应力降、滑动类型、震级和地震危险性的关系

在地震易发区有工业设施和众多民用建筑的大城市中,大地震易于产生巨大的生命和经济损失,因此,必须注意提供可靠的抗震设防。抗震设防不仅需要考虑地面振动,而且也需要考虑地基失效,尤其是地表断裂活动危险。土耳其和中国台湾最近的地震惨痛地说明了这一点。本文目的是对震源参数,如矩震级(M,M_w)、面波震级(M_s)、地震矩(M_o)、应力降(△σ)、破裂长度(L)和断层位移(D)之间理论关系的认识现状进行调查.利用简单的破裂模型,提出了M_s与L和△σ相联系的一个关系:M_s=2logL+1.33log△σ+1.66。利用世界范围的破裂长度、断层宽度(W)、断层位移和面波震级等地震数据,并且结合地质观察(△σ_1)和前面提出的公式(△σ_2),可以计算出每个地震的应力降值。结果表明:直到大约15km深度处(相当于脆塑性的边界处),应力降随着断层宽度(深度)增加而增加。在逆断层情况下,应力降的增加比走滑和正断层的情况下更加显著。用公式△σ=kW~n拟合了这些数据,初步给出了3种滑动类型的k和n值。断层深度超过15km,△σ_1、△σ_2没有显示太大的波动(△σ<100bar)。上述结果和大陆岩石层的一些实验模型所得的结果相一致。虽然需要更多的数据,特别是大地震的数据,来确定是W模型还是L模型能较好符合地震的标度定律,然而应力降的大小似乎不依赖于断层长度,故支持乙模型。地表断裂活动的危险依赖于断层所处的动力环境,即应力降、破裂长度和断层宽度。尽管统计表明,很多情况下出现地表断裂活动的最小震级是6.1,但有时5.5级的超浅地震就伴有地表断裂活动,这说明了标度律有变化。因此可以看到,产生地表断裂活动的临界震级依赖于断层区域材料的流变性以及应力环境。     

2000年姚安地震的震源参数

根据近场小孔径观测台网记录的余震序列资料，研究了2000年1月15日云南姚安MS6.4地震序列的地震物理过程. 用地震标定律关系估算主震的地震矩M0=1.58×1018N·m，矩震级MW=6.0，平均位错=0.63m，断层长度L=16.6km，断层宽度W=5.6km. 余震序列的高精度定位结果和能量分布走向，很好地证实了主震的断层破裂走向为N50°W，震区马尾菁断裂为主震发震构造，断层错动性质以右旋走滑为主. 用横波记录资料及波谱分析方法估算出余震的震源参数: 地震矩范围为1010～1016N·m，震源破裂半径a为80～500m，地震应力降范围为0.01～9.5MPa. 较大应力降(Δσ>1.0MPa)沿主断层线性排列，大应力降(Δσ>2.0MPa)与ML≥3.0级地震相关. 余震能量释放和高应力降的地震多发生在6.0～11km的深度范围，说明在这一深度范围内最大程度地集中了地壳中的应力.     

震源参数之间的定量关系

本文根据建立在平均二维破裂模式基础上的地震定标律,导出了地震矩 M0与各常用震级之间（1gM0-MS,ML,mb）,各种震级之间（Ms-ML,Ms-mb,ML-mb）,各震源参数之间（断层长度IgL,断层面积 lgS,平均错距 lgD-Ms,拐角频率 1gfc-ML）的各种常用的关系式.利用这些关系式,由一个震级值就可以估算出一系列震源参数.本文还求出了平均破裂速度 Vr=2.65km/s,总破裂时间 T（s）=0.5L（km）,平均位错速度 D（t）=11.4m/s.用矩震级 Mw 度量地震的大小,有四个优点:（1）地震矩反映了形变规模的大小,因此是度量地震大小的最佳物理量.（2）它是一个绝对力学标度,对任何大小地震都有意义,可测量,且不产生饱和问题.（3）它和我们已熟悉的震级标度可衔接.（4）它是一个均匀的震级标度,适用于宽尺度的地震统计.因此,Mw 是一种值得推广的震级标度.      

根据地表破裂位移测量估计古地震的震级(摘要)

本文提出一种利用位移资料估计古地震 (史前地震 )震级的方法。现在估计古地震震级通常是根据地表破裂长度与矩震级的关系 ,需要确定同震地表破裂的总长度或者断层分段模型。但地表破裂总长度很少能够准确地测量 ,断层分段模型则有很大的不确定性而不可定量化。虽然在表示历史地震震级时用地表破裂长度比用位移好 ,但古地震研究能较好地提供断层某一位置的位移量。本文提出的方法的关键是考虑了对 1 4个现代地震观测得到的位移量的可变化性 ,这样可估计出古地震震级的不确定性。分析表明 ,这种不确定性以渐近线方式靠近破裂的自然可变化性 ,于是有 5至 1 0个点的位移测量值便足以判定古地震的特征。本文结论是由相当于原始破裂长度 1 0 %的断层崖采样就可提供合理估计地震震级所需要的数值。用1 992年ＬａｎｄｅｒｓＭｗ7 3地震和 1 95 4年ＤｉｘｉｅＶａｌｌｅｙＭＳ6 8地震的随机采样资料对该方法进行了检验 ,所得到的震级估计值与实际值很接近。根据地表破裂位移测量估计古地震的震级(摘要)@Mark A.Hemphill-Haley @Ray J.Welodn     

设定地震地表破裂阈值下的一种条件概率分析模型

大量的研究表明,地震地表破裂长度（或位移量）L（D）与地震强度之间具有良好的统计关系：LgL（D）=a＋bMs,a、b系数取决于所处地震地质区域及发震断层性质的差异;研究同时表明,地震破裂的错动面积（A′）实际上反映了地震作用沿断层面破裂时的能量转换,它可以描述为：A′=∫L0乙f（L）dL,f（L）的物理意义表示为破裂总位移量（水平位移与垂直位移的矢量和）D′沿破裂长度的分布,D′～N（μ,σ2）。在对发震断层的设定地震进行讨论的基础上,给出了地震地表破裂的分析预测模型,即从建、构筑物的抗震设防水平出发,对于给定的场地容许的破裂尺度L（D）c,不突破此一破裂尺度L（D）c的场地地震地表破裂概率可以表示为：P（L〈Lc）=∫LC0乙g（L）dL,破裂尺度L（D）相对于不同的地震震级服从对数正态分布LN（μ,σ2）。     

地震的标度与孕震断层的强度

在构造学和地震力学方面，两个重要而又未解决的问题是孕震断层的强度和一次地震的地震矩随破裂面积或破裂长度的变化关系。本文将说明，通常分别处理的这两个问题从根基本上是相关的。按已有的报道，走滑和倾滑地震的地震矩与破裂面积和地震矩与破裂长度关系的数据是离散的，但本文论证了数据实际并不离散，只不过是反映了失稳破坏的断层的强度差异。本文推导出了表达大、小地震之间连续标度的关系式，并证明，断层带的孔隙压力是将走滑型和倾滑型地震联合起来归结为一种作用机制的标度参数。还论证了对于大地震，在大约15km之上断层带孔隙压力在静水压力与接近静岩压力之间连续变化，在此深度之下，有明确的向接近静岩孔隙压力过渡的证据。这些结果对板块构造学、震源物理学，以及从力学上作地震灾害评估均具有重要的意义。     

内蒙古东部地区2次地震震级标度大小的分析与探讨

从表征地震断层错动引起的地震强度的一个力学量(地震矩)出发,依据不同断层性质地震的地震矩与震级的统计关系,反演得到2003年8月16日巴林左旗-阿鲁科尔沁旗地震和2004年3月24日东乌珠穆沁旗地震的震级、断层面积、平均错距、破裂长度以及释放能量等震源参数.在利用不同机构提供的地震矩得到这2次地震面波震级的过程中发现,...     

论地幔波震级：—CDSN应用系列论文四

收集了1977—1990年间用 CMT 方法测定的地震矩 M_0和 NEIC 测报的面波震级 M_s 及1900—1976年间一些巨大地震的 M_0、M_s数据,得到 M_s与 lgM_0之间线性—非线性—M_s 最终达到饱和的图象。利用合理的地震运动学模型所相应的地震定标律可以深刻揭示该图象的物理本质。矩震级M_W 与特大地震的 M_s 趋势相一致,表征高于拐角频率时远场位移谱与地震矩 M_0之间的定量关系。本文基于面波的激发和传播理论,提出了测定地幔波震级 M_m 的新方案,并用 CDSN-LPZ 信道中的面波资料测定了1987—1990年间全球 M_s6.6以上浅源大地震的 M_m;同时对 Okal 和 Talandier(1989)的测定结果作了校正。结果表明,这样测定的地幔波震级与中小地震的 M_s 趋势相一致,表征低于拐角频率时远场位移谱与地震矩 M_0之间的定量关系。     

华北鄂尔多斯断块边缘的历史地震活动和地壳形变速率

引言 在缺乏大震重复时间记录的情况下,根据仪器记录的地震活动测定以断层滑动发生的地壳形变分量,带有很大的不确定性。描述历史地震活动的资料可以减少这种不确定性。在日本和美国,已经注意到地震矩(M_0)和地震烈度的面积分布之间的系统联系(Hanks等人,1975;Herrmann等人,1978;Wesnousky、等人,1982)。这两个参数之间的关系,为测定历史地震的地震矩提供了一个简单而实用的方法。我们收集了公开发表的各种资料,并且测定了中国修正麦加利地震烈度为Ⅵ和Ⅷ的地震的M_0和有感范围的关系。利用所得到的这个关系,测定了过去700年发生在华北鄂尔多斯断决边缘历史大震(M>6.5)的M_0(图1和图2)。根据这些地区第四纪断层的走向和位移,推导出了这些历史地震的震源参数。然后,利用地震矩与地壳应变的关系式(Kostrov,1974;Molnar,1983)测定了     

2011年4月11日日本东北福岛县浜通Mw6．6地震的地表断层破裂和滑动分布

2011年4月11日日本东北福岛县浜通地震于2011年3月11日东北地方太平洋海岸近海地震之后1个月发生在一地震活动区。这次浜通地震在北北西一南南东走向的系浞断层上造成14km长向西的正滑破裂,同时在西北西～东南东走向的汤野岳断层造成16kin长向南的正滑破裂。沿系浞断层的滑动从南端到中部突然增加,其中测量的最大位移近2m;该断层的中段到北西端的滑动逐渐降低。汤野岳断层也有不对称的滑动分布,在其北西段附近峰值约为0．9m。从破裂沿这两条断层扩展的方向来考虑,显然测量到的地表断错在走向上不对称,在更靠近破裂起始的断层末端观测到最大断错,而在破裂终止的方向显现出逐渐减小。滑动分布和震中位置的地表观测结果与滑动反演模型得出的地震破裂的总体特征一致。浜通地震断层超过60％的破裂长度以及其他历史正断层地震,滑动位移量小于或等于最大滑动的30％。根据破裂长度、最大和平均位移估计的该地震的矩震级（Mw）在6．5～6．8之间,与地震学确定值6．6相一致。     

2010年青海玉树地震及震后青藏高原强震趋势分析

2010年4月14日青海玉树发生7.1级地震,这是该区历史上发生的最为强烈的地震。该地震属走滑型,地处青藏高原巴颜喀拉地块南边界,发震断裂为甘孜—玉树—风火山左旋走滑断裂,地震破裂主要向震中东南方向。该地震是巴颜喀拉地块与羌塘地块以不同速率向东运动,地块间的差异运动使其边界应力积累到一定程度引发破裂的结果。根据地震定标律估算的主震断层破裂参数和应力参数为:地震矩M0=1.78×1019N.m,矩震级MW=6.8,断层破裂面积S=468km2,断层错距D=1.4m,断层破裂长度L=37km,断层破裂宽度W=12.6km,剪应力τ0=16.8MPa,应力降Δσ=7.03MPa。历史地震分析表明,玉树7.1级地震是在世界8级以上地震、中国西部大三角7.8级以上地震、南北地震带7级以上地震和巴颜喀拉块体7级以上地震处于强烈活动背景下发生的。玉树地震后,青藏高原巴颜喀拉地块、羌塘地块及川滇菱形块体未来发生7级以上地震的危险性较大。     

华北地区地震活断层的震级-破裂长度、破裂面积的经验关系

为了建立适用于华北地区地震活断层的地震震级-震源破裂尺度经验关系,从1965年以来华北发生的地震中,系统整理出已由地震波谱、地形变、余震分布等方法获得和发表的震源破裂尺度参数,包括破裂长度L、破裂下倾宽度W以及破裂面积A(A=L×W),同时还基于余震分布重新确定出部分地震的破裂尺度参数。针对来源于不同方法的破裂尺度参数的不确定性及其主要影响因素,提出通过进一步分析和鉴别来确定出可靠参数的8条原则。依据这些原则的综合分析,共获得34次地震的可靠破裂长度以及其中20次的破裂面积。震源机制解反映这些地震破裂以走滑型占绝大多数。我们进一步采用最小二乘法,分别建立起华北地区的面波震级MS-破裂长度L的回归关系式MS=3·821+1·860lg(L)以及面波震级MS-断层破裂面积A的回归关系式MS=4·134+0·954lg(A)。与已有同类关系式的比较分析表明:文中新建的2个关系式可较好地适用于华北以及首都圈地区的走滑型地震活断层的潜在地震强度评价     

由二维破裂模式导出的地震定标律

使用二维矩形破裂模式,导出了大小不同地震的震源位移谱的表达式.位移谱有三个拐角频率fc1,fc2,fc3.fc1和fc2分别联系着长度方向和宽度方向的破裂时间,fc3联系着震源函数的上升时间.根据三个拐角频率,可以把位移谱u（）分成四个区域,在Ⅰ区,fc1,u（）=u（0）f0;在Ⅱ区,fc1c2,u（）1/f;在Ⅲ区,fc2c3,u（）1/f2;在Ⅵ区,f >fc3,u（）1/f3.由于在四个区域u（）随频率的增加下降的速度不一样,决定了震源参数在不同的震级范围内（也就是不同地震矩范围）有不同的表达式.假定地震满足几何相似、应力环境相似以及动力学相似条件,因而地震矩M0,长度和宽度方向的破裂时间、上升时间都可以用断层长度L来定标。根据Dziewonski and Woodhouse给出的1981——1983年800多个地震的地震矩M0资料,以及BISC给出的面波震级Ms、体波震级mb,来确定定标律中的常数.这样就可以从定标律推导出震源参数之间的统计关系.      

2004年12月26日苏门答腊—安达曼地震激发的地球自由振荡

根据300~500S的面波估计得到的哈佛大学矩心矩张量断层机制,当周期大于1000S时,地球的地震自由振荡的振幅将异常地大。我们对一个比较陡的断层应用根据地震的体波和面波得到的更真实的破裂模型,估计了自由振荡的振幅近似等于地震矩(6.5×1022N.M),这相当于矩震级为9.15。由于破裂的持续时间达600S,故断层破裂模型足以描述地震的观测结果,但却低估了大地测量位移,这些位移表明在尼科巴群岛和安达曼群岛下面发生了缓慢的断层运动。     

2001年11月14日昆仑山库赛湖地震(M_S8.1)地表破裂带的基本特征

震后野外考察表明 ,2 0 0 1年 11月 14日昆仑山库赛湖地震 (MS8 1)发生在青藏高原北部东昆仑断裂带库赛湖段上 ,发震断层具有高速率左旋滑动的基本特征 ,晚更新世晚期以来的平均滑动速率达 (14 8± 2 4 )mm/a ;地震地表破裂带沿库赛湖段西起布喀达板峰东缘 (91°0 8′E) ,向东经库赛湖北缘、青藏公路 2 894里程碑、玉珠峰南麓 ,东止于青藏公路东 70km附近 (94°4 8′E) ,地震地表破裂带沿N70°～ 90°W走向线状展布 ,全长约 35 0km ,由一系列走向N4 5°～ 5 0°E拉开状张裂缝、走向N6 0°～ 75°E张剪切裂缝、走向N80°W剪切裂缝以及隆起鼓包或开裂陷坑等斜列状组合而成 ,显示出纯剪切走滑的破裂特征 ,最大左旋水平位移 6m ;宏观震中位于昆仑山口西 80～ 90km附近的库赛湖东北角山麓地带 ,地震地表破裂带宽度 30 0m ,在库赛湖北岸至山麓地带的地震地表破裂带和由地震动或重力效应引起的次生破裂带总宽度可达 2km。库赛湖地震地表破裂的左旋走滑特征表明 ,青藏高原物质确实存在着向东的滑移或流动 ,东昆仑断裂带东部与库赛湖段斜列的东大     

震级的绝对标度及统一震级问题

本文分析了震级混乱的主要原因是震级没有一个绝对标度论述了建立地震震级绝对标度的必要性与可能性。捉出一种建立震级绝对标度的办法:即利用地震矩张量M_(αβ)的第二坐标不变量I_2的绝对值开根(|I_2|)~(1/2)=M_0。这样建立的绝对标度有以下优点1、物理意义清楚,本质上反映了破裂的规模,在位错情形M_0=G△uS,2、不依赖于观测地区,仪器、和台基,它是一个绝对的力学量。3、不存在饱和问题,对极大的地震和极小地震甚至岩石样品中的微破裂都有定义。4、对深震亦有定义。5、由于它是一个绝对力学量,所以可以把全世界测定的震级统一起来,并且可以检验各家测定震级的优劣。6、若用M_w=2/3logM_0-10.7作为震级系统的定义,则这样定义的矩震级系统能和过去使用的Ms和M_L衔接起来,因此也便于使用过去的资料:     

分析地震波估算地壳内的应力值

本文讨论了利用破裂力学理论说明地震破裂的过程, 认为地震本质上是岩石在应力作用下的低应力破裂现象.它是岩石中的裂纹不断稳态扩展、最后进入失稳扩展的结果.分析了在扩展过程中应力和位移的变化, 发现任何将要破裂的那一点的应力都要由初始应力0升高到屈服应力y 以后才破裂, 破裂后裂纹面上的点的应力降到0.在破裂前和破裂后的位移, 都可由弹性力学方程给出.在破裂的一瞬间破裂的端点产生的非弹性位移, 则不能由弹性力学方程给出.它可以由断裂力学中的裂纹滑开位移公式近似给出.根据位错模式由于计算弹性波辐射场的位错量 D(, t), 正是破裂瞬间产生的非弹性位移, 所以用弹性位移公式来计算地震位错量是错误的.我们采用了裂纹滑开位移公式来计算地震位错量, 从而导出了较合理的计算地震释放总能量的公式 ET=yDS(y 为屈服强度;D为平均位错;S 为断层面积)以及估算初始应力值0的公式:0 =[Dmax/L4y/(1-) ]1/2(L 为断层长度).用它们计算了一些地震的 Er 和0, 分别列于表1和表2.这些结果比以往的结果要更合理一些。 结果表明:(1)地震多数是在低应力作用下(即低初始应力)发生的(约100——200巴);(2)地震释放的总能量约比地震波能量大一个数量级.      

近震源破裂过程反演研究--Ⅱ.9.21中国台湾集集地震破裂过程的近场反演

根据非线性规划研究的最新成果所设计的一种全新的震源破裂过程的反演方法, 用近场地震波观测资料反演了1999年9月21日发生在中国台湾省集集Mw7.6地震震源破裂过程.为了使反演中设置的断层模型与集集地震实际破裂面尽可能一致, 以尽可能减小由于断层模型设置的不确定性对震源破裂过程反演结果的影响, 设立的断层模型为与集集地震造成的主要地表破裂尽可能拟合的弯曲面模型.反演结果显示: (1) 集集地震震源的破裂大体持续了32 s, 其中主要破裂发生在第6～27 s间, 破裂主要集中发生在断层北段向东拐弯处.(2) 震源破裂以逆冲为主, 平均滑动角为64.5°, 与USGS, Harvard及CWB(台湾中央气象局)的结果相当.标量地震矩为7.76×1020牛顿米, 稍大于USGS和Harvard反演的标量地震矩.(3) 集集地震震源的破裂存在清晰的成核过程, 成核过程经历6 s后, 地震矩释放明显加速.起始破裂从断层南段开始, 10 s后破裂主要集中在断层北段发生.最后将反演结果与震后GPS观测结果进行了对照分析, 并对反演结果的科学意义进行了讨论.     

中国大陆的地震破裂尺度关系

震级与破裂尺度的关系描述了断层破裂的长度、宽度和面积随地震震级变化的特征。地震危险性模型中需要这些参数,以便将模型地震拟合到断层上,并确定地震动预测方程所需的地震破裂距离。我们收集了中国大陆及邻区91次地震的震级和破裂参数,以研究中国大陆震级—破裂尺度关系,并发现由不同方法得到的地下破裂长度(RLD)与震级关系不存在系统性偏差。我们使用广义正交回归法给出了地下破裂长度与震级和破裂宽度之间的关系,然后推导出破裂面积与震级之间的关系式。如果不考虑中国东部1900年以前的5次大地震,则我们的关系式与使用全球数据给出的结果统计上无差异。但是,如果考虑这5次大地震,中国东部大型走滑地震的震级—破裂长度尺度关系计算出的破裂长度比中国西部和世界其他板块边界相同震级地震的要短。     

近震源破裂过程反演研究

根据非线性规划研究的最新成果所设计的一种全新的震源破裂过程的反演方法, 用近场地震波观测资料反演了1999年9月21日发生在中国台湾省集集Mw7.6地震震源破裂过程. 为了使反演中设置的断层模型与集集地震实际破裂面尽可能一致, 以尽可能减小由于断层模型设置的不确定性对震源破裂过程反演结果的影响, 设立的断层模型为与集集地震造成的主要地表破裂尽可能拟合的弯曲面模型. 反演结果显示: (1) 集集地震震源的破裂大体持续了32 s, 其中主要破裂发生在第6~27 s间, 破裂主要集中发生在断层北段向东拐弯处. (2) 震源破裂以逆冲为主, 平均滑动角为64.5°, 与USGS, Harvard及CWB(台湾中央气象局)的结果相当. 标量地震矩为7.76×10²⁰牛顿米, 稍大于USGS和Harvard反演的标量地震矩. (3) 集集地震震源的破裂存在清晰的成核过程, 成核过程经历6 s后, 地震矩释放明显加速. 起始破裂从断层南段开始, 10 s后破裂主要集中在断层北段发生. 最后将反演结果与震后GPS观测结果进行了对照分析, 并对反演结果的科学意义进行了讨论.