关于震源附近流体、热和能量分配问题的研究进展

作为地震学的基本问题,地震发生过程中震源附近流体、热与能量的分配问题一直是地震学家关注的前沿课题.目前,越来越多的研究表明震源附近存在流体,且流体在地震的孕育、发生过程中起重要作用,但对深部流体的来源尚存较大争议.对于震源区的热问题,自应力热流佯谬提出以来,不同的模型被用于解释热流佯谬相关问题,其中动态弱化被认为可能是解决热流佯谬的关键.摩擦产生的热能与能量分配问题直接相关,大地震发生后,立即进行深钻现场测量对认识地震发生过程中震源附近的流体、摩擦热能及能量分配问题具有时效性和重要现实意义.本文回顾了国际上有关震源附近流体、热及能量分配问题的最新研究进展,这些问题的研究将对认识地震的孕育和发生过程带来重要启示.     

巧家地震和鲁甸地震震源区周边P波速度结构

本文利用2010年1月至2020年6月巧家地震和鲁甸地震震源区周围发生地震事件的走时观测资料,应用双差层析成像方法获得了2014年M_S6.5鲁甸地震和2020年5月18日巧家M_S5.0地震周边区域中上地壳的P波速度结构。成像结果显示:整个研究区域的速度结构存在很强的非均匀性:在鲁甸地震震源区附近,浅部存在速度高达6.4 km/s的显著高速异常,10 km深度以下存在速度低至约5.8 km/s的明显低速异常;鲁甸地震的初始破裂点位于高低速异常的过渡带;在2010年巧家M_S4.8和2020年巧家M_S5.0地震的震源区,尽管浅部没有显著的高速异常,但在主震的初始破裂点下方均存在明显的局部低速异常;巧家北部中上地壳存在明显低速异常。      

2015年尼泊尔MS8.1地震震源区S波三维速度结构与强震发生机理研究

利用2001-2003年期间在2015年4月12日尼泊尔M_S8.1级强震震源区流动地震观测记录到的连续波形数据,提取了5~25 s周期的瑞利波相速度频散曲线,并构建了尼泊尔地震震源区二维瑞利波相速度分布图像.以0.5°×0.5°为网格大小将研究区网格化,采用NA算法反演得到尼泊尔地震震源地区三维S波速度结构.结果显示,在上地壳,以主前锋逆冲断裂带（MFT）为界,其以北地区为高波速异常,而其以南为明显低波速异常;在中地壳,以藏南拆离系（STDS）为界,南北两侧速度结构也存在明显差别,以南地区为明显高波速异常,而以北地区为明显低波速异常.这些结构特征说明,印度板块与欧亚板块碰撞挤压作用形成地幔热物质上涌并造成地壳物质部分熔融,并由此形成了东西向拉张的南北向裂谷.2015年尼泊尔M_S8.1级主震和最大余震均发生于高低波速异常过渡区且偏向高波速异常区,暗示了这样的波速异常区易于积累能量孕育强震.主震和最大余震的南侧均存在明显的低波速异常,与主喜马拉雅滑脱断裂带（MHT）相对应,可能代表部分熔融或深部流体作用于主边界断裂带（MBT）附近的MHT断裂带,降低断层面上的有效正应力,从而触发尼泊尔强震及最大余震的发生.主震与最大余震之间的余震分布于高低波速异常变化较为明显的地区,说明研究区内地震的发生受震源区附近的速度结构控制.     

四川芦山MS7.0地震震源区及其周边区域P波三维速度结构研究

利用四川数字地震台网和流动地震台站在芦山M_S7.0地震震后(2013年4月20日—6月23日)记录到的2026次区域地震事件的28188条P波到时资料,采用地震层析成像方法反演得到了芦山地震震源区及其周边区域中上地壳P波三维速度结构. 结果表明,浅部地壳的P波速度异常分布特征与地表地质构造、 地形和岩性密切相关,即成都断陷盆地表现出与第四纪沉积有关的低速异常区;犍为、 乐山一带的川中微升区和川青块体龙门山以西的邻近地带均表现为与构造抬升有关的高速异常;宝兴、 康定附近分布的基性火山岩及火山碎屑岩均呈局部高速异常分布. 芦山地震震源位于高低速异常分界线附近且偏向高速体一侧,其下方存在明显的低速异常分布,可能与流体的存在有关. 流体的作用导致中上地壳内部发震层的弱化,使孕震断层易于破裂,可能对芦山地震起到了触发作用. 芦山地震与汶川地震两次地震的余震密集区相距50 km,这50 km地震空区震源体的深度范围附近目前正处于高速异常区内,加之龙门山断裂带西南段又具有比较典型的断错地貌发育,使得该段地震空区(大邑—邛崃活动断裂破裂空段)现在所处的深浅部构造环境变得复杂,其潜在的地震危险性仍值得进一步关注.      

川滇地区7级大震前中强震震源机制变化

分析了 70年代以来 ,川滇地区发生的 8次 7级大震前 5年内 ,发生在大震孕震区和震源区内的中强震震源机制解时空分布。结果表明 ,最早中强震发生在大震震源区或其附近 ,其发震应力场与区域构造应力场一致 ,与大多数大震发震应力场一致或接近。大多数中强震震源破裂特征与大震明显不同。之后有多次中强震发生在距大震震源区较远的大震孕震区内其他地方 ,它们的发震应力场往往经历了与区域构造应力场和大震应力场一致与不一致的多次交替变化。大震前最后 1个中强震也发生在距大震震源区较近的地方 ,其发震应力场与大震发震应力场明显不一致 ,偏转了 30°～ 5 0° ,或更多 ,大多数也与区域构造应力场不一致 ,有的中强震发震断裂破裂特征与大震不一致。大震前中强震震源机制的变化 ,反映了大震孕育过程的不同阶段 ,区域构造应力场的时空调整变化和增强过程 ,以及由此引发的构造断裂异常活动 ,揭示出与大震发生有关的应力场和震源破裂特征信息     

Imaging the source area of the 1995 southern Hyogo (Kobe) earthquake (M7.3) using double-difference tomography

To understand the generation process of inland earthquake, we determined the seismic velocity structure in and around the source area of the 1995 southern Hyogo (Kobe) earthquake (M7.3) in SW Japan. We adopted the double-difference (DD) tomography method [Zhang, H. and C. Thurber. Double-Difference Tomography: the method and its application to the Hayward Fault,California. Bull Seism Soc Am 93 (2003) 1875–1889.]. We inverted arrival times recorded by a dense temporary seismic network for aftershocks and seismic networks routinely operated by Japanese Universities. Obtained results are summarized as follows: (1) Low-velocity zones of a few kilometers' width are distributed along the fault or along the aftershock alignment, suggesting that the fault of the 1995 earthquake is located primarily in a low-velocity zone. (2) Amount of velocity decrease within this low-velocity zone varies along the strike of the fault. Most of large slip areas (asperities) seem to correspond to higher velocity areas relative to the surroundings on the fault, rather than to lower velocity areas.     

Stochastic coupled simulation of strong motion and tsunami for the 2011 Tohoku,Japan earthquake

This study conducts coupled simulation of strong motion and tsunami using stochastically generated earthquake source models. It is focused upon the 2011 Tohoku, Japan earthquake. The ground motion time-histories are simulated using the multiple-event stochastic finite-fault method, which takes into account multiple local rupture processes in strong motion generation areas. For tsunami simulation, multiple realizations of wave profiles are generated by evaluating nonlinear shallow water equations with run-up. Key objectives of this research are: (i) to investigate the sensitivity of strong motion and tsunami hazard parameters to asperities and strong motion generation areas, and (ii) to quantify the spatial variability and dependency of strong motion and tsunami predictions due to common earthquake sources. The investigations provide valuable insights in understanding the temporal and spatial impact of cascading earthquake hazards. Importantly, the study also develops an integrated strong motion and tsunami simulator, which is capable of capturing earthquake source uncertainty. Such an advanced numerical tool is necessary for assessing the performance of buildings and infrastructure that are subjected to cascading earthquake–tsunami hazards.     

2008年汶川地震前震源区的异常应力状态

我们收集了紫坪铺水库区域台网记录到的2004年8月16日至2008年5月12日汶川地震前发生在震中区及附近区域的486个小震震源机制资料,运用碎裂分析法对这些震源机制数据进行分析,获得了汶川地震前3年多时间内震源区应力水平随时间的演化过程.结果显示,强震发生前震源及附近区域约在2007年6月发生了应力突变,出现了2个应力异常高值区,其形成过程同时伴随着龙门山中央断裂的应力水平降低,最终强震发生在高应力区和低应力区之间的应力梯度带上.汶川地震前应力状态的演化过程,类似于实验研究中出现的非均匀断层失稳前的地震成核现象,符合地震成核的宏观表现.巴颜喀拉块体的南边界-鲜水河断裂的短基线测量也显示出,在同一时间段鲜水河断裂南段由左旋滑动转为异常的右旋错动,反映了汶川强震前整个巴颜喀拉块体有向东加速运动的异常过程.     

地下流体在地震孕育中的主要作用与流体前兆形成机制研究进展

地下流体在地震孕育和前兆形成过程中起到重要作用,因此研究地下流体对地震预报至关重要。然而,由于对地震孕震环境和发震机制缺乏深入系统的认识,导致无法根据地表观察到的异常现象准确预测地震。近年来,随着地球物理、地球化学和地质学研究的不断深入,人们对地下流体有了更多新的认识,本文通过对相关研究成果的收集和总结,介绍地下流体研究的几种经典模型,分析了地下流体在地震过程中的主要作用,并探究流体前兆形成机制。研究工作对提高地震预报水平具有一定的借鉴和参考意义。     

南北地震带地壳结构多参数成像及强震触发机制研究

通过反演由大量的纵、横波地震数据组成的综合数据集,获得了南北地震带地壳的多参数三维精细结构,探讨和分析了南北地震带的高地震活动性和强震频发的原因.成像结果表明,尽管1976年松潘一平武地震(M7.2)与2008年汶川地震(M8.0)以及2013年芦山地震(M7.0)均发生在高速、低泊松比异常区域,并且在其震源的下方均有一低速、高泊松比异常区域.我们认为,上述三个地震的触发与流体侵入导致的地壳形变之间有密切的联系.1955年炉霍地震(M7.4)和1973年康定地震(M7.1)均发生在鲜水河断裂带上,其震源中心区域表现为低速、高泊松比异常,可以解释为下地壳中的流体沿断层面上涌.在震源区的周边区域兼有高速、高泊松比异常,低速、高泊松比异常以及高速、低泊松比异常,可能分别与含流体的岩石、沿断裂带发育的变质岩以及坚硬的克拉通块体对应.流体的侵入不仅能够改变断层面上的应力情况,还能降低岩石骨架的岩石力学强度,进而触发地震.1970年云南通海大地震(M7.1)发生在哀牢山一红河断裂带附近的曲江断裂上,其震源处于高速度、低泊松比异常与低速度、高泊松比异常之间的边界区域,被认为是流体挤压后的应变能积累,最终导致脆性破裂,以至于发生地震.根据本次研究获得的多参数结构图像,结合前人的研究成果,我们认为南北地震带地壳强烈形变与流体侵入是造成该区域地震活动性较高及强震频发的两个主要因素.     

前郭MS5.8和松原MS5.7地震震源区地壳速度结构与孕震环境

为了解2013年11月23日吉林前郭M_S5.8和2018年5月28日吉林松原M_S5.7地震震源区的地壳速度结构及其孕震环境,本研究收集了东北地区CEA固定台站、NECESSArray流动台站和五大连池WAVESArrary流动台站的连续波形数据,使用背景噪声成像方法,获得了前郭地震和松原地震震源区地壳S波速度结构.结果显示,这两个地震主要发生在相对高波速异常区,而震源区下方存在明显低波速异常,且该低速层呈北北东走向,并有向北延展的趋势.结果表明,震源区相对高波速异常区易于积累能量孕育地震,而震源区下方的低波速异常可能代表了流体作用.这种流体作用会降低断层面有效正应力从而触发地震.这种流体作用可能和太平洋板块深俯冲至我国东北地区（包括前郭地震和松原地震震源区）下方的地幔转换内形成"大地幔楔"结构与动力学密切相关.在"大地幔楔"结构中,由于地幔转换带中滞留板块脱水作用和地幔角流作用,容易形成热湿物质上涌,进而导致松辽盆地中北部岩石圈物质拆沉、地幔流体入侵至中下地壳、然后作用于断裂带,从而导致了两个震源区中强度地震的发生.     

2021年青海玛多MS7.4地震前地下流体异常特征分析

地震地下流体在地震预测研究与震情跟踪方面发挥着重要作用,本文对2021年5月22日青海玛多MS7.4地震前震中附近地下流体观测资料及异常特征进行系统分析,并结合震前预测过程进行了回顾性总结。结果表明,玛多MS7.4地震震中距500km范围内存在5项异常,其中4项为短期异常,主要出现在震前2～3个月。异常在空间上分布不均匀,主要位于玛多MS7.4地震震中的东北部和西南部,整体呈现出由外围向震中收缩的迁移特征,且玛多MS7.4地震和2010年青海玉树MS7.1地震在异常特征和应力加载作用方面具有较好的相似性。研究结果为地震监测能力较低地区积累了震例资料,对于提升强震地下流体前兆异常认识及未来震情趋势判定水平具有一定的参考意义。     

20世纪90年代我国对地壳上地幔结构的人工地震探测研究

介绍了20世纪90年代我国人工地震探测在研究大震区和潜在震源区深部细结构，发震构造的深部特征、介质物性，地壳和上地幔结构与地球动力学过程，火山深部结构，油气生成的深部构造环境等方面取得的成果，以及人工地震资料解释中P波和S波的联合应用，浅层地震反射法在地壳浅层细结构、深浅构造关系研究方面取得的进展。     

Stress-dissipative heat geotemperature precursor mechanism of earthquakes

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＭａｎｙｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓｈａｖｅｐｒｏｖｅｎｔｈａｔｔｈｅｒｅｅｘｉｓｔｅｄｓｈａｌｏｗｇｅｏｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｏｍａｌｉｅｓａｒｏｕｎｄｔｈｅｅａｒｔｈｑｕａｋｅｒｅｇｉｏｎｓｂｅｆｏｒｅｔｈｅｅｖｅｎｔｓｏｃ...     

江苏地区小震精定位及构造意义分析

利用双差定位法对江苏地区2009-2015年地震记录进行重新定位。结果显示,重新定位后的结果比原有定位精度有了较好的改进,地震序列在空间分布上更加集中;从平面分布上看,重新定位后的地震更加集中于断裂带附近,较多地震呈丛集状出现;从震源深度分布看,研究区内重新定位后地震震源深度有明显收敛,大多集中在5~20km,表明研究区孕震层基本位于地壳的中上部。同时通过对江苏省不同时期发生的几个震群地震构造活动进行分析(分析各个地震序列的走向、是否产生新的断裂带、与原有断裂带走向是否一致等问题),认为其具有十分重要的意义。     

Prilimary result of temperature distribution and associated thermal stress in crust in Tianshui, China

The heat flow in crust and the thermal stress generated by the flow play a very important role in earthquake occurrence. Different crustal structure has different effect on heat distribution and associated thermal stress. In all of typical seismogenic crustal structure models, including the bulge of Moho surface, the deep-large fault in the mid-lower crust, low-velocity and high-conductive layer in the middle crust, and the typical crustal structure in mid-upper crust, the thermal stress produced by deep heat disturbance may move up to the mid-upper crest. This leads to upper brittle part of crust break and hence, strong earthquakes. This result is constructive in enhancing our understanding of the role of deep fieat flow in curst in development of earthquake and its generation, as well as the generation mechanism of the shallow flowing fluid.     

引潮力对显著地震触发作用与大震关系及在雅江地震预报中的应用

大地震的孕育和发生是震源区及其附近地壳应变能的积累和快速释放过程。当地震孕育到后期, 震源区及其附近应变能高度积累, 处于极不稳定的临界状态。因此, 地震短临预报方法必须基于临界状态的特点。临界状态的最重要特点是触发因素将起重要作用。固体潮的引潮力是一种重要的触发因素。笔者改进了过去仅用月亮固体潮引潮力的地方平太阴时方法, 而用月亮与太阳整个固体潮引潮力作为触发因素, 显然这样更为科学和合理。研究表明, 大地震前震源区及其附近发生的几次显著地震易受固体潮引潮力某个方位附近触发。并应用这一现象结合其他地震前兆方法成功预报了2001年2月23日四川雅江6. 0级地震。     

2015年尼泊尔M_w7.9地震破裂过程:快速反演与初步联合反演

本文介绍了2015年4月25日尼泊尔Mw7.9(MS8.1)地震发生后的破裂过程快速反演工作,以及后续开展的地震波与少量GPS资料的初步联合反演工作.两项工作得到的反演结果尽管在最大滑动量估计方面存在一些差别,但都一致地显示此次地震是发生在低倾角俯冲断裂上的一次单侧破裂事件,破裂主要朝东南方向传播;断层滑动主要发生在震中至加德满都一带.在加德满都附近区域,其下方破裂与朝东南传播的地震波的多普勒聚焦效应可能造成较强的震感和较大的破坏.对比历史大地震发现,2015年尼泊尔Mw7.9地震的浅部破裂紧邻1934年Mw8.2地震的地表破裂,余震分布与1833年M7.6地震的宏观震中基本重合,其破裂填补了前两次地震破裂以西100km左右的空区,表明此次地震是1934年Mw8.2地震与1833年M7.6地震向西继续延伸的结果.     

汶川大地震前非台风扰动现象的研究

为了区分汶川大地震的震前扰动现象中的台风因素和非台风因素,本文研究了中国大陆宽带地震仪在汶川大地震前记录到的异常扰动信号的时频特征.研究结果表明汶川大地震的震前扰动主要由两种扰动构成,二者动态特征完全不同.其中优势频率为0.2～0.25 Hz的扰动主要与台风Rammasun有关.这种台风扰动在沿海地区较强,在内陆地区较弱,其震动源在靠近台风运动路径的海底.另一种优势频率为0.1～0.18 Hz的扰动与台风无关,这种非台风扰动在地震发生前约10 h突然急剧增强,其最大值出现在地震爆发时刻.非台风扰动在靠近震中的地区较强,在沿海和西部地区较弱.震源扰动扫描算法计算初步定位的结果显示其震动源不在海底,而是分散在震中附近的内陆地区.汶川大地震前的非台风扰动是否与汶川大地震有关,值得进行更深入的研究.     

Source mechanism of the tsunami of 2004 in the Indian Ocean: Analysis and numerical simulation

The tsunami in the Indian Ocean caused by the earthquake of December 26, 2004, near Sumatra Island had catastrophic consequences in coastal areas of many countries in this region. Notwithstanding extensive investigations of this phenomenon at various laboratories of the world, the focal mechanism of the aftershock remains unclear. The paper analyzes possible seafloor movements in the source area of the earthquake on the basis of the keyboard model of tsunamigenic earthquakes and describes numerical simulation of the generation, propagation, and runup of water surface waves in terms of this model involving vertical displacements of seafloor “keyboard-blocks.” It is shown that generated tsunami waves are essentially dependent on the combination of keyboard-block movements, which results in an irregular distribution of maximum runups along the shoreline. If the oblique nature of the subduction zone associated with the Sumatra-Andaman earthquake of December 26, 2004, is taken into account, the model results fit well the runup values observed at the Thailand shoreline. It is noted that this model of the subduction zone accounts more adequately for the tsunami wave field pattern in both areas of the Indian Ocean and other water areas such as the region of the Kurile-Kamchatka Island Arc and the Sea of Okhotsk.