基于余震重定位和震源机制解研究青海玛多MS7.4地震序列的发震构造和断裂形态

2021年5月22日02时04分(北京时间),青海果洛州玛多县发生M_S7.4地震,震后余震不断.地质调查和卫星观测对地表断裂痕迹有较好的约束.然而,对于理解区域应力场、地震的产生、传播和终止具有重要意义的地下断层几何结构的约束精度略显不足.利用国家地震台网的连续波形记录,本研究首先基于双差定位法对玛多地震震后25天的余震序列进行重定位,结果显示余震序列大致沿NWW向的江错断裂呈线性分布,位于主震震中两侧,延伸总长~170 km.主震东南侧存在一余震稀疏区,在断裂带东西两端余震分布转向且出现分叉现象,反映出发震断层的复杂几何形态,这与前人研究结果基本一致.进一步采用波形反演方法和P波初动极性反演方法,获得了玛多震源区132个中小余震的震源机制解与震源矩心深度,并基于此对该主余型地震的发震构造与断裂形态进行了初步分析.震源机制解结果表明,玛多M_S7.4主震的发震断裂主要为左旋走滑性质,余震与主震性质整体相同,在断裂带东段存在部分逆冲型余震.震源机制解约束的区域主应力方向约N60°E,与区内整体走滑断裂作用相一致.余震震源深度略微起伏,主要集中在10~12 km,且浅部余震较少,表明浅部应力可能主要通过主震释放,余震深度分布可能限定了主震同震破裂的下边界.玛多主震破裂起始于断裂带走向和倾向发生明显变化的位置,表明断裂带的复杂几何结构可能是此次玛多M_S7.4地震初始破裂空间分布的决定因素.主震破裂结束的两端都有"马尾状"构造(或次级断层),表明这种分叉断层复杂的几何形态可能控制着主震破裂的最终位置.     

2021年云南漾濞MS6.4地震动态应力对后续余震活动的触发作用

选取IRIS远震台站波形数据,反演了云南漾濞M_S6.4地震震源破裂过程,计算了断层破裂在近场产生的动态库仑破裂应力变化,并讨论了主震对近场余震活动的动态应力触发作用。结果显示:动态库仑应力演化过程与震源破裂特征反演结果一致,其大小分布与地震序列分布的疏密程度也具有较好的相关性。主震产生的静态和动态库仑破裂应力均促进余震的发生,但相比静态应力,余震位于库仑破裂应力正值区域的比例提高了21%,余震与动态库仑应力变化的正负区域有更好的一致性,动态应力能更好地解释震后余震分布的空间特征。垂直于地震序列主干10 km处出现小震丛集,该现象可能是由主震产生的动态库仑破裂应力占主导作用所致。定量分析主震对余震的动态应力触发结果显示,主震后一周内M_S4.0以上的8次余震接收点均受到了动态库仑破裂应力的触发作用。      

2021年云南漾濞MS6.4地震序列静态应力触发研究

为深度剖析2021年云南漾濞M_S6.4地震对周围断层的影响以及地震序列间的静态库仑应力影响关系,文章基于主震的破裂模型和Okada给出位移对空间偏导数的解析式,首先计算了主震在周围断层上产生的静态库仑破裂应力,结果表明维西—乔后断裂带中段、澜沧江断裂带北端、红河断裂带北端以及怒江断裂带中段库仑应力均有千帕量级的增加。其次,计算了此次地震对周围地区产生的水平应力场及位移场,发现震中东西两侧物质向外流出,南北两侧向震中汇聚;震中南北两侧沉降,东西两侧隆升;产生的应力场呈EW向挤压,NS向拉张,在一定程度上抵消了该区域背景构造应力场。最后计算了前震-主震-余震序列间的静态库仑应力影响,结果表明前震产生的静态库仑应力促进了主震的发生;在2 km、13 km和18.5 km深度附近,触发的余震(前震和主震产生的库仑应力变化为正)比例很高,但在7 km深度处(同震破裂模型中滑移量最大)大部分余震分布在库仑应力负值区(应力影区),考虑到该深度余震与主震震源机制相差较大,因此通过模拟最易错动的断层面作为余震接受断层面,从而计算出最大静态库仑破裂应力,发现应力影区的余震仍有被触发的...     

2014年2月12日新疆于田MW7.0地震源区静态库仑应力变化和地震活动率

2014年2月12日新疆于田M_W7.0地震源区位于巴颜喀拉块体与西昆仑块体的连接部位,东西向拉张构造发育,距离2008年3月21日于田M_W7.1地震震中位置约100 km.根据有限断层地震破裂过程模型,计算了2008年新疆于田地震产生的静态库仑应力变化.此次地震的断层面呈北偏东方向,在断层两端出现3个应力加载区,2014年于田主震位于破裂前端的库仑应力加载区.这一结果表明,2008年于田地震可能对2014年地震事件起到了触发作用.2008和2014年新疆于田地震产生的静态库仑应力变化与余震事件的空间分布具有明显的相关性,大多数余震位于应力加载区,发生在卸载区的余震较少.静态库仑应力变化与余震序列吻合较好.2014年3月21日新疆于田地震之后40天,在北西方向发生M_W5.2强余震,其震中位置的应力增量达到0.63×10⁵Pa.通过比较,发现静态库仑应力变化和地震活动率之间具有较好的相关性.地震活动率较高的区域与静态库仑应力加载区相对应,如康西瓦断裂东段、贡嘎错断裂中段和东北段等区域.     

2021年青海玛多MS7.4地震序列精定位与震源机制研究

利用双差定位法对2021年5月22日玛多M_S7.4地震序列中1 434个地震进行重新定位,使用TDMT矩张量反演方法求解玛多地震序列M≥4.5地震的震源机制解,综合分析得到如下结论:(1)玛多地震序列震中整体走向为NWW-SEE向,与昆仑山口—江错断裂展布方向相吻合,序列总长度170 km,呈NWW向和SEE向双侧破裂,主震西北侧存在NW向条带,可能是此次地震的分支断裂活动,在南东侧存在余震稀疏段以及横穿玛多—甘德断裂的余震分布带,推测可能是地下速度结构差异所致;(2)主震附近地震序列以左旋走滑型地震为主,优势走向为NWW向,倾向NE,倾角较高,与昆仑山口—江错断裂性质基本一致,结合余震定位结果推断昆仑山口—江错断裂为本次地震的发震断层;(3)主震附近地震序列P轴平均方位角为237°,P轴,T轴平均倾角分别为15°、16°,N轴平均倾角为65°,结合研究区构造特征推断,本次地震是由NEE-SWW向水平挤压应力推动NWW-SEE向断裂发生左旋走滑错动所致。     

基于InSAR地表形变约束的玛多MS7.4地震孕育发生机理数值模拟研究

2021年5月22日在青海玛多发生MS7.4 地震,此次地震造成了严重的地表破坏.本文通过合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术得到了 Sentinel-1 升、降轨同震地表形变、东西方向和垂直方向的同震形变场.并根据东西向地表的错动,勾画出了地震破裂面分段结构.以 InSAR地表形变观测为约束,构建了能反映玛多地震破裂特点的三维黏弹性有限元模型,模拟得到了玛多地震的三维同震形变及应力场变化和演化特征,讨论了玛多地震的成因及玛多地震的发生对周边断层的影响.结果显示:玛多地震为典型的左旋走滑型地震,其中东部错动量相对较大;玛多地震的余震都分布在库仑应力升高的影区,说明玛多地震序列使得断层上积累的应变得到了充分的释放,未来余震的发生会朝西南和东北方向发展.玛多地震的发生形成了多个应力强加载区,推测玛多地震的发生大大增加了部分临近断裂带滑动的可能.2010年玉树 7.3 级地震引起的库仑应力变化在玛多地震主破裂面上的投影为正数,推测玉树地震对玛多地震具有促进作用.研究结果可以为大震后的余震分布判断提供定量参考依据.     

1989—1999大同地震序列的隐伏断层研究:库仑应力分析和余震JHD重定位

1989年到1999年,大同—阳高地区发生了一系列MS≥5的中强地震.本文基于前人对1989年三次MS≥5地震的震源机制反演的结果,通过建立不同断层模型,利用库仑应力方法,计算前震对于主震,以及前震和主震对于余震的库仑应力触发关系,提出了一种可能的破裂模型,即1989年前震沿北西西方向发生左旋破裂,之后主震和余震沿北北东方向发生右旋破裂.根据这种破裂模式计算得出,前震发生后,主震震源处的库仑应力增加了约2×105 Pa,余震震源处的库仑应力出现下降;主震发生后,余震处的库仑应力出现回升,最后余震处的库仑应力几乎没有变化.基于大同地震台网的近场观测数据,用JHD(Joint Hypocentral determination)定位方法,对1999年11月1日MS=5.6地震后一个月的余震进行重定位,得到一条走向118°,倾角85°的左旋走滑断层,余震的深度分布在5km至20km范围内,显示该断层是隐伏断层.另外提出对主震震中位置约10km的修正.本文对1989年三次MS≥5地震序列和1999年MS=5.6地震余震空间分布的研究揭示该地区存在两条活跃的共轭隐伏走滑断层(1989年主震的北北东方向和1999年地震的北西西方向),并且推断已知的大王村断裂和团堡断裂是地下这两条共轭的隐伏走滑断层构造/地震活动在地表的响应.     

2005年江西九江—瑞昌M_S5.7地震破裂参数及余震静态应力触发研究

根据地震破裂过程中的多普勒效应,利用多台波谱参数推算九江-瑞昌Ms5.7地震的震源破裂参数,得到主震的破裂方位角ψ0≈319.6°,破裂速度约为2.3 km/s,用最小二乘法拟合的相关系数极值约为0.80.在此基础上,分别计算了主震在4.8级强余震的两个节面上的静态库仑应力变化量,结果显示:主震在4.8级余震节面Ⅰ、Ⅱ上的静态库仑应力变化均为正值,分别为0.48 MPa和0.02 MPa.主震在节面Ⅰ、Ⅱ上产生的静态库仑应力的变化十分接近.应力增加的区域主要位于主震断层的右侧,应力减小的区域主要分布在震中南部.统计显示:绝大部分余震均发生在静态库仑应力增加的区域内,尤其是在节面Ⅰ上,表明主震破裂产生的库仑破裂应力变化对4.8级余震的发生有重要的触发作用,同时也有利于大多数余震的发生.     

2014年于田MS7.3地震对后续余震和远场小震活动的动态应力触发

本文采用离散波数法,计算了2014年于田M_S7.3地震的断层破裂在近场和远场产生的库仑破裂应力变化,并结合地震活动特征,讨论了M_S7.3地震对后续余震活动和远场区域小震活动的动态应力触发作用.结果表明, ① M_S7.3地震产生的库仑破裂应力变化对其西南侧主体余震区的地震活动起到了抑制作用,这可能是本次M_S7.3地震序列余震活动水平不高的主要原因;距主震约30 km的北东方向余震区后续地震活动受到了主震产生的动态和静态应力变化的共同触发作用,动态应力变化峰值为2.78 MPa,静态应力变化为0.80 MPa,这与该区余震较为活跃相一致;距主震约45 km的北部余震区受到动态应力触发作用,应力变化峰值为0.72 MPa. ② M_S7.3地震产生的动态库仑应力变化空间分布呈非对称性,其中北东方向、北部余震分布与动态应力变化正值区存在相关性,从应力变化的角度解释了M_S7.3地震的后续余震空间活动特征. ③ M_S7.3地震在沙雅、伽师地区的远场接收点产生的动态应力变化峰值分别为0.09 MPa、0.1 MPa,对两个区域的小震活动具有动态触发作用.     

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.     

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     

2014 年于田MS 7. 3 地震产生的静态库仑应力变化及对周边断层的影响

计算了2008 年以来于田地区4 次MS5. 5 以上地震产生的同震静态库仑破裂应力场变化,分析它们之间的应力触发效应、4 次地震产生的应力变化与余震分布的关系及其对周边主要断层的影响。结果表明,2011 年MS5. 5、2014 年MS7. 3 地震均处于之前地震产生的库仑破裂应力增加区,增加值分别为0. 004、0. 021MPa,说明这两次地震明显受到之前强震触发作用的影响;而2012 年MS6. 2 地震位于之前地震产生的应力影区内,对其发生有延缓作用。此次MS7. 3 地震产生的库仑破裂应力场图像与目前余震空间分布特征较为吻合;但主震破裂面上部分应力增强区几乎没有余震发生,这些地区未来存在发生强余震的可能。距此次震中最近的贡嘎错断裂中段上不同断层段库仑应力扰动值变化很大,计算结果可能会受有限断层震源模型的一定影响,依然存在较强的地震危险性。此外,贡嘎错断裂东北段、普鲁断裂中西段及龙木错-邦达错断裂带西段受2008 年以来地震的累积库仑应力增加的影响也较为明显,其应力扰动最大值均超过0. 002MPa,同样存在一定地震危险性。     

2000年以来南美板缘强震对2014年智利M_S8.2地震触发关系的初步研究

计算了2000年以来南美板缘强震(先前地震)对2014年4月1日智利北部M_S8.2主震、2014年4月3日M_S7.6强余震以及本次主震对其后续余震的应力触发作用,研究结果表明:先前地震在主震震源机制解2个节面上产生的库仑应力变化均为正;采用不同的有效摩擦系数,在主震破裂面上产生的库仑应力变化超过阈值(0.01MPa)的子元最低占22.2%,库仑应力变化为正子元的比率最低和最高分别为74.3%、95.5%。先前地震和主震在4月3日M_S7.6地震震源机制解的2个节面上产生的库仑应力变化也均为正,且远大于触发阈值;最低有58.2%的破裂面子元上库仑应力变化超过触发阈值,最低有64.0%的破裂面子元上库仑应力变化为正。故先前地震有利于本次主震的发生,先前地震及本次主震又有利于M_S7.6强余震的发生。根据全球CMT目录搜索到的8次余震震源机制解资料,计算了本次主震在后续余震震源机制解节面上的库仑破裂应力变化,计算结果显示,主震对其后续余震的触发效果不明显,由于余震资料的有限性,主震对余震的触发作用还有待于进一步研究。     

2010年4月14日玉树MS7.1地震对余震的触发研究

研究了2010年4月14日青海玉树7.1级地震产生的静态库仑破裂应力变化对余震及区域地震活动空间分布的影响.在考虑震源区附近区域构造应力场的基础上,由震源区构造应力和主震破裂产生的应力叠加,计算得到最容易破裂的余震断层面,进而计算玉树主震在上述余震断层面上产生的库仑破裂静态应力变化.结果表明,库仑应力变化图像与余震分布较为吻合,说明玉树主震对大部分余震有触发作用.利用相同方法计算了玉树主震对周边更大范围内地震的应力触发影响,发现大部分区域地震活动空间分布与库仑应力变化图像基本一致,中小地震大多发生在正向触发区域,但量值较小.对余震断层面与主震完全一致的情形进行了同样的计算,与前述方法计算结果的对比显示,考虑区域应力场的计算方式所得库仑破裂应力变化图像,能够更好地与余震及区域中小地震空间分布图像相吻合.     

2021年青海玛多Ms7.4地震序列精定位研究

2021年青海玛多Ms7.4地震是近30年来青藏高原巴颜喀拉地块发生的又一次大地震,在空间上填补了该块体北边界东段的发震空白.文章采用双差定位方法对震后8天的余震序列进行重定位研究.结果显示:玛多地震余震序列总长度约170km,主震位于余震区中间,呈双侧破裂特征.余震主要呈北西西向的狭长条带状分布,整体走向为285°....     

玉树MS7.1级地震部分余震重新定位及发震构造分析

综合利用玉树震区应急流动台站观测数据和青海地震台网固定台站观测数据,依据最新的人工地震宽角反射/折射剖面的速度模型,采用Hypo2000地震定位法,对2010年4月18日至4月29日期间玉树震区发生的部分余震进行了重新定位.重新定位后,震源位置的水平和垂直方向平均误差分别为1.35 km和4.68 km,走时残差为0.49 s.震源深度分布范围为1.48～19.85 km,平均震源深度为10.28 km.定位研究结果表明:玉树地震余震沿北西-南东向的甘孜-玉树断裂带的北支,即玉树-隆宝断裂分布,长约97 km.余震分布特征在主震(微观震中)两侧存在差异,可能反映了两侧构造特征存在差异.截止到4月29日,主震东南仍是应力的主要释放区域,余震强度大且活动密集的区域位于主震东南距主震约5 km、横向范围约20 km.主震破裂区的大部分应力在主震过程中得以释放,主震时应力未释放的区域成为主要的余震分布区.余震的连续发生可能已造成主震破裂区相互连通,且破裂范围向西北方向扩展.玉树主震及余震的发震构造为甘孜-玉树断裂的北支,即玉树-隆宝断裂段,断层性质为北东倾向的高角度左旋走滑断层.发震断层的倾角和宽度在帮洞两侧有所不同,帮洞以东发震断层宽度约为12 km,倾角约为83°;而帮洞以西发震断层宽度约为6.5 km,断层倾角约减缓为63°.     

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.     

新疆精河M_W6.3地震产生的静态应力变化研究

利用精河M_W6.3地震有限断层破裂模型,计算了精河地震产生的位移场、应力场、周围主要断层上的静态库仑应力变化以及主震对余震的触发作用。结果表明:(1)精河地震产生的地表隆升最大值约为6.6cm,沉降最大值约为1.8cm;水平位移方向呈现震中南北侧向震中汇聚、震中东西侧向外"流出"的特点。(2)精河地震产生的水平面应力场展布南北侧物质主要受到指向震中的拉张力作用,东西两侧物质主要受到因震中过剩物质东西向排出而导致的东西向挤压力作用。(3)震中西侧距震中约20km的库松木契克山前断裂中段和震中东北部距震中约50km的四棵树-古尔图南断裂西段的库仑应力加载均大于0.01MPa,即2处为地震危险区。(4)在震源深度为8~12km的余震事件中,约有85.5%处于库仑应力加载区,即受到主震的的触发作用;在深度为4~8km的余震事件中,约有87%受到主震的应力触发作用。     

2021年青海玛多MS7.4地震对周围地区的应力影响

为了探讨 2021 年青海玛多MS7.4地震对后续地震的影响,基于 2021 年青海玛多MS7.4 地震的破裂模型及均匀弹性半空间模型,本文计算了该地震在震中附近主要断层面上产生的同震库仑应力变化,结果表明库仑破裂应力加载区主要集中在东昆仑断裂东段西部、玛多—甘德断裂中段、昆仑山口—江错断裂西段,而库仑破裂应力影区主要集中在东昆仑断裂中段东部、昆仑山口—江错断裂东段、玛多—甘德断裂西段、达日断裂.其次,本文计算了该地震对周围地区造成的水平面应力变化及位移场.位移场的水平分量表明震中西南和东北两侧物质向震中汇聚,而震中东南和西北两侧物质向外流出,从位移场的垂直分量来看,震中西南和东北两侧表现出明显的隆升,而在震中东南和西北两侧表现出明显的沉降.水平面应力在震中的北东-南西两侧(东昆仑—柴达木断块东侧和巴颜喀拉断块西侧)增加(拉张),而在震中的北西-南东两侧(东昆仑—柴达木断块西部和巴颜喀拉断块东部)降低(压缩),在昆仑山口—江错断裂段附近,水平面最小主应力近 NW向,水平面最大主应力近 SW向,在一定程度上抵消了该区域构造应力场(SW向挤压,NW向拉张),结合位移场说明该次地震是在构造应力场作用下的一次正常应力释放.从整体来看,水平面最小主应力和水平面最大主应力的方向分布类似于磁场线的分布,并且两者互相垂直.     

基于黏弹性模型的苍山地震库仑应力变化研究

采用多层黏弹性模型,计算郯城地震和苍山地震引起的同震及震后黏弹松弛库仑应力变化,讨论这两个地震之间的触发关系、苍山地震对余震分布及周围地区应力变化的影响。结果表明:(1)郯城地震对苍山地震的发生有一定的抑制作用;(2)苍山地震的大部分余震分布在库仑应力增加区域,库仑应力变化值为0.08~0.12bar,且余震主要分布在8~14km处的断层面上;(3)安丘—莒县断裂的东北部、苍尼断裂的中段、凫山断裂的东段以及韩庄断裂、峄城断裂位于库仑应力增加区,均存在较强的地震危险性。