地震断层带破碎非均匀程度研究——以新马德里地震带Reelfoot断层为例

地震断裂带深部破碎的非均匀程度对于该地震断裂带滑动特性至关重要,而对于地震断裂带深部的破碎非均匀程度研究是目前地震地质比较薄弱的环节.本研究以美国新马德里地震带的Reelfoot断层为例,采用震源机制求解应力场的方法来揭示断层的破碎程度.首先采用小震位置拟合出地震断裂的几何形态,然后沿断裂走向,利用中微震震源机制求解非均匀应力场的应力形因子R值和应力方向,并分析了应力形因子在空间的不均匀性,得到如下结论：(1)Reelfoot断层受到近水平方向上的NEE-SWW向挤压应力作用为主,而断层中部张应力轴方位出现较大的随机性,表明断层中部的构造应力得到较为充分的释放,介质松散度和破碎程度较高;(2)Reelfoot断层两端张应力轴接近垂直方向,跟周围的逆冲型应力场一致,表明断层端部的破碎程度相对较低,能够承担加载于其上的构造应力;(3)Reelfoot断裂带的非均匀应力方向和应力形因子表现为由断层中部向两端逐渐过渡的结果,表明了应力场反演结果的连续性.本研究提供了揭示断层破碎程度的一种研究思路,并且实例结果对进一步研究该区域的断层活动特性和地震动力学过程有一定的参考意义.     

断层活动协调比计算方法的改进及震例分析

根据断层活动协调比的概念,讨论了起算点对协调比计算结果的影响,提出了移动窗计算断层活动协调比的方法以及离散度评定指标.震例分析结果表明,丽江7.0级地震前丽江场地断层活动协调比数值变化范围较大,分布较离散;震后数值相对稳定,离散度较低.反映了在孕震阶段断层的应变积累以及由其引起的3分量运动相互协调性较差;震后断层处于自由活动状态,积累的应变能得到释放,3分量运动相互协调一致.目前丽江场地断层活动协调比数值离散度处于低值,断层应变积累处于较低水平.     

北京黄庄-高丽营断层、八宝山断层现今活动追踪研究

综合分析了控制黄庄—高丽营断层、八宝山断层活动性的形变、重力及地磁资料，认为断层的活动以永定河断层与良乡断层之间最为显著；其活动与强震的发生密切相关；断层所在地段是地震活动引起应力场变化的敏感地区。是大同及张北地震后应力转移集中的地区。转移集中的部分应力可能以断层蠕动的形式得到缓慢释放。     

本世纪珠江三角洲和邻区的中、强地震序列数学模拟及其地震危险区探讨

用正交设计法与有限元法联用，快捷地求出能造成区域内断裂错动方式的远场构造应力；求出红海湾地震前该区构造应力场．采用弹塑性软化失稳模式模拟发震过程，先后模拟了计算区内本世纪5次中、强地震．计算表明:中、强构造地震均发生在断层安全度为零的地段．根据现今断层安全度分布预测了该区潜在的地震危险区．      

倾向断层中的地震：对称性被破坏的效应

对倾向断层中地城的动力学模拟表明,不对称的近源地面运动是由这类断层不对称的几何形态引起的。在初始应力大小相同的情况下,逆（冲）断层引起的地面运动要比正断层 引起的地面运动大２倍或更多。无论是在逆（冲）断层还是正断层引起的地震中,上盘的运动都比下盘的大。地震产生的应力场与地球自由表面的相互作用导致了与时间相关的正应力的立生,从而造成了正断层与逆（冲）断层之间的不对称性。断层上、下两盘的不对称性是由于     

2021年5月漾濞MS6.4地震序列发震机理的应力分析

为了从应力的角度解释2021年5月漾濞M_S6.4地震序列的发震机理,本文开展了包括刻画断层结构,反演震源区应力场,研究应力场对断层的加载作用以及地震序列中较大地震对断层活动的库仑应力影响等4个方面的研究,具体的认识为,(1)相比于前人工作中利用区域台阵定位结果刻画的断层结构,结合布设在漾濞震源区的实时地震监测台阵捕捉的7905个余震位置和沿断层均匀分布的16个M3.5以上地震的震源机制,我们刻画了漾濞地震序列发震断层的精细结构：漾濞地震序列最主要的特征为NW向和NE向两组断层共同破裂,NW向断层为右旋走滑破裂,NE向断层为左旋走滑破裂;(2)利用震源区1°×1°范围内的90个历史震源机制反演了震源区的背景应力场,得到震源区为近南北向水平挤压,东西向水平拉张的走滑型应力状态,应力方位的不确定度很小,而主应力相对大小(R)的不确定度很大,为0.2～0.8;(3)分析了漾濞地震序列两组发震断层的稳定性,发现两组发震断层均为应力场作用下最易失稳的断层.此外,发生在两组断层上地震的震源机制分别与两个最易失稳断层的震源机制相似,说明了背景应力对断层行为的控制作用;(4)两组断...     

印尼地区地震断层面上的海潮负荷应力特征

对印尼地区3574次M≥5.0地震震源断层面上的海潮负荷应力进行计算,研究了地震断层上的负荷应力随深度变化以及随断层倾角和走向的变化特征.结果表明,地震断层上的负荷正应力大于负荷切应力.逆断层上的负荷应力最大,其它依次为斜滑断层、正断层和走滑断层.倾角范围在0°—50°的断层上的负荷正应力随倾角增大有减小趋势,负荷切应力在30°—50°倾角范围的断层上较大.负荷应力随断层走向的趋势性变化不明显.不同类型断层上的负荷正应力和切应力在震源深度15km处均达到最大,之后随深度增加而减小.当震源深度小于40km时,断层面上的海潮负荷应力的量级与固体潮应力相当.因此指出,在潮汐应力对地震影响的研究中,对震源深度小于40km的海洋和沿海地震,除固体潮汐应力外还需要考虑海潮负荷应力的影响.     

基于断层运动和应力演化分析断层强震危险程度的研究进展

震间断层强震危险性研究是地震中长期预测中的基础科学问题, 其中断层运动及应力演化的研究对认识地震的孕育发生、 破裂过程具有重要意义, 为地震危险性分析提供科学依据。 本文首先回顾了震间断层运动模型的理论研究进展; 其次, 简略地回顾了断层不均匀性和断层摩擦定律的研究历程, 论述了确定摩擦参数、 圈定凹凸体的发展趋势与研究动态, 并阐述了基于断层不均匀性和断层摩擦定律的强震过程数值模拟的应用; 最后, 论述了基于断层运动和应力演化分析断层中长期强震危险程度的应用, 并叙述了与地震短期、 临震预测密切相关的断层运动成核过程。     

华北地区构造应力场,断层滑动速率与强震的关系

在华北地区选择了１８个震例（Ｍ≥６．０），以断层滑动速率，应力主轴方向，断层走向为因子对震级作了二元线性回归分析。同时又作了震级与滑动速率之间的一元分析，并将这两种分析作了对比。结果表明：（１）二元回归分析优于一元分析；（２）断层滑动速率，应力主轴方向与断层走向之间的夹角α是决定震级大小的两个主要因素，（３）Ｍ≥３．５级的地震与断层活动与否无关；（４）运用二元分析公式可以进行震级预测，并可以对历史     

根据动力学模式进行的三维近场强地面运动的模拟

使用三维有限差分法模拟了由浅走滑断层破裂过程产生的强地面运动。此破裂过程是用一种具有固定破裂速度的裂纹模式来模拟的。还研究了与断层位置和震源参数（像应力降或破裂速度）相关的峰值地动速度图象的变化。我们的发现表明，这些图象受到破裂方向和断层或凹凸体最上部所在深度的强烈影响。当断层突破地下时，平行于断层的高峰值地动速度分量所在的区域距断层迹线有一段与断层深度相当的距离。另一方面，垂直于断层的峰值地动速度则是沿断层迹线最大。断层长度（或凹凸体长度）对峰值地动速度并无太大影响。对有关应力降和破裂速度的非均匀性对强地面运动的影响也作了研究。当应力降不均匀且在最浅的深度处从震开始线性增加时，峰值地运速度减小。这些结果有助于更好地预测由有潜在的危险断层所产生的强地面运动。     

龙门山断层地震周期及其动力学过程模拟研究

在断层面上引入速率-状态相依摩擦本构关系、考虑铲形逆冲断层几何结构特征、断层下盘和上盘中下地壳及上地幔为黏弹性介质、上盘上地壳为弹塑性介质,本文用二维有限元动力学模型模拟了龙门山断层上大震准周期复发行为、分析了断层上地震孕育位置、地震周期不同阶段的应力/应变场演化特征.不同于近垂直走滑断层上的地震周期行为,大陆铲形逆冲断层上的构造应力的积累和释放过程更复杂、有其独特性.我们得到如下认识：（1）铲形逆冲断层上的地震复发是准周期行为.（2）龙门山断层最大库仑应力位于断层17~20 km深处,应力长期积累和同震释放都在此深度最大,说明地震会在此处孕育、发动.（3）在断层破裂的深部和浅部,同震滑动大小和构造应力释放大小并非同步,而是差异悬殊.（4）地震仅部分释放区域积累的应变能,断层上盘上地壳顶部和底部的褶皱、破裂等永久变形形式也是释放应变能的重要形式.（5）应变能密度增量的演化图像分为：震间、同震、震后期,清晰反应了龙门山断层附近的地震动力学过程.（6）地震发生除释放能量外,同时也对近断层的中地壳和断层底部有很大的应变能加载;这些加载,在震后期可能通过震后滑移、余震或中下地壳乃至上地幔的驰豫形变用几十年时间释放.以上对大陆内铲形逆冲断层上变形特征的了解,有助于我们在其地震周期行为中评估地震危险性.     

奉化-丽水-庆元断裂第四系活动性研究

奉化-丽水-庆元断裂是浙江省内一条重要的北东走向断裂,自北向南穿越了浙江省大部地区,研究其活动性能为划分浙江地区潜在震源区以及重大工程的抗震设防提供科学依据。通过野外地质调查、物探等大量工作,结合对该断裂附近历史地震及现代小地震活动性分析,认为该断裂的宁波段、庆元段为晚更新世早期活动断层,具备5～6级地震的发震构造条件,其它地段地震构造相对稳定,发生5级及以上地震的可能性不大。     

1812年尼勒克地震断层及最大位移

通过野外考察和地貌变形测量等手段,研究了尼勒克1812年8级地震的地震断层的平面分组特点、活动性质、分段特征,讨论了地震滑塌构造、地震断层与重力滑坡的区别,分析了线性滑坡后壁与地震断层的潜在关系。在正确区分地震断层和滑坡后壁的基础上,确定了地震断层的最大位移。该形变带从吉仁台延伸到乔尔马以东,东西总长124 km,南北最宽处约28 km,地震断层断续展布97 km,最大垂直错距为15 m,水平位移为4 m。     

2005年9月新疆克孜尔震群活动特征分析与震后趋势判定

2005年9~10月新疆拜城县克孜尔地区发生5次4级地震,对该次震群活动的序列特征分析表明,这是一次非前兆性震群。震群中最大地震震源机制解和区域构造特征显示,本次震群的发生可能与克孜尔断裂活动有关。对比分析历史震群及其前后新疆及周边的地震活动后认为,本次震群附近短期内不大可能发生更大地震,但震群活动可能反映了新疆区域应力场增强,新疆及周边地区有发生中强以上地震的可能。     

邢台地震区浅部构造特征及其与深部构造的耦合关系

根据邢台7-2 级和6-8 级地震震中区的浅层和超浅层地震勘探结果,查明了震中区浅部铲形断裂的性质及活动年代,认为新河断裂(F1) 自晚更新世以来已不再活动,它不是发震断裂。另外,结合该区深地震反射剖面和深地震测深剖面结果,讨论了震中区的深浅部构造形态及它们的相互关系,从而确定了发震断裂应为震源之下的高倾角超壳断裂①。邢台地震的发生是由于地幔岩浆的上侵作用产生附加应力场,并与区域构造应力场共同作用使该断裂重新活动,引发了邢台地震,并引起浅部断层及地表物质的运动     

1954年山丹71/4级地震的孕震构造和发震机制探讨

龙首山断裂带位于青藏高原向北东推挤的最前缘,是河西走廊与阿拉善地块之间的分界断裂之一.虽然观测精度有限,1954年发生在该断裂带上的7_1/4级地震是该断裂上少有的有现代地震观测和记录的大地震.本次地震仅在龙首山北缘断裂带两个次级断裂段之间的一条转换断层上形成了长7 km左右的连续地震地表破裂带,以北西向右旋兼正断为主要特征,这与区域上近东西向左旋逆断构造运动特征差异较大.经过多次野外调查和地质填图,发现在主断层上没有形成地震地表破裂带,而地震震害的分布又完全受龙首山南北两条断裂所围限,说明地震的孕震可能与龙首山断裂带主断裂有关,转换断层上的地表破裂仅为局部的应力释放.利用震源机制解资料,通过静态库仑应力变化模拟可以看到,如果主震发生在南缘断裂上,对地表破裂有显著的触发作用.综合考虑北缘断层可能存在的动态触发作用,说明目前所见地表破裂是龙首山断裂带主断裂地震的同震响应.小震精定位也显示,龙首山南北两侧的断裂在约10 km范围内形成一狭窄的倒三角形,并有向北扩展的趋势.     

断层地震孕育和发生的不稳定性模型

在以前的工作中,考虑直立走滑型断层地震,假设断层面微元破裂强度遵循Weibull概率分布,由细观力学方法推导出断层面的宏观本构关系是一个非线性函数,表现为弹性-软化塑性特征,在此基础上用稳定性理论研究了地震稳定性问题.而实际断层大多是倾斜的,为此,本文首先建立了由围岩和倾斜断层构成的平面地震力学模型,采用宏观的断层载荷-变形的全过程曲线,详细讨论了倾斜断层地震的不稳定性问题.结果表明,远场一旦施加位移,断层也同时错动,这可能与实际情况不符合.为了更好的模拟断层的初始能量累计过程,进一步对断层本构模型进行改进.考虑断层面破裂强度,采用Coulomb破裂准则,则断层表现为刚塑性本构关系,只有当断层面剪应力达到一个临界值时,断层才开始错动.研究表明,对于倾斜断层地震,与直立走滑型断层地震一样,系统刚度比β（围岩切线刚度与断层刚度最大值之比）是决定地震失稳的重要参数,只有当β<1时才会出现地震失稳,且伴随应力突跳和围岩应变能释放.当β≥1时,仅仅是断层无震滑动,不会发生地震.在远场应施以位移形式边界条件,以致地震失稳发生在平衡路径的位移转向点并伴有应力突跳.     

2011年日本MW9.0地震对沂沭断裂带及其两侧地区地壳运动的同震影响研究

2011年日本M_W9.0地震（简称日本地震）后沂沭断裂带及其两侧地区地震活动显著增强,研究日本地震对该地区地壳运动及地震潜势的影响十分必要.为此,本文通过112个连续GPS观测站获取了研究区高空间分辨率的日本地震同震形变场并得到如下认识：（1）8个定点地球物理观测的同震响应验证了本文同震形变场的可靠性;日本地震的东向拉张使研究区整体上处于张性同震应变状态,但存在局部挤压区域,其中莱州湾至海州湾的挤压条带穿过沂沭断裂带并对断裂带南北两段产生了不同的同震作用,对南段具有拉张作用,对北段产生挤压作用;（2）同震形变场在鲁东隆起和鲁西断块产生了显著的剪应变,地震b值显示上述区域的构造应力在日本地震后增强,因此同震形变场可能改变了这些区域的应力特征;（3）地震矩张量叠加分析显示,同震形变场短期内对鲁西断块、鲁东隆起区和沂沭断裂带南段累积了地震矩,可能有助于上述区域在日本地震以后的地震活动增强;日本地震对沂沭断裂带北段的地震矩具有释放作用,或许是该区域地震活动减弱的原因.     

华北地区断层形变异常与地震活动

根据断层形变求解的华北地区异常参数和应变累积率, 研究了华北主要断裂带的断层形变异常及其应震特征。 同一断裂带上的形变异常与该带上的地震有较好的对应性。 河套—张家口—蓬莱活动构造带上发生的强震, 北京地区的断层形变异常参数在总体上几乎都有明显的前兆性异常。 山西带北部的断层形变异常参数对山西断陷带及其延伸部位上的强震同样有较好的反映。 断层应变累积率反映了应力的积累程度, 其值相对较大时, 测点所在地区的地震较活跃, 反之亦然。     

则木河断裂带大箐断层枢纽运动的有限元数值模拟研究

变形局部化问题和地震成核问题,是构造变形机制与大地震研究中极其重要的问题.对走滑断裂的运动和走滑型地震而言,断裂枢纽运动是断裂带上变形局部化和地震成核孕育的条件,认识这一运动过程和机制是了解走滑断裂上地震孕育、发生机制的关键之一.本文在前人工作的基础上,以则木河左旋走滑断裂大箐断层为例,测量了大箐断层大箐梁子断头沟台地-五道箐盆地之间的构造和地貌变形,揭示了大箐走滑断层枢纽运动构造和地貌四象限分布的特点,并且在定量分析其枢纽运动的基础上,利用数值模拟方法,模拟了断裂的枢纽运动,结果表明,走滑断裂的枢纽运动表现出典型的掀斜特征,随着断层面倾角的减小,枢纽运动程度加深;随着断层面闭锁区面积的增大,枢纽运动明显受阻;发现在闭锁区及其附近存在一个应力集中区使得应力由外向内一直处于积累状态,反映了地震的成核过程.