震后地形变与孔隙压力瞬态变化的相互关系

大震改变地壳的应力,从而触发地震及其余震。一系列随时间变化的过程,包括余滑、孔隙流体的流动、下地壳和上地幔粘性的张驰、断层附近应力和孔隙压力调整以及地震的触发进程。然而,尽管进行过多次尝试,但通过直接场地的观测,很难将这些过程区分开来。这里我们采用一种星载雷达干涉图和冰岛南部地震带两个6.5级地震地热井水位变化过程结合的测量法。干涉图记录到的形变既不能用余滑也不能用粘-弹性张驰来解释,但它与地震发生后最初两个月孔隙弹性物质的回跳一致,这可以用地震引起水位变化的快速恢复(1—2个月)来证实,相反余震序列的持续时间达到3.5年,这表明余震的持续时间并不是由孔隙流体的流动控制的,但是,因为表面应变是由地壳浅部孔隙压力的变化控制的,因此,我们不能排除在余震发生深度存在较长时间的孔隙压力瞬态变化。余震的持续时间与随速度和状态变化的摩擦定律控制的地震活动变化速率模型是一致的。     

基于案例分析的库仑应力变化触发地震机理探索

在许多地震触发研究案例中,不少学者都利用大地震造成的库仑应力变化研讨其对后续地震的影响,但众多结果中存在的共同规律尚未得到很好的统计与归纳。基于库仑应力变化理论,通过统计多个地震序列与典型事件中库仑应力研究结果,分别从震级,触发距离,触发地震库仑应力变化(ΔCFS)以及触发时间4个方面进行分析。结果表明,静态库仑应力的最优影响范围在5～50 km间,触发地震的应力条件多在0.01～0.4 MPa,触发地震震级与距离和主震震级无明显对应关系;动态触发的作用范围在100～2500 km间,主震震级通常较高,触发地震的震级都小于主震震级,在几个典型远程触发的事件分析中,主震震级与可触发距离呈正相关,但触发次数与其他所分析因素均无关;震后应力转移的三种机制,从理论上合理地解释了长时间尺度延迟触发的现象,但精确计算应力转移的量值可能对库仑应力变化与触发地震之间关系的更合理解释有推动作用,需引起关注。     

库仑应力变化及其在地震学中的应用研究进展

首先介绍了库仑应力的定义及其物理含义。阐述了库仑应力在强震对余震的触发作用、强震对后续地震序列的触发、应力影区对地震的抑制作用、地震活动性分析以及相关软件的应用等五个方面的应用研究进展。最后探讨了库仑应力在地震学应用中存在的不足与前景。     

流-固耦合作用对计算同震静态库仑应力变化的影响

传统方法计算同震静态库仑应力变化一般都是基于Okada的解析解,模型中不考虑流体对固体骨架力学行为的影响.但实际上,流体对固体变形有着非常重要的作用.为此,本文基于孔隙弹性理论,考虑流-固之间的完全耦合效应,针对三种典型的断层错动模型（走滑型、逆冲型以及正断型）,分别计算静态库仑应力变化与传统算法之间的差别.计算结果表明：三种地震模型得到的介质孔隙压变化在空间的分布格局完全不同,走滑型地震产生的孔隙压变化图案在空间中呈正负相间的四象限分布,近场的静态库仑应力明显下降,流-固耦合作用对静态库仑应力变化影响较大.逆冲型和正断层型地震产生的介质孔隙压变化在空间的分布图案类似,但正负区域正好相反,孔隙压在逆冲型地震的震源区域上升,而在正断型地震的震源区域下降.同传统方法计算的库仑应力相比,逆冲型地震产生的介质孔隙压变化使得震源区的应力影区面积减小,这会触发更多的余震;而正断型地震产生的孔隙压变化则正好相反,增大了震源附近的应力影区范围,这样会降低该区域余震发生的概率.可见,介质的流-固耦合作用对计算库仑应力变化的影响不可忽视.因此,在利用库仑应力变化研究地震触发时,应考虑流-固耦合作用,使得库仑模型的预测结果更符合实际.

     

完全库仑破裂应力变化与云南龙陵震群序列的应力触发

计算和研究了1976年云南龙陵Ms7.3、Ms7.4双主震产生的完全库仑破裂应力变化及其对后续震群序列的动态和静态应力触发作用.结果显示,龙陵第2主震受到了第1主震的动态和静态库仑破裂应力的触发作用.龙陵双主震的13个后续强余震中,发生在龙陵三角形块体内部的强余震,90%都受到了第1或第2主震的动态库仑破裂应力触发或静态库仑破裂应力触发作用,发生在三角形块体外部的强余震,2/3受到了第2主震的动态库仑破裂应力触发作用.从触发作用的强度和范围上看,第2主震的动态和静态库仑破裂应力触发作用都大于第1主震.就近场而言,受到龙陵双主震的动态和静态库仑破裂应力触发作用的余震数目相当,但动态库仑破裂应力的触发作用范围大于静态库仑破裂应力.     

苍山地震库仑破裂应力变化与地震活动相关性探讨

本文收集了苍山地震周围断层的几何参数和运动学参数, 选择不同的接受断层, 研究了苍山地震库仑应力变化对余震及周边断层活动的影响。 结果表明, 苍山地震正的库仑应力变化对余震活动有促进作用, 大部分苍山余震分布于库仑应力变化增加区域, 应力增加量值为0.003~0.005 MPa。 通过对比该地区苍山地震前后16年的地震资料, 发现苍山地震正的库仑应力变化对苍山断裂附近地震活动增强亦有一定的促进作用, 而对于周边其他断层, 由于距离较远, 库仑应力变化量较小, 苍山地震库仑应力变化的影响可以忽略。     

基于库仑应力变化分析巴颜喀拉地块东端的强震相互关系

本研究基于分层黏弹介质模型,考虑同震位错效应和震后黏滞松弛效应,分析巴颜喀拉地块东端1976年松潘地震序列、2008年汶川8.0级地震、2013年芦山7.0级地震和2017年九寨沟7.0级地震等多次大地震的可能存在的触发关系,计算大地震引起的周边各主要断裂的库仑应力变化.结果显示,1976年松潘地震序列各次地震间关系密切,存在明显的相继触发作用;综合考虑同震和震后效应,汶川8.0级地震对同属于龙门山断裂带的芦山7.0级地震有触发作用,且震后效应影响不可忽略;1976年地震序列,特别是1976年8月16日7.2级地震促进了2017年8月8日九寨沟7.0级地震的发生;汶川地震对九寨沟地震的影响研究中,采用不同的汶川地震同震位错模型,计算结果有差异.综合考虑多次大地震对周边断裂带的影响,龙门山断裂带南段、鲜水河断裂带中南段、平武-青川断裂北段、灌县-安县断裂北段、文县断裂的累积库仑应力增加显著,巴颜喀拉地块东端的东昆仑断裂带东段、迭部-白龙江断裂带西段以及金沙江断裂带库仑应力亦有所增加.综合考虑各重要断裂带已有的大地震危险性分析结果和库仑应力变化计算结果,龙门山断裂带南段、鲜水河断裂带中南段、东昆仑断裂带玛沁-玛曲段和金沙江断裂带的发震紧迫性有所增强,需引起关注.

     

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。     

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.

     

利用统计地震模型从地震活动参数中获得流体信号

根据众所周知的库伦破裂准则,应力或孔隙压力的变化都会导致地震破裂。余震活动一般认为是地震应力变化引起的,它服从大森定律。而地震群则认为是通过地下流体侵入岩层所致。应力触发可以通过在地壳单独构建三维弹力应变模型分析,而地震引起的地下流体流动情况必须通过空隙压力变化和地震之间相互作用应力场的改变这样复杂的地震活动图像研究。我们看到ETAS模型是从复杂地震活动图像获得最初流体信号的一种适当工具。我们主要分析2000年发生在欧洲中部的波西米亚西北部Vogtland地区的大地震群。通过拟合随机的传染型余震序列模型(ETAS)我们发现应力触发在创建观测地震活动图像和解释观测事件破碎时间分布时起支配性作用。外力在直接触发引起地震活动中起到的作用是很有限的,这种外力被认为是由于流体入侵导致孔隙压力变化而产生的。然而时间上的反褶积表明显著的流体信号源于地震群。这些结果已被我们的仿真模型模拟研究证实,在这个研究中,流体侵入和应力在三维弹性半空间中沿断层面转移时触发地震。基于ETAS模型的反褶积过程能够揭示地下孔隙压力变化。     

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.      

俯冲带上特大地震静态库仑应力变化对后续余震触发效果的研究

地震静态触发研究在全世界范围内广泛开展,并取得显著成效;但是否所有的大地震,地震静态触发都有很好的效果,对此目前还不甚清楚.本文通过计算最近发生在俯冲带上的三次特大地震(2011年日本东北地震(Mw=9.1)、2010年智利地震(Mw=8.8)与2004年苏门答腊—安达曼地震(Mw=9.0))所产生的静态库仑应力变化,考察主震库仑应力变化对其后续余震空间分布的影响,从而研究俯冲带上特大地震对地震的触发效果.计算结果显示:对于2011年日本东北地震,仅有47%的后续余震发生在库仑应力增加的区域;2010年智利地震也只有47.6%的余震位置处于库仑应力变化的正值区;2004年苏门答腊地震触发了49.8%的后续余震.文中通过进一步改变模型参数(如:采用不同的有效摩擦系数,使用不同作者给出的震源模型等)进行计算,结果表明这三大地震对后续余震的触发比例仍然不高(最好情况下,触发比例也不超过60%).但对于板内地震(如:2008年汶川地震,1999年集集地震),主震对后续余震的触发比例超过85%.由此可以推知,对于俯冲带上的特大地震,地震静态触发效果不显著.因此,对于俯冲带上大地震的触发问题,还需深入研究.     

断层面上库仑破裂应力变化的相关研究进展

地震的孕育、发生和震后调整被认为是震源区及其邻区的应变积累释放过程.地震引起的静态库仑应力变化可有力地解释余震分布、强震序列等地震观测,并为探索地震发生机制和地震预测提供新的线索.地震学家们多采用弹性位错模型计算同震位错引起的库仑应力变化,以研究余震分布及地震间相互作用;随着流变学的发展,粘弹模型因可以很好的解释大量震后形变观测而被广泛用于断层面上的震后应力调整研究;此外,构造应力加载作用在更长时间尺度上造成断层面的应力积累,基于负位错模型计算震间库仑应力变化为又一研究内容.本文从同震、震后、震间库仑应力变化的角度提炼出断层面上库仑破裂应力变化的大量研究成果,介绍了库仑应力变化的基本计算原理及引起断层面上库仑应力变化的主要原因,论述了通过库仑应力演化来研究地震活动的方法和应用,进一步讨论断层面上库仑应力演化研究存在的问题和近期的进展.     

北祁连山东段强震间静态库仑应力变化与触发作用研究

基于Coulomb3.3软件,通过研究地震累加与单震的库仑应力变化对后续地震的触发关系,对北祁连山东段及邻区自1561年以来的9次强震静态库仑应力变化进行了研究。结果表明：对于叠加现象来说,后一地震事件除了门源地震落在应力影区外,先前地震活动对后续地震都产生了明显的触发作用,库仑应力变化在0.1~4.066 bar之间;而对于单独事件的应力变化,断层距较小的地震之间相互触发的影响较大。根据库仑应力变化和年应力累积量的比值,得出地震在没有先前地震作用下还需要的应力累积时间。最后根据大震后区域断裂库伦应力变化及断裂强震活动历史等特征,对本区未来强震地震危险性进行分析,得出本区未来地震危险区位于云雾山断裂以及天祝-景泰—古浪一带的金强河断裂上。     

俯冲带上特大地震静态库仑应力变化对后续余震触发效果的研究

地震静态触发研究在全世界范围内广泛开展,并取得显著成效;但是否所有的大地震,地震静态触发都有很好的效果,对此目前还不甚清楚.本文通过计算最近发生在俯冲带上的三次特大地震(2011年日本东北地震(M_w=9.1)、2010年智利地震(M_w=8.8)与2004年苏门答腊—安达曼地震(M_w=9.0))所产生的静态库仑应力变化,考察主震库仑应力变化对其后续余震空间分布的影响,从而研究俯冲带上特大地震对地震的触发效果.计算结果显示:对于2011年日本东北地震,仅有47%的后续余震发生在库仑应力增加的区域;2010年智利地震也只有47.6%的余震位置处于库仑应力变化的正值区;2004年苏门答腊地震触发了49.8%的后续余震.文中通过进一步改变模型参数(如:采用不同的有效摩擦系数,使用不同作者给出的震源模型等)进行计算,结果表明这三大地震对后续余震的触发比例仍然不高(最好情况下,触发比例也不超过60%).但对于板内地震(如:2008年汶川地震,1999年集集地震),主震对后续余震的触发比例超过85%.由此可以推知,对于俯冲带上的特大地震,地震静态触发效果不显著.因此,对于俯冲带上大地震的触发问题,还需深入研究.     

汶川Ms8．0巨震产生的完全库仑破裂应力变化及其强余震群

计算和研究了2008年5月12日四川汶川Ms8.0巨震在其强余震断层面上产生的完全库仑破裂应力变化,分析了该变化对强余震的动态和静态应力触发作用.结果显示,汶川主震后15天内发生的7次Mw≥5.5强余震均受到了动态和静态库仑破裂应力的综合触发作用.     

云南澜沧-耿马Ms7.6地震的完全库仑破裂应力变化与后续地震的动态、静态应力触发

计算和研究了1988年云南澜沧-耿马Ms7.6地震产生的完全库仑破裂应力变化的时空演化图像, 对继澜沧地震13 min后发生的耿马M7.2地震的应力触发问题进行了分析, 同时也对澜沧-耿马地震后24 d内发生的Ms5.0~6.9后续强余震的应力触发问题进行了探讨. 结果显示, 澜沧地震断层破裂产生的完全库仑破裂应力变化空间分布图像具有很强的非对称性, 正值的动态和静态库仑破裂应力变化区域均具有与强余震分布位置吻合较好的现象. 耿马Ms7.2地震受到了澜沧Ms7.6地震产生动态和静态库仑破裂应力的触发作用; 绝大多数后续强余震受到了动、静态库仑破裂应力的综合触发作用.     

汶川MS 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     

2008年新疆于田MS7.3地震对后续 地震的完全库仑应力触发作用

在离散波数法基础上计算2008年3月21日新疆于田M_S7.3地震造成的近场区域完全库仑应力变化, 分析该变化对余震发生所产生的影响, 得到了此次地震在2008年10月5日乌恰M_S6.8地震震中处所产生的动态库仑破裂应力变化. 计算结果表明, 该地震近场区域库仑应力变化图像演化大概持续了60 s, 库仑应力变化对余震的触发率达到90%以上, 其中动态库仑应力变化图像更好地解释了余震的分布. 余震震中处的完全库仑应力变化计算结果表明, 其动态库仑应力变化远远大于静态库仑应力变化. 于田M_S7.3地震在乌恰M_S6.8地震震中处造成的最大动态库仑应力变化为0.12 MPa, 说明后者可能受到了于田M_S7.3地震的动态应力触发作用, 但不显著;而静态库仑应力则对其影响很小.