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.

     

静应力变化对南加州地震位置的影响

地震引起邻近断层的静应力变化有推迟，加速，甚至触发以后的地震（ＤａｓａｎｄＳｃｈｏｌｚ，１９８１；ＳｔｅｉｎａｎｄＬｉｓｏｗｓｋｉ，１９８３；Ｈｕｄｎｕｔｅｔａｌ。，１９８９；Ｒｅａｓｅｎｂｅｒｇｅｔａｌ。，１９９２；ＤｕａｎｄＡｙｄｉｎ，１９９３；Ｈａｒｒｉｓｅｔａｌ。。，１９９２；Ｊｏｕｍｅｅｔａｌ。１９９２；Ｓｔｅｉｎｅｔａｌ。，１９９２；Ｓｉｍｐｓｏｎｅｔａｌ。，１９９４；Ｈａｒｒｉｓａｎ     

青藏高原东北部的库仑应力积累演化对大地震发生的影响

假定地震可以模拟为多层弹粘性介质中的位错，考虑大地震(Mge;7.0)和GPS数据得出的长期构造加载为形变源，依据多层麦克斯韦弹粘性介质中位错产生的应力变化，计算得到了地震产生的应力变化，给出了青藏高原东北部1920年以来积累库仑破裂应力演化. 地震破裂的断层长度、宽度和滑动量根据前人统计公式和野外地质调查得到. 研究表明，20次Mge;7.0地震中， 除1990年共和地震、1952年当雄地震和1976年松潘双震的后一个事件外，17次大地震均发生在库仑破裂应力变化为正的区域， 触发率达85%. 本研究为中长期地震危险性估计在一定程度上提供了基础数据.      

地震作为应力变化的标志

位于大地震破裂远场范围的断层上发生的余震通常可用破裂在这些断层上造成了静态应力变化来解释（Stein and Lisowski,1983;Reasenberg and Simpson,1992)。这表明断层相互作用以及地震发生的时间可受附近前面破裂的影响（Hudnut,etal,1989;Jaume and Sykes,1992;Harris and Simpson,1992;Stein,1999)。本文我们揭示小地震作为地壳力学状态“标志”的潜在能力。我们研究南加利福尼亚1992年兰德斯地震产生的静态应力变化。此地震发生在由许多断层引起的地震活动性较高的地区。我们首先用一种新的技术估计区域地震活动性对兰德斯地震的响应，然后将相同的方法用于根据地震活动性确定主破裂上滑动分布的反问题。假定合理的参数，我们得出与直接由兰德斯主震得到的滑动剖面（Ward and Heaton,1994;Hudnut,et al,1994)相一致的可信结果。我们的结果提供了监测上地壳的力学状态、研究导致断层破裂过程的方法。     

海原大地震对古浪大地震的静应力触发研究

根据1920年12月26日宁夏海原大地震(Ms=8.5)地震地表破裂带几何学和位移、震源机制和近代地震活动资料,提出海原大地震震源分段走滑破裂的初步位错模型,计算了在1927年5月23日甘肃古浪大地震(Ms=8.0)逆冲发震断层(NW44°,倾向S,倾角50°和滑动角60°)的滑动方向上,加载的Coulomb静应力变化△CFS为0.009 MPa.古浪大地震可能是被海原大地震触发,提前14a发生的事件.     

汶川大地震前地震频度变化和小震群活动

分析后认为,从1999年开始龙门山断裂带上地震活动增强,并持续到2008年5月12日汶川8级地震发生前一个多月。地震活动的增强主要以最大地震的震级为3、4级的小震群活动的方式表现。2006年至2008年3月间,有两个小震群出现在汶川8.0大震震中附近。小震群地震震源机制的结果表明,随时间接近汶川8.0级大震发生,小震群的震源机制趋向一致,这些在空间分布不均匀的密集小破裂逐渐成定向有规律地排列,有利于裂隙的进一步扩展贯通,形成大破裂。     

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。     

新疆精河M_W6.3地震产生的静态应力变化研究

利用精河M_W6.3地震有限断层破裂模型,计算了精河地震产生的位移场、应力场、周围主要断层上的静态库仑应力变化以及主震对余震的触发作用。结果表明:(1)精河地震产生的地表隆升最大值约为6.6cm,沉降最大值约为1.8cm;水平位移方向呈现震中南北侧向震中汇聚、震中东西侧向外"流出"的特点。(2)精河地震产生的水平面应力场展布南北侧物质主要受到指向震中的拉张力作用,东西两侧物质主要受到因震中过剩物质东西向排出而导致的东西向挤压力作用。(3)震中西侧距震中约20km的库松木契克山前断裂中段和震中东北部距震中约50km的四棵树-古尔图南断裂西段的库仑应力加载均大于0.01MPa,即2处为地震危险区。(4)在震源深度为8~12km的余震事件中,约有85.5%处于库仑应力加载区,即受到主震的的触发作用;在深度为4~8km的余震事件中,约有87%受到主震的应力触发作用。     

动态应力触发的余震

通常认为断层永久位移产生的小“静态”应力变化可以改变附近断层上发生地震的可能性或者说可触发地震(Harris，1998)。许多近场的触发地震，特别是触发余震的研究(Dieterich，1994；Toda，et al，1998；King，et al，1994)，将这种静态变化视为触发因素，并认为它与断层上负载的变化是等价的(Toda，et al，1998；King，et al，1994；Jaume and sykes，1992；Harris and Simpson，1992)。这里我们报道矩震级Mw=7.3的兰德斯地震的余震图象与应力变化的比较，不仅与静态应力做对比，而且与地震波传递的瞬态、振荡应力变化(即，“动态”应力)做对比。动态应力不会永久地改变加载情况，仅能通过改变断层区的力学状态或性质来触发地震。这些被动态弱化的断层在地震波通过后可能破裂，甚至能导致如果没有动态应力就不会发生的地震。我们发现余震和动态应力图象都具有类似的不对称性，动态应力来自于破裂的传播，而静态应力变化没有这种不对称性。先前的研究表明，动态应力在远距离处可促使破裂(Anderson，et al，1994；Gomberg and Bodin，1994；Gomberg，1996；Gomberg and Davis，1996；Hill，et al，1993，1995)，然而本文表明在近处也是如此。     

固体潮应力对大地震前显著地震触发的两个例子

计算了1999年11月29日辽宁岫岩5.4级地震和2001年2月23日四川雅江6.0级地震前发生的几次显著地震破裂面上固体潮应力引起的库仑破裂应力变化ΔCFS。计算结果表明,这些ΔCFS均大于零,显示固体潮应力引起的库仑破裂应力变化有利于显著地震破裂。     

应力扰动对地震周期和地震矩影响的数值模拟

利用二维有限元数值模型,结合断层滑移弱化摩擦准则对断层滑动规律以及应力扰动对其影响进行了研究．数值计算结果表明,在均匀应力分布情况下, 平面断层滑动显示出典型的特征地震规律,断层面上的应力扰动对断层滑动规律产生影响,压应力增加明显延迟地震的发生时间,并增加地震释放的能量．应力扰动发生在地震破裂临界区时的影响比在震前滑移区时的影响显著．当发生在地震滑移区时,若应力扰动足够大,则压应力增大会造成地震发生时部分动力断层被暂时锁住,使得地震释放的能量变小,但可增加后续地震的能量; 而压应力减小则可导致地震规律产生更加复杂的变化,会即时触发地震．如果应力扰动发生在一个地震周期的早期,则触发的地震较小,但可导致随后的地震提前发生; 如果应力扰动发生在一个地震周期的后期,则会触发大地震．当应力扰动位于震前滑移区或破裂临界区时,小的扰动也可能产生类似的效果．应力扰动产生越晚,这种影响也越明显．应力扰动发生在破裂临界区的影响最明显．应力扰动的影响一般主要集中在应力发生扰动后的1—2个地震周期内．后续地震基本恢复无应力扰动时的特征地震规律．      

紫坪铺库区小震产生的库仑应力变化及其与汶川地震的关系

本文选取自2004年8月至2008年5月12日汶川地震发生前,紫坪铺库区发生的2.1 < M_L < 4.0的65次小震,分别计算了历次地震在汶川地震震源处产生的应力扰动量,随后根据不同机构给出的汶川地震震源机制解求取震源区的静态库仑应力改变量,讨论了紫坪铺库区小震与汶川地震的关系.在不同计算参数下,小震震群在汶川震源处产生的静态库仑应力扰动量之和为6±3 Pa,尽管分析认为小震群可能在汶川震源处产生较大的动态应力扰动,约为百帕量级,但均远未达到触发阈值,认为小震群并未直接对汶川地震有触发作用.推测小震群之间相互作用产生连续振动改变了周边区域介质的渗透率及强度,进而可能与汶川地震的发生具有间接关系.

     

圣安德烈斯断层南段大地震发生的准周期性

圣安德烈斯断层(美国加州)南段最后一次大地震距今已有153年了,而其平均震间间隔却仅为～100年.如果大地震的复发具有周期性,而并非随机发生或群集发生,则这个时间长度是很值得关注的,而且通常意味着概率意义上的地震危险性增大.遗憾的是,多数地震记录都很简单,这就限制了对单条断层上地震复发的分布特征的描述.本文利用加州Wr...     

2014 年于田MS 7. 3 地震产生的静态库仑应力变化及对周边断层的影响

计算了2008 年以来于田地区4 次MS5. 5 以上地震产生的同震静态库仑破裂应力场变化,分析它们之间的应力触发效应、4 次地震产生的应力变化与余震分布的关系及其对周边主要断层的影响。结果表明,2011 年MS5. 5、2014 年MS7. 3 地震均处于之前地震产生的库仑破裂应力增加区,增加值分别为0. 004、0. 021MPa,说明这两次地震明显受到之前强震触发作用的影响;而2012 年MS6. 2 地震位于之前地震产生的应力影区内,对其发生有延缓作用。此次MS7. 3 地震产生的库仑破裂应力场图像与目前余震空间分布特征较为吻合;但主震破裂面上部分应力增强区几乎没有余震发生,这些地区未来存在发生强余震的可能。距此次震中最近的贡嘎错断裂中段上不同断层段库仑应力扰动值变化很大,计算结果可能会受有限断层震源模型的一定影响,依然存在较强的地震危险性。此外,贡嘎错断裂东北段、普鲁断裂中西段及龙木错-邦达错断裂带西段受2008 年以来地震的累积库仑应力增加的影响也较为明显,其应力扰动最大值均超过0. 002MPa,同样存在一定地震危险性。     

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。     

日本近畿北部的地壳应力状态及其变化

1.引言大地震前后,前震、余震的P轴方向发生变化,可从唐山地震等几个实例看到。一般认为这是大地震前在震源区应力集中,地震后应力释放形成应力再分配所致。笔者认为除这类大地震发生过程中的局部应力场变化外,在某种程度上存在周期性的应力场变化。至少在板块俯冲带,压缩应力向海洋板块俯冲方向作用,压应变增大。可以认为,由于非弹性变形,只要应力不松弛,水平应力就增大。可是,在俯冲口,因为大陆板块的摩擦阻尼或者软流层的粘性阻尼,俯冲板块并不以一定速度俯冲。