前震研究进展综述

介绍了当前国内外前震研究领域的一些进展。 对比了不同前震定义条件下前震序列的共性特征, 对几种主要的前震机理及主要的前震识别方法进行了简要综述, 对其特点及存在的问题进行了评述和讨论。 前震指主震之前在主震断层面上、 紧邻主震破裂起始点发生的小地震。 主震发生之前的一系列前震活动构成前震序列。 在不同的前震定义条件下, 具有“直接前震”的震例比例从10%至40%不等。 理论上前震可用级联应力触发或预滑动模型进行解释。 前震空间上主要集中分布在距离主震10~75 km范围内, 但其时间分布形式复杂, 大多发生在主震前1~2天, 部分前震序列的地震活动率显示明显的加速特征, 但许多前震序列单独来看却往往显示主-余型序列的衰减特征。 序列地震震源机制一致、 序列b值偏低是前震序列最突出的特征。 前震的发生与主震破裂形式和构造环境似有一定关系, 在有限的前震震例中, 逆冲型主震似乎具有相对较多的前震。 部分震例的研究结果显示, 随主震的临近, 前震震源深度有逐渐下迁的特点。 到目前为止, 震前很难判定一次地震或一个地震序列是否为前震或前震序列, 所使用的前震识别主要有基于统计类比的方法、 基于震源机制一致及衍生的相关方法以及基于对地震成核过程精细检测的方法。 从现有不多的震例研究结果来看, 尽管地震时空丛集和震源机制高度一致是前震序列的最显著特征, 但却不是判定前震序列的充分条件。 由于成核的破裂扩展速度和滑动位移有随时间较快增大的趋势, 因而基于对地震成核过程精细检测的方法有望在前震识别中发挥更为重要的作用, 但需更多震例进行验证。     

前震研究进展综述

简要介绍了当前国内外前震研究领域的一些进展。对比了不同前震定义条件下前震序列的共性特征,对几种主要的前震机理及主要的前震识别方法进行了简要综述,对其特点及存在的问题进行了评述和讨论。前震指主震之前在主震断层面上、紧邻主震破裂起始点发生的小地震。主震发生之前的一系列前震活动构成前震序列。在不同的前震定义条件下,具有“直接前震”的震例比例从10%至40%不等。理论上前震可用级联应力触发或预滑动模型进行解释。前震空间上主要集中分布在距离主震10~75km范围内,但其时间分布形式非常复杂,大多发生在主震前1~2天,部分前震序列的地震活动率显示明显的加速特征,但许多前震序列单独来看却往往显示主-余型序列的衰减特征。序列地震震源机制一致、序列b值偏低是前震序列最突出的特征。前震的发生与主震破裂形式和构造环境似有一定关系,在有限的前震震例中,逆冲型主震似乎具有相对更多的前震。部分震例的研究结果显示,随主震的临近,前震震源深度有逐渐下迁的特点。到目前为止,震前很难判定一次地震或一个地震序列是否前震或前震序列,所使用的前震识别主要有基于统计类比的方法、基于震源机制一致及衍生的相关方法以及基于对地震成核过程精细检测的方法。从现有不多的震例研究结果来看,尽管地震时空丛集和震源机制高度一致是前震序列的最显著特征,但却不是判定前震序列的充分条件。由于成核的破裂扩展速度和滑动位移有随时间较快增大的趋势,因而基于对地震成核过程精细检测的方法有望在前震识别中发挥更为重要的作用,但需更多震例进行验证。     

1995年择捉岛近海地震:前震、主震和余震的联合重新定位及对地震成核过程的意义

千岛群岛1995年12月3日择捉岛近海M_W7.9地震有明显的前震活动。用修改的联合震源定位法(Hurukawa,1995),我们同时重新定位了前震、主震和余震,从大地震成核过程的观点详细地研究了前震活动。重新定位的地震分布和它们的震源机制说明,1995年择捉岛近海地震是北美和太平洋板块间的板间地震。它的震源区与1958年择捉岛近海地震(M_W8.3)和1963年乌鲁普岛近海地震(M_W8.5)的震源区重叠。主震发生前9天,第1个震级为6.4的直接前震发生在前震区的最深处,接着发生了多个前震,包括另外3个M≥6.0的前震,它们发生在第1个前震的东边和东南边。前震区以每秒几厘米到数十厘米的速度向海沟轴扩展。事件的每日数量逐日增加,前震区的最终大小约80×30km~2。最后,主震破裂开始于前震区的最深点。这些观测事实与最近的理论研究和实验室试验相符。理论和实验表明,前震是在一个宽的弱化带中局部凹凸体(asperity)的破裂,大地震成核过程就是在这一带中开始的。     

前震序列的图像特征研究

地震丛集在时间和空间上分布具有不同的特征,2个特殊的例子就是前震序列和震群。基于对1966~1996年中国大陆8个前震序列的分析,本研究提取了如下前震序列的图像特征:1前震序列的震中在空间上密集集中;2前震的震源机制与主震的震源机制相似,而这种与主震震源机制的一致性在余震序列和震群中并不存在;3这30年在中国大陆我们尚未发现主震之前的前震丛集的震源机制不一致。最后,我们发现中国大陆5%的主震前发生前震序列。     

2013年通辽M_S5.3地震及其前震序列判定

以2013年4月22日内蒙古通辽MS5.3地震为研究对象,在序列统计分析的基础上,通过HypoD D双差定位和震源机制求解,分析了之前的ML4.4地震与MS5.3地震的关系。结果表明,通辽MS5.3地震是在震中区中小地震长期平静和震前短期活动增强的背景下发生的一次中强地震;地震精确定位结果显示,通辽MS5.3地震序列整体呈NW向展布,延伸约10km,ML≥3.0余震集中发生于主震南侧约2km处;MS5.3主震和ML4.4前震的震中相距约1.8km,震源深度分别为7.208、7.089km,表明两者的震源位置比较接近,可能发生于同一断层面;震源机制结果表明,通辽MS5.3主震的震源机制为走滑型,余震震源机制类型比较凌乱,由前期的走滑为主转变为后期的正断层和逆冲型;3次较大前震的震源机制解具有一致性,均为正断层,一定程度上表现了震中区地壳介质在宏观破裂前存在明显的各向异性,具体表现为裂隙的定向排列,这种"一致性"的震兆状态在应力的进一步作用下孕育发生了主震。根据地震序列的时空分布特点和震源机制相似性,综合判定通辽MS5.3地震应为前震-主震-余震型。     

2000年1月15日姚安6.5级地震的震源断层与震源应力场

用姚安地震序列前震、主震和余震的 78个震源机制解 ,分析了序列震源断层和震源应力场特征。结果表明 ,姚安地震序列的主破裂面是走向N5 0°W、倾角陡立的构造断裂 ,主震、前震和绝大多数余震都发生在主破裂面上。此外 ,NNE NE向构造断裂在序列发展过程中也参与了活动。序列震源应力场以SSE方位、接近水平的主压应力为主 ,与区域构造应力场一致。在序列发展中 ,震源区应力场出现多方位和多作用方式共存的复杂状态 ,震源破裂出现多方向和多表现形式的复杂性特征     

1989—1999大同地震序列的隐伏断层研究:库仑应力分析和余震JHD重定位

1989年到1999年,大同—阳高地区发生了一系列MS≥5的中强地震.本文基于前人对1989年三次MS≥5地震的震源机制反演的结果,通过建立不同断层模型,利用库仑应力方法,计算前震对于主震,以及前震和主震对于余震的库仑应力触发关系,提出了一种可能的破裂模型,即1989年前震沿北西西方向发生左旋破裂,之后主震和余震沿北北东方向发生右旋破裂.根据这种破裂模式计算得出,前震发生后,主震震源处的库仑应力增加了约2×105 Pa,余震震源处的库仑应力出现下降;主震发生后,余震处的库仑应力出现回升,最后余震处的库仑应力几乎没有变化.基于大同地震台网的近场观测数据,用JHD(Joint Hypocentral determination)定位方法,对1999年11月1日MS=5.6地震后一个月的余震进行重定位,得到一条走向118°,倾角85°的左旋走滑断层,余震的深度分布在5km至20km范围内,显示该断层是隐伏断层.另外提出对主震震中位置约10km的修正.本文对1989年三次MS≥5地震序列和1999年MS=5.6地震余震空间分布的研究揭示该地区存在两条活跃的共轭隐伏走滑断层(1989年主震的北北东方向和1999年地震的北西西方向),并且推断已知的大王村断裂和团堡断裂是地下这两条共轭的隐伏走滑断层构造/地震活动在地表的响应.     

2020年6月26日新疆于田MS 6.4地震总结

系统梳理2020年6月26日新疆于田6.4级地震构造背景,总结分析余震序列参数演化特征和震前有关异常现象及其预测效能。初步结果如下：①于田6.4级地震发生在黑石北湖断裂附近,主震震源机制显示为张性破裂;②本次地震前原震区发生一次M_S 4.6前震,主震后余震相对丰富,构成"前震-主震-余震"型地震序列,震后2个月序列b值为0.71,h值为1.73;③震前震中附近出现准周期活动、地震平静、中源地震影响、多方法组合、垂直摆倾斜和GNSS等中期和短期异常,可能与本次地震的发生存在一定对应关系。     

潮汐应力-应变对某些地震序列的调制触发

对1960年以来中国大陆浅源地震序列与潮汐应变的相关分析表明, 某些地区某些地震序列, 包括前震序列、 前震-主震序列、 前震-主震-余震序列和主震-余震序列明显受到潮汐应力-应变的调制触发。 如龙陵地震的前震-主震序列, 邢台地震的前震-主震-余震序列、 唐山地震的主震-余震序列等。 这些地震序列受到潮汐力调制触发的特征明显, 对地震预测有意义, 并作了具体的叙述。 同时对地震序列受调制触发的机理作了初步的探讨, 指出不同类型地震序列的调制触发特征与孕育系统地质构造, 地震震源岩石性质和区域构造应力场方向以及地震破裂机制有关, 对地震机理和预测的研究有一定意义。     

震源成核：一个短期前兆的物理模型

本文讨论一个在地震动态破裂之前先为准静态,后为准动态的成核过程,并根据物理原理提出了震源成核模型,由准静态到准动态破裂的成核过程是地震动态破裂之前的一个核心部分;换句话说,成核过程本身是在局部区域出现的一个短期（或临近）前兆,在地震成核过程中,由于滑动减弱,在局部成核带里,出现前兆滑动,剪切应力也逐渐降低。前震活动是导致主震动态破裂成核过程的一部分;因而前震的震中位置必定只局限于主震震中附近９主要     

1995年择捉岛近海地震：前震,主震和余震的联合重新定位及对地震成？…

千岛群岛１９９５年１２月３日择捉岛近海Ｍｗ７．９地震有明显的前震活动。用修改的联合震源定位法,我们同时重新定位了前震、主震和余震,从大地震成核过程的观点详细地研究了前震活动。重新定位的地震分布和它们的震源机制说明,１９９５年择捉岛近海地震是北美和太平洋板块间的板间地震。它的震源区与１９５８年择捉岛近海地震（Ｍｗ８．３）和１９６３年乌鲁普岛近海地震（Ｍｗ８．５）的震源区重叠。主震发生前９天,第１个震     

宁洱地震序列的震源机制解分析

利用云南数字地震台网资料得到宁洱地震序列的主震、5.1级强余震和52个余震震源机制解.分析表明,该地震序列的发震断裂呈NW走向,倾角陡立.在接近水平的近南北向压应力作用下,断裂具有右旋走滑的错动性质.主震、强余震和众多的余震都发生在同一发震断裂上.大量的余震震源机制解结果与主震一致,是地震序列的主要破裂类型,但还存在与主要类型不一致的倾向滑动类型,这可能与余震破裂起始点的微构造控制作用有关,但是它们呈水平向的应力轴与主震的主应力轴一致.NW向断层作右旋走向错动,滑动断层推挤的象限都是逆冲类型的余震,而拉张的象限都是正断层类型的地震.宁洱地震序列的震源机制和周围4次5级以上地震的震源机制相同,表明震源区应力场和区域应力场完全一致,宁洱地震的孕育和发生受区域应力场的控制.     

2014年于田M_S7.3地震序列的频谱特征分析及其前震识别

利用新疆区域数字地震台网的波形资料,对2014年2月12日于田MS7.3地震前震和余震序列的频谱特征进行了分析。基于Brune模型,对观测记录进行仪器响应、传播路径和场地响应的校正,使用遗传算法对于田地震序列103次ML≥3.0地震的震源谱进行了反演计算。结果表明:1前震序列的拐角频率相对偏低,扣除地震矩影响后,余震的拐角频率有明显增高的趋势;2距离震中最近的YUT台资料分析显示,于田地震几次前震活动的台站观测谱相对较为独立,与主震以及彼此之间的相关系数均不高;3序列事件和主震的台站观测谱相关系数的变化反映了序列发展的动态破裂过程,相关系数较低的事件基本上偏离了主震破裂区而发生在分支断裂上;4前震的震源谱中存在异常的高频成份。     

广西北流—广东化州MS 5.2级地震发震构造探讨

2019年10月12日广西北流与广东化州交界发生5.2级地震,地震发生前2 s,其北西侧发生4.2级前震。根据地震周边47个台站记录到的P波及S波震相走时数据,利用双差地震定位方法获取了104个地震的精定位结果 ,结合4.2级前震的震源机制解及5.2级主震的"中心震源机制解"进行研究探讨,综合分析认为NW-SE向米场—石窝断裂可能是北流4.2级前震和5.2级主震的主要发震构造,前震孕震过程有NEESWW向茶山断裂的参与。而5.2级主震位于米场—石窝断裂与NE-SW向信宜—廉江断裂交汇处,该交汇处应力薄弱且距离前震仅1km左右,推测4.2级前震的发生可能对5.2级地震具有触发作用,5.2级地震发生后余震主要沿米场—石窝断裂的延伸线分布。     

龙陵共轭地震群的特征

本文在研究了龙陵地震的特征后指出:龙陵地震是发生在介质相对均匀的区域的一组共轭地震。其基本特征是:两次主震的震级基本相等;两次主震的破裂面基本正交,而与主压应力方向约成45°夹角;前后两次地震的旋性分别是右旋和左旋,即旋性正好相反。 研究前震的分布情况,表明震源区在震前确有一个膨胀过程。前震分布的范围与余震分布范围大体相当,且可根据前震范围估计主震的震级。 龙陵强余震的时间分布适合经验公式 T=n[0.1347+0.3579(n-1)(2n-1)/6]T是以天计的自第一主震起算的时间,n为余震组的序号。根据这一公式便可求得第n组余震发生的时间。     

1970年1月5日通海地震序列特征

本文对一九七○年一月五日在云南通海、峨山、建水三县交界地区沿曲江河谷发生的7.7极地震序列的时空特征进行了研究。认为通海地震序列是一个前震活动明显,没有临震前震、主震能量大,余震衰减快的典型主震型序列。主震震源机制求得的断层面、主震宏观等震线的长轴方向和余震分布的长轴方向完全一致,都与曲江断裂重合。故认为通海大震是曲江断裂在北北西向压应力作用下的一次从中间开始向两端破裂的新活动。     

强震前后震源区应力场变化一例

美国夏威夷Kaoiki地区1983年11月16日发生M=6.6地震。取该地区1977-1985年的74次M3地震的震源机制解, 分时段进行系统聚类分析发现:一般年份的震源机制类型和各类型所占比例差别不大;6.6级地震前后出现其它时间没有的直立节面走滑类型地震, 主震亦属此种类型, 此时还抑制了其它时间占优势类型地震的发生。笔者认为, 这是一种可信的前兆现象。取不同时间段震源机制解, 用滑动矢量拟合法反演震源区应力场的结果表明, 6.6级地震前后出现方向较稳定的应力场, 其最大压应力主轴1和最小压应力主轴3分别呈近东西和近南北的水平方向。中等压应力主轴2基本直立, 且前震、主震、余震的震源机制与它们吻合。其它时间的应力场都表现为2取近水平的状态, 相应的地震破裂以低倾角水平滑动为主。强震前后的震源区应力场与其它时段应力状态的显着差异表明, 应力场的变化控制了强震孕育、发生、发展的过程。文中最后讨论了Kaoiki地区特定的环境因素及其作用。      

2014年2月12日于田7.3级地震序列震源机制特征分析

基于新疆及西藏区域数字地震台网的宽频带资料,采用CAP方法反演了2014年2月12日于田7.3级地震的前震、主震及早期MS≥3.5余震序列的震源机制解。结果显示,此次7.3级强震为带有正断分量的走滑型地震,结合震源区的构造和余震分布,节面I走向241°/倾角90°/滑动角-22°,判定该节面代表了主震的发震断层面。主震主压力轴方位为194o,与该区历史中强震主压应力P轴方位近NS向较为接近。其5.4级前震和主震震源机制解具有较高的一致性。18次余震中有10次为走滑型地震,其中6次为正断型,2次为逆断型,且70%的地震具有近SN向的P轴方位。此次7.3级地震序列震源深度范围5~28km,而大部分地震为15~20km,略大于本文计算得到的主震震源深度10km。     

2021年5月21日云南漾濞MS6.4地震序列地震矩张量及发震构造

2021年5月21日云南大理州漾濞县发生了MS6.4 地震.我们利用区域地震台网记录的地震波形资料,首先采用多点源地震矩张量反演方法确定了漾濞地震序列中 3 次MS≥5.0地震的矩心矩张量解,分析研究了地震矩释放的最佳模型;然后对序列中较大地震进行了绝对定位,结合余震序列重新定位结果研究了地震矩心在断层面上的位置.结果显示MS5.6 前震可用2 点源模型模拟,矩震级分别为MW 5.3、MW5.1,矩心时间相隔约30 s,矩心位置相距约 2 km.MS 6.4 主震可用单点源模型模拟,矩心与起始破裂点平面距离约 5 km.前震和主震的矩心均位于地表以下 6 km处,矩心与起始破裂点的位置关系显示两地震向南东方向单侧破裂,断层以"前震-主震"型地震序列典型的"撤退式"方式破裂,MS5.6 前震的发生降低了断层面的抗剪强度,从而发生了更大的MS6.4 主震.MS5.2余震可用单点源模型模拟,起始破裂点与矩心空间位置相近,在地表以下约 10 km处.余震区构造应力场反演结果显示漾濞 6.4级地震序列属于区域应力场触发的地震活动,地震序列震源机制解符合走滑断裂伴生的负花状构造系统内部断裂的运动特征,余震的空间分布图像显示花状构造系统内部的两条断裂发生了地震活动.     

2014年2月12日于田7.3级地震序列震源机制特征分析

基于新疆及西藏区域数字地震台网的宽频带资料,采用CAP方法反演了2014年2月12日于田7.3级地震的前震、主震及早期MS≥3.5余震序列的震源机制解。结果显示,此次7.3级强震为带有正断分量的走滑型地震,结合震源区的构造和余震分布,节面I走向241°/倾角90°/滑动角-22°,判定该节面代表了主震的发震断层面。主震主压力轴方位为194°,与该区历史中强震主压应力P轴方位近NS向较为接近。其5.4级前震和主震震源机制解具有较高的一致性。18次余震中有10次为走滑型地震,其中6次为正断型,2次为逆断型,且70%的地震的P轴方位近SN向。此次7.3级地震序列震源深度为5~28km,而大部分地震为15~20km,略大于本文得到的主震震源深度10km。