1990年青海共和7.0级地震震后垂直形变研究

根据1990年青海共和地震震后地表垂直形变,通过模型拟合得到了支配共和地区震后形变场时空演化的形变源及其力学机制.分析穿过断层的震前1期和震后6期水准数据,结果表明震后垂直形变具有以下特征:①震后震区上盘继续发生继承性的大幅度上升,其中震后头一年上升速率最大;②震后上升区范围显著,范围随时间变化不大,但较同震形变上升区范围增大;③震后相邻测站高差观测值的时间序列明显具有对数衰减特征或指数衰减特征,衰减特征时间分别为0.165年和1.344年.本文还发展了一个利用水准数据与连续介质位错模型研究震后形变机制的新方法.该方法用相邻水准点之间的原始高差观测值而非它们相对参照点的积分值来约束连续介质位错模型,可以有效减少误差累积带来的偏差并充分利用观测数据.利用这一方法的初步分析结果表明,断层震后滑移和介质黏弹性松弛共同导致了共和地震震后形变.前者表现为发生在断层面及其延伸部分的滑移,特别是位于主破裂上方沉积层内的滑移;后者则表现为下地壳与上地幔内的黏弹性松弛,黏滞系数为1020Pa.s量级.     

基于GPS观测研究2010年青海玉树MS7.1地震震后地壳形变特征及其机制

2010年4月14日青海玉树M_S7.1地震发生在青藏高原东南部甘孜-玉树地震带,在震后7~10天内,我们快速建立了由15个GPS测站组成的跨地震破裂带观测剖面,包括1个连续站,3个半连续站和11个流动站,对所有站进行了240多天的观测,获取了该次地震的震后形变时空特征.采用欧拉矢量和位错模型解算了背景速度场,并从GPS观测的形变场中扣除该分量.采用分层黏弹性位错模型计算余震引起的地表形变,结果表明余震对部分测站的位移造成不可忽视的影响.采用对数模型拟合位移时间序列,表明特征衰减时间为6.7±1.2天.利用最速下降法反演震后余滑时空分布,反演结果表明震后断层活动以左旋滑动为主,断层南盘具有少量的抬升.在空间分布上,余滑主要位于同震破裂区的两侧,西北侧的余滑几乎达到地表,而东南区的余滑基本在同震破裂区的下方,余滑最大的区域位于结古镇东南下方10~20 km的深度范围.随着震后离逝时间的增加,2个余滑区在空间上保持不变,余滑区的面积逐渐扩大.余滑的矩释放为（1.5~5.1）×10¹⁸Nm,相当于1个M_W6.1~6.4地震释放的能量.分层岩石圈黏弹性模型计算的地壳孔隙弹性反弹形变与地表观测值相差较大,不能解释观测到的震后变形.采用麦克斯维尔流变体模型计算下地壳和上地幔松弛引起的地表形变,显示出其对地表形变的贡献较小.GPS观测得到的震后形变所具有的快速衰减特征,以及余滑模型能够较好地拟合GPS地表形变,表明2010年玉树M_S7.1地震后早期阶段的地壳形变主要是由余滑机制决定的.     

从震后形变探讨青藏高原下地壳黏滞系数

青藏高原下地壳黏滞系数究竟是多少,已成为深入定量研究中的突出问题,它的数值量级将极大地影响定量模拟的结果．为了获得青藏高原下地壳的黏滞系数,从3条途径对该参数进行了计算：一是基于对青藏高原深部温度状态改进了的估计,用流变定律和GPS求得的应变速率对高原北部下地壳黏滞系数重新进行了估算,获得的昆仑山地区中地壳等效黏滞系数为10^20～10^22Pa．S量级,下地壳等效黏滞系数在10^19～10^21 Pa．s之间．二是用3种流变模型对2001年昆仑山Ms8．1级地震震后跨断层GPS站点记录到的震后变形进行了模拟,得到的下地壳黏滞系数为10^17 Pa．s量级．三是用黏弹性模型对炉霍地震后的跨断层形变曲线进行了拟合,得到的下地壳黏滞系数为10伸Pa．s量级．前人研究等效黏滞系数时忽视了等效黏滞系数与应变速率存在的非线性关系,本研究结果协调地解释了实验室实验、大地震后较短时期的变形和大地震后较长时间变形下,其等效黏滞系数存在差异的问题．     

基于2001年MW7.8可可西里地震震后形变模拟研究藏北地区岩石圈流变学结构

青藏高原岩石圈的流变学结构和形变机制是地学界长期争论的重大科学问题.2001年发生在东昆仑断裂带的M_W7.8可可西里地震造成青藏高原北部地区岩石圈构造应力场的很大改变,引起下地壳与上地幔的快速弛豫形变,从而为研究这一问题提供了难得的机会.本研究采用该区域的GPS震后观测,反演这一地区岩石圈的流变学参数并探讨其形变机制.反演所采用的数据来自45个GPS观测点,其中包括一个中国地壳运动观测网络的基准站,数据最长时间跨度达6.4年.大地震震后形变场主要来源于地壳、上地幔的黏弹性松弛与断层面上的震后余滑,因此本研究同时反演介质的黏滞系数和断层的震后余滑.考虑到东昆仑断层南侧的巴颜喀拉-羌塘地区与北侧的柴达木盆地地区具有明显不同的地壳结构,断层南北两侧采用不同的Burgers体流变学结构,其下地壳-上地幔的短期和长期黏滞系数采用网格搜索法获得;断层震后余滑反演则同时施加近似正比于库仑应力的约束.最终结果显示：东昆仑断层北侧柴达木盆地地区下地壳-上地幔短期和长期黏滞系数分别为5×10¹⁸ Pa·s和1.5×10²⁰ Pa·s;东昆仑断层南侧巴颜喀拉-羌塘地区下地壳-上地幔短期和长期黏滞系数分别为1.5×10¹⁸ Pa·s和1.5×10¹⁹ Pa·s.这一结果表明：巴颜喀拉-羌塘地区下地壳-上地幔黏滞系数显著低于柴达木盆地,意味着巴颜喀拉-羌塘地区下地壳可能存在部分熔融,其地壳形变模式更趋近于连续形变,而柴达木盆地形变模式更趋近于块体运动.研究区下地壳长期黏滞系数比下地壳流模型所主张的黏滞系数高2~3个数量级,表明下地壳流在本地区可能不存在.     

大森-宇津定律的一种可能机制以唐山大地震为例

为了探讨大森-宇津定律的物理机制, 本文在余震区等效黏度远低于其外部, 且构造应力场在整个余震活动时间间隔内基本保持不变的假设条件下, 提出了一个开尔文黏弹性地震震源体概念模型． 该模型可用于模拟主震后断层蠕变和震源区应力调整触发的余震序列以及蠕变停止后余震终结、 介质恢复到弹性状态、 断层重新闭锁和积累下一次地震的整个过程． 有限元方法可用来计算非均匀黏弹性地震震源体模型中主震和每次余震所引起的应力场及其随时间的演化过程． 在此基础上, 采用开尔文黏弹性地震震源体概念模型和有限元方法模拟了1976年唐山M_S7.8地震余震序列． 结果表明: 经验的大森-宇津定律可以用开尔文黏弹性震源体模型来解释, 这意味着余震衰减的频度取决于蠕变的速率; 余震序列持续时间受控于震源体的黏度, 即黏度越大, 蠕变时间越长, 余震持续的时间也就越长．      

GRACE观测的区域重力场变化与大地震关系探讨

利用GRACE重力卫星观测资料, 系统地分析了喜马拉雅俯冲带及周边几次7级以上大地震前后的区域重力场变化特征。 研究发现, 2005年巴基斯坦M_S7.8、 2008年汶川M_S8.0、 2011年缅甸M_S7.2、 2013年芦山M_S7.0和2015年尼泊尔M_S8.1等大地震都发生在重力显著变化区域及周边, 地震前几年开始区域重力在原变化趋势下呈现快速减小特征, 而后, 减小后的重力恢复增加, 大地震均发生在这种重力变化过程中。 大地震前的这种重力变化过程与苏门答腊M_W9.3和东日本M_W9.0地震的同震和震后区域重力变化过程类似, 只是幅度要远远小于这两个地震的同震和震后变化, 而且重力减小恢复较快。 综合分析认为喜马拉雅俯冲带及周边区域几次7级以上大地震前后的区域重力变化, 都与巨大地震过程中, 板块活动调整的弹性变形、 区域地下深部地幔物质运移和热引起的区域气候改变有关。 据此, 为区域重力变化的共同特征提出一种物理过程模式解释。 苏门答腊M_W9.3及其巨大余震过程中, 喜马拉雅俯冲带局部区域出现地壳的拉伸、 下沉, 一段时间后, 转变为挤压、 抬升。     

东昆仑活动断裂带大地震之间的黏弹性应力触发研究

对青藏高原北部东昆仑破裂带大地震之间的应力转移和断层相互作用进行研究. 考虑1937年以来沿此破裂带发生的5个M≥7的地震：1937年M7.5花石峡地震，1963年MS7.1都兰地震，1973年MS7.3玛尼地震，1997年MW7.5玛尼地震和2001年MW7.8可可西里地震，模拟了黏弹性成层介质中地震断层错动产生的应力演化过程，并计算了在后续地震破裂面上产生的库仑破裂应力变化. 结果表明，前面4个地震均造成2001年可可西里地震断层面上库仑破裂应力的增加，并且中地壳和下地壳的黏弹性松弛效应使得库仑破裂应力场随着时间的推移而逐渐加强. 在计算过程中定量估计了可可西里地震发生时前面4个地震同震形变和黏弹性松弛导致可可西里地震破裂面上库仑破裂应力变化之间的比值，发现前3个地震由黏弹性松弛造成的变化远远大于同震形变所造成的变化. 可可西里地震之后应力场的模拟表明东昆仑断层中段的东大滩－西大滩断层段（位于可可西里地震破裂以东及都兰地震以西）的库仑破裂应力显著增加，变化值达0.05～0.1 MPa，预示这一地区地震危险性的增加.     

利用震后GPS数据反演汶川地区有效黏滞系数

利用2009—2011年汶川震区GPS水平速度场数据,综合考虑汶川震后的余滑模型、黏弹性松弛模型及用于描述地壳长期运动的弹性块体模型,采用格网搜索法反演了汶川震区中下地壳的有效黏滞系数.地壳介质黏滞系数不同是造成震后断层两侧地壳水平运动差异的主要因素.研究发现,龙门山断裂带两侧中下地壳介质的黏滞系数差别很大.龙门山断裂以西川西块体中下地壳(16—40km)的有效黏滞系数约为7×1019Pa·s,而龙门山断裂以西、岷江断裂以东的岷江地块中下地壳(16—40km)的有效黏滞系数约为1020Pa·s,比川西地块大.龙门山断裂以东的四川盆地中下地壳(16—40km)的有效黏滞系数约为7×1022Pa·s,比岷江地块和川西地块均大,呈现极强的刚性运动特点.此外,由于同震破裂滑脱面的存在,震中附近的余滑效应比较显著.     

GPS测得的汶川大地震同震位移

2008年汶川8.0级地震是建国以来破坏最惨重的大地震,是发生在地震前后GPS观测资料最多,震中在连续观测网中部及非连续观测站相当密集的地区.许多GPS连续观测站测得汶川地震同震位移.同震位移具有突变性和时间上的同步性以及变化幅度的显著性,是最确凿的与地震直接相关的地壳运动现象.震区外GPS连续观测站位移时间序列表明,此次大地震同震水平位移范围大,远离震中的许多地区观测到同震水平位移,与震前位移对比表现为弹性回跳.GPS连续观测站震前水平位移和同震水平位移过程揭示了此次地震震前大范围有显著变化的观测站水平位移与地震孕育过程的联系.但华北及邻近地区无明显同震水平位移.震中区外均未观测到明显的同震垂直位移.震区GPS站观测到的同震位移则主要为永久形变,不仅有大幅度的水平位移,也有幅度相对较小的垂直位移.本文研究了汶川地震同震位移的特点与机制,并由此进一步讨论此次大地震的成因、前兆地壳运动特征及其复杂性.     

2020年7月12日唐山古冶MS 5.1地震震源参数

利用河北及邻区地震台网提供的震相观测报告,使用双差定位方法,对2020年7月12日唐山古冶M_S 5.1地震序列进行重新定位,并基于部分地震台站记录的波形资料,采用近震全波形方法,反演得到主震震源机制解。精定位结果显示,此次地震序列展布长度约8 km,余震自主震位置向SW扩展,震源深度优势分布范围在10—18 km,发震断层面较陡,倾向SE。震源机制解显示,主震为一次走滑型事件,结合序列展布形态和地震活动背景,SW—NE向近似直立节面为可能发震断层面,与1976年唐山M_S 7.8主震断层特征基本一致。综上所述,古冶M_S 5.1地震为唐山M_S 7.8地震的又一次余震,属唐山老震区正常地震活动。     

1976年唐山强震群震后库仑应力演化及其与2020年古冶5.1级地震的关系

采用能够综合协调长期变形和震后短期变形的Burgers流变模型,模拟了1976年唐山强震群引起的震后形变场以及同震和震后库仑应力变化。结果显示:1976年唐山强震群中主震的两个破裂面以及滦县和宁河两次强余震均对2020年古冶5.1级地震表现为库仑应力加载。岩石圈粘弹性松弛效应引起的库仑应力变化显示,震后15年前后,库仑应力演化状态呈现显著的差异性:震后15年内,库仑应力变化剧烈;而震后15年后,库仑应力呈现缓慢的稳定增加状态。该过程与唐山强震群余震区地震活动过程相似,可能暗示1976年唐山强震群余震区应力调整过程已基本稳定。     

2020年7月12日河北唐山5.1级地震总结

系统梳理2020年7月12日唐山古冶区5.1级地震前出现的地震活动和地球物理观测等异常,结果如下：①地震活动：震前存在地震平静、小震高频、中等地震成组等中短期异常;②地球物理观测：震前主要为电磁和流体异常,短期异常主要分布在震中100 km范围内;③震后回溯：北京及周边震前存在地震发生率异常,利用其他综合方法主要识别出年尺度异常。此次唐山5.1级地震发生在1976年唐山7.8级地震余震区,而7.8级地震序列地震活动呈非均匀衰减特征。此次唐山5.1级地震震源机制为走滑型破裂,截至7月31日,序列b值为0.70、h值为1.8,序列参数基本正常。综合分析认为,此次地震发生前,地震活动中短期异常较显著,地球物理观测异常占比明显偏低;震前对该区域出现的中期和短期异常有所察觉,但短期异常的预测强度偏低,震后总结时按震前异常预测的地震强度为4—5级,接近实际发生地震的强度。     

1999年台湾集集地震震后地表变形的力学机制

1999年台湾集集地震震后450天的GPS观测资料显示了几十到几百毫米的地表位移.下地壳的震后黏性松弛和断层无震蠕变产生的震后滑动是用来解释地表震后变形的两个主要机制.本文利用接触问题的黏弹性有限元(LDDA)方法,以GPS观测数据作为约束,分别考察了黏性松弛和震后滑动机制对地表震后变形的影响.计算结果表明,黏性松弛机制产生的地表位移与观测数据吻合较好,通过试错法由震后GPS观测约束得到的下地壳黏度为10¹⁷Pa·s,而上地幔黏度对计算结果影响不大.考察震后滑动机制对地表变形的影响时,在LDDA方法中结合了速率状态摩擦定律,结果显示震后滑动机制不能很好地解释震后450天的观测数据,它产生的地表变形只在震后50天内与观测大致吻合,之后位移值基本不随时间变化.这些结果有助于增进对集集地震震后变形机制的认识.     

2010年MS7.1级玉树地震同震库仑应力变化以及对2011年MS5.2级囊谦地震的影响

2010年4月14日青海省玉树藏族自治州发生M_S7.1级地震.和传统的板内地震相比,玉树M_S7.1级地震的余震具有数量少、震级大的特点.研究玉树地震主震与余震之间的关系,对于我们了解余震的发震机理具有十分重要的参考价值.本文利用弹性位错理论和分层岩石圈模型,计算玉树地震引起的同震及震后黏弹松弛应力场变化,讨论M_S7.1级玉树地震对余震分布的影响以及与2011年囊谦M_S5.2级地震之间的触发关系.结果显示,玉树地震导致了四处明显的库仑应力增强的扇区,2010年4月13日至6月17日的870次M_L>1.0级余震主要分布于主震破裂面附近区域以及破裂面东北端的应力增强扇区.分析玉树地震对余震分布的影响时,有效摩擦系数以及计算深度的选取对计算结果的影响较小,是否考虑区域构造应力场的影响较大.考虑区域构造应力场时,占总数86.7%的余震位于库仑应力增强区,地震应力触发理论较好地解释了余震的分布.选取囊谦地震震源机制解的两个节面作为库仑应力计算中的接收断层参数,并且考虑不同黏滞系数下的玉树地震同震及震后黏弹松弛效应,模型计算结果均表明囊谦地震位于玉树地震所导致应力影区,仅依靠地震的静态、震后黏弹松弛应力触发理论,无法解释囊谦地震的发生,说明该次地震可能是一次独立的事件.     

2020年4月1日四川石渠5.6级地震总结

系统梳理2020年4月1日四川石渠5.6级地震震前地震活动异常特征、地球物理观测异常以及区域构造情况,结果如下:①地震活动:石渠5.6级地震震中区域属于历史弱震区,震前出现前兆震群,也是其前震活动;②地球物理观测:出现8项异常,其中形变5项,电磁3项,且电磁异常对于该地震具有预测意义;③综合方法:地震发生前,震中附近存在W_q值异常。石渠5.6级地震发生在五道梁—长沙贡玛断裂带上,震源机制解显示为走滑型破裂。该序列类型为前震—主震—余震型,主震前存在明显的前震活动,余震较为丰富,序列活动呈阶段性衰减特征。综合分析认为,对于历史弱震区,可以通过分析地球物理观测异常和地震活跃时段的b值,为区域地震危险性评估提供依据,同时可利用地震序列参数h值和b值,对震后余震水平进行有效评估。     

Rapid afterslip and short-term viscoelastic relaxation following the 2008 M_W7.9 Wenchuan earthquake

Significant postseismic deformation of the 2008 M W 7.9 Wenchuan earthquake has been observed from GPS data of the first 14 days after the earthquake. The possible mechanisms for the rapid postseismic deformation are assumed to be afterslip on the earthquake rupture plane and viscoelastic relaxation of coseismiclly stress change in the lower crust or upper mantle. We firstly use the constrained least squares method to find an afterslip model which can fit the GPS data best. The afterslip model can explain n...     

昆仑山Ms 8.1级地震震后变形场数值模拟与成因机理探讨

2001年11月14日,在青海和新疆交界处发生了昆仑山M_s8.1级强烈地震,GPS后观测显示,此次地震震后形变不仅在断裂南北两侧存在很大的差异,而且在短时间调整后断裂南北两侧表现为同向运动.本文以观测的地震形变为约束,通过有限元数值模拟分析昆仑山地震震后形变的物理机制.建立有关的有限元虚功方程,通过有限元数值方法模拟震后形变,从理论上分析介质的非均匀性、黏滞性松弛、流体调整对震后形变的影响.采用网格搜索确定昆仑断裂南北两侧下地壳的黏滞系数分别为5.0×10¹⁷Pa·s, 9.0×10¹⁸Pa·s左右,正是这十余倍的差异引起了断裂两侧震后形变的非对称性和同向运动,这一差异既是长期地质作用的结果,又是现代地球动力学环境的决定因素之一.通过数值模拟定性讨论了断裂北侧地表形变在震后短期内的调整,对于靠近断裂附近的测点可能是黏弹性松弛和孔隙流体调整共同作用的结果,所以在分析短期震后形变时综合考虑黏弹松弛和孔隙流体调整是很有必要的.     

2019年6月17日四川长宁MS6.0地震序列震源机制解与发震构造分析

2019年6月17日,在青藏高原东缘四川盆地南缘宜宾市长宁县发生M_S6.0地震,其后5天内相继发生了珙县M_S5.1、长宁M_S5.3和珙县M_S5.4强余震;7月4日,在珙县珙泉镇再次发生M_S5.6地震.因灾害叠加,本次地震序列导致13人死亡,200多人受伤,大量房屋受损,造成了重大的人员伤亡和财产损失.本文基于四川区域地震台网提供的地震资料,采用多阶段定位方法,对长宁M_S6.0地震序列早期（2019年6月17日至22日）余震进行了重新定位,同时,利用CAP波形反演方法,获得了序列中截止至7月4日的16次M_S≥3.6地震的震源机制解与震源矩心深度,对该序列的发震构造进行了初步分析.长宁M_S6.0地震序列重新定位后的610次M_L≥1.5地震分布显示余震区呈NW-SE向展布,长约25 km,宽5 km;序列震源深度在0~10 km区间,深度均值约3.2 km,但空间上呈西深东浅的分布特征.长宁M_S6.0地震位于余震区的东南端,具单侧破裂特征.CAP波形反演结果显示长宁M_S6.0地震序列以逆冲和逆冲兼走滑型地震为主;16次M_S≥3.6地震的震源矩心深度在1~7 km范围,平均深度3.5 km,与定位结果一致,揭示本次长宁地震序列发生在上地壳浅部.根据序列空间分布、震源机制解及震区构造特征,推测本次长宁M_S6.0地震序列的发生可能与长宁—双河复式大背斜中白象岩—狮子滩背斜和双河场褶皱及其伴生断层活动有关,位于余震区西北段的6月17日珙县M_S5.1、22日珙县M_S5.4及7月4日珙县M_S5.6地震应为6月17日长宁M_S6.0地震触发白象岩—狮子滩背斜伴生断层活动所致.序列发震构造整体呈NE-SW向挤压为主、兼具一定NW-SE向拉张分量的构造变形特征,与南侧2018年12月16日兴文M_S5.7和2019年1月3日珙县M_S5.3地震所呈现的NW-SE向挤压、NE-SW向拉张构造变形特征具有显著差异,揭示四川盆地南缘地带处于构造变形模式的转换区域,所处构造环境的变化导致本次长宁地震序列震源区及附近区域发震构造变形特征具有复杂性.     

中国及邻域强震震后变形监测及岩石流变性质研究

大地测量技术观测的震后变形是地壳和地幔岩石对同震应力扰动的变形响应,震后变形的强度及时空演化特征主要受断层面的摩擦性质、下地壳及上地幔岩石的流变参数等控制。震后大地测量被广泛用于研究断层及深部岩石的流变性质及其动力学过程,是对岩石力学实验、冰后回弹等手段探测结果的检验和补充。本文回顾性地总结了中国及邻域中强地震震后变形监测成效,这些震例主要集中在青藏高原内部和边界带。通过对包括昆仑山口西地震、汶川地震和尼泊尔地震在内的发生在青藏高原及周缘的强震震后变形机制、岩石圈流变参数约束等方面的研究,大大提升了对青藏高原不同区域深部岩石流变结构和性质的认识,为研究地震周期变形、地震危险性、青藏高原的形变模式、高原演化动力学提供了观测依据和定量参数。同时,指出进一步约束青藏高原深部岩石流变参数,一方面需要进一步提高西部地区连续GNSS监测能力,另一方面需要与地球物理成像技术进行融合。