A mechanical model for deformation and earthquakes on strike-slip faults

A two-dimensional model for stress accumulation and earthquake instability associated with strike-slip faults is considered. The model consists of an elastic lithosphere overlying a viscous asthenosphere, and a fault of finite width with an upper brittle zone having an elastoplastic response and a lower ductile zone having an elastoviscoplastic response. For the brittle, or seismic, zone the behavior of the fault material is assumed to be governed by a relation which involves strain hardening followed by a softening regime, with strength increasing with depth. For the fault material in the ductile, or aseismic, section, the viscous effect is included through use of a nonlinear creep law, and the strength is assumed to decrease with depth. Hence, because of the lesser strength and the viscous effect, continuous flow occurs at great depths, causing stress accumulation at the upper portion of the fault and leading to failure at the bottom of the brittle zone. The failure is initially due to localized strain softening but, with further flow, the material above the softened zone reaches its maximum strength and begins to soften. This process accelerates and may result in an unstable upward rupture propagation.Relations are developed for the history of deformation within the lithosphere, specifically for the velocity of particles within the fault and at the ground surface. The boundary-element method is used for a quantitative study, and numerical results are obtained and compared with the recorded surface deformation of the San Andreas fault. The effects of geometry and material properties on instability, on the history of the surface deformation, and on the earthquake recurrence time are studied. The results are presented in terms of variations of ground-surface shear strain and shear strain rate, and velocity of points within the fault at various times during the earthquake cycle.It is found that the location of rupture initiation, the possibility of a sudden rupture as opposed to stable creep, and also the ground deformation pattern and its history, all critically depend on the mechanical response of the material within the fault zone, especially that of the brittle section. Shorter earthquake recurrence times are obtained for shallower brittle zones and for a stiffer lithosphere. Lower viscosities of the aseismic zone and the absence of asthenospheric coupling tend to suppress instability and promote stable creep. The model results thus suggest that the overall viscosity of the ductile creeping zone must exceed a minimum value for a sudden upward propagating rupture to take place within the seismic section.     

断层垂直形变对强远震的响应

利用新型断层形变三维观测系统的垂直向观测结果, 研究了两年以来7.0级以上强远震在非发震断层上的同震响应特征. 结果表明,非发震断层体垂直向同震形变的延迟时间、 同震位移最大振幅、 振动持续时间等特征与地震震级、震中距等之间存在密切联系. 断层体垂直向同震形变延迟时间与震中距线性正相关,发生地震同震形变的响应速度约为5.5km/s,反映了在上层花岗岩地层中面波的传播速度;同震位移最大振幅和震中距的对数、 震级之间具有明显线性关系,震级越大,同震位移的最大振幅越大;地震震级是断层体垂直同震形变振动持续时间的主要影响因素,震级越大,同震形变振动持续时间越长. 根据断层仪观测数据推算得到的断层体垂直向同震形变延迟时间、同震位移最大振幅、振动持续时间的经验计算公式,对于地震同震形变研究具有一定意义.      

Segmentations of active normal dip-slip faults around ordos block according to their surface ruptures in historical strong earthquakes

IntroductionThe downfaulted system around Ordos block is a typical area in China, in which active normal dip-slip or strike-slip faults with normal dip-slip faults developed, and is also an area in which historical strong earthquakes actively occurred. According to historical records, there were ten strong earthquakes with M(7 occurred during past 1 500 years, including 4 M=8 earthquakes. Study on these historical large earthquakes in the area will be helpful to recognize segmentation charac…     

中国陆区活动地块边界带主要断层10年尺度强震发生概率

中国陆区孕震环境具有“垂向分层,横向分块”的特征,活动地块边界带对中国陆区的强震具有控制作用,针对活动地块边界带主要断层开展10年尺度强震危险性定量研究对抗震设防工作有重要意义.本文综合不同区域断层离逝率样本建立了中国陆区通用强震复发模型,在此基础上,对各断层段强震概率进行预测.由于中国陆区幅员辽阔,不同断层的研究程度有较大差距,部分断层由于缺乏计算离逝率的资料而无法获得强震概率.因此本文使用不同方法对相关资料进行了补充.针对缺乏强震复发周期记录的断层段,通过统计断层运动速率与强震复发周期的经验关系,使用地震地质资料或大地测量资料给出的断层运动速率计算强震复发周期;针对缺乏强震离逝时间记录的断层段,根据地震目录完整时间给出强震离逝时间的分布.在此基础上,获得了中国陆区活动地块边界带主要断层的391个断层段未来10年的强震累积概率和条件概率.由于相对预测时长对条件概率的影响较大,而中国陆区不同断层段的强震复发周期有较大差别,本文主要依据累积概率分析强震危险性.结果表明,未来10年强震危险性较高的断层段主要集中于川滇菱形地块东边界、青藏高原东北缘、鄂尔多斯地块东边界与西北边界、天山地区和喜马拉雅弧等区域.

     

中国大陆强震孕育深处的变形模式

地震预测面临着地球内部的"不可入性"和大地震"非频发性"的问题,是极具挑战性且尚待解决的世界性科学难题之一(陈运泰,2009) .地震活动是断裂活动的直接体现,精定位的震源深度客观反映了断裂深部发生地震滑动变形的起始位置.断裂深部发生的慢滑动和重复地震等对揭示断裂深部行为具有重要的指示意义(Harris,2017).在...     

The INSAR technique: its principle and applications to mapping the deformation field of earthquakes

ｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｆｔｅｒｍｏｒｅｔｈａｎ３０ｙｅａｒｓ′ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ,ｔｈｅｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｈａｓｍｕｔｕａｌｙｉｎｆｉｌｔｒａｔｅｄａｎｄｍｉｘｅｄｗｉｔｈｔｈｏｓｅｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅｓｓｕｃｈａｓ...     

强震前形变异常的时空演化特征

主要对华北北部地区的1989年大同地震、1991年大同地震及1998年张北地震3次强震前的形变异常时空演化特征进行了研究。结果表明，若以形变异常的开始时间作为判断标准，形变异常的群体频次在强震前1～2年内均出现高于或接近2倍均方差的高值状态，显示出形变异常的中期异常，异常时空演化的三阶段特征表现不明显。若以形变异常的转折时间(或结束时间)作为异常判断标准，形变异常频次在震前1～4个月达到高值，显示出异常的短临信息，并且，形变异常的时空演化过程存在明显的三阶段(α、β、γ)特征。在对这些特征进行理论分析的基础上，提出了将形变异常的开始时间与转折时间分别作为判断标准，如果两种群体频次均处于异常状态，则表明异常已处于从中期向短期过渡的阶段，反之，异常仍处于中期阶段。这种形变异常的分析思路可作为形变异常从中期阶段向短期阶段过渡的一种判断方法。     

汶川地震同震形变场对川滇地区主要活动断裂地震发生趋势的影响

以所建立的川滇地区主要活动块体及其周边断裂带的模型和前期利用GPS及水准资料反演所得到的断裂带长期运动速率作为基础,将汶川地震引起的同震错动量加入到三维断裂几何模型中,计算出汶川地震大范围的同震形变场,然后基于该同震形变场和活动断裂三维几何模型反演了各条断裂对该同震形变场的反映,并通过与各断裂带长期运动速率对比,得到了汶川地震对川滇地区各主要活动断裂带发震趋势的影响．结果表明,在汶川地震引起的同震形变场作用下,在川滇交界东部地区,龙门山断裂带南西段地震危险性提前了305a,鲜水河断裂带南东段大致提前了19a,安宁河断裂带和则木河断裂带分别提前了21a和12a,大凉山断裂带北段和南段分别提前了9.1a和18a,马边断裂带的地震危险性则提前了51a;对川滇交界西部的丽江——小金河断裂带南西段、怒江断裂带、龙陵——澜沧断裂带、南汀河断裂带、中甸断裂带等断裂带地震的能量积累也有促进作用;相反在鲜水河断裂带北西段、小江断裂带等历史地震频发的断裂带上,地震危险性具有一定的减速作用．      

Relationship between faults and generation of inland shallow earthquakes: enlightenment of the M=7.2 southern Hyogo prefecture earthquake

The M=7.2 southern Hyogo prefecture earthquake, which occurred on January 17, 1995, destroyed the region severely. Further researches are necessary to explain the problems obtained from this earthquake. We have discussed some characteristics correlating with this earthquake, such as distribution of aftershocks and disaster, relationship between fault and generation of inland shallow earthquakes, strong motion and so on. The tectonic movements of surface faults may be different from those of deep faults. Earthquakes may not be restricted directly by the tectonic movements of surface faults. The strong motion zone is often appeared in the region a little away from the both ends or from the single side of a fault instead of the region of a focal fault. Some mechanisms of strong motion have also been discussed.     

The research on relationship between wavelet transform on vertical deformation and moderate earthquakes in hexi region, Gansu Province

ＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｗａｖｅｌｅｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｏｎｖｅｒｔｉｃａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｍｏｄｅｒａｔｅｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓｉｎＨｅｘｉｒｅｇｉｏｎ,ＧａｎｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅＹＯＮＧ－ＺＨ...     

立式储油罐地震作用下的抗提离可靠度分析

储油罐在水平地震作用下会出现罐底提离而导致储油罐发生提离破坏,影响储油罐的可靠性。为了研究立式储油罐在地震作用下的抗提离可靠度情况,文中总结建立了在储油罐抗提离可靠度分析中涉及的随机变量的概率模型,运用可靠性分析的JC法对不同工况下的储油罐进行了抗提离可靠度计算,得出了储油罐在地震作用下的提离破坏规律。通过计算实例可以看出,对大型储油罐在地震作用下的抗提离可靠度分析是切实可行的。     

太阳活动与华北强震关系的分析

统计了太阳黑子活动11年周期和22年周期与华北地区(E108°～124°,N34°～42°)1815年～2002年187年6级以上强震的关系。结果显示,它们之间存在着较好的对应关系,华北地区的强震自1815年第4高潮以来,有84.6%的强震集中在太阳黑子11年变化周期的峰年段(±1年)和谷年段(±1年)内发生;其中尤以双周峰年段、单周谷年段较为集中;而单周下降时段却从未有过强震发生。目前正处于太阳黑子活动第23周单周峰年之后的下降时段,该统计区内强震发生的概率极低。     

句容16井远大震同震效应的初步研究

通过分析江苏句容16井2001～2007年间几次远大震的同震效应现象,发现苏16井动水位和水温资料对震级大于Ms7．5,震中距800～5000km不等的远大震,有较明显的同震效应反映,且动水位和水温的同震阶变总是上升,幅值随震级的增大而增大,随震中距的增大而减小。本文对苏16井动水位和水温同震效应的同步变化机理进行了初步探讨。     

Deep medium environment of strong earthquakes occurrence in Yunnan region

The deep structure background of earth medium for strong earthquakes occurrence in Yunnan area is discussed in this paper, by using the results on the study of the velocity structure, electrical conductivity structure, geothermal structure in the crust and upper mantle in Yunnan area. The results show that the occurrence of strong earthquakes in Yunnan region is obviously related to the deep medium and tectonic environment such as the existence of the high velocity zone in the upper crust, the low velocity zone or high electrical conductivity layer in the middle crust, local uplift in the upper mantle, high geothermal activity and deep and large fault, etc. The M6 large earthquakes could not take place at anywhere, they often occur at some regions which have a certain background in the deep medium structure. The activity of the earthquakes with magnitude of 5 or less is quite random, the occurrence of them have not the obvious background of the deep medium structure.     

桥梁隔震支座压缩剪切变形状态下竖向变形量研究

本文通过对不同参数的橡胶支座在压缩剪切变形状态下的竖向变形量进行了试验,分析了在压缩剪切变形状态下竖向变形量的特点。得出对RB支座,由剪切和弯曲产生的竖向变形随剪切应变增加而增大较快;对LRB支座,在达到一定剪切应变时,竖向变形量的增加缓慢。     

利用GPS连续观测资料进行强震危险性预测的探讨

中国地壳运动观测网络基准站自1999运行以来已经积累了8年多的观测资料,目前针对地震预测、观测对象和数据处理方法,广义地提出了"点、线、面"的分析方法。实际应用表明,利用"线"的分析方法可能是比较好的方法,它最大的优点是在恰当的空间范围内不但可降低噪声,而且可突出异态信息。在目前较低测控能力的基础上,可通过全空间扫描与现象分析发现:①距昆仑山口西地震震中最近的德令哈观测站相对于拉萨观测站在震前较早的时间,其EW向就出现了缓慢变化,乃至闭锁(或无差异变化),直至地震发生为止,持续时间超过2年,闭锁数值10 mm以上,震后恢复正常;②云南地区数次强震震前下关观测站相对于泸州观测站EW向出现了闭锁或低于正常的变化,2003年强震之后恢复正常;最近的普洱强震自2006年初EW与SN向均出现了相对闭锁,两个方向的数值分别接近和达到10 mm;此外,每阶段异常的持续时间均超过1年;③塔什—乌什间EW向在新疆巴楚地震前出现了闭锁性活动,时间2年以上,数值约10 mm,震后恢复正常;目前SN向有相对闭锁迹象,并正在趋于明朗;④鼎新—西宁间EW方向有相对闭锁的迹象,但时间尚短;⑤通过寻找相对"闭锁"区段有可能成为判定强震危险性存在与否的主要方法。由此推测,若普洱6.4级地震后闭锁不解除,川滇菱形块体的西边界构造带及周围地区仍是近期强震最有可能发生的地区,其次是新疆的西天山地区,目前青藏高原东北缘尚不明朗。     

首都圈地壳垂直形变与未来强震活动

据首都圈地区精密水准复测资料,分析了近10年来地壳垂直形变状态与特征。结果表明,北京、天津和河北等平原地区,由于过量开采地下水导致了大空间、大量级的地面沉降,从而无法获得这些区域垂直向构造运动信息。在首都圈地区能够获得构造运动信息的区域主要位于该地区的东北端和西区,东北端为唐山—遵化—兴隆以东和以北的区域,西区指太行山以西的区域。东北端区域整体表现为下降,下降速率为2~ 4 mm/a,但“北升南降”的运动格局没有改变。西区为整体隆升,隆升速率最大近10 m m/a,运动的时空分布从具有“南快北慢”特征的总体上升逐步转变为“北升南降”的有升有降。2001年是西区上述运动性质发生变化的分界线,并由此导致了延怀盆地及其附近的区域出现了比较明显的四象限分布的形变图像。尽管从规模和量级上略小于大同地震前孕震体的变形,但两者的运动图像非常相似,所以该区域可能成为未来强震的孕震地区。     

基于小波变换和支持向量机的中国大陆强震预测

将小波变换和支持向量机用于中国大陆年度最大地震震级预测。 先用小波变换把中国大陆年度最大地震序列分解成几个不同尺度水平(频率)的子序列, 然后使用支持向量机对分解后的子序列分别进行预测, 最后通过重构几个子序列的支持向量机预测结果得到最终预测结果, 预测次年中国大陆最大地震震级。 与支持向量机和神经网络方法对比, 结果表明小波变换和支持向量机相结合方法具有更高的预测精度, 预测效果很好, 说明此方法可用于地震时间序列预测。     

西-海-固地区垂直形变分析及地震趋势研究

通过对西（吉）-海（原）-固（原）地区垂直形变场的演化分析表明:①90年代以来,垂直形变场升降差异运动减弱;②现今青藏亚板块对鄂尔多斯地块西南缘（西-海-固地区） 的 NE 方向挤压应力有所减弱,华北亚板块 SW 方向挤压应力有所加强;③鄂尔多斯块体周缘小震出现的活跃状态,可能是由于青藏亚板块挤压应力的减弱而造成鄂尔多斯块体水平挤压应力场的“失稳”,以及华北亚板块挤压应力相对增强的结果。     

中国大陆现代构造应力场与强震活动

依据应力性状和力源特征,中国大陆现代构造应力场可划分为四级应力区.它们分别是2个一级应力区、4个二级应力区、5个三级应力区和26个四级应力区.通过分析中国大陆现代构造应力分区与强震活动之问的关系,初步获得以下结论:①构造应力作用强烈和复杂的地区是强震频发的地区;②应力区边界是强震集中发生的地带;③应力方向、应力结构类型...