智利M_W8.8地震同震重力梯度变化

利用GFZ Release 05卫星重力GRACE观测数据,计算2010年2月27日智利MW8.8逆冲型地震的同震重力和重力梯度变化,分析其分布特征,可知:由GRACE探测到的同震重力变化在断层俯冲区域可达-9.5μGal,断层隆升区域可达+3.5μGal,结果与利用SNREI地球模型的位错理论计算的同震重力变化较一致,说明利用GFZ Release05 DDK5滤波数据,更能精确的反映同震重力场变化;GRACE检测的智利地震同震径向重力梯度变化Trr最大可达-600μE,位于发震断层东侧俯冲区域;通过对同震重力梯度分布特征分析,初步判断发生同震物质迁移的区域范围在断层俯冲区域为(67°—72°W,33°—38°S),在断层隆升区域为(73°—77°W,35°—39°S)。     

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.     

2016年3月2日苏门答腊MS7.8地震同震位移和应力场数值模拟研究

苏门答腊地区发育多条左旋走滑性质断层,地震活动活跃.2006年3月2日该区西南海域发生了M_S7.8大地震.大地震的发生常常会引发区域位移场和应力场及周围断层应力状态发生变化.本文建立全球PREM有限元地球模型,据已有的断层滑动模型计算了此次苏门答腊地震引发的同震位移和应力及库仑应力变化,并进一步讨论了此次地震对周围断层的影响以及区域构造应力场对库仑应力变化计算的影响.初步结果表明此次苏门答腊M_S7.8地震造成较大的南北向水平位移且集中在探测者破裂区（Investigator Fracture Zone）,最大水平位移量约6.74 m,断层倾角接近垂直,下盘向北运动而上盘向南,进一步表明M_S7.8地震为典型的左旋走滑为主的地震,发生海啸的可能性较低;库仑应力变化达MPa量级的区域集中在震中,但近场大部分余震分布在库仑应力减小区域,有效摩擦系数变化和区域构造应力场的耦合作用可能是其原因;利用改进的库仑应力变化计算方法和最优破裂方向计算得出的结果显示库仑应力触发理论可较好地解释余震分布.

     

2017年MW6.5九寨沟地震激发的同震库仑应力变化及其对周边断层的影响

2017年8月8日21时19分在我国四川省北部阿坝州九寨沟县发生了M_W6.5左旋走滑型地震.该地震发生在青藏高原巴颜喀拉块体东北缘,东昆仑断裂南东段的塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂的交汇地带.包括此次地震,近年来在巴颜喀拉块体周缘已发生了九次6级以上强震,表明巴颜喀拉块体周缘主要活动断裂上的应力水平仍处于不断调整之中.本文采用库仑应力模型研究2017年M_W6.5九寨沟地震激发的库仑应力变化、该地震与周边地震的应力触发关系以及强震对周边主要活动断裂的应力扰动.强震序列包括周边区域1536-1975年M≥6历史强震和1976-2017年的M_W≥ 6 gCMT地震目录中的强震,共计32个.研究结果表明：（1）2017年M_W6.5九寨沟地震激发的同震库仑应力变化仅在局部范围内超过0.1×10⁵Pa,且75%的余震（~12.7天）受到该地震明显的同震应力触发作用,而其余25%的余震落在应力影区,采用最优破裂面可以进一步提高同震库仑应力变化与余震分布的空间相关性;（2）2008年M_W7.9汶川地震对2017年M_W6.5九寨沟地震的发生有一定的促进作用,在后者震源处激发的同震库仑应力变化为（0.026~0.263）×10⁵Pa,震后黏弹性库仑应力变化为（0.010~0.032）×10⁵Pa.该库仑应力的变化范围取决于汶川地震源断层参数和九寨沟地震接收断层参数.2013年M_W6.6芦山地震对九寨沟地震的发生几乎没有影响（< 0.001×10⁵Pa）;（3）1654年M8.0甘肃天水南地震对九寨沟地震的发生有明显的促进作用,在九寨沟地震震源处激发的同震库仑应力变化为（0.410~1.266）×10⁵Pa,震后库仑应力变化为（0.147~0.490）×10⁵Pa.1879年M8.0甘肃武都地震可能有比1654年M8.0甘肃天水南地震更强的应力触发作用,但也有可能对九寨沟地震的发生起到抑制作用.在选取的8个九寨沟地震接收断层面上,其中6个接收断层面上该地震所激发的同震库仑应力变化为（0.913~2.364）×10⁵Pa,2个接收断层面上该地震所激发的同震库仑应力变化为（－1.326~－0.454 ）×10⁵Pa;在4个接收断层面上震后库仑应力变化为（0.094~1.072）×10⁵Pa,在另外4个接收断层面上震后库仑应力变化为（－1.593~－0.106）×10⁵Pa.1933年四川叠溪地震对九寨沟地震的发生影响较弱,其所激发的同震库仑应力变化为（0.015~0.080）×10⁵Pa,震后库仑应力变化为（－0.029~0.025）×10⁵Pa;（4）九寨沟地震仅在其附近的岷江断裂北段、塔藏断裂和虎牙断裂南段造成较明显的同震库仑应力变化,其分别为0.09×10⁵Pa、（0.14~2.03）×10⁵Pa和0.25×10⁵Pa.而进一步顾及其余31个强震的库仑应力作用则发现,同震库仑应力增加非常显著的主要活动断裂分段为：岷江断裂北段南侧和岷江断裂南段的库仑应力变化分别升高5.6×10⁵Pa和9.8×10⁵Pa.鲜水河断裂北段南侧库仑应力升高23.0×10⁵Pa,鲜水河断裂南段道孚-康定段的北侧库仑应力升高9.0×10⁵Pa,而最南端库仑应力升高3.0×10⁵Pa;龙门山断裂带中段的北侧库仑应力变化为（6.1~7.4）×10⁵Pa,中段库仑应力增加（2.1~11.5）×10⁵Pa;西秦岭北缘断裂东段库仑应力变化为4.4×10⁵Pa;龙日坝断裂北段最北侧的库仑应力变化为2.0×10⁵Pa;小金河断裂北段库仑应力变化为1.7×10⁵Pa;安宁河断裂北段库仑应力变化为1.6×10⁵Pa;（5）由于下地壳和上地幔的黏弹性松弛作用,所有强震在九寨沟地震震后20年造成的黏弹性库仑应力变化在鲜水河断裂、龙门山断裂中段、塔藏断裂以及秦岭南缘断裂西段比较显著,其分别为：（1.0~3.0）×10⁵Pa、2.8×10⁵Pa、（2.3~2.7）×10⁵Pa和0.9×10⁵Pa.但总体上黏弹性库仑应力变化没有改变各断裂上的同震库仑应力变化空间分布.总的库仑应力变化在鲜水河断裂北段南侧和南段的道孚至康定段北侧、龙门山断裂中段北侧、岷江断裂南段和北段南侧、虎牙断裂、塔藏断裂以及西秦岭北缘东段很显著（均超过4×10⁵Pa）.由于库仑应力明显升高可能预示着地震潜在危险性增强,因此这些断裂分段可能将来需要重点加以关注.     

2015年4月25日尼泊尔M_S8.1大地震的同震效应

应用有限单元方法,计算了2015年尼泊尔MS8.1大地震发生产生的同震变形和应力变化.计算中考虑地球为球体以确保远场应力场变化得到可靠结果,采用PREM模型的地球分层模型,考虑了中国地震局(CEA)和美国地质调查局(USGS)各自提供的断层滑动模型.结果表明:尼泊尔MS8.1地震是一个比较典型的低角度逆冲地震,水平位移和应力降较大;地震造成南北方向上的水平位移最突出,且集中在首都加德满都附近区域.USGS断层滑动模型地表最大位移量达到3.5m,CEA滑动模型最大为1.2m;东西向和垂直方向上的同震位移相对较小;同震位移量级在0.1m的影响区域可达300km;地震造成尼泊尔地区最大库仑应力变化可达到MPa量级,地震危险性依然较大.此次MS8.1地震对我国西藏地区有一定影响,特别是雅鲁藏布江地区和拉萨块体南北走向的正断层,库仑应力变化为正,量级可达数千帕乃至十余千帕,应该注意该区被诱发中强震的可能性.     

历史大地震断层滑动模型的建立及其对同震数值计算的影响——以1920年宁夏海原MS8.5大地震为例

大地震的发生会引起区域位移场和应力场发生变化,进而改变区域内及临近断层的应力状态和地震活动性.目前,研究学者可据已有的断层滑动模型来计算分析大地震同震应力变化,同时采用库仑应力触发理论来进一步分析震后余震分布和断层危险性.然而,历史上曾经发生过不少大地震,例如,1920年的海原M_S8.5大地震,是全球范围内少见的特大地震之一.局限于无确切的地震台站地震波等资料,前人在研究历史地震的影响时往往给出一些简单的断层滑动模型,将断层面上错动量视为均匀分布.为更准确地了解历史地震对后续地震的影响,基于前人研究和一般地震滑动形态分布规律及地震反射剖面等资料,以海原M_S8.5大地震为例,探讨了如何建立海原大地震断层滑动模型,并分别搭建了简单断层滑动模型和复杂断层滑动模型的全球同震横向不均匀并行椭球型地球模型.通过对海原M_S8.5地震的同震位移场和应力场的计算,发现采用复杂断层滑动模型比简单断层滑动模型地表位错分布更切合实际.同时,进一步计算和分析了此次大地震对青藏高原东北缘近100年历史地震和周围断层的应力触发作用,得出断层滑动模型对同震计算结果的影响集中在发震断层附近而对远场影响较小.

     

2021年云南漾濞MS6.4地震同震地表形变与断层滑动分布

2021年5月21日云南漾濞县城西侧发生MS6.4地震.文中以欧洲航空局升、降轨Senti-nel-1 SAR为数据源,基于D-InSAR技术获取了此次地震的InSAR同震形变场:升轨LOS(Line of Sight)向最大形变量约为0.07m,降轨最大LOS向形变量约为0.08m.以升、降轨同震形变场数据和GNSS...     

2015年尼泊尔M_W7.9地震对青藏高原活动断裂同震、震后应力影响

2015年尼泊尔MW7.9地震重烈度区从震中向东延伸,致灾范围包括尼泊尔、印度北部、巴基斯坦、孟加拉和中国藏南地区,其应力调整对邻区和周边活动断裂可能产生重要影响.本文基于地震应力触发理论,采用岩石圈地壳分层黏弹性位错模型,计算了尼泊尔MW7.9地震引起的周边断裂,特别是青藏高原活动断裂的同震和震后库仑应力变化.结果显示,尼泊尔地震同震效应引起大部分震区库仑应力升高,余震主要分布在最大同震滑动等值线外部库仑应力升高区域;少量余震靠近最大滑动量区域,可能该区域积累的地震能量在主震期间没有完全释放.尼泊尔地震同震库仑应力对青藏高原,特别是中尼边境区域活动断裂有一定影响.亚东—谷露地堑南段、北喜马拉雅断裂西段、当惹雍错—定日断裂和甲岗—定结断裂同震库仑应力升高,其中当惹雍错—定日断裂南端,北喜马拉雅断裂西段同震库仑应力变化峰值超过0.01 MPa;帕龙错断裂、班公错断裂、改则—洞措断裂库仑应力降低,其地震发生概率有所降低.震后应力影响方面,未来40年内黏弹性松弛作用导致北喜马拉雅断裂、改则—洞措断裂和喀喇昆仑断裂整体应力卸载;藏南一系列正断层震后应力持续上升,其中帕龙错断裂南段受到震后黏弹性库仑应力影响,由应力阴影区逐渐转化为应力增强区,当惹雍错—定日断裂南段应力进一步加强,震后40年其南端应力变化峰值达到0.1345 MPa,亚东—谷露断裂南段应力亦持续增强.藏南正断层的地震活动性值得进一步关注.     

2016年11月13日新西兰凯库拉(Kaikoura)MW7.8地震同震位移和应力数值分析

2016年11月13日新西兰南岛北端凯库拉（Kaikoura）发生了M_W7.8大地震,造成了强烈的地表变形并引发大面积滑坡和海啸的发生.基于美国地质调查局（USGS）断层滑动模型,建立全球同震横向不均匀并行椭球型地球模型,计算了此次新西兰凯库拉大地震产生的同震形变和应力及库仑应力变化.初步计算结果表明：新西兰凯库拉M_W7.8地震造成断层上盘东北向抬升,下盘西南俯冲;引起发震区域同震位移较大,从凯库拉到坎贝拉（Campbell）以及首都惠灵顿（Wellington）整体上东北向抬升,最大同震水平位移1.2 m,垂直位移1.1 m.此次大地震释放了发震断层上积累的压应力,但增加了发震断层两端的挤压力;同时,同震剪应力变化增加了NE-SW向断层发生右旋滑动的危险性;采用此次地震发震断层参数计算得出的最大库仑应力变化增加区域集中在发震断层两端,可达到MPa量级.当分别采用新西兰北岛Awatere断裂系和南岛Wellington断裂系参数计算库仑应力变化时,发现新西兰北岛和南岛震中以南区域的库仑应力均增加,可触发部分余震的发生.

     

2018年1月23日阿拉斯加Mw7.9地震发震节面讨论

2018年1月23日美国阿拉斯加湾科迪亚克岛东南280 km发生M_W 7.9级走滑地震,地震震中位于太平洋板块.震源机制解显示地震破裂面是走向东西(左旋)或走向南北(右旋)的高倾角断层,美国地震调查局(USGS)和中国地震局(CEA)分别发布了走向东西和南北的破裂模型.随着同震GPS数据的发布、余震数据的积累和对区域地质构造的了解,提供了更多资料来约束发震面,我们通过建立全球横向非均匀并行椭球型地球弹性模型,计算此次阿拉斯加湾大地震产生的同震形变、库仑应力变化以讨论上述破裂模型的差别.初步计算结果表明:USGS模型计算的最大地表水平位移约为4.5 m,CEA模型计算的最大水平位移约为3 m, USGS模型计算结果和GPS观测吻合更好;采用最优破裂面投影,计算USGS模型和CEA模型引起的库仑应力变化,分别有92.3%和72.7%的余震落在库仑应力大于0.01 MPa区域;在地质构造上,USGS给出的阿拉斯加地震节面与海底断层走向一致,但余震分布呈现出共轭条带分布,指示了地震破裂过程的复杂性.从静态应力转移角度,本次地震引起了科迪亚克破裂段(Kodiak Segment)的库仑应力增加最大0.01 MPa,加速了未来地震发生的可能性.     

2001年昆仑山口西MS8.1地震对周围断层的应力影响数值分析

大地震的发生往往会引起周围区域形变场和应力场变化,且对临近断层上的应力状态也有影响.2001年11月4日,昆仑山口西发生了半个世纪以来中国最大的M_S8.1级地震.本文基于已有的滑动模型,建立了三维含地形高程的横向不均匀性椭球型地球有限元模型,采用等效体力方法,分析了此次M_S8.1地震产生的全球同震位移和应力场变化.与解析方法相比,该模型考虑了地形、Moho面起伏和地球介质横向不均匀性;与一般的有限元数值模拟相比,该模型考虑了地球曲率和椭率,合理地规避了有限块体模型假定边界位移为零所引入的误差.计算得出同震位移与GPS观测数据可以很好地吻合.据库仑破裂应力准则和震源参数,计算得出昆仑山口西M_S8.1地震的发生造成了汶川、芦山、改则和当雄地震的发震断层上库仑应力增加,对这些地震的发生起促进作用;而造成玉树和德令哈地震发震断层上的库仑应力变化为负值,在一定程度上抑制了这些断层的地震活动性.此外,计算结果显示地球地形高程、介质非均匀性和椭率对昆仑山口西M_S8.1地震同震变化计算有一定的影响,其中地形和椭率造成的同震位移场相对误差约10%.

     

2008年汶川地震同震-震后应力演化及其对2017年九寨沟M_S 7.0地震的影响

2017年8月8日四川九寨沟发生了MS7.0地震,距离汶川地震震中约为140km.地震的发生会调整区域应力分布和影响区域地震活动性变化.那么,汶川地震的发生对此次九寨沟地震有何影响?区域应力如何演化?为回答这些问题,本研究基于高性能并行有限元方法和网格自适应加密技术,采用含地形起伏的黏弹非均匀椭球型地球模型,分别计算了汶川地震引起的同震-震后应力时空动态演化及其对此次九寨沟地震的影响.同时,考虑同震静态应力和震后黏弹性应力调整,计算了汶川、芦山和九寨沟地震的发生对周边断层应力积累的影响.计算结果显示汶川地震对九寨沟发震断层的同震库仑应力加载约为0.008 MPa,震后9年的黏弹性应力加载约为0.012~0.016 MPa,可能会使九寨沟地震提前发生.此外,汶川、芦山和九寨沟地震的发生引起龙门山断裂映秀以南段、东昆仑断裂、龙日坝断裂东段和岷江断裂北段及鲜水河断裂康定段应力加载大于0.01 MPa,增加了这些断裂带发生地震的危险性.     

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.      

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.

     

基于GNSS与InSAR约束的九寨沟MS7.0地震滑动模型及其库仑应力研究

2017年8月8日的九寨沟M_S7.0地震发生在岷江断裂、塔藏断裂及虎牙断裂交汇地区,地处青藏高原东北部的川甘交界地区,位于巴颜喀拉地块的东缘,地质构造复杂,对于九寨沟地震震中位置和发震断层的确定,存在不同意见.本文利用GNSS及升降轨InSAR观测,在获取九寨沟地震同震形变场的基础上,基于均匀弹性半无限位错模型,联合反演了发震断层的滑动分布模型,并计算了同震库仑应力变化.InSAR同震形变场显示,视线向最大沉降量和抬升量分别为0.21 m和0.16 m,形变场长轴为NW向,形变主要集中在断层西侧.距震中40 km和65 km的九寨和松潘两县,水平向的GNSS同震位移分别达14.31 mm和8.22 mm.联合GNSS和InSAR同震形变场反演得到的滑动分布主要集中在沿走向5~33 km,倾向2~20 km的范围内,平均滑动量为0.18 m,最大滑动量为0.91 m.发震断层长40 km,宽30 km,走向155°,倾角81°,滑动角-9.56°.同震位移场及滑移分布模型表明此次地震为一次左旋走滑为主的地震事件,地震破裂并未完全到达地表,与虎牙断裂北段的几何产状和运动学性质更为接近,结合精定位余震的分布,我们确定虎牙断裂北段为此次地震的发震断层,震中位于北纬33.25°,东经103.82°,震源深度10.86 km,矩震量为7.754×10¹⁸ Nm,相应的矩震级为M_W6.5,与美国地调局和哈佛大学给出的震源机制解基本一致.同震库仑应力导致了虎牙断裂北段延长线的东北和西南两端应力增强,其中塔藏断裂的罗叉段和马磨段未来强震的危险性值得关注.