日本M_W9.0地震引起的吉林省地下流体同震响应特征分析

分析了吉林省境内地下流体观测井网对日本M_W9.0地震的同震响应。结果表明,尽管震中距离、地下流体观测井岩性及环境各异,多数的观测井仍具有较好的同震响应。同震响应主要以水位阶变和振荡为主,而水温观测无明显变化。基于如上分析,讨论了同震响应变化的可能机理。     

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。     

利用球形地球位错理论研究日本MW9.0地震引起的稳态变形与库仑应力变化

稳态地震变形是指由地震引起的、超长时间尺度内震后黏弹性松弛效应的累加,通过对稳态地震变形的研究,可以研究大地震导致的地球总体震后形变场,有利于分析周边地区对该地震的极限响应.本文首先利用球形地球地震位错理论,计算了日本M_W9.0地震在日本列岛和中国东部地区产生的稳态水平位移.结果表明,日本M_W9.0地震在日本本岛引起的稳态水平位移最大可达到8 m,大体上是同震水平位移的两倍;在中国东北地区产生的稳态水平位移最大值超过0.8 m,在华北地区产生的稳态水平位移最大值为0.5 m左右,是同震水平位移的30～40倍.接着,本文根据前人研究成果,结合地质资料,建立了中国东北和华北地区15条主要断裂带的几何与滑动构造模型,然后利用球形地球位错理论计算了日本M_W9.0地震在上述断裂带上引起的同震与稳态库仑应力变化.结果表明,该强震在中国东北和华北地区主要断裂带上引起的同震库仑应力变化均不超过1 kPa;稳态库仑应力变化显著超过同震结果,但除了依兰—伊通断裂带北段和嫩江断裂带南段的一部分以外,其他断裂带上的稳态库仑应力变化均未超过10 ...     

2011年日本MW9.0地震引发的海啸对地震背景噪声的影响

基于北美沿岸和内陆地震台站的连续地震波形记录,并结合沿岸台站附近布设的DART系统记录的海底压力数据以及预测潮汐数据,利用时频分析和极化分析方法对2011年3月11日日本东北部海域MW9.0大地震所激发的海啸对地震背景噪声所产生的影响予以深入分析.结果显示:海啸对高频噪声(1.3—1.5 Hz)以及短周期双频微地动噪声...     

2011年日本9.0级地震前后应力场变化

通过对2011年日本9.0级地震前后不同时段震源机制解进行分析,利用FMSI震源机制反演法求解,得到此次地震前后内陆地区的应力场。研究发现,此次地震发生前,应力场比较均衡稳定,挤压应力接近水平向,而拉张应力比较复杂,方向不确定,表明该地区的地震以逆断层和走滑为主。地震发生后,日本东北地区东南部应力场变得不太稳定,该地区地震以正断层为主,最小挤压应力由垂向转变为水平向。此研究结果可以用来分析该地区地震地质背景和断层形成条件,对地球动力环境研究具有一定参考意义。     

2011年M_W9.0东日本大地震动力学破裂过程的数值模拟

力学上,地震可以看作在应力场作用下由于断层带介质的突然损伤或软化导致的断层带失稳事件.本文基于这个地震动力学模型,利用一种可以模拟断层大位错的有限元方法,研究了2011年MW9.0东日本大地震(Tohoku-Oki)的动力学破裂过程.比较了无障碍体和具有不同刚度障碍体的断层带模型产生的断层位移、位错和应力降.主要结果表明,障碍体的存在并不明显地改变障碍体区域的初始构造应力场.对有障碍体情形,准静态结果显示断层上盘最大逆冲位移和最大剪切位错分别为51m和58m,均发生在海底表面海沟处,与无障碍体的结果(最大剪切位错约55m)相比差别不大;下盘最大倾向位移(-10m)并不与上盘最大值出现在同一位置,而是在障碍体处.障碍体处剪应力降(约11 MPa)大于周围非障碍体区域.障碍体处正应力降的最大值约为3 MPa.模拟结果似乎不支持海山是导致本次地震异乎寻常大位错的原因,而倾向于断层带剪切刚度在地震过程中极度损伤或软化.     

基于形变观测分析2011年日本9.0级地震与断层运动间关系

2011年3月11日日本发生9.0级地震,本文以此次地震的震间、同震和震后形变观测为约束,依据不同时段断层运动空间分布特征分析日本海沟地区强震与断层运动间关系.震间日本海沟地区,断层运动闭锁线深度约为60km,闭锁线以上从深到浅依次为断层运动强闭锁段、无震滑移段和弱闭锁段.由同震位错反演结果,2011年日本9.0级地震同震存在深浅两个滑移极值区,同震较浅的滑移极值区(同震位错量10~50m,深度小于30km)震间为断层弱闭锁段;同震较深的滑移极值区(同震位错量10~20m,深度在40km左右)震间为断层强闭锁段;而在两者之间的过渡带同震位错相对较小,震间断层运动表现为无震滑移.震后初期断层运动主要分布在在闭锁线以上的同震较深滑移极值区,而同震较浅的滑移极值区能量释放比较彻底,断层震后余滑量相对较小.依据本文同震和震间断层运动反演结果,震间强闭锁段积累10m同震位错需要100多年时间,与该区域历史上7级地震活动复发周期相当;震间弱闭锁段积累30~50m同震位错约需要300~600年时间,与相关研究给出的日本海沟9级左右地震复发周期比较一致.在实际孕震能力判定的工作中,由于不同性质的断层段在同震过程中会表现更多的组合形式,断层发震能力判定结果存在更多的不确定性,但利用区域形变观测等资料给出震间断层运动特征的研究工作对于断层强震发震能力的判定具有非常重要的实际意义.     

2011年日本9.0级地震前后GPS基线时间序列分析

利用1999年初至2011年9月中国地壳运动观测网络基准站及中国大陆周边包含日本境内的IGS基准站的资料,分析了2011年3月11日日本9.0级地震前日本境内及周边IGS基准站基线时间序列的变化情况。讨论了该地震对中国大陆GPS基准站的同震影响,并对地震后中国大陆GPS基线时序结果的变化情况进行了总结分析。通过分析认为,日本大震后我国东部地区部分GPS基线开始转折拉伸,因而一定程度上缓解了这些基线的趋势性缩短,但是东部地区仍然有部分GPS基线的变化趋势基本不受日本地震的影响,近几年以来的趋势性异常至今仍然存在。     

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MW9.0地震震区及其周缘2002—2015年卫星重力变化时空特征

本文在考虑全球陆面数据同化系统陆地水储量变化影响后,利用2002年4月—2015年4月GRACE卫星RL05月重力场模型获取了2011年日本M_W9.0地震震中及其周边区域的重力场信息;然后给出了日本及其周边2003—2015年的年度累积重力变化和差分重力变化,并且利用经验正态函数方法深入分析了该地震过程中同震重力变化对区域重力场的贡献. 结果显示:日本M_W9.0地震前研究区域出现了幅值高达2×10-8 m/s2的异常重力变化,其同震效应的时间和空间特征均出现在第一模态,且同震重力变化和震后区域重力场变化特征显著,这充分表明该地震对区域重力场的影响显著.      

2011年日本9.0级及7.5级地震震源破裂反投影初步结果

2011年3月日本仙台东部太平洋海域接连发生了Mw7.5和Mw9.0级地震.地震及引发的海啸给日本造成了严重的破坏.本文运用近年来国际上流行的研究大地震震源破裂过程的非反演方法,反投影远震P波,研究了这两次地震的震源破裂特征,得到了他们各自的破裂区域和破裂持续时间.     

2011年日本9.0级地震前地震空间相关长度增长现象

使用单键群方法研究了2011年3月11日日本本州东北部海域9.0级地震前地震空间相关长度变化。结果表明,在本次地震发生前约两年,5级以上地震的空间相关长度开始出现明显增长,变化趋势可以用幂次率进行很好的拟合。用没有7级以上强震发生的时段内的地震目录,采用相同方法进行了计算,没有发现明显的幂次率增长现象,说明强震前5级以上地震的空间相关长度的幂次率增长是地震孕育过程中震源区的物理性质特征的表现之一。     

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.     

1994年9月16日台湾海峡7.3级地震静态库仑应力变化及断裂危险性初步研究

利用1994年9月16日台湾海峡7.3级地震震源机制解及滑动分布模型的资料,计算了由台湾海峡7.3级地震造成的静态库仑应力变化.对余震的分布进行了研究与分析,从震后余震的分布与应力场的情况及历史上这一地区的震源地分布的角度对库仑应力的变化进行了分析.结果显示,基于滑动分布模型正演的静态库仑应力变化在距震中相对较远的区域与余震分布的一致性较好,约90％的余震发生在库仑应力增加的区域;在震中附近计算出的库仑应力变化比较复杂,与余震的分布序列并不完全一致.在距震中较远的区域,库仑应力变化能比较好的反映余震的分布,而在震中附近库仑应力变化与余震分布的对应关系则比较复杂.以闽粤滨海断裂带为接收断层计算了其上的库仑应力变化,结果显示其西南段上的应力增加,促使其活动性增强,认为在闽粤滨海断裂带与NW走向的上杭-东山断裂交汇的南澎岛-东山岛海域发生地震的潜在危险性较大.     

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.

     

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.     

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。     

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。     

2004年印尼苏门答腊MW9.0地震前地震活动增强现象及其与地球自转的关系

选取2004年12月26日印尼苏门答腊M_W9.0地震的余震分布空间范围为研究区域,该区域位于缅甸小板块中部,纬度范围为2°N~15°N.根据USGS地震目录,研究了2004年印尼苏门答腊M_W9.0地震前地震频次的时空变化,并分析了地震活动与地球自转的关系.结果显示:1)在余震区域范围内,地震频次自2000年开始出现了明显的上升趋势变化,反映了地震活动的增强过程,临近地震发生前,地震频次有一定幅度的回落;2)通过地震频次空间扫描,发现震前在震中附近区域地震活动增强显著;3)在1990~2004年的15年中,单位时间内发生的地震数在地球自转季节性变化减速时段与加速时段之比值r_da在震前出现明显的上升过程:1998年~2002年r_da缓慢上升,2002年底r_da快速上升达最高值,之后,r_da呈现下降趋势,直至苏门答腊M_W9.0地震发生;4)2000年1月~2004年11月间,在纬度1°N~7°N的空间范围内的震中附近地区, 5.5级以上地震都发生在地球自转季节性变化减速时段内;5)地震活动累积年频次相对于其长期平均值的变化量ΔN与地球自转"十年起伏"变化关系表现为地球自转减速时ΔN上升,地震活动增强,加速时ΔN下降,地震活动减弱.这些现象并非偶然,可能预示着地球自转减速与苏门答腊M_W9.0地震之间存在着某种联系,这些结果对地震孕育过程的认识和地震预测研究具有一定的价值.     

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。