地震台阵对2010 M8.8智利地震 破裂过程的直接成像

对2010年2月27日智利近海发生的M8.8级巨震,本文反向投影美国地震台网宽频带台站记录到的远震P波辐射能量,得到地震破裂前缘随时间的变化关系.图像表明,智利M8.8级强震破裂过程是一次不均匀的双向破裂过程,整个破裂过程持续了近150 s,破裂尺度跨越震中南端80 km,北北东向上近200 km.     

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.     

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)。     

2010年智利Bio-Bío MW8.8地震前震中附近地区断层面上的摩擦系数变化特征

利用1990年1月1日—2010年2月26日期间发生在2010年智利Bio-Bío M_W8.8地震震中附近地区的100次5.0≤M_W≤6.9地震震源机制解结果,计算了断层面上的摩擦系数,并得到了摩擦系数随时间的变化。结果表明,震前从2006年初开始直至临近主震发生的约4年零2个月时间内,震中附近地区发震断层面上的摩擦系数随时间呈趋势下降变化;从2006年初的约0.73下降到临震前的约0.4,相对下降幅度达45.2%。这个结果对认识强震孕育过程以及地震预测研究均具有启示意义。      

2010年M_W8.8智利地震:多段触发及含频率的破裂特点

2010年2月27日智利MW8.8地震的多频率反投影结果揭示出此次地震是由具有不同滑动特征的子事件组成的。震中以南的子事件以低频(0.05～0.1Hz)释放能量,意味着滑动缓慢,且破裂速度约为0.8km/s。震中以北的2个子事件则显示出以高频(1～5Hz)释放能量的特征。其中第一个子事件似乎触发了北边第2段的滑动,并且释放了较高振幅的能量,传播速度也快,约为2.9km/s。除了这些破裂的细节之外,还观测到如下现象:在破裂前沿,高频能量释放之后紧接着产生了低频能量释放。这一发现表明:大震对应的破裂过程蕴含着断层的动态弱化,因此,它们的破裂特性并非简单地与小地震的特性相关。这些明显的滑动特点表明:有必要对宽频域各种数据进行研究,以便全面评估巨大地震的破裂过程及相关灾害。     

2015年智利Illapel M_W8.3地震同震效应及其对南美大陆地震危险性影响

基于高性能并行有限元方法,建立含地表地形和Moho面起伏的大规模非均匀椭球地球模型,计算了2015年9月17日智利Illapel M_W8.3地震同震效应,同时讨论2010年智利Maule M_W8.8地震和2014年智利Iquique M_W8.1地震对2015年智利Illapel地震的加载作用,进一步分析这3个地震共同作用对南美大陆及周围断层的地震危险性影响.结果表明:对此次智利Illapel地震CEA(中国地震局地球物理研究所)滑动模型计算的地表最大水平位移约为3 m,USGS(美国地调局)模型的最大水平位移约6 m.特大地震影响范围广,南美大陆接近一半区域同震水平位移量级达到0.5 mm;受3次地震共同作用,智利2010年Maule地震南部俯冲带、2015年Illapel地震和2014年Iquique地震之间俯冲带,以及2014年Iquique地震以北俯冲带,受到10 kPa东西向压应力加载;2010年Maule地震和2014年Iquique地震共同加速了2015年Illapel地震滑动;1960年Valdivia M_W9.5地震破裂区、2014年Iquique地震和1995年Antofagasta地震之间区域以及2010年Maule地震和2015年Illapel地震的未破裂区重合处库仑应力变化均超过10 kPa,有可能加速强震的发生.     

2010年智利8.8级地震在北京房山岩体附近的动态触发活动

本文采用波形分析和β统计方法,基于首都圈地区数字测震台网和部分流动地震台的观测资料,对2010年2月27日M_w8.8智利大地震在北京房山岩体附近地区的动态触发活动进行了分析讨论.结果表明,在背景地震活动相对较弱的北京房山岩体附近,我们检测出至少5次小震活动事件在智利地震面波到达时发生.这些触发活动显著地改变了房山岩体地区这一地震活动相对平静地区的地震活动性,但是对北京地区地震活动性的影响并不明显.NKY地震台记录的智利地震触发活动的最大动态应力与之前的研究结果相比要小,约为7 kPa.这可能与房山岩体附近地区的背景地震在智利地震前一直较为平静有关.此外,相对有利的面波入射方向,以及在对蹠点上的前两组面波叠加的效应等因素综合作用,使得本研究能在约2万公里极远处观测到远震触发小震活动.然而,在随后的多次面波叠加期间并没有观测到明显的触发地震活动.在智利地震10 h前发生的琉球M_w7.0地震也未在房山地区触发相关的微震活动,这可能与它们引起的动态应力变化太过微弱有关.     

智利中部因M8.8地震而最终破裂

智利是世界上部分大地震的发生地：那里大概平均每十年就会发生一次8级地震。这些地震都发生在俯冲带：有的发生在南美和Nazca板块之间的界面上,称为板问破裂;有的发生在Nazca俯冲板块内部,称为板内事件。每个世纪都会发生几次巨大的板内、     

地震空区及条带附近地震破裂特征的震例研究

选取邢台1981年Ms 5.8、菏泽1983年Ms 5.9和射阳1987年Ms 5.1三个震例，研究了孕震中后期中小地震的破裂特征。结果表明：震前区域内中小地震多倾向于单侧破裂；邢台、菏泽地区的中小震具有优势的破裂面走向，与主震破裂面一致或共轭；震前中小地震的环境应力值τ0略大于正常时期；射阳不存在优势破裂面走向；菏泽Ms 5.9 和射阳Ms 5.1孕震空区边缘上的地震都倾向于单侧破裂，并且主破裂方向都不指向空区内部。     

2010年2月27日智利地震破裂过程快速反演

运用地震破裂过程快速反演方法,在2010年2月27日智利地震发生后,采用全球地震台网(GSN)的宽频带地震资料,反演了这次地震的破裂过程,在震后约3.5小时得到了这次地震破裂过程的反演结果.结果表明,这次智利地震的破裂过程具有如下基本特征:①矩震级为MW8.6;②地震破裂持续时间约为150s;③包括4个滑动量集中分布区域,最大滑动量约为8m,最大滑动速率约为0.8m/s;④这次地震总体上是一次不对称的双侧破裂事件,破裂从破裂起始点(震源)开始,同时向南北两个方向扩展,但以向北扩展的破裂为主.     

2010智利Maule特大地震的同震效应

2010年智利Maule大地震是人类有观测记录以来第六大地震,基于高性能并行有限元方法,建立含地表地形和Moho面起伏的大规模非均匀椭球地球模型,计算了该地震同震效应,并根据库仑应力变化分析周围断层地震活动性和主震对余震的触发关系.结果表明：对于2010年Maule地震,地球曲率和层状结构对同震水平位移影响不可忽略,如果不采用球面分层模型,在低纬度远场可能会造成位移和应变量值均被低估,在高纬度远场可能会造成位移被夸大而应变被低估.如果不考虑介质横向不均匀和地形,同震应力降被显著低估,近场同震东西向应力变化误差最高95.4%,南北向应力变化误差最高90.8%.Illapel地区库仑应力变化约10 kPa,相当于15年构造积累,Maule地震加速了2015年Illapel地震发生.以最优破裂方向投影得到库仑应力变化,经统计70.9%余震落在库仑应力变化量值大于10 kPa区域.本次特大地震触发了Pichilemu附近M_W6.9和M_W7.0两次正断型余震.

     

Rupture zones in the area of the 17.08.99 Izmit (NW Turkey) large earthquake (Mw 7.4) and stress changes caused by its generation

The M_w 7.4 Izmit earthquake of 17 August 1999 struck a part ofthe North Anatolian fault in the area of Izmit Bay (NW Turkey). Historicalinformation shows that the fault which moved during the generation of thisearthquake consists of two fault segments moved during the generation oflarge (M 7) earthquakes in 1719 and 1754, respectively. Since then onlythe central part (between Izmit and Lake Sapanca) of this fault ruptured bythe generation of a smaller shock (M = 6.6) in 1878.The spatial stress variations based on the calculation of changes in theCoulomb Failure Function (CFF) associated with this earthquake aresupported by the distribution of strong aftershock foci. Large positive valuesof CFF to the east and west of the mainshock epicenter are inagreement with the notion that secondary faults were triggered there by thegeneration of the main event. Large positive values of CFF are alsoobserved in the adjacent western fault segment where the 1766 event wasgenerated, evidencing the occurrence of the next strong earthquake in thissegment.     

静态应力触发在应用中存在问题的讨论以玉树地震为例

大地震应力触发概念自提出至今被广泛应用。 库仑应力与后续地震活动对应效果受到多种因素影响。 其中, 不同深度断层滑动量不同导致不同深度静态库仑应力图像差异, 选取哪一个深度的应力图像来讨论后续地震趋势是一个重要问题。 本文提出一个计算方法, 首先计算不同深度静态库仑应力, 然后在同一个位置取不同深度库仑应力最高值, 绘制静态应力分布图像, 并以2010年玉树地震为例, 结合地震活动及静态库仑应力分布对这种计算方法的效果进行对比。 结果显示, 按照本文提出的计算方法, 利用不同学者给出的玉树地震破裂模型计算均显示, 玉树地震后2年内3级以上余震几乎全部发生在库仑应力增加区。     

2010年4月14日玉树Ms7.1地震对余震的触发研究

This paper calculates the static stress changes generated by the Yushu M_S 7. 1 earthquake in Qinghai Province. On the basis of regional stress,we take account of the static stress change triggered by the Yushu M_S 7. 1 earthquake to find the optimally oriented fault planes,then calculate the Coulomb stress change on the optimally oriented fault plane. The results indicate that most of the aftershocks are triggered by the mainshock. The image of Coulomb stress changes is also in accord with regional earthquakes ( M_L ≥3. 0 ) distribution,but the value is lower than 0. 01MPa. In addition,this paper calculates the Coulomb stress changes in the case that the aftershock fault plane is the same as the main shock. Through comparison,we find that the image of Coulomb stress changes obtained using the "optimally oriented fault"approach is more consistent with the distribution of Yushu aftershocks and regional earthquakes.     

Bending-related faulting of the incoming oceanic plate and its effect on lithospheric hydration and seismicity: A passive and active seismological study offshore Maule,Chile

We have studied the dependency between incoming plate structure, bending-related faulting, lithospheric hydration, and outer rise seismic activity offshore Maule, Chile. We derived a 2D Poisson's ratio distribution from P- and S-wave seismic wide angle data collected in the trench-outer rise. High values of Poisson's ratio in the uppermost mantle suggest that the oceanic lithosphere is highly hydrated due to the water infiltration through bending-related normal faults outcropping at the seafloor. This process is presumably facilitated by the presence of a seamount in the area. We conclude that water infiltrates deep into the lithosphere, when it approaches the Chile trench, producing a reduction of crustal and upper mantle velocities, supporting serpentinization of the upper mantle. Further, we observed a mantle Vp anisotropy of 8%, with the fast velocity axis running normal to the abyssal hill fabric and hence in spreading direction, indicating that outer rise processes have yet not affected anisotropy.The first weeks following the megatrust Mw = 8.8 Maule earthquake in 2010 were characterized by a sudden increase of the outer rise seismic activity, located between 34° S and 35°30′ S. We concluded that this phenomenon is a result of an intensification of the water infiltration process in the outer rise, presumably triggered by the main shock, whose epicenter was located some 100 km to the south east of the cluster.     

2005年会泽5.3级地震与小江断裂地震活动关系研究

根据小江断裂带历史强震资料、近期中小地震活动资料、地震波参数、会泽5．3级地震破裂方向及其序列参数显著异常等,研究了小江断裂带强震活动规律、中强地震丛集活动与断裂构造活动关系、会泽地震后小江断裂及周围地区应力场状态,结果得出：①会泽周围M≥5．0地震丛集活动达10次左右后,小江断裂及周围地区将发生M≥6．7地震;②会泽地震发生后,其附近3级以上中小地震活动空间展布方向与小江断裂北东向深部隐伏次级断裂的方向一致;③会泽地震发生后,其附近中小地震波参数规一化环境剪应力‰值与本次地震序列参数b值异常显著;④会泽地震余震震源较深,90％可测定深度的余震震源深度在16～30km范围内,比震前震源区周围的地震深。     

2008年汶川Ms8.0地震在2013年芦山Ms7.0地震和2014年康定Ms6.3地震破裂区引起的库仑破裂应力

2008年5月12日四川汶川发生M_S8.0地震发生之后, 先后于2013年4月20日和2014年11月22日分别在汶川M_S8.0地震震中西南约80 km的芦山县和约178 km的康定县发生了M_S7.0和M_S6.3地震。 芦山地震位于龙门山前主边界处, 康定地震位于鲜水河断裂带上。 芦山地震发生前有几位作者先后计算了汶川M_S8.0地震引起的库仑破裂应力, 分析了其对周围断层的影响。 本文对这些研究结果进行了简要回顾, 并根据芦山地震和康定地震的实际发震断层面参数, 计算了汶川M_S8.0地震在芦山地震和康定地震震源深度处的水平面上以及其发震断层面上产生的库仑破裂应力, 还给出了其震中处库仑破裂应力随深度的变化。 结果表明, 汶川M_S8.0地震发生使芦山地震震源断层面上有利于其错动发震的应力大面积增加而使康定地震震源断层面上有利于其错动发震的应力大面积减小。 在芦山地震初始破裂点处引起的库仑破裂应力达0.245 MPa, 在康定地震初始破裂点处引起的库仑破裂应力为-0.00063 MPa。 因此, 汶川M_S8.0地震的发生对芦山地震具有明显的促进作用, 而对康定地震的作用不明显。 在目标断层面参数已知的情况下, 根据库仑破裂应力在目标断层面上的分布, 可能为未来地震发生的地点提供线索, 进而对地震发生的危险性进行预测。 若一次地震的发生使目标断层面上有利于其错动发震的应力大面积显著增加, 这种情况下库仑破裂应力对未来地震具有预测意义。     

Nonlinear FE model updating and reconstruction of the response of an instrumented seismic isolated bridge to the 2010 Maule Chile earthquake

Nonlinear finite element (FE) modeling has been widely used to investigate the effects of seismic isolation on the response of bridges to earthquakes. However, most FE models of seismic isolated bridges (SIB) have used seismic isolator models calibrated from component test data, while the prediction accuracy of nonlinear FE models of SIB is rarely addressed by using data recorded from instrumented bridges. In this paper, the accuracy of a state‐of‐the‐art FE model is studied through nonlinear FE model updating (FEMU) of an existing instrumented SIB, the Marga‐Marga Bridge located in Viña del Mar, Chile. The seismic isolator models are updated in 2 phases: component‐wise and system‐wise FEMU. The isolator model parameters obtained from 23 isolator component tests show large scatter, and poor goodness of fit of the FE‐predicted bridge response to the 2010 Mw 8.8 Maule, Chile Earthquake is obtained when most of those parameter sets are used for the isolator elements of the bridge model. In contrast, good agreement is obtained between the FE‐predicted and measured bridge response when the isolator model parameters are calibrated using the bridge response data recorded during the mega‐earthquake. Nonlinear FEMU is conducted by solving single‐ and multiobjective optimization problems using high‐throughput cloud computing. The updated FE model is then used to reconstruct response quantities not recorded during the earthquake, gaining more insight into the effects of seismic isolation on the response of the bridge during the strong earthquake.     

Earthquake Triggering along the Xianshuihe Fault Zone of Western Sichuan,China

Western Sichuan is among the most seismically active regions in southwestern China and is characterized by frequent strong (M 6.5) earthquakes, mainly along the Xianshuihe fault zone. Historical and instrumental seismicity show a temporal pattern of active periods separated by inactive ones, while in space a remarkable epicenter migration has been observed. During the last active period starting in 1893, the sinistral strike–slip Xianshuihe fault of 350 km total length, was entirely broken with the epicenters of successive strong earthquakes migrating along its strike. This pattern is investigated by resolving changes of Coulomb failure function (CFF) since 1893 and hence the evolution of the stress field in the area during the last 110 years. Coulomb stress changes were calculated assuming that earthquakes can be modeled as static dislocations in an elastic halfspace, and taking into account both the coseismic slip in strong (M 6.5) earthquakes and the slow tectonic stress buildup associated with major fault segments. The stress change calculations were performed for faults of strike, dip, and rake appropriate to the strong events. We evaluate whether these stress changes brought a given strong earthquake closer to, or sent it farther from, failure. It was found that all strong earthquakes, and moreover, the majority of smaller events for which reliable fault plane solutions are available, have occurred on stress–enhanced fault segments providing a convincing case in which Coulomb stress modeling gives insight into the temporal and spatial manifestation of seismic activity. We extend the stress calculations to the year 2025 and provide an assessment for future seismic hazard by identifying the fault segments that are possible sites of future strong earthquakes.