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。     

地震应力降和视应力的可变性

将经验格林函数基于尾波的分析应用于发生在日本震级范围为1．8至6．9的4个地震序列来测量辐射能、拐角频率和应力降。我们发现这些序列的视应力或应力降对地震矩没有系统的依赖性,而且发现二者均呈对数正态分布。然而,我们也鉴别出了几个高能的和衰弱的异常地震事件,表现出与其他序列事件截然不同的频谱特征。这些地震事件显示出,视应力和应力降的许多变化在统计上是显著的,而这一点对地震危险性分析可能具有十分重要的意义。     

对静态应力触发的一种新的统计检验:在1987年苏必斯蒂森山地震序列中的应用

在过去几年里,许多研究者声称大地震产生的静态应力变化影响后续区域地震活动性的空间和对间分布,地震优先发生在应力增加区,而在应力降低区地震活动性降低。一些研究者提出了定量方法来检验静态应力触发的存在,但还未达成确定一致的认识。我们提出了一套检验静态应力触发的方法,它需要计算大地震发生期间的一组地震事件震源机制节面上的库仑应力变化。我们比较了计算得到的主震之前和之后这些地震事件应力变化的统计分布,目的是确定我们是否可以拒绝分布相同的假设,拒绝该假设将是应力能触发地震的证据。我们将这种检验用于1987年11月24日的埃尔莫尔牧场/苏必斯蒂森山地震序列,发现主震之后的地震事件应力至少增加0.01～0.03 MPa(0.1～0.3bar),在主震之后1.4～2.8年发生,这与主震产生的静态应力触发一致。     

地球潮汐能够触发浅源逆冲断层地震

说明了浅源逆冲断层地震的发生与最强烈潮汐的出现存在相关性。在潮汐应力作用下，地震速率以因子3随背景速率而变化。尽管摩擦系数岸在0．2和0．6之间时我们看到了好的相关性，但最高的相关性是在假定地壳的岸μ=0．4时发现的。我们的结果量化了所施加应力在地震触发上的效应，在理解地震成核与重复发生上，这是一个关键因素，地震由此被触发并接二连三地发生。     

2005年8月瑞士阿尔卑斯山脉中部暴雨触发的局部地震活动

2005年8月,瑞士中部在12小时时段内出现了包含47次事件的异常地震序列。这些地震出现在降雨量超过300mm的持续3天暴雨结束的时候,最强的地震活动分别丛集在瑞士穆奥塔塔尔和里曼斯塔登地区,它们都是降雨量特别大的著名喀斯特地貌地区。与背景活动相比明显增加的地震活动,以及在突降暴雨与地震活动之间的短时延迟,有力地证明了地震是由降雨所触发。在我们的模型中,由大量降雨引起的地表流体压力的增加,导致深处局部孔隙压的增加。孔隙流体压力的增加会通过抵消正应力来减少渗水介质的剪应力,最终引发地震。瑞士中部的触发地震序列出现在以往地震活跃的地区,显示了相似的震中位置和震级。这表明这些地震发生在处于临界应力状态的已有断层上。我们将降雨模拟为地表流体压力逐步递增,且向深部传播满足均匀无限半空间一维扩散的过程。这使得我们可以依据触发地震震源深度的时间变化估计水压扩散率。结果表明,研究区域的水压扩散率数值在0．01～0．5m^2S^-1范围内。这些数值很好地吻合了前人流体触发地震的研究结果,并支持已观测到的地震序列由大量降雨所触发这一认识。     

地震静态应力触发模型的全球检验

运用1976～2000年哈佛大学矩心矩张量目录，采用地震对概念对地震静态应力触发模型进行检验．结果表明，从全球角度来看，地震静态应力触发效应确实存在，但只是一种很弱的效应．将地震分为正断层、逆断层、走滑断层等分别对静态应力触发模型进行检验，发现非走滑断层地震具有明显的触发效应，而走滑断层地震触发效应则不明显．按地震对中后续事件的延迟时间分为延迟时间t1天、t＜１天、t10天、t＜10天和1天 t10天5个时间段的地震对，分别对地震静态应力触发模型进行研究，发现静态应力触发效应在地震之后的短时间内不随延迟时间的变化而变化．对全球不同区域的地震静态应力触发情况的研究表明，消减带地震对的触发效应较为明显．为了研究地震静态应力触发模型在中国应用的可能性，对中国及邻区的地震进行了检验，发现就中国及邻区的地震类型而言（以走滑断层为主），不容易观测到地震静态应力触发现象．      

广西北流与靖西地区地震的应力触发现象分析

2019年广西相继发生北流5．2级和靖西5．2级地震,两次地震间隔仅一个多月,为广西陆区有地震记载以来之少见现象.分别计算广西北流4．2级前震对其5．2级主震、靖西5．2级主震对其 4．3级最大余震,以及北流5．2级地震对靖西5．2级地震的库仑破裂应力变化作用大小.结果显示:北流4．2级前震对5．2级主震可能存在明显的动态与静态应力触发作用;靖西5．2级主震对4．3 级最大余震地震可能存在动态应力触发作用和静态库仑应力抑制作用,靖西4．3级余震的发生可能是构造应力场和其5．2级主震动态应力触发共同作用的结果.由于震级较小且距离较远,北流 5．2级地震对靖西5．2级地震的库仑应力触发作用不明显.     

北京南口-孙河断裂晚第四纪古地震事件的钻孔剖面对比与分析

南口-孙河断裂是北京市区隐伏的正倾滑活动断裂,其地震危险性备受关注．将槽探研究活动断层古地震的经验引入到钻探工作中,提出了通过土芯识别断层崖崩积层的模式,并采用三重管取芯技术在南口-孙河断裂带附近采集了连续的原状土芯．通过断坎前崩积层识别、地层累计位移限定与下降盘地层增厚现象分析等方法,初步建立了断裂带距今60ka以来由13次地表位错事件组成的古地震序列．根据复发间隔的差异,将地震活动历史分为3个时段．距今60～40ka之间发生了3次地震,复发间隔为10ka左右．40～25ka之间发生了6次地震,复发间隔多为2．5ka左右．25ka以来发生了4次地震,复发问隔变化较大,其中最近3次地震的复发间隔为5ka左右．复发间隔小的时期也是断层滑动速率大的时期．单次事件的同震位移为0．8—2．2m,均值为1．4m,矩震级相当于6．7～7．1级．研究认为通过钻探技术研究正断层的古地震事件是可行的,但要获得完整的古地震序列,需要足够密集的钻孔和连续的原状土芯．     

云南大姚、姚安及附近地区地震活动与潮汐应力的触发关系

以云南大姚、姚安及其附近地区8个M5.0地震序列为研究对象,计算了主震震源断层上的潮汐应力,并通过Schuster潮汐相位角统计检验,分析了该地区地震活动与潮汐应力的触发相关性,进一步确认两者的潮汐应力触发关系。结果显示,7个地震序列的P值小于5%,6个地震序列的潮汐库仑破裂应力为正值。考虑到震源参数的不确定性,8个M5.0地震序列中,至少5个地震序列与潮汐应力存在一定的触发相关性,说明潮汐应力对该地区地震活动具有一定的潮汐触发作用。     

2001年永胜6.0级地震的余震序列应力降研究

根据Haskell提出的一个统计不均匀随机震源ω -立方模型 ,导出了用震源参数估算地面运动峰值速度的量度 ,从而建立了地面运动峰值速度 (r·v)直接与震源参数的依赖关系 ,即 ,以地震矩、应力降作为标度律参数 ,预测的地面峰值速度按照M01 2 Δσ1 2 标度。对永胜地震近场数字地震记录的峰值速度参数资料的分析表明 ,这样的标度关系更适合对小地震的震源参数估算的统计研究。假定Q因子随频率线性变化的指数衰减项作为地震波传播距离的非弹性衰减 ,导出用地面运动峰值速度直接估算地震应力降Δσ的关系 :lg (r·v e-qr) =- 6 0 +0 5lgM0 +0 5lgΔσ ,测定了 2 0 0 1年永胜M6 0级地震近场数字地震台网观测的 1 0 0多次余震序列的地震应力降。结果给出 ,震级在 0 5 相似文献   

逆冲和消减地震的应力触发及圣安德烈斯南部及其邻区逆冲和走滑断层的相互作用

指出逆冲地震的触发、抑制和丛集的主要特性可以用库仑破裂应力变化来解释。解释中我们采用了一套代表模型及详细实例。虽然地表破裂的逆冲断层使得大部分周围地壳的应力降低，但逆冲盲断层的滑动却使得某些附近区域，特别是震源断层上方的应力增加。这样逆冲盲断层可以触发浅部次生断层的滑动，并产生广泛分布的余震。短逆冲破裂对于触发大小相差不多的邻近逆冲断层特别有效。我们的计算结果表明，在加利福尼亚中部连续的逆冲序列中，1983年Mw6．7级科林加地震使得1983年Mw6．0级努涅斯地震和1985年Mw6．0级凯特尔曼山地震破裂与库仑破裂应力分别接近了10bar和1bar。理想化的应力变化计算与伴随大逆冲事件的地震活动性分布一致，这与前人的研究结果是一致的。俯冲带破裂的计算结果促使了俯冲前缘隆起发生正断层事件，并有利于地震破裂带周围及其下倾延伸区发生逆断层事件。这些特性在1957年Mw9．1级阿留申地震和其他大逆冲地震是明显的。我们进一步研究了能得到详细滑动模型的1960年Mw9．5和1995年Mw8．1级智利地震引起的破裂面上的应力变化。计算的库仑破裂应力增加为2-20bar，与余震地点和震后滑动密切相对应，而应力降低10bar的地区余震缺失。我们也提出主走滑系统的滑动调制了附近逆冲和走滑断层的应力。我们计算得到圣安德烈斯断层上1857年Mw7．9级蒂洪堡地震以及后续震间滑动使得科林加断层接近破裂约1bar，但抑制了全部海岸山岭的逆冲断层。1857年的地震也促使于1952年发生Mw7．3级科恩县地震的怀特沃尔夫逆冲断层接近破裂约10bar，但抑制了自1857年以来从来没有破裂的左旋加洛克断层上的滑动。于是我们有充分理由认为，应力转移在很宽的时间和空间尺度上对逆冲断层的地震活动性有控制作用。     

大同地震台水准形变异常调查与地震关系的研究

分析了大同地震台水准自观测以来的正常背景与异常变化,调查了环境变化(降雨、地下水、开采等)对观测值的影响。认为1983～1989年口泉断裂处于闭锁状态,年变速率平均为-0．7mm／a,1990年7月～1991年3月,断层出现加速活动,变化幅度为4．0mm,期间发生了1991年1月29日山西忻州5．1级地震和1991年3月26日大同阳高5．8级地震。震后曲线斜率仍然偏大,年变速率平均为-3．0mm／a,呈现新的背景值。1995年8月～1996年5月3日包头6．4级地震前,出现了异常加速—反向抬升的图象。异常加速幅度为-3．0mm,反向抬升2．0mm,这是自观测以来从未有过的现象。分析认为1990年和1995年下半年的加速变化与1991年大同—阳高5．8级地震和1996年包头6．4级地震有关。     

中国重庆荣昌气田3km深度注水诱发地震研究

自1988年7月起,有关部门在位于中国西南部的重庆荣昌天然气田以2．1～2．9MPa的泵送压力间歇性地向2．6～2．9kin的深度注入了超过100万立方米的采气废水。截止到2006年底,这项注水工作已诱发了超过32000次地表记录到的地震,包括2次ML≥5．0的地震,14次ML≥4．0的地震,及超过100次ML≥3．0的地震。我们对该地震序列的传染型余震序列（简称ETAS）模型及地震活动的一些统计参数的时间演化进行了统计分析。传染型余震序列模型中的随机成分可被视为流体驱动的地震活动的指标,而大森定律型余震的发生率则表示了地震本身的应力触发。我们观测到注水以来地震的活动可划分为3个不同阶段,与注水的不同时期相对应。第一阶段对应于低速率（长时间间隔）的注水初期,绝大多数地震为大森型地震,只有8％是因外部因素（即注水）所致。第二阶段对应于高速率注水时期,具有地震活动度高,而且有相当比例（45％）的地震活动与流体作用有关的特点。第三阶段注水速率的降低直接导致地震活动下降;有超过70％的地震为随机发生,表明了外部触发起主导作用。荣昌诱发地震序列的物理机制是伴随深井注水的孔隙压力扩散作用和先前地震本身引起的库仑破裂应力变化联合作用的结果。深井注水引起的2．1～2．9MPa的孔隙压力增加,足以引起当地地层破裂而发生地震。     

地震序列中重复地震的累积滑动量对后续中强地震的前兆意义——以辽宁海城-岫岩地区4个显著地震序列为例

海城-岫岩地区是辽宁地震多发区,地震序列频发,具有区域地震窗口效应。在该地区一些显著的地震序列中,发现同一台站记录中有多个具有高度相似波形的地震,即重复地震序列。这些地震发震位置非常接近,破裂区域基本重合,因此可能反映孕震断层的一些活动特征。本文利用波形互相关方法对辽宁海城-岫岩地区4个显著地震序列进行重复地震识别,研究发现地震序列中重复地震的累积滑动量数值大小似乎与后续中强震在距离上有一定相关性,其中岫岩MS5.4地震前的前震序列产生的累积滑动量最大,并在主震前出现明显的滑动加速现象。     

地震序列中重复地震的累积滑动量对后续中强地震的前兆意义——以辽宁海城-岫岩地区4个显著地震序列为例

海城-岫岩地区是辽宁地震多发区,地震序列频发,具有区域地震窗口效应。在该地区一些显著的地震序列中发现同一台站记录中有多个具有高度相似波形的地震,即重复地震序列。这些地震发震位置非常接近,破裂区域基本重合,因此可能反映孕震断层的一些活动特征。本文利用波形互相关方法对辽宁海城-岫岩地区4个显著地震序列进行重复地震识别,研究发现地震序列中重复地震的累积滑动量数值大小似乎与后续中强震在距离上有一定相关性,其中岫岩MS5.4地震前的前震序列产生的累积滑动量最大,并在主震前出现明显的滑动加速现象。     

2002年汤加序列中深源地震的远程触发

业已证实，发生在地壳中的地震能够’触发后续地震，但对于更深的地震这种触发机制是否存在还未见文献说明。浅断层相互作用的模型表明，静态(永久)应力变化能够触发附近的地震，一般在距原发地震几个断层长度的范围内(King et al，1994；Harris，1998；Stein，1993)。而由地震波携带的动态(瞬态)应力既可以触发附近的地震，也可以触发远震(Hill et al，1993；Harris and Day，1993；Belardinelli et al，1999；Kilb et al，2000；Gomberg et al，1997)。本文中，我们对2002年8月19日发生在汤加的深源地震序列做了深入的分析，并给出静态触发作用和动态触发作用的证据。一次深度为598km的7．6级地震发生后7min，在相距300km的以前无震区发生了一次7．7级的地震(深度664km)。我们发现在第一个主震后，附近的余震往往集中在主震引发的静态应力升高的地区。但是第二次主震和其他的被触发的地震发生在距离第一次地震很远的地方，在那里静态应力的增加可以忽略不计，因此这表明是动态应力触发机制在起作用。被触发地震的发震时间同主震的主要地震波到时并不对应，并且这种动态触发的地震通常发生在地震区下面或附近的无震区。我们认为这些地震是在接近临界状态的地区由瞬变效应触发的，而在这些地区，如果没有外部影响，地震起始非常困难。     

武定6.5级地震序列的地震应力降研究

以Brune提出的中小地震圆盘形破裂位错模式为理论基础，研究了地面运动峰值参数（r.d)和（r.v)对地震应力降△σ的依赖性，并考虑地球介质Q值对峰值参数的影响，利用武定M6．5级地震序列的近场数字记录地震资料，由此导出了用峰值位移d和峰值程度v求地震应力降△σ的关系式：lg(g.d/e^-qr)=-10.56 2/3lgM0 1/3lg△σ；lg（r，v/e^-qr)=-2.566 1/3lgM0 2/3lg△σ.用上述公式测定了武定地震序列的地震应力降△σ，结果给出地震序列的应力降△σ构大多数在5．0－50MPa的范围内，是典型的高应力降序列。通过分析应力降的时空分布特征，发现应力参数与余震活动的频度及强度相关，也与地震构造背景相关。研究结果还表明用地面运动峰值参数估算地震应力降是一种新的实用性较强的方法。     

锡场地区5次M_L4.0级以上地震的静态库仑应力触发研究

2012年2月至2014年7月,以往地震活动很弱的锡场地区接连发生5次M_L4.0级以上地震。为研究这5次事件之间是否存在应力触发关系,首先使用双差定位方法、 CAP方法反演得到了这5次事件精确的震源位置、震源机制解和震源深度,并根据精定位后的地震展布和区域活动断裂选择了真实发震断层面。以此计算了锡场地区5次M_L4.0级以上地震之间的静态库仑应力触发影响。计算结果表明:锡场地区5次地震之间累计静态库仑应力变化大小均超过阈值0.1 Bar,存在应力触发现象。其中, 2014年7月11日的M_L4.5级地震被已发生的前4次地震触发,应力增加达0.331 Bar; 2014年4月25日的M_L4.4级地震被已发生的前3次地震触发,应力增加达0.368 Bar;而2013年2月22日的M_L5.1级可能被前面两次地震触发,累计静态应力增加为0.119 Bar,大于阈值0.1 Bar; 2012年2月17日的M_L4.2被2012年2月16日的M_L5.2级地震抑制,应力降低为3.37 Bar。     

云南省3次地震的余震活动的折合能量-地震矩关系

折合能量或视应力如何随地震矩而变化，即折合能量一地震矩定标关系，是一个目前争议颇多的问题，需要更多的观测资料来参加讨论。本文利用2000年1月15日姚安5．9、6．5级地震，2001年10月27日永胜6．0级地震，2003年7月21日、10月16日大姚6．2、6．1级地震的余震序列的观测结果，讨论了这一问题。在估算能量时采用了Brune震源谱模型情况下的Andrews方法。结果表明，对这3次地震的余震序列来说，小于4级的地震活动的“折合能量”随地震矩而上升，而大于4级的地震数目虽不多，却呈现出折合能量不随地震矩而变化的特点。     

马尔康地震序列震源参数研究

利用马尔康台记录的数字地震波资料，使用波谱分析方法计算了马尔康地震序列93次ML2．5～5．0地震的震源参数，并对其进行了初步分析。结果表明：马尔康地震序列的地震距（M0）与震级（ML）有较好的相关性，关系式为log10M0=0．92ML＋10．24，相关系数R为0．86；地震应力降与震级的关系不明显，二者基本无关。