高密度地震观测揭示的2004年新潟县中部地震的凹凸体和障碍体

使用由极密集的临时地震台台网观测的余震到时,阐明了2004年新潟县中部地震主震断层的高分辨率速度结构。评估了速度结构与滑动、应力变化及余震分布的空间关系。根据运动学滑动模型,结合三维地壳结构,计算了断层上静态应力降的分布。具有低余震活动性的高速体十分接近主震的震源,并扩展到了断层的东北侧。该高速体大致与凹凸体重合,其同震滑动量和静态应力降高于周边地区。相比之下,在该高速体的浅外围观测到了负应力降区,沉积厚度向西南方向急剧增加且该区余震活动频繁。我们认为断层破坏区周围围岩的结构非均匀性具有控制主震断层动态破裂过程的显著潜势。     

2021年青海玛多MW7.4地震GNSS同震形变场及其断层滑动分布

2021年5月22日青海玛多M_W7.4地震作为发生在巴颜喀拉块体内部的一次强震,再次引起了人们对该地区地震活动性的强烈关注.本文基于震后GNSS流动观测和区域连续GNSS站资料,解算了106个站点的同震形变及其中17个站点的高频形变波形.同震形变场显示玛多地震具有典型的左旋走滑特征,GNSS观测到的最大同震位移达到1.2 m.GNSS与InSAR数据相符度较高,GNSS提供了准确的近场形变信息.基于GNSS同震形变场,本文反演了断层滑动分布,并计算了发震断层上产生的库仑应力变化.结果表明,发震断层的滑动破裂存在多个凹凸体,破裂分段特征明显且出露地表,与野外地表破裂考察和余震分布吻合,主体破裂位于断层面0~10 km的浅部区域,最大滑动量达到4.6 m,地震矩1.63×10²⁰N·m,矩震级为M_W7.4;发震断层上静态库仑应力增加区域与余震分布具有一致性,说明余震主要是由静态库仑应力加载而触发的.     

丽江M_S7.0地震余震深度揭示出的中地壳脆塑性转化特征

1996年丽江MS7.0地震的余震深度分布明显具有时间依赖性,主震发生后短时间内余震震源深度较深,随着时间的延续,余震震源深度变得越来越浅。余震的这种深度分布受地壳脆塑性转化带深度控制,而脆塑性转化带的深度变化与地震前后断层的应变速率有关。由震后GPS地表变形数据得到的地表变形模型表明,震后地表变形主要来自地壳深部,震后滑动与地壳深部弹性松弛有关。根据鲜水河断层地表的滑动数据和按Marone's(1991)给出的方程确定的震后滑动模型,估计的应变速率显示,主震发生后应变速率较高,随时间延续,应变速率逐渐下降。基于地壳P波速度结构和利用热流数据估计的丽江地区地壳温度,采用含水石英的塑性流变参数,估计了中地壳脆塑性转化带深度随震后应变速率的变化。结果表明,主震震源深度与余震深度分布下限与中地壳脆塑性转化带的深度随时间变化趋势一致。由于断层的震后快速滑动致使断层带深部具有很高的应变速率,高应变速率引起断层脆塑性转化带深度下移,主震之后短时间内发生了较深的余震;随着震后时间的延续,断层逐渐进入蠕变阶段,断层滑动速率逐渐减小,地壳应变速率逐渐降低,断层脆塑性转化带也逐渐恢复到间震期的深度,相应余震深度随之变化。因此,余震分布的深度变化是中地壳流变结构和脆塑性转化带深度变化的直接反映。     

利用sPn震相测定芦山MS7.0级地震余震的震源深度

利用南北地震带南段密集流动地震台阵的观测数据,采用波形互相关方法拾取Pn波走时,应用滑动时窗相关法识别sPn震相,通过sPn与Pn震相之间的走时差测定了芦山地震序列中28个M_L4.0级以上余震的震源深度.结果表明,震源深度集中在10~20 km范围内,垂直余震带的北西-南东向震源深度剖面揭示,余震分布表现出西深东浅的特点,倾角大约为39°.这些余震在空间上具有较好的线性分布特征,推测可能发生在与主震有关的破裂面上或邻近位置,由此推测主震的破裂面倾角大约为39°.根据余震的空间分布特征,认为芦山地震的发震断层并非双石-大川断裂,可能是其东侧的一条隐伏断层.     

近场位移数据约束的2013年芦山地震破裂模型及其构造意义

以往的研究显示了2013年芦山MS7.0级地震发震断层的隐伏逆冲断层基本特征,但是破裂深部细节差异较大.本文以近场密集的同震形变数据约束芦山地震破裂面几何形状及滑动分布,结果显示芦山地震破裂面具有铲状结构,上部16km为43°~50°高角度断层,深部16~25km为小于27°的低角度断层,破裂深度与重定位的余震分布深度一致.破裂分布模型清楚显示上下两个断层上各有一个滑动幅度大于0.5m的峰值破裂区,最大滑动量1.5m位于13km深处.重定位的余震分布基本都落在最大滑动量等值线外部库仑应力增加的区域.芦山地震破裂面几何形状和滑动分布特征与2008年汶川MS8.0级地震映秀—北川破裂相似,支持龙门山冲断带发育大规模的近水平滑脱层,是青藏高原东缘地壳缩短增厚、龙门山挤压隆升的重要证据.     

兰德斯地震断层面及其附近余震产生的位移场研究

根据兰德斯(Landers)地震断层面及其附近余震目录计算这些余震产生的位移场, 并与根据兰德斯地震破裂面滑动分布计算的主震产生的位移场进行对比. 结果表明, 断层面及其附近余震产生位移场的方向与主震大体一致, 余震破裂总体来看是继承性的. 余震产生的位移场达厘米量级, 足可以被GPS观测所捕获. 在利用地震震后随时间变化位移场研究地球粘性结构、 地震震后滑动分布等地球物理问题时, 扣除余震产生的位移场可以最大限度地减小反演结果的不确定性, 得到符合实际的结果.      

新西兰阿瑟山口地震之谜2.余震分布及其与区域应力场和诱发应力场的关系

1994年M_W=6.7的阿瑟山口地震的余震分布对于逆冲断层事件是不寻常的,其实际断层面沿NNW方向扩展了12 km,SSE方向扩展了30 km,走向为NE-SW。我们运用几种方法反推此区域的应力场,其中包括大地测量结果、地震震源机制结果,并用P波偏振数据反演了应力张量的方向。反演方法是新的,并不需要所用事件的震源机制,方法中也考虑了库仑破裂准则。所有结果均表明应力场支持走滑断层而不是逆断层。应力场中几乎水平的σ_1和σ_3主轴走向分别为298°和28°。运用位错理论,我们计算了阿瑟山口地震及其最大余震(走滑事件)诱发的应力并叠加到区域应力场中。远离主震断层面的余震位置与最优取向断层面上诱发的库仑破裂应力高值区域有很好的对应关系。然而,有一些高诱发库仑破裂应力的区域缺乏余震。与其他地方的观测一样,倾斜(19°)板块收敛区域的地震滑动可以分解为平行和垂直于板块边界的分量。像发生在太平洋板块和澳大利亚板块边界的右旋阿尔卑斯断层上那样,大部分滑动是平行的。然而,像阿瑟山口地震那样的偶尔的逆断层事件至少可以解释滑动的某些垂直分量和南阿尔卑斯隆起的形成。     

2015年尼泊尔MW7.9地震应力状态与余震空间分布规律

本文利用2015年尼泊尔M_W7.9地震断层面滑动位移分布的运动学反演结果,通过傅里叶变换法得到了主断层面上的两分量应力状态,并研究了余震的空间分布和断层面上应力状态之间的关系.发现滑动位移分布与应力状态分布都相对较为集中,大约70%的余震分布在应力变化为正的区域,而其余发生在应力降区域的余震,又大多发生在应力变化梯度较大的地区.为了得到一个更符合实际的滑动模型来解释余震的触发机制,我们计算了波数域中滑动位移和应力状态的傅里叶谱,发现此次地震的滑动位移和应力状态近似满足k^-3和k^-2衰减.我们利用简化的圆盘模型说明了非均匀应力变化下的衰减过程,计算了圆盘模型的有效半径r_e约等于0.7倍的圆盘半径.这就说明圆盘模型中应力增加的部分应该占整个圆盘破裂面积的51%.在本次尼泊尔M_W7.9地震实例中,断层面上应力状态为负的区域比滑动位移为正的区域有了明显地缩小.事实表明,余震可以发生在有滑动位移的区域,非均匀应力降模型比均匀应力降模型更加接近真实的震源破裂过程.     

汶川M_S 8.0地震库仑破裂应力变化及断层危险性初步研究

利用四川省汶川MS8.0地震的震源机制解及滑动分布模型,反演了由汶川地震造成的同震库仑破裂应力变化;从余震效应与断层相互作用的角度对库仑破裂应力变化进行了分析。结果显示:基于滑动分布模型反演的库仑破裂应力变化能较好地反映与余震分布的对应关系,以最大余震断层面参数(走向/倾角/滑动角:204°/56°/98°)为接收断层,反演结果最佳,83%M>4的余震均发生于库仑应力增加约0.01MPa的区域;库仑破裂应力变化的主要特征为断层北盘大部分区域为库仑破裂应力下降区,断层南盘主要为增加区,断层两端均显示库仑破裂应力变化增加,且分别沿NE和SW两个方向发展。最后,基于活断层分布模型,计算由此次地震造成的已存断层面上的库仑破裂应力变化,结果显示多条左旋走滑断裂库仑破裂应力变化值增加     

影像大地测量技术再探伊朗桑塞菲德2017年Mw6.1地震盲断层倾向

在盲断层参数未知的情况下,确定断层模型参数是获取震源机制的基础,也是地震风险性分析的首要任务.2017年伊朗桑塞菲德Mw6.1地震倾角的确定作为盲断层参数确定的一个宝贵实例,在研究观点上仍存在诸多争议.为更好地解释此次地震断层倾角,本文先基于弹性半空间模型构建了东北倾和南倾两种备选的单一平面断层模型.在此基础上,利用哨兵1号和ALOS-2提供的影像大地测量数据联合解算的二维同震形变揭示了两种不同断层模型的逆冲走滑运动特性以及俯冲带逆冲断层破裂模式.为进一步分析更多断层细节并充分解释断层倾向,本文以二维形变数据为约束采用最小二乘动力学反演和贝叶斯反演分别获取了两种潜在断层的最优断层参数和滑动分布并着重分析了两种方法反演结果的各向异性,结果表明东北倾断层具有较小残差且滑动分布更合理.通过分析主震后重定位的59次余震结果发现余震走向分布以及深度延伸方向与东北倾断层模型更吻合,并且东北倾向断层走向与伊朗东北部已知活动断层基本平行,因此可以作为桑塞菲德地震的发震断层为WNW ESE走向的进一步佐证.本文研究的断层参数为走向314.67°,倾角41.5°,平均滑动角128.8°,断层特征为东北倾逆冲兼具右旋走滑,滑动分布主要集中在沿走向6～22 km处,最大滑动量为7 km深处的1.09 m,断层破裂并未到达地表,反演矩张量为1.427×1018N·m,相当于Mw6.07矩震级地震.     

Effects of fault geometry and slip style on near-fault static displacements caused by the 1999 Chi-Chi,Taiwan earthquake

We investigated the fault geometry effects and the corresponding coseismic slip distribution using various proposed earthquake fault models for the Chi-Chi earthquake of 21 September 1999. The types of fault geometries are threefold: a simple planar fault plane, a two segmented planar fault plane and a three dimensional (3D) curved fault surface rupture propagation model. We derived the estimated spatial slip distribution from an inversion analysis of GPS coseismic displacement data and show that the 3D fault model is the preferred solution. The simple and segmented fault models lead to significant artificial slip distributions associated with the pre-defined fault geometry and the spatial distribution of GPS stations. The spatial distribution of coseismic slip deduced from the 3D fault model has three observable features: (1) the overall slip is concentrated at depth of less than 12 km, which may well correspond to a shallow-dipping detachment; (2) the maximum slip of about 10 m is located 45 km to the north of the epicenter; and (3) the slip vector is dominated by the dip-slip component. In addition, the results from the inversion of GPS data are consistent with those from the inversion analysis of teleseismic broadband data. A resolution analysis, further, demonstrates that the results are highly correlated with field GPS data studies when we used synthetic test data. The inversion of spatially distributed GPS data is highly sensitive to fault geometry. We conclude that the use of the 3D fault model is not only necessary but also certainly competent enough to well explain the inferred slip style and the observed static coseismic displacements.     

2016年4月16日熊本地震滑动分布反演与分析

综合利用强震数据、GPS数据和InSAR数据基于双断层模型反演熊本地震滑动分布,通过选择合理的介质模型和平滑因子,分别对数据进行单独反演和联合反演。从结果分析可以看出:三种数据联合反演的结果最优,最终滑动模型为:断层1走向为236°,倾角65°,滑动角-150.6°,最大滑动量为6m;断层2走向为206°,倾角72°,滑动角-155°,最大滑动量为4m。基于K-net和Kik-net获取永久位移快速反演得到的滑动分布结果与基于GPS数据,Sentinel-1A InSAR数据反演甚至联合反演得到滑动分布结果比较一致,表明大震后利用高密度强震动台网后快速获取滑动分布用于震后应急响应和灾害评估是切实可行的,同时认为此次地震发震断层为右旋走滑的断层系统。     

Reconditioning fault slip inversions via InSAR data discretization

A major difficulty in inverting geodetic data for fault slip distribution is that measurement errors are mapped from the data space onto the solution space. The amplitude of this mapping is sensitive to the condition number of the inverse problem, i.e., the ratio between the largest and smallest singular value of the forward matrix. Thus, unless the problem is well-conditioned, slip inversions cannot reveal the actual fault slip distribution. In this study, we describe a new iterative algorithm that optimizes the condition of the slip inversion through discretization of InSAR data. We present a numerical example that demonstrates the effectiveness of our approach. We show that the condition number of the reconditioned data sets are not only much smaller than those of uniformly spaced data sets with the same dimension but are also much smaller than non-uniformly spaced data sets, with data density that increases towards the model fault.     

基于InSAR同震形变观测反演2010年新西兰南岛Mw7.1 Darfield地震同震破裂分布

2010年9月4日新西兰南岛Canterbury平原发生了M_w7.1地震,震源深度约为10 km.本次地震发生在一条震前不为人所知的断层上.我们利用覆盖整个震区的合成孔径雷达(SAR)观测资料,通过干涉处理分析获得雷达视线向(LOS)同震形变场;以此资料为约束反演了断层的几何参数以及同震破裂分布.结果显示,该地震造成四条相对独立断层的破裂.大部分的地震矩释放发生在Greendale断层(编号1-4),其错动以右旋走滑为主,最大破裂约为8.5 m.其它三条断层中,经过震源的逆冲断层最大破裂为5.1 m (编号6),位于Greendale断层以西的逆冲断层最大破裂为3.5 m (编号5),位于Greendale断层北面的走滑断层最大破裂为1.9 m(编号7).反演的Greendale断层地表滑动与地质调查得到的地表破裂在形态和数值上均吻合较好.本次地震释放的地震矩为5.0×10¹⁹N·m,矩震级为7.1.板块边界带形变场分析表明,Darfield地震的发生受边界带应变分配在该地区残留构造应力场控制,其复杂性体现了区域构造应力场的特点.地震对其周围地区的应力场影响较大,库仑应力增加区与余震分布有一定对应关系,并在2011年Christchurch 6.3级地震发震断层区域造成约0.1bar的库仑应力增加,对此地震有一定的触发作用.     

利用GPS和InSAR数据反演2011年日本东北MW9.0地震断层的同震滑动分布

本文首先对Envisat/ASAR数据进行干涉处理, 获取2011年日本东北M_W9.0地震的地表InSAR同震形变场; 然后通过对InSAR同震形变数据重采样方法的深入分析, 选择条纹率法结合干涉图的空间相干性对InSAR同震形变数据进行重采样; 最后基于弹性半空间位错模型, 联合InSAR与GPS形变数据, 采用最小二乘法反演发震断层的滑动分布. 研究结果表明: 考虑相干性的条纹率重采样方法, 更适用于形变场中存在除断层外的有限边界、 且形变场范围较大的InSAR数据重采样处理; 断层滑动主要发生在地表以下50 km范围内, 最大滑动量为49.9 m, 矩张量为4.89×1022 N·m, 所对应的矩震级为M_W9.1, 与地震学反演的结果比较吻合.      

基于线弹性位错模型反演1997年西藏玛尼Mw7.5级地震的干涉雷达同震形变场——Ⅱ滑动分布反演

1997年11月8日西藏M_w7.5级玛尼地震是干涉雷达技术应用于地震观测以来的一次重要事件.在第一部分中，我们应用广泛使用的Okada线弹性位错模型，假设断层的各个分段滑动量均匀，反演得到断层各个分段的几何参数和均匀滑动量.本部分的反演进一步去除滑动均匀假设，并利用更能反映断层真实状态的角形元位错模型（线弹性），在第一部分反演得到断层几何的基础上，反演断层面的静态位错分布.反演结果表明，线弹性滑动分布模型能够更好地解释观测数据，进一步提高反演的数据拟合程度.最终得到了断层面上的走滑和倾滑位错分布.首次得到的断层面滑动分布显示断层面滑动在浅部（0～12 km）比较集中，地震破裂长度约170 km，最大左旋走滑位移达4.8 m；反演结果还表明局部段落存在较大倾滑位移，量值达到1.9 m，这在断层模型中是不能忽略的，它可能是断层两侧形变不对称的原因之一；反演得到的标量地震矩为2.18×10²⁰ N·m，相当于矩震级M_w7.5，与Velasco等利用地震波形反演得到的结果一致.     

近断层应力变化快速计算方法及对强余震空间分布的指示意义:以M_w7.9汶川地震为例

构造地震一般由断层摩擦失稳所致.断层内部及周边所累积的剪切形变则通过同震滑动位移得到局部释放.因此,震后断层内部及近断层周边的静态剪切应力变化量的空间分布可通过断层面上的滑动位移分布计算得到.本文采用傅氏变换方法(FTM)计算单一有限断层同震滑移场所形成的静态剪切应力变化分布,近断层两侧的应力变化计算可由波数域内应力近似算法获得.结果表明,FTM快速有效、易于实现,有效地避免了常规应力计算中奇异值的出现.以2008年Mw7.9中国汶川大地震为例,采用前人所得有限断层滑动位移模型,得到了断层面和近断层周边准3D剪切应力分布解,并同主震后中强余震的空间分布特征作了比较.结果表明,大部分的中强余震震源位置处于剪切应力变化值为正的区域,由同震位移所产生的局部应力降峰值和均值大小同应力变化的正值大致相当,从而表明了快速且有效地计算断层内部及近断层附近的应力变化分布可以为主震后强余震发生的潜在区域提供指示意义.需要强调的是,应力变化空间分布特征的获取强烈地依赖于有限断层滑移模型解.有关滑动位移反演解的多解性对应力变化计算结果的影响,本文作了必要的讨论.     

The Grouping of the Strike-Slip Offset Data and Its Relation With the Seismicity Along Middle Segment of the Xiaojiang Active Fault

The data of the strike-slip offset along the Xiaojiang active fault can be obviously grouped.The groups of small orders of magnitude data within 100 m show clear linear characteristics of increments between 8 m and 12 m,which indicates that the segments of the Xiaojiang active fault is of characteristic seismicity and the distribution of the values of each group indicates that there are smaller earthquakes and creep between two large earthquakes along each segment of the Xiaojiang active fault.The interval between two characteristic large earthquakes can be calculated with the increments for two groups of slip data and the slip rate of the fault.Furthermore,the frequency of smaller earthquakes can also be estimated by comparing the distributions of the displacements of the large earthquakes with the distributions of the values of each group of data.The groups of large slip displacements show that there is close relationship between the records of the displacements of the fault and the changes of the cli     

利用InSAR技术研究2003年西藏班戈MS6.1地震发震构造

2003年7月7日发生在西藏与青海交界处的班戈M_S6.1地震, 由于缺乏余震分布等可靠资料, 其发震构造及其活动性质等问题一直认识不清。 几家机构利用远场波动资料给出的震源机制解差异很大。 本文利用ENVISAT卫星ASAR数据和D-InSAR技术, 计算获得了该地震LOS方向的同震形变场图像, 并以此为约束反演获得了该地震的断层几何参数和同震滑动分布。 结果表明, 班戈M_S6.1地震的发震构造为控制唐古拉山西边界的波涛湖—土门断裂, 其发震断层为走向161°的高角度右旋斜滑正断层, 破裂长度约10 km, 滑动量主要集中在3~7 km深度范围, 最大滑动量0.26 m, 矩震级M_W5.6。     

2010年玉树MS7.1地震同震破裂、余震分布特征及其与构造的关系

针对2010年4月14日玉树发生M_S7.1地震,本文利用InSAR数据给出同震视线向位移确定出的发震断层空间展布,并以该同震位移为约束反演得到主震和最大余震的同震位错分布.结果表明,主震同震位错发生在东玉树断裂,最大余震同震位错发生在西玉树断裂东端;基于位错分布计算了同震库仑应力变化与西部余震集中区地震活动之间的关系,结果反映玉树主震后最为活跃的余震活动可能受控于近东西向的次级断层(走向约为85°),而非玉树主干断裂;玉树断裂带整体呈现为左旋走滑运动,但其具体断层运动形式表现出主干断裂典型走滑运动、走滑断裂间的拉张和逆冲性质的次级运动、次级断裂与主干断裂相互作用下更为复杂的多方向次级断层活动等等不同变形特征,而主震同震破裂与余震空间分布均与这些不同断层变形方式有着密切关系.