险性评估以及序列参数相关研究的开展提供数据支撑,采用可充分利用不完整性地震记录的Omi-R-J方法,对1973年以来的全球225个M6.5以上地震序列进行了参数拟合,并对参数拟合情况以及参数与板块边界之间的关系等特征进行了初步分析。获得了225个序列参数的拟合结果,显示序列参数呈现一种优势分布特征,参数平均值为p=1.0102±0.1777, log₁₀c=-3.1896±1.3249, log₁₀k=-4.3609±1.4596,b=0.9919±0.1651;序列参数与板块边界存在一定的相关性,如环太平洋地震带的中美洲段p值较小,北美洲段的b值较小、p值较大等。上述序列参数的计算、分布特征的研究以及序列参数与构造带相关关系的探讨,旨在为进一步开展强震序列参数相关研究提供一定参考。     

2019年6月17日长宁MS6.0地震前后b值时空变化分析

选取2014年1月至2019年8月宜宾地区(28.0°N~28.5°N, 104.6°E~105.1°E)记录的地震资料, 利用最大似然法估算b值, 得到了宜宾地区b值的时空变化特征。结果显示: ① 2019年长宁M_S6.0地震前5个月, b值出现加速下降变化, 震后快速回升。这一现象很可能反映了地震孕育中的应力积累集中到地震发生后的应力释放过程。② 长宁地震前震中区及附近地区一直存在低b值异常(≤0.85), 震前5个月, 震中附近出现了b值下降, 尤其是长宁地震西偏北方向出现了b值显著下降, 后续珙县发生的3次M_S5地震正位于该异常区及边缘。③ b值空间低值异常可用于判定未来中强地震发生的危险区域, 而b值的下降可用于判定强余震的可能发生地点。④ 分析地震危险性时, 更应关注低b值背景下的b值下降, 即高应力集中区域的地震危险性增强。     

2019年6月17日四川长宁6.0级地震序列活动特征

2019年6月17日,四川长宁发生6.0级地震。在地震发生后四个月内,震源区地震活动呈现出频度高、强度大、衰减慢的特点。在此次震群的发展演化过程中,跟踪研究其余震序列活动特征,包括描述序列发展过程中大小地震比例关系及应力变化的b值,对于监视和分析地震危险性具有重要意义。本文在对地震序列进行精确重定位的基础上,利用长宁地震前后研究区的地震目录,计算了当地b值时空分布。b值空间分布表明,在长宁M6.0地震前震源附近b值明显低于周围;长宁M6.0地震后,序列b值从东南向西北开始回升,之后分布较为平均。b值时间过程表明,在地震后,b值在短时间内降低到极低的水平,然后开始回升;这期间b值出现多次震荡,强余震多发生在b值下降过程中。截至8月31日,震源区的地震活动仍然非常活跃。     

本州M_W9.1地震前破裂区内地震与地球自转之间的相关现象

强震发生前震源系统可能处于不稳定状态,在这种情况下,震中附近地区的地震活动或许会对微小的应力变化敏感.地球自转会在震源断层面上引起应力,地球自转速率变化也会在震源断层面上引起应力变化.由于地球自转速率变化非常微小,在震源断层面上引起应力变化也非常微弱,如果震源区处于极不稳定状态,这种微弱的应力变化或许会激发一些地震活动.这些被激发的地震活动将会表现出与地球自转速率变化的显著相关性.为了考察2011年3月11日日本本州9.1地震发生前震中附近地区是否存在与地球自转速率变化显著相关的地震活动,选取2000年1月-2011年2月M≥5.0地震集中活动区域为研究区域,根据USGS发布的1991年1月-2011年2月的地震目录,利用舒斯特(Schuster)统计检验方法,研究了地球自转与本州M_W9.1地震前发生的地震活动之间的相关性.检验结果用P值来评估,P值越低表示相关性越显著.结果如下:在研究区内5.4≤M≤6.9地震的P值的时间变化显示本州M_W9.1地震前从2009年6月-2010年1月存在低于0.5%的P值.当P值达最低值时,约82%的5.4≤M≤6.9地震发生在地球自转速率季节性变化的加速期,显示出了地震活动与地球自转速率加速之间的显著相关性.取3°×3°的空间窗,以0.1°的步长沿经度和纬度滑动对P值进行空间扫描,可以得到P值的空间分布.扫描区域远大于研究区,经纬度范围为(33°N-43°N,138°E-147°E).在P值的空间分布图上,可发现在P值处于最低值期间,低于0.5%的P值集中分布在研究区的北部,本州M_W9.1地震震中位于这个低P值区的边缘.因此,本州M_W9.1地震前在其破裂区内存在显著的与地球自转相关的地震活动现象,说明破裂区内存在非常不稳定的地区.