1900年以来巴颜喀拉块体应力演化与周缘强震关系的数值模拟研究

以巴颜喀拉块体为研究对象,考虑区域地质构造差异,主要活动断裂带,活动块体和边界断裂带的划分结果,引入深部三维速度结构,建立能反映地表起伏和岩石圈分层结构的青藏高原地区三维黏弹性有限元模型.以地壳水平运动速率观测值和最大主压应力方向测量值为约束条件重建研究区现今构造背景应力场.在此基础上模拟了自1900年以来巴颜喀拉块体周缘的7级以上强震序列,从库仑破裂应力角度研究了应力演化与强震的关系、强震之间的相互作用关系以及长期构造加载对强震的影响.研究结果表明,巴颜喀拉块体周缘强震的发生可能与震源区总应力的增加有关.2008年汶川地震导致龙门山断裂带南段应力增加,表明汶川地震对2013年芦山地震有促进作用.鲜水河断裂带上的7级以上强震序列对发生在邻近龙门山断裂带上的2008年汶川地震和2013年芦山地震有延迟作用.     

从库仑破裂应力和余震分布角度探讨汶川地震和芦山地震的关系

本文以龙门山及周边地区为研究对象,考虑区域地质构造差异、主要活动断裂带、地表附加重力影响,建立能反映地表起伏和岩石圈分层结构的龙门山地区三维粘弹性有限元模型。以地壳水平运动速率观测值为约束条件重建研究区现今构造背景应力场,在此基础上分别模拟了汶川地震和芦山地震的发生机理。通过分析同震库仑破裂应力变化与余震空间分布的关系,探讨了2次地震主震对余震的触发作用以及汶川地震对芦山地震的影响。研究表明,汶川地震和芦山地震的余震大部分由其主震触发,汶川地震对芦山地震的余震有约6.78%的触发作用。汶川地震的同震库仑破裂应力在芦山地震主震位置的增加值约为0.016MPa,如果龙门山断裂带南段库仑破裂应力年累积速率按照0.4×10-3-0.6×10-3MPa·a-1计算,汶川地震使芦山地震提前了约27-40年。计算还表明汶川地震和芦山地震的发生使鲜水河断裂带南段和虎牙断裂的库仑破裂应力增加,这些断裂带在未来发生地震的可能性增加。     

库仑应力计算及应用过程中若干问题的讨论——以汶川地震为例

大地震发生后,估计后续地震发展趋势是人们关心的问题.目前,学术界经常利用大地震造成的库仑应力变化研讨大震对后续地震的影响,但库仑应力的计算和应用中尚有一些问题被忽视而有待探讨.本文修正了传统的库仑应力计算中沿地震破裂面滑动方向计算剪应力变化的近似方法,考虑震后主应力方向可能改变对剪应力变化量计算的影响,对改进方法和传统方法获得的结果进行了对比分析.本文基于龙门山地区背景应力场测量资料,根据不同研究者反演的地震破裂模型,计算了汶川地震造成的静态库仑应力变化,考察了不同地震破裂模型下库仑应力分布差异.在断层面附近,使用改进方法与传统方法计算的库仑应力分布差异相当大;利用多个地震破裂模型计算大地震库仑应力判断大震后余震发展趋势时,要注意破裂模型不确定性对危险性估计的影响.     

北祁连山东段强震间静态库仑应力变化与触发作用研究

基于Coulomb3.3软件,通过研究地震累加与单震的库仑应力变化对后续地震的触发关系,对北祁连山东段及邻区自1561年以来的9次强震静态库仑应力变化进行了研究。结果表明：对于叠加现象来说,后一地震事件除了门源地震落在应力影区外,先前地震活动对后续地震都产生了明显的触发作用,库仑应力变化在0.1~4.066 bar之间;而对于单独事件的应力变化,断层距较小的地震之间相互触发的影响较大。根据库仑应力变化和年应力累积量的比值,得出地震在没有先前地震作用下还需要的应力累积时间。最后根据大震后区域断裂库伦应力变化及断裂强震活动历史等特征,对本区未来强震地震危险性进行分析,得出本区未来地震危险区位于云雾山断裂以及天祝-景泰—古浪一带的金强河断裂上。     

新疆地区区域应力场特征及强震间库仑应力变化探讨

首先利用新疆地区自1900年以来的828个M_S≥3.0地震的震源机制解,采用区域应力张量阻尼反演方法获得新疆地区区域应力场特征,结果显示新疆地区区域应力状态大多数地震为逆断和走滑性质,最大水平主压应力优势方位近SN向,伴有局部地区的拉张和剪切作用。然后根据区域应力场特征及区内强震空间分布特征,划分为天山地区、喀什—乌恰地区以及昆仑—阿尔金三个地区,并对区内强震间的库仑应力变化进行计算。得出天山地区强震对后续地震的发生几乎影响不大,个别地震存在延缓发生的现象;喀什—乌恰交汇区是强震多发区,且震中位置分布较密集,地震之间触发或延迟作用明显;昆仑—阿尔金地区除2008年于田地震对2014年于田地震的发生有一定的触发作用外,其他地震之间的影响作用不大。最后,计算强震对周边断层的库仑应力变化,结果发现博罗科努断裂西侧中段、卡兹克阿尔特断裂西段、木吉断裂西段以及和田断裂西段不同程度的库仑应力增加,具有一定的地震危险性。     

鲜水河断裂带库仑应力演化与强震间关系

以鲜水河断裂带为研究区,首先验证了该断裂带上1893年以来M6.7以上地震的相互触发作用,然后采用更符合实际的分层黏弹介质模型研究强震震后黏滞松弛引起的库仑应力变化对后续地震的影响,并基于负位错理论计算鲜水河断裂带10个断层段的震间长期构造加载作用引起的断层上的应力积累.在此基础上,讨论同震、震后、震间效应引起的累积库仑应力变化与区域强震活动的关系,给出断层上库仑应力随时间的演化.结果表明,鲜水河断裂带上1893年以来发生的7次强震均在其前面一系列强震及构造应力加载的驱使下发生,同震、震后、震间三方面效应均引起了鲜水河断裂带不可忽略的库仑应力变化.对断层上的库仑应力状态的研究,可进一步为揭示地震的发生规律、找寻危险断层段提供线索.     

唐山地震序列应力触发的粘弹性力学模型研究

根据前人对唐山地震破裂分布、地壳波速和粘性结构的研究,考虑局部应力场、孔隙流体压力和断层附近软介质的影响,计算了唐山地震产生的,投影到后续大余震断层面和滑动方向上的库仑破裂应力变化。结果表明,随后发生的滦县地震和宁河地震均发生在唐山地震产生的库仑破裂应力变化为正的区域。为研究唐山地震、滦县地震和宁河地震对后续小震的触发作用,根据前人对该地区构造应力场和地震破裂分布的研究,假定构造应力量值为10 MPa,求得了震源附近各处可能的小震震源机制。将上述3次地震产生的应力变化投影到可能的小震破裂面和滑动方向上,发现唐山地震、滦县地震和宁河地震产生的正库仑破裂应力变化的ldquo;蝴蝶rdquo;形分布与后续小震发生的空间分布具有较好的一致性,95%的余震发生在库仑破裂应力变化增加的区域,说明唐山地震序列中前面的大震对后续小震的发生起到了调制作用。该研究结果对大震后余震的危险性快速评估具有一定意义。如果大地震发生后能够快速确定详细的破裂分布和震源区域详细断层及滑动特性资料,本文方法可用来预测未来大余震的发震位置。      

库仑应力变化及其在地震学中的应用研究进展

首先介绍了库仑应力的定义及其物理含义。阐述了库仑应力在强震对余震的触发作用、强震对后续地震序列的触发、应力影区对地震的抑制作用、地震活动性分析以及相关软件的应用等五个方面的应用研究进展。最后探讨了库仑应力在地震学应用中存在的不足与前景。     

龙门山地区历史强震相互关系的数值模拟实验研究

<正>龙门山地区位于青藏高原巴颜喀拉地块东部,自20世纪以来相继发生了6次7级以上强震,它们之间的相互关系值得深入研究。本文采用数值模拟方法,建立龙门山地区三维粘弹性分区分层模型,首先重建了与地表观测资料基本吻合的现今构造应力场,在此基础上,依次模拟了6次7级左右地震,从库破裂应     

从应力演化角度讨论龙门山区域7级强震序列对芦山地震的影响

计算包括同震静态库仑破裂应力变化以及震后黏滞松弛引起的应力变化等,可以更好地解释余震分布、地震序列等地震观测结果。在芦山地震之前,从1900年以来龙门山区域发生了4次7级以上地震,分析这几次地震的同震应力变化以及震后黏弹性松弛对芦山地震的产生的影响,芦山地震以后区域断裂带上的应力伴随强震如何演化,芦山地震与汶川地震的破裂空段呈现何种应力状态,探讨这些问题可能会为了解芦山地震震源处震前的应力状态及该区域未来地震风险评估提供一定的依据。文中采用有限元数值模拟方法,根据地质构造、速度、密度结构深部反演结果以及GPS及应力观测资料等,建立龙门山地区三维黏弹性有限元模型进行研究。模拟结果显示:龙门山断裂带南段及鲜水河断裂带的库仑应力年变化速率在研究区域中相对更高,这与研究区域的地震活动性一致。芦山地震的前4次地震,除叠溪地震外,康定、松潘、汶川等3次地震在芦山地震震中位置产生的同震库仑破裂应力变化大于0,表明这3次地震可能促进了芦山地震的发生,汶川地震的同震库仑破裂应力超过了0.01MPa,同震触发效应十分显著。震间的黏弹性松弛对芦山震源处起加载作用,从1900年以来这种持续的加载作用也超过0.01MPa,因此在模拟应力演化的时候,介质的黏弹性松弛效应不能被忽略。从库仑破裂应力的角度计算龙门山区域断层的应力演化,可以发现龙门山断裂带上汶川地震和芦山地震破裂的空段,在芦山地震之后仍然属于相对应力水平较高的区域。     

DISCUSSING THE INFLUENCE OF MAJOR EARTHQUAKE SEQUENCE IN THE LONGMENSHAN AREA ON THE LUSHAN EARTHQUAKE FROM STRESS EVOLUTION

Calculating the coseismic static Coulomb stress change induced by an earthquake and interseismic stress change permits to explain the distribution of aftershocks, the earthquake sequence and other seismic observations. Four earthquakes greater than M7 have occurred in the Longmenshan area before the 2013 Lushan earthquake since 1900. This paper analyzes the influence of these four events on the Lushan earthquake, the stress evolution after the Lushan earthquake accompany with strong earthquake sequence on Longmenshan Fault, and the stress state of the gap between the Lushan and Wenchuan earthquakes. To address these issues would help future seismic risk assessment in the region. We construct a three dimensional finite element model based on the geological structure, the deep inversion results of density and velocity, and the GPS and the stress observation data. The simulation results show that the annual variation rate of Coulomb stress is higher on the Xianshuihe fault and southern segment of the Longmenshan fault, which is consistant with the regional seismicity. The coseismic Coulomb stresses induced by Kangding, Songpan, and Wenchuan earthquakes at the Lushan earthquake epicenter is greater than 0, implying that the three earthquakes may promote the occurrence of the Lushan earthquake, especially the Wenchuan earthquake. The viscous relaxation is remarkable which cannot be ignored in the analysis of stress evolution. From the stress evolution of this area, we can find that the gap between the Wenchuan and Lushan earthquakes is still at a relatively high stress level after the Lushan earthquake.     

基于库仑应力变化分析巴颜喀拉地块东端的强震相互关系

本研究基于分层黏弹介质模型,考虑同震位错效应和震后黏滞松弛效应,分析巴颜喀拉地块东端1976年松潘地震序列、2008年汶川8.0级地震、2013年芦山7.0级地震和2017年九寨沟7.0级地震等多次大地震的可能存在的触发关系,计算大地震引起的周边各主要断裂的库仑应力变化.结果显示,1976年松潘地震序列各次地震间关系密切,存在明显的相继触发作用;综合考虑同震和震后效应,汶川8.0级地震对同属于龙门山断裂带的芦山7.0级地震有触发作用,且震后效应影响不可忽略;1976年地震序列,特别是1976年8月16日7.2级地震促进了2017年8月8日九寨沟7.0级地震的发生;汶川地震对九寨沟地震的影响研究中,采用不同的汶川地震同震位错模型,计算结果有差异.综合考虑多次大地震对周边断裂带的影响,龙门山断裂带南段、鲜水河断裂带中南段、平武—青川断裂北段、灌县—安县断裂北段、文县断裂的累积库仑应力增加显著,巴颜喀拉地块东端的东昆仑断裂带东段、迭部—白龙江断裂带西段以及金沙江断裂带库仑应力亦有所增加.综合考虑各重要断裂带已有的大地震危险性分析结果和库仑应力变化计算结果,龙门山断裂带南段、鲜水河断裂带中南段、东昆仑断裂带玛沁—玛曲段和金沙江断裂带的发震紧迫性有所增强,需引起关注.     

2017年MW6.5九寨沟地震激发的同震库仑应力变化及其对周边断层的影响

2017年8月8日21时19分在我国四川省北部阿坝州九寨沟县发生了M_W6.5左旋走滑型地震.该地震发生在青藏高原巴颜喀拉块体东北缘,东昆仑断裂南东段的塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂的交汇地带.包括此次地震,近年来在巴颜喀拉块体周缘已发生了九次6级以上强震,表明巴颜喀拉块体周缘主要活动断裂上的应力水平仍处于不断调整之中.本文采用库仑应力模型研究2017年M_W6.5九寨沟地震激发的库仑应力变化、该地震与周边地震的应力触发关系以及强震对周边主要活动断裂的应力扰动.强震序列包括周边区域1536-1975年M≥6历史强震和1976-2017年的M_W≥ 6 gCMT地震目录中的强震,共计32个.研究结果表明：（1）2017年M_W6.5九寨沟地震激发的同震库仑应力变化仅在局部范围内超过0.1×10⁵Pa,且75%的余震（~12.7天）受到该地震明显的同震应力触发作用,而其余25%的余震落在应力影区,采用最优破裂面可以进一步提高同震库仑应力变化与余震分布的空间相关性;（2）2008年M_W7.9汶川地震对2017年M_W6.5九寨沟地震的发生有一定的促进作用,在后者震源处激发的同震库仑应力变化为（0.026~0.263）×10⁵Pa,震后黏弹性库仑应力变化为（0.010~0.032）×10⁵Pa.该库仑应力的变化范围取决于汶川地震源断层参数和九寨沟地震接收断层参数.2013年M_W6.6芦山地震对九寨沟地震的发生几乎没有影响（< 0.001×10⁵Pa）;（3）1654年M8.0甘肃天水南地震对九寨沟地震的发生有明显的促进作用,在九寨沟地震震源处激发的同震库仑应力变化为（0.410~1.266）×10⁵Pa,震后库仑应力变化为（0.147~0.490）×10⁵Pa.1879年M8.0甘肃武都地震可能有比1654年M8.0甘肃天水南地震更强的应力触发作用,但也有可能对九寨沟地震的发生起到抑制作用.在选取的8个九寨沟地震接收断层面上,其中6个接收断层面上该地震所激发的同震库仑应力变化为（0.913~2.364）×10⁵Pa,2个接收断层面上该地震所激发的同震库仑应力变化为（－1.326~－0.454 ）×10⁵Pa;在4个接收断层面上震后库仑应力变化为（0.094~1.072）×10⁵Pa,在另外4个接收断层面上震后库仑应力变化为（－1.593~－0.106）×10⁵Pa.1933年四川叠溪地震对九寨沟地震的发生影响较弱,其所激发的同震库仑应力变化为（0.015~0.080）×10⁵Pa,震后库仑应力变化为（－0.029~0.025）×10⁵Pa;（4）九寨沟地震仅在其附近的岷江断裂北段、塔藏断裂和虎牙断裂南段造成较明显的同震库仑应力变化,其分别为0.09×10⁵Pa、（0.14~2.03）×10⁵Pa和0.25×10⁵Pa.而进一步顾及其余31个强震的库仑应力作用则发现,同震库仑应力增加非常显著的主要活动断裂分段为：岷江断裂北段南侧和岷江断裂南段的库仑应力变化分别升高5.6×10⁵Pa和9.8×10⁵Pa.鲜水河断裂北段南侧库仑应力升高23.0×10⁵Pa,鲜水河断裂南段道孚-康定段的北侧库仑应力升高9.0×10⁵Pa,而最南端库仑应力升高3.0×10⁵Pa;龙门山断裂带中段的北侧库仑应力变化为（6.1~7.4）×10⁵Pa,中段库仑应力增加（2.1~11.5）×10⁵Pa;西秦岭北缘断裂东段库仑应力变化为4.4×10⁵Pa;龙日坝断裂北段最北侧的库仑应力变化为2.0×10⁵Pa;小金河断裂北段库仑应力变化为1.7×10⁵Pa;安宁河断裂北段库仑应力变化为1.6×10⁵Pa;（5）由于下地壳和上地幔的黏弹性松弛作用,所有强震在九寨沟地震震后20年造成的黏弹性库仑应力变化在鲜水河断裂、龙门山断裂中段、塔藏断裂以及秦岭南缘断裂西段比较显著,其分别为：（1.0~3.0）×10⁵Pa、2.8×10⁵Pa、（2.3~2.7）×10⁵Pa和0.9×10⁵Pa.但总体上黏弹性库仑应力变化没有改变各断裂上的同震库仑应力变化空间分布.总的库仑应力变化在鲜水河断裂北段南侧和南段的道孚至康定段北侧、龙门山断裂中段北侧、岷江断裂南段和北段南侧、虎牙断裂、塔藏断裂以及西秦岭北缘东段很显著（均超过4×10⁵Pa）.由于库仑应力明显升高可能预示着地震潜在危险性增强,因此这些断裂分段可能将来需要重点加以关注.     

2013年芦山M_S7.0地震产生的静态库仑应力变化及其对余震空间分布的影响

2013年4月20日芦山MS7.0地震发生在龙门山断裂带的西南段,距2008年汶川MS8.0地震仅约85km,时间上仅相隔5年.首先计算了汶川地震的静态库仑应力变化对本次芦山地震的影响,得出芦山地震是由汶川地震触发造成的(库仑应力上升了0.012 MPa);进一步计算了芦山地震与汶川地震这两次大地震共同产生的静态库仑应力变化.结果表明,芦山地震的余震受前面两次大地震的共同影响,而不仅仅是芦山地震单独作用的结果,超过85%的余震发生在两次地震共同产生的静态库仑应力变化增大的地方,而芦山地震本身触发不了本次的余震序列(仅48.7%的余震位于主震所产生的应力加载区).此外,计算结果表明芦山地震本身对周边断层影响较小,仅龙门山断裂带的东北段受到一定的加载作用;而由于汶川地震的作用,安宁河断裂、大凉山断裂、马尔康断裂、岷江断裂和虎牙断裂呈卸载趋势,仅鲜水河断裂东南段和龙门山断裂中段受到加载作用,这均会加速断层上新地震的发生.     

2001年昆仑山口西MS8.1地震对周围断层的应力影响数值分析

大地震的发生往往会引起周围区域形变场和应力场变化,且对临近断层上的应力状态也有影响.2001年11月4日,昆仑山口西发生了半个世纪以来中国最大的M_S8.1级地震.本文基于已有的滑动模型,建立了三维含地形高程的横向不均匀性椭球型地球有限元模型,采用等效体力方法,分析了此次M_S8.1地震产生的全球同震位移和应力场变化.与解析方法相比,该模型考虑了地形、Moho面起伏和地球介质横向不均匀性;与一般的有限元数值模拟相比,该模型考虑了地球曲率和椭率,合理地规避了有限块体模型假定边界位移为零所引入的误差.计算得出同震位移与GPS观测数据可以很好地吻合.据库仑破裂应力准则和震源参数,计算得出昆仑山口西M_S8.1地震的发生造成了汶川、芦山、改则和当雄地震的发震断层上库仑应力增加,对这些地震的发生起促进作用;而造成玉树和德令哈地震发震断层上的库仑应力变化为负值,在一定程度上抑制了这些断层的地震活动性.此外,计算结果显示地球地形高程、介质非均匀性和椭率对昆仑山口西M_S8.1地震同震变化计算有一定的影响,其中地形和椭率造成的同震位移场相对误差约10%.     

利用三维孔隙弹性模型探讨紫坪铺水库对汶川地震的影响

本文基于三维孔隙弹性理论,建立了紫坪铺水库及周边地区的有限元模型.根据紫坪铺水库开始蓄水到汶川地震发震时刻的水位变化情况,计算了整个区域的孔隙压力和库仑应力.详细讨论了断层及周围地层的弹性模量和扩散系数对计算结果的影响.计算结果表明:从弹性角度看,断层的弹性模量对汶川地震震源处的库仑应力影响很小;震源处的库仑应力随着断层和周围地层的扩散系数增大而增大.当给定弹性模量和扩散系数代表性值的时候,计算结果表明在汶川地震发震时刻,震源处的库仑应力变化量为+1 kPa左右,这表明紫坪铺水库使得汶川地震发震断层更加危险.是否这个量级的库仑应力就能够触发汶川地震还需要进一步探讨.通过分析库区周边小震的分布,发现小震分布区域均是库仑应力增加的地区,因此紫坪铺水库周边的小震应该与紫坪铺水库蓄水有直接关系.     

1997年以来巴颜喀拉块体周缘强震之间的黏弹性触发研究

本文利用考虑黏弹性地壳结构和精确震源参数的震后形变模型,计算了玛尼、昆仑山口西、汶川地震所形成的同震和震后形变场的变化过程与特征,结果显示玛尼地震的震后形变场有利于昆仑山口西地震的能量积累,玛尼地震与昆仑山口西地震的震后形变场对汶川地震的作用不明显,而这三次地震总的震后形变场在玉树断裂带附近形成了一个明显带有左旋性质的...     

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.