用地震波推断地震过程

地震反映出地壳破裂的一系列过程。经过长时间的应变积累过程之后，断层面开始滑动，在反复地行进和停止的同时，破裂在地壳内产生。因为在这个过程中释放的地震波反映出断层的几何产状和断层破裂的速度，所以在地面进行地震波观测，便可得到有关断层面运动的信息。下面以伊东近海震群(1993年)、玻利维亚巨大深源地震(1994年)、十胜近海地震(1968年)为例，从时间和空间上追踪地震的破裂过程。     

Yabuki&Matsu’ura方法在汶川M_W7.9地震反演中的应用

2008年5月12日,青藏高原东缘龙门山断裂带发生汶川MW7.9地震,该地震使得北川—映秀断裂、灌县—江油断裂发生了同震破裂。本文主要利用震后通过复测获得的GPS同震形变场,采用Yabuki&Matsu’ura反演计算方法和分段平面断层模型,反演了地震同震滑动分布。结果表明:映秀—北川主破裂带的断层错动,在映秀附近以逆冲滑动为主,而在北川以北,其走滑运动明显大于逆冲,这一结果与震后地质调查结果与通过地震波研究获得的断层破裂特征相一致;反演得到的最大滑动量达到9.3m和9.6m,分别对应于这次地震中地表破坏最为严重的北川和映秀地区;由所获得的滑动分布计算的地震矩为8.07×1020 N.m,对应的震级为MW7.9。研究结果初步显示,Yabuki&Matsu’ura反演方法可适用在内陆地震断层反演计算中。     

汶川地震前十年间龙门山区域顾及断层闭锁的地壳应变场

本文利用1997—2008年5月的汶川M_w7.9地震前川滇地区GPS水平速度场数据,采用负位错理论反演了汶川M_w7.9地震前龙门山断裂带的闭锁程度.在顾及断层闭锁影响下,获得了龙门山断裂带区域震前十年间地壳应变率场.结果表明在汶川地震前龙门山断裂带高度闭锁,在地表以下0~25 km范围内其平均闭锁程度为0.972±0.222,滑动亏损速率约为3 mm·a~(-1).震前龙门山断裂滑脱层的高度闭锁为汶川地震深部同震破裂提供了能量基础;在顾及断层闭锁影响下,龙门山断裂带附近应变积累缓慢,断层附近区域最大主应变率约为3.4~9.6 nanostrain·a~(-1),最小主应变率约为-2.5~-7.1 nanostrain·a~(-1);断层西北侧有明显的应变积累.     

2008年于田MW7.2地震滑动分布反演及三维同震形变场解算

基于ENVISAT ASAR升降轨数据, 利用InSAR获取2008年于田M_W7.2地震同震形变场; 采用SDM反演本次地震断层滑动分布; 使用PSCMP正演获取于田M_W7.2地震南北向模拟形变量, 并结合升降轨同震形变场, 解算三维同震形变场。 同震形变场分析表明, 2008年于田M_W7.2地震以正断为主, 且带有走滑运动特征, 破裂带走向为NNE向。 同震滑动分布反演结果显示, 断层沿走向被分为4段F1、 F2、 F3、 F4, 其滑动分布集中在0~14 km区间, 以F2、 F3段为主, 最大滑动量约5.31 m, 位于F2段深部2.76 km处; 沿破裂带走向, 左旋走滑位移与垂直位移比值有增大的趋势; 反演获得的地震矩M₀=5.58×10¹⁹N·m, 相当于矩震级M_W7.1。 三维同震形变场解算结果显示, 断层上盘整体表现为沉降, 断层下盘整体表现为隆升, 且沉降量明显大于隆升量, 表明地震以正断破裂为主; 除靠近断裂带中上部表现为向东南运动外, 上盘整体上表现为向西南运动; 断层下盘则整体表现为向东北运动, 证明破裂兼有左旋走滑运动。 滑动分布反演、 正演与三维同震形变场解算结果皆表明, 于田M_W7.2地震破裂以正断为主, 且带有一定的左旋走滑。     

芦山地震断层的滑动分布与汶川地震断层的关系

本文利用2013年芦山M_S7.0级地震同震GPS数据反演了芦山断层几何与断层滑动分布,结果表明:芦山地震发震断层具有南陡北缓、上陡下缓的特征,低倾角的区域位于发震断层北段且靠近映秀断层的一侧;滑动分布模型的最大滑动量为0.82m,其深度为13.67km与小震发生集中平均深度12.5km接近.我们选取1998—2014年龙门山断裂带区域地壳形变观测数据,拟合获得了龙门山断裂带走向方向上的速度分量,发现在汶川M_S8.0地震与芦山M_S7.0地震之间宽度约30km破裂空区,龙门山断裂带西南段与东北段的形变分量以破裂空区为界方向相反.断裂带东北段(汶川地震主要发震断层)的形变分量方向与断层右旋走滑运动方向一致,而在断裂带西南段(芦山地震发震断层)的形变分量方向与断层左旋走滑运动方向一致.芦山地震走滑方向与汶川地震走滑方向相反是因为该断裂带构造运动在特有几何构造下受青藏高原东南向挤压,遇龙门山中段岩石圈楔状构造的阻挡,在汶川M_S8.0地震与芦山M_S7.0地震间的地震空区,形成了构造运动向其两侧分流的结果.     

龙门山断裂带断层泥中速-高速摩擦性质的实验研究

为了认识龙门山断裂带在汶川地震中的同震滑动力学性质,我们对龙门山断裂带地表断层带露头上的断层泥及少量WFSD-1断层泥开展了中速-高速摩擦实验研究。主要关注的问题包括：龙门山断裂带高速摩擦性质及其不均匀性、震后断层强度恢复问题、高速滑动可能的主导弱化机制问题和宽速度域内摩擦滑动速度依赖性问题。     

利用InSAR获取2020年新疆于田Mw6.3地震同震形变场与断层滑动分布反演

本文基于InSAR技术, 利用欧空局Sentinel-1A/ B升降轨SAR数据, 提取了2020年6月26日新疆于田M_W6.3地震的同震形变场。 利用升、 降轨同震形变场约束, 分别采用MPSO算法和Bayesian方法反演此次地震发震断层均匀滑动的几何参数, 并进行对比。 然后采用SDM方法获得发震断层非均匀滑动分布, 并分析了同震库仑应力变化及其对周边断层的应力扰动。 结果表明, 同震形变场以NS向为长轴, 总体呈现西部沉降而东部隆升的特点, 而且隆升量明显小于沉降量; 滑动分布反演表明发震断层的平均滑动量为0.13 m, 平均滑动角为-104.56°, 此次地震为典型的正断破裂事件, 最大滑动量约0.55 m, 最大滑动量处滑动角为-105.2°, 位于断层倾向深度14.42 km, 释放的地震矩能量约3.65×10¹⁸ N·m, 相当于矩震级M_W6.3; 同震库仑应力变化对西部琼木孜塔格断层、 硝尔库勒南缘断层等起到应力卸载作用, 对北部的木孜鲁克—鲸鱼湖断层起到应力加载作用, 结合同震库仑应力对周围断层的扰动情况, 此次地震可能对琼木孜塔格断裂带和木孜鲁克—鲸鱼湖断裂带的西端影响较大。     

2016年新疆阿克陶MS6.7地震同震形变特征和断层滑动分布反演

本文针对2016年11月25日在新疆阿克陶发生的地震, 用差分干涉测量技术(D-InSAR)对3种不同观测模式的升、 降轨数据进行处理, 提取了多视线向的同震形变场; 根据不同模式的LOS向形变量, 构建形变分解模型, 将其分解为垂直向形变量和沿断层走向形变量; 结合同震形变场特征与震源机制解, 采用单断层模型, 利用梯度下降法(SDM), 以Multi-LOS向形变进行约束, 反演了阿克陶地震的同震滑动分布特征。 研究结果表明, 升、 降轨LOS向同震形变场在发震断层两侧具有不同的形变特征, 发震断层走向近EW向; LOS向形变量分解表明, 此次地震破裂以右旋走滑为主; 滑动分布反演的形变残差介于0~5 cm之间, 发震断层的滑动量主要位于2~16 km深部, 最大滑动量可达1.02 m, 位于断层面深部5.83 km处, 最大滑动量处的滑动角为185.24°; 平均滑动角为181.32°, 平均滑动量为0.12 m; 滑动分布反演也证明该地震为右旋走滑破裂事件, 与LOS向形变分解结果一致; 当剪切模量μ=3.2 GPa时, 反演得到的地震矩震级约M_W6.6。     

昆仑山口西M_S 8.1地震同震影响场的数值模拟

根据野外调查得到的地震破裂以及同震位错分布,利用三维有限元模型研究了昆仑山口西MS8.1地震的同震位移场和同震应力场的分布,讨论了震后地震活动与同震应力场变化的关系。模拟的MS8.1地震同震位移场显示,东昆仑断裂带南北两侧的同震位移衰减程度存在差异,断裂带南部的同震位移衰减大于北部同震位移的衰减;同震应力场研究结果则表明,MS8.1地震的同震最大剪切应力主要集中在东昆仑断裂带的周边地区,最大剪切应力等值线沿断裂带密集分布,形成了高梯度带。MS8.1地震的发生使青藏活动地块区的地壳应力发生了剧烈的变化,可能导致研究区的地壳应力场得到松弛。库伦破裂应力的研究表明,昆仑山地震对其后发生的5次强余震有一定的触发作用,昆仑山口西MS8.1地震可能也触发了2003年的德令哈6.6级地震     

联合GNSS和InSAR观测位移反演2008年汶川大地震断层位错模型参数

利用现代空间大地测量技术,尤其是卫星合成孔径雷达干涉测量,能够获取高精度、高空间分辨率的同震和孕震形变,为地震断层形变和破裂机制研究提供了前所未有的机遇。本文介绍了利用大地测量观测数据反演地震断层位错模型参数的贝叶斯反演方法。联合运用2008汶川大地震前后GNSS和InSAR技术观测获得的同震位移,反演了地震断层的几何参数和滑动位错分布。研究结果表明,汶川地震的断层滑动主要集中在倾角较陡的浅部,同时包含逆冲和右旋走滑,其中最大逆冲6.1m,最大右旋6.5m。根据断层滑动分布正演计算得到的上盘同震位移明显小于下盘,预示该断层两侧孕震形变可能存在较大的不对称性。     

1999年台湾集集地震震源破裂过程

使用GPS同震位移资料和远场P波记录,研究了1999年台湾集集地震震源破裂过程．根据地质构造和余震分布引入了一个由弯曲断层面构造的三段“铲状”断层模型．在使用静态GPS位移资料反演集集地震的断层破裂滑动分布时,由于集集地震断层北部近地表破裂的复杂性,在位错模型中考虑拉张分量对地表同震位移的贡献,可更好地同时拟合GPS观测资料的水平和垂向分量．而纯剪切位错弹性半空间模型和分层地壳模型都无法同时拟合水平和垂向GPS观测资料．在此基础上,同时使用静力学同震位移资料和远场地震波形记录,反演集集地震的震源破裂过程．结果表明,一种垂直于断层面的“挤压性”(负)拉张分量几乎集中分布于地震断层的浅部和北部转折处,而这一带地表破裂远较没有(负)拉张分量出现的南部断层复杂．“冒起构造”的数字模拟表明,这种在集集地震破裂转折处及北部断裂带广为出现的典型破裂造成的地表位移可以用具有负拉张分量(挤压)的逆冲断层更好地模拟．而这种负拉张分量(挤压)的分布正是地震破裂性质和几何复杂性的综合反映,震源破裂过程也显示北部转折处破裂在空间和时间上的复杂性.高滑区域与余震分布表现为负相关.     

2021年5月21日云南漾濞Ms6.4地震:一次破裂在隐伏断层上的浅源走滑事件

2021年5月21日,在中国云南省大理州漾濞县发生了 Ms6.4地震.该地震震中位于川滇菱形块体西部边缘的维西—乔后—巍山断裂附近.作为该区域过去45年以来发生的最大地震,快速的灾害反应及震源参数反演将为防震减灾提供重要的帮助.由于未搜集到与此次地震地表破裂相关的报告,这次地震的发震断层目前仍难以确定.本文利用哨兵1A/B卫星的合成孔径雷达干涉(InSAR)数据获得了与此次地震相关的同震形变,并反演了这次事件的断层几何参数及详细的滑动分布.反演结果显示:破裂断层以右旋走滑运动为主,兼有少量的正断分量;滑动主要分布在2到12 km深度范围内,在约7 km深度处滑动达到最大,约为0.64 m.破裂断层浅部0到2 km范围内滑动的缺失揭示了一个重要的滑动亏损区,该区域很可能被震后余滑及震间浅部滑动所弥补.通过对反演结果、余震序列和局部断层构造特性的综合分析,认为此次地震可能破裂在维西—乔后—巍山断裂的隐伏分支断层或一个独立的未知的隐伏主断层上.计算的同震库仑应力变化表明维西—乔后—巍山断裂的巍山盆地段北端、维西—乔后—巍山断裂的玉狮场—乔后段最南端及洱源—弥渡断裂的中段北端具有较高的破裂风险.     

2020年1月19日新疆伽师县MS6.4级地震InSAR同震形变场与断层滑动分布反演

利用欧空局Sentinel-1A SAR数据,重建了2020年1月19日新疆伽师县MS6.4地震InSAR同震形变场.以升降轨InSAR形变场联合约束,反演了发震断层参数与同震滑动分布.结果 表明,地震同震形变场(长轴走向近EW向)发生在柯坪塔格褶皱带与奥兹格尔它乌褶皱带之间的区域内,升降轨观测的视线向(LOS)形变量相同,反映出发震断层运动性质是以逆冲为主,最大LOS向形变量约7 cm,干涉形变场呈现非对称性分布.断层模型反演结果显示,破裂区域长度为24 km,宽8 km,集中于地下深度4～6km范围内,同震最大滑动量约0.34 m,平均滑动角85°,矩震级为MW6.0,北倾(倾角15°)逆冲推覆运动主导着断层破裂,兼具少量走滑运动分量.从发震断层模型、同震滑动深度分布及破裂运动学特征推测,这次伽师地震的发震构造是柯坪塔格褶皱带山前出露的柯坪塔格逆断裂,且支持柯坪塔格地区的薄皮构造模型.     

2015年尼泊尔Gorkha M_W7.9地震与Kodari M_W7.3地震InSAR数据反演及其应力触发分析

根据喜马拉雅断裂系的构造形态,采用缓倾角反铲型断层模型模拟MHT上地震破裂部分的坡坪式发震构造。利用Alos-2及Sentinel-1获取的InSAR数据,反演获得了2015年尼泊尔Gorkha地震及其最大余震Kodari地震的同震滑动分布模型。与单独利用Alos-2或Sentinel-1 InSAR数据的反演结果相比,利用Alos-2和Sentinel-1 InSAR数据联合反演能够提供Gorkha地震破裂的更多细节信息,尤其对深部信息的约束更加明显。联合反演得到的破裂深度最大可达24km,穿过了该区域的闭锁线,到达了闭锁和蠕滑的转换区域。反演的断层模型倾角在3°~10°之间,最大滑动量出现在地下17km处,约4.5m。Gorkha地震和Kodari地震发震性质相似,都是发生在MHT断层上的低角度逆冲型地震,其中Gorkha地震略带右旋分量。反演结果还显示,Gorkha地震与Kodari地震的破裂滑动在空间上存在互补性,Kodari地震就发生在Gorkha地震的破裂空区内。通过计算Gorkha地震对Kodari地震发震断层的库仑破裂应力加载,发现Kodari地震震中恰位于库伦破裂应力正负交界区域,库仑破裂应力加载达0.4MPa,表明Kodari地震可能受到了Gorkha地震的触发。     

华北地区700年来地壳应力场演化与地震的关系研究

目前地震断层相互作用问题已引起地震学家的广泛关注。许多研究表明一条断层的破裂可以影响附近其他断层趋于破裂的进程，两条断层间的确切作用取决于它们的相对位置、破裂机制、错动量和介质力学性质。本研究给出了华北地区700年来由于长期构造加载及地震断层错动导致的累积库仑破裂应力变化(ACCFS)的演化过程。长期构造加载场由GPS观测得到的地壳平均应变率场给出。关于历史地震断层破裂参数的估算，根据的是华北地区有现代仪器记录的大震资料归算地震烈度与断层破裂长度、震级和地震矩的统计关系；根据地质调查得到的地震断层走向、倾角以及本地区的构造应力场方向估计滑动角。考虑粘弹性成层介质地壳模型，计算长期构造加载和地震形变(同震及震后介质粘弹性驰豫变形)造成的累积应力场变化。将累积应力场变化投影到后续地震断层面和滑动方向上得到△CCFS，并研究其对后续地震发生的触发作用。对1303年以来华北地区发生的49个M≥6．5地震研究结果表明：ACCFS对48个后续地震中的38个有触发作用，触发率达到79．2％。应用当今累积应力场变化于华北地区1303年-2003年发生的M≥5地震，我们发现触发率达到75．5％，于1976年以来发生的M≥5地震触发率达82．1％。未被触发的地震中有些是发生在断层破裂区附近的余震，很可能是由于历史地震破裂参量估计的误差落入影区中，若排除这些影响，触发率会更高。研究表明ACCFS与发生的后续地震有很好的相关性。当前ACCFS显著上升的地区包括渤海及其邻域地区、西秦岭北缘断裂带、张家口-渤海地震带西端和太原盆地，其地震危险性应引起重视。     

InSAR数据约束的2022年1月8日青海门源MS6.9地震发震构造研究

利用Sentinel-1A卫星升降轨道数据和D-InSAR技术获得青海门源2022年1月8日M_S6.9地震的同震形变场,并基于弹性半空间位错模型反演其震源参数,利用分布滑动模型确定断层面上的滑动分布。结果表明,2022年1月8日青海门源地震的同震形变场沿NWW-SEE方向分布;断裂带南缘升轨影像和降轨影像最大视距分别为61 cm和62 cm,断裂带北缘升轨影像和降轨影像最大视距地表形变量分别为43 cm和56 cm。InSAR同震形变场断裂尺度模型断层长30 km,宽18 km,最大滑移量3.5 m;断层滑动分布模型表明该地震为左旋走滑地震。结合冷龙岭断裂的运动特征和几何特征,初步确定此次M_S6.9地震的发震断裂为冷龙岭断裂     

利用InSAR资料反演缅甸Mw6.8地震断层滑动分布

2011年3月24日缅甸东北部发生M_w6.8级地震.本文利用覆盖该地区的升降轨ALOS PALSAR数据,获取了该次地震的同震形变场,并采用灰度配准技术获取了其地表破裂位移.针对影像中因轨道不精确造成的非线性长波长误差,本文采用二次多项式曲面法予以去除,获取了更为精确的同震形变场.最后,基于弹性半空间形变模型反演了该地震的断层滑动分布.结果表明,该地震断层滑动以左旋走滑为主,兼具少许的倾滑运动分量,断层滑动主要集中分布在断层面0~10 km深度范围,最大滑动量达5 m,位于地表以下5 km深处.反演获得的地震标量矩为2.49×10¹⁹N·m,震级约为M_w6.8级.     

2021年青海玛多MW7.3地震同震和早期震后断层滑动模型及发震构造摩擦属性

地震同震和早期震后断层滑动是研究发震断层深浅部孕震形态及摩擦性质的重要手段.本文基于雷达干涉测量(InSAR)数据获得了玛多地震同震和早期震后形变场,并反演得到了发震断层的滑动分布模型.研究结果表明同震滑动主要分布在上地壳浅部,并且存在多个滑动亏损区域.发震断层在东端分叉处的倾向与主断裂和西端倾向相反.基于N-SBAS方法获得的震后4.5个月形变场显示,断层近场震中区域的累积形变量达5 cm,远场区域累积形变达2 cm.震后早期余滑分布在断层浅部和深部以及两侧的横向延展区域;部分余滑区域与同震区域重叠.其中,上地壳浅部的余滑达20 cm且填充了同震滑动亏损.时序地震矩显示上地壳浅部区域在震后快速余滑而深部稳定滑动,表明了发震断层区域的复杂摩擦属性.     

2015年尼泊尔地震三维发震构造及地震危险性研究

2015年4月25日尼泊尔M_W7.8地震发生在喜马拉雅造山带上,人们普遍认为该地震不足以释放该造山带上累积的能量,但对该地区后续地震危险性评价多基于二维或是假三维的形变反演计算结果.本研究从2015年尼泊尔地震主震与其最大余震M_W7.3地震之间的关系出发,着重分析讨论了尼泊尔地震的时间和空间的非均匀性,结合震源机制解、地壳速度结构、精定位后的余震分布及InSAR反演结果,建立了三维发震构造模型,利用非线性摩擦有限元方法,对一个地震周期内断层摩擦行为和块体变形进行了模拟,将计算结果和地表同震形变、形变反演的同震破裂、历史地震时空演化进行对比,在确认该三维模型可靠性的基础上,讨论了该地区后续地震的可能位置,认为在1934年比哈—尼泊尔M_W~8.1地震以东区域,还存在发生大地震的可能,在最大余震M_W7.3地震东南部位,还存在发生中大地震的可能.     

断层同震滑动的实验模拟——岩石高速摩擦实验的意义、方法与研究进展

岩石摩擦实验是断层力学和震源物理实验研究中主要的手段之一.传统低速率的岩石摩擦实验与以之为基础建立的速率状态变量摩擦本构关系理论体系,对于认识断层摩擦滑动稳定性和地震成核等地震成因机制问题具有重要意义.近20年来,断层力学领域兴起了用于模拟断层同震动态滑动的岩石高速摩擦实验.这种新的实验模拟方法揭示出断层同震滑动存在明显的摩擦生热效应,断层的力学性状主要表现为显著的滑移弱化和速度弱化,断层带物质在断层高速滑移过程中经历了各种复杂的物理化学变化.这些研究成果对于认识和评估断层同震弱化机制、断层带强度、地震能量分配、断层破裂模式、断层愈合等问题均具有重要启示.本文对岩石高速摩擦实验的意义、方法与研究进展进行了总结,提出了目前的前沿性问题和值得开展的工作.