汶川MW7.9地震余震序列触发机制研究

余震触发机制的Dieterich解析模型被广泛应用于区域地震活动性的定量分析以及依赖时间的概率地震预测模型的建立等方面. 基于滑移速率和状态相依赖的摩擦定律和弹簧-滑块模型, 从Dieterich断层滑移速率方程出发, 给出了静态应力扰动下触发地震的时钟提前或推后的近似解, 从而明确地阐明了触发地震的产生机制与断层的演化过程密切相关, 并与传统位错模型下库仑应力扰动时间提前或推后量作了比较. 采用对数线性拟合方法求得了汶川M_W7.9主震后余震序列持续时间, 符合Dieterich理论结果. 以汶川余震序列为例, 给出了两种不同的应力扰动模式在该余震序列中的应用. 结果表明, 经典Dieterich扰动解无法给出主震发生后即时余震数量的异常增加, 而考虑主震前后剪应力速率变化的Dieterich分段解则可反映出余震发生率及个数随时间的演化特征.      

利用非线性台阵叠加方法快速追踪2015年4月25日尼泊尔MW7.9地震破裂能量中心运动轨迹

本文应用一种非线性台阵叠加方法,通过对地震记录瞬时相位信号的延迟叠加来估计信号间的一致性程度,用于在震后快速追踪大地震破裂能量中心相对于震中运动轨迹.基于此方法,文中利用欧洲地震台网不同频率段的数据对2015年4月25日尼泊尔M_W7.9地震的破裂轨迹进行了追踪,并对成像结果的不确定程度进行了估计,且通过理论地震图计算,验证了该结果的可靠性.研究结果表明,该事件为东南向发展的单侧破裂,破裂尺度至少达到120 km.整个破裂过程主要分为三个阶段,第一阶段破裂在震中附近释放小部分能量;第二阶段破裂向东南方向发展,表现出明显的沿断层倾向辐射频率变化的现象,相对更高频的能量辐射在更深处发生;第三阶段破裂继续向东南方向发展,不同频段得到的能量中心运动轨迹趋于一致,这可能提示了滑移范围的逐渐变窄.同时,推断在主喜马拉雅逆冲断裂的更深部（断层深度大于等于20 km处）也存在破裂的可能.     

利用阿拉斯加台阵资料分析2008年汶川大地震的破裂过程

2008年5月12日,四川省汶川县发生MS8.0地震.我们利用美国阿拉斯加区域台网的部分宽频带地震台构成广义台阵, 应用非平面波台阵技术——迁移叠加方法,获得了这次地震的高频（>0.1 Hz）能量辐射源随时间和空间变化的图像.图像表明,这次地震破裂从震中开始向北东方向扩展约300 km,震源过程至少长达90 s,平均破裂速度为3.4 km/s;整个过程可分为两大阶段,前段持续时间50 s,破裂长度约110 km,破裂传播的平均速度为2.2 km/s,后段持续时间约40 s,长度约190 km,平均破裂速度为4.8 km/s.这意味着地震过程的后期似乎发生了超S波破裂,而且后段很可能为前段动态触发所致.     

汶川M_W7.9地震起始破裂断层几何结构

本文收集使用紫坪铺水库台网记录到的汶川地震主震P波波形资料,利用P波反投影叠加法获取了2008年5月12日汶川M_W7.9地震起始破裂的时空演化过程.通过分析本次大地震起始破裂阶段(0～1s)破裂点在三维空间内的分布特征,确定了本次大地震起始破裂位置及起始破裂断层几何结构模型.得到以下结果:汶川地震起始破裂点位于31.013±0.002°N、103.392±0.002°E,震源深度为8.2±0.4km,发震时刻为2008年5月12日14∶27∶58.80±0.4.汶川地震起始破裂的最佳断层面走向为NE48°,倾向NW35°,起始阶段破裂的深度范围为地下7.5～9km.     

用余震确定2008年汶川M_w7.9地震的震源位置与发震时刻

利用同一地点的2个地震在相同台站记录的P波到时差是一个常数这一原理,找到了与汶川主震位置相近的余震,并利用台站距震中近,且记录波形清晰、完整的优势,对余震进行了定位,依此确定了汶川主震的位置和发震时刻.结果是震中位于31°1.26′N、103°22.50′E;震源深度7.9km;发震时刻(北京时间)为2008年5月12日14时27分58.80秒.     

2015年4月25日尼泊尔MW7.9地震的震源机制

<正>据中国地震台网测定,北京时间2015年4月25日14时11分尼泊尔发生MW7.9(MS8.1)强烈地震,震中位置为(28.2°N、84.7°E),震源深度为20km.这次地震位于尼泊尔首都西北部,距加德满都大约80km.截至2015年5月13日,该地震已造成8 219人死亡,17 866人受伤,尼泊尔、印度、孟加拉、不丹和我国西藏等地均有人员伤亡.为增进对尼泊尔MW7.9发震机制的认识,并对震害评估、震后趋势判定     

GNSS资料解译2022年泸定MW6.6地震

使用泸定M_W6.6地震100 km范围内的10个高频GNSS站点和150 km范围内的36个静态GNSS站点资料解译了本次地震的发震特征.高频GNSS观测结果表明,(1)本次地震总的能量释放时间约为17 s,主要能量释放时间约为11 s;(2)距离起始震中约7.6 km的磨西(MOXI)站点,其东西向震动幅度(约29 cm)略大于南北向(约26 cm),但南北向同震位移(约9.31 cm)却明显大于东西向(约1.80 cm).MOXI站高程方向似乎在瞬间发生了下沉错动;(3)根据地震起始时间与GNSS地震动峰值到达时间推测,地震动峰值能量向南北两侧传播的速度基本相当;(4)高频GNSS资料反演得到的本次地震的矩心深度(2 km)明显浅于GCMT结果(18.4 km).使用36个静态GNSS站点资料进一步反演了矩心深度和断层滑动模型.结果表明,近场GNSS资料约束的本次地震的矩心深度较浅(不超过6 km)、断层面倾角较陡(86°或者更大),且产生了明显的地表破裂.     

利用PGA快速确定汶川地震破裂特征

快速确定断层破裂特征是烈度速报的一项重要技术,断层破裂特征可为烈度速报提供震源模型,提升烈度速报准确性。通过汶川地震加速度记录,提出一种快速计算震源破裂参数的方法。 假定断层为线源模型,以一定间距将断层离散化为若干子源,以震中为不动点,通过旋转获得所有断层可能的走向,通过每次移动一个子源,获得断层所有可能的破裂方式,将二者结合即可给出断层所有可能的空间分布;计算每种断层空间分布与每个台站的断层距,利用加速度记录峰值和断层距统计回归衰减关系,分析每个衰减关系的拟合残差,残差最小拟合效果最好的衰减关系所对应断层参数,能够对该次地震的地震动场有最合理的解释,也最有可能是实际地震中的断层空间分布。     

利用高频和低频GPS观测资料研究2018年MW7.9阿拉斯加科迪亚克地震的同震和震后形变

本文利用低频(15s)和高频(1s)全球定位系统(GPS)观测来研究2018年1月23号阿拉斯加科迪亚克岛M_W7.9地震的同震位移。动态(高频GPS观测值)和准动态(震后2小时的低频GPS观测值)同震位移与静态GPS同震位移三者之间相互一致,符合走滑型地震的形变特征。静态与准动态位移的比较结果表明该地震发生后4天内的震后形变可忽略不计。我们通过静态位移场反演了五段断层模型中的断层滑移,并且推测最大的滑移发生在右旋南—南东走向(2.27m)和左旋北东走向(2.42m)的两个子断层上。反演得到地震矩M₀为9.66×10²⁰N·m(M_W7.92)。在震后9个月时间内,12个附近GPS站点的水平形变均小于1cm,且最大震后形变值为7.4mm(AC26站点)。衰减时间为6.4天的对数模型比衰减时间为75.0天的指数模型能更好地拟合震后观测数据。观测到的震后形变可以通过余滑和/或黏弹性松弛模型来解释。     

2008年5月12日汶川MW7.9地震的同震粘滑过程研究

2008年5月12日中国汶川发生了M_W7.9地震,全球数字地震仪台网（GSN）74个台的地震仪和陕西周至地震台的数字水位仪都很好地记录到了该地震的同震粘滑错动过程和止滑过程。分析GSN 74个地震台的记录后发现：汶川M_W7.9地震的同震粘滑错动过程是一次多点粘滑错动过程,主要由四个子粘滑错动事件构成,整个粘滑错动过程的持续时间不少于86.6 s;地震的弹性破裂过程与粘滑错动过程同时进行,是粘滑错动和弹性破裂共同作用的结果,是一种"粘滑错动+弹性破裂"的机制。对周至地震台数字水位仪记录分析后发现：汶川地震的同震粘滑错动过程与P.N.Sundaram^[1]作的岩石粘滑错动实验结果一致,粘滑错动过程可细分为粘结（stick）和滑动（slip）二个过程。汶川地震在止滑过程中激发出了长周期勒夫面波（XsQ）和瑞雷面波（XsR）。研究粘滑震相有助于认识震源的粘滑错动过程,研究止滑震相有助于预判震灾损失。     

Doppler effect of the rupture process of the great MW7.9 Wenchuan earthquake

In this study we performed a classical spectrum analysis of seismic waveforms recorded at far field stations of the great M_W7.9 Wenchuan earthquake to observe the shifts of the corner frequency with azimuth due to the Doppler effect. Our results show that this damaging great earthquake had a dominating rupture propagation direction of 64.0°. The equivalent radius of the fault rupture surface was estimated to be 33 km, yielding the rupture area of about 3 500 km². Thus the length of the rupture fault surface is about 230 km if the depth (or width) extent is 15 km. The computer program developed in this study can quickly provide the information about the source of a future large (damaging) earthquake, which could be very useful for predicting aftershocks and planning the rescue operations.

     

2018年阿拉斯加湾MW7.9地震震源复杂性

2018年1月23日,在美国阿拉斯加湾海域发生了一次M_W7.9地震.震源机制解表明这次地震以走滑为主,可能发生在近东西向或南北向的陡倾角断层上,早期余震并非线型展布.我们利用视震源时间函数分析确定了此次地震的总体破裂方向,并结合余震的空间展布特征构建了相互交叉的双断层模型,进而通过联合反演远场P波和SH波数据获得了此次地震的时空破裂过程.视震源时间函数分析表明总体破裂方向既非东西也非南北,而且反演结果表明,两个断层上都发生了错动,总体破裂时间~50 s,释放标量地震矩~8.11×10²⁰ Nm.震源时间函数表现出多事件特征,且两个断层破裂的时间过程也不相同.破裂首先在南北向断层的南端开始,很快触发了东西向断层,最后终止于南北向断层的北端.每个断层都具有相当的时空复杂性,位错分布很不均匀.东西向断层具有三个凹凸体,一个位于震源附近,其他两个位于断层两端.南北向断层有两个凹凸体,均位于断层北段,最大滑动量~5.0 m就出现在这里.发生最大位错的南北向断层延伸至阿拉斯加海沟,增加了触发阿拉斯加海沟其他断层发生破裂的可能性.

     

自维持断层蠕滑过程和余震发生率的衰减特征—以汶川MW7.9地震序列为例

基于Dieterich地震活动性理论,本文推导出计算余震发生率和余震累积次数的一般表达式,其中主震后发震断层内部的剪切应力随时间的演化过程遵从Jeffreys-Lomnitz蠕变模型,且与修正Omori定律直接相关。修正Omori定律中的p值与震后断层的短时应力加卸载过程正相关。采用Rubin和Ampuero 给出的震后断层自维持蠕滑模型本文得出计算余震发生率的近似表达式,并对2008年汶川地震序列进行拟合。结果表明,p值的大小直接对应了速率-状态摩擦定律中摩擦参量b/a,而修正Omori定律中的c值则与速率-状态摩擦定律中的临界滑移D_c相关。对于汶川余震序列而言,拟合结果显示b/a约为1.13,D_c约为2—3 cm。Rubin-Ampuero震后自维持蠕滑描述了震后孕震层内部短暂的速率变化特征,是孕震断层演化过程不可缺少的环节。      

以颗粒物理原理认识汶川MW 7.9地震发生前临震预滑和震颤现象

发生在孕震区周边地块上的临震预滑和震颤现象,对破坏性地震预测有一定前兆意义,是值得地震学界关注的问题。选取2008年5月12日汶川M_W 7.9地震发生前,临夏和湟源地震台分量应变仪记录与临夏、恩施和西安地震台数字地震仪记录以及临夏和周至地震台深井水位仪记录,分析发现,在临震前数天至数小时,上述各地震台不同学科观测仪器均记录到一些"跃变"和"震颤"震相。文中试图以颗粒物理原理,来认识不同距离、不同台站、不同学科的观测仪器在临震前相近时间段内记录的低频和高频震相,可能是不同地块在临震前发生预滑错动后激发的预滑震相Xp和地下气体在裂隙内流动激发的震颤震相Tp。观测结果表明：2008年5月8日03时至主震发生,各地震台所处地块在相近时段内逐次发生次数不等的预滑错动,其中1-2次较大错动可在噪声背景中被识别;各地震台预滑错动方向指向或背向主震震中。据此认为：汶川M_W 7.9地震前,上述各地震台所处地块在不同大小、不同方向的力链驱动下,发生指向或背向主震震中的临震预滑现象。     

2015年尼泊尔MW7.9地震应力状态与余震空间分布规律

本文利用2015年尼泊尔M_W7.9地震断层面滑动位移分布的运动学反演结果,通过傅里叶变换法得到了主断层面上的两分量应力状态,并研究了余震的空间分布和断层面上应力状态之间的关系.发现滑动位移分布与应力状态分布都相对较为集中,大约70%的余震分布在应力变化为正的区域,而其余发生在应力降区域的余震,又大多发生在应力变化梯度较大的地区.为了得到一个更符合实际的滑动模型来解释余震的触发机制,我们计算了波数域中滑动位移和应力状态的傅里叶谱,发现此次地震的滑动位移和应力状态近似满足k^-3和k^-2衰减.我们利用简化的圆盘模型说明了非均匀应力变化下的衰减过程,计算了圆盘模型的有效半径r_e约等于0.7倍的圆盘半径.这就说明圆盘模型中应力增加的部分应该占整个圆盘破裂面积的51%.在本次尼泊尔M_W7.9地震实例中,断层面上应力状态为负的区域比滑动位移为正的区域有了明显地缩小.事实表明,余震可以发生在有滑动位移的区域,非均匀应力降模型比均匀应力降模型更加接近真实的震源破裂过程.     

智利M_W8.3地震与M_W8.8地震的震源过程及其引起的库仑应力特征

2015年9月17日6时54分32秒(北京时间)智利中部伊拉佩尔附近(震中31.57°S,71.67°W)发生了一次M_w8.3大地震,在此次地震震中以南约500 km处的马乌莱地区曾于2010年2月27日14时34分11秒发生过一次M_w8.8强震(震中36.12°S,72.90°W),两次地震余震分布区之间有约75 km的地震空区.本文利用远场体波与面波波形,基于有限断层模型,反演了这两次地震的震源破裂过程.结果显示这两次地震均为逆冲型大地震,2015年伊拉佩尔M_w8.3地震的平均滑动角度为107°,平均滑动量为2.43 m,平均破裂速度为1.82 km·s~(-1),标量地震矩为3.28×10~(21)Nm,95%的标量地震矩在104 s内得到了释放.最大滑动量约8 m,位于沿走向75 km,深度8 km处.2010年马乌莱M_w8.8地震的平均滑动角度为109°,平均滑动量为4.95 m,平均破裂速度1.90 km·s~(-1),标量地震矩为1.86×10~(22)Nm,95%的标量地震矩在121 s内得到了释放.最大滑动量约12.5 m,位于沿走向100 km,深度21 km处.2015年伊拉佩尔M_w8.3地震浅部更大的滑动量应该是其引起了较大海啸的一个原因.基于破裂滑动分布,我们计算了这两次地震引起的周边俯冲带上静态库仑应力变化,结果显示两次地震均显著增加了周边俯冲带上的库仑应力,2010年马乌莱地震使得2015.年伊拉佩尔地震震源区附近的库仑应力增加了(0.01~0.15)×10~5Pa,从应力积累的角度看,2010年马乌莱地震有利于2015年伊拉佩尔地震的发生,对后者的发生起到了促进作用.     

2017年伊朗MW7.3地震的震后余滑分布及其对2018年MW6.0地震的触发影响

收集了覆盖监测区域的Sentinel-1卫星雷达影像,利用短基线集干涉测量技术提取了2017年伊朗萨波尔扎哈布M_W7.3地震后283天的地表时序形变,通过二步法反演得到其震后余滑分布,之后采用差分干涉技术获取了2018年发生于同一地区的贾万鲁德M_W6.0地震的同震形变场,并将反演所得的发震断层参数作为应力计算的接收断层参数,来分析2017年M_W7.3强震及其震后活动对2018年贾万鲁德M_W6.0地震的触发影响。结果表明：萨波尔扎哈布地震的震后形变主要由孕震断层面的余滑运动所致,震后283天余滑模型的累积滑移量达到0.7 m;2018年贾万鲁德地震的发震断层走向为355.6°,倾角为89.4°,同震断层破裂以右旋走滑为主,兼具部分正断层运动。本文所得的贾万鲁德地震断层平面上的库仑应力变化表明,2017年M_W7.3主震及其震后余滑对2018年M_W6.0地震的发生具有一定的触发效应,M_W6.0地震的发生可能与区域板块的活动性相关。     

2015年尼泊尔M_W7.9地震对青藏高原活动断裂同震、震后应力影响

2015年尼泊尔MW7.9地震重烈度区从震中向东延伸,致灾范围包括尼泊尔、印度北部、巴基斯坦、孟加拉和中国藏南地区,其应力调整对邻区和周边活动断裂可能产生重要影响.本文基于地震应力触发理论,采用岩石圈地壳分层黏弹性位错模型,计算了尼泊尔MW7.9地震引起的周边断裂,特别是青藏高原活动断裂的同震和震后库仑应力变化.结果显示,尼泊尔地震同震效应引起大部分震区库仑应力升高,余震主要分布在最大同震滑动等值线外部库仑应力升高区域;少量余震靠近最大滑动量区域,可能该区域积累的地震能量在主震期间没有完全释放.尼泊尔地震同震库仑应力对青藏高原,特别是中尼边境区域活动断裂有一定影响.亚东—谷露地堑南段、北喜马拉雅断裂西段、当惹雍错—定日断裂和甲岗—定结断裂同震库仑应力升高,其中当惹雍错—定日断裂南端,北喜马拉雅断裂西段同震库仑应力变化峰值超过0.01 MPa;帕龙错断裂、班公错断裂、改则—洞措断裂库仑应力降低,其地震发生概率有所降低.震后应力影响方面,未来40年内黏弹性松弛作用导致北喜马拉雅断裂、改则—洞措断裂和喀喇昆仑断裂整体应力卸载;藏南一系列正断层震后应力持续上升,其中帕龙错断裂南段受到震后黏弹性库仑应力影响,由应力阴影区逐渐转化为应力增强区,当惹雍错—定日断裂南段应力进一步加强,震后40年其南端应力变化峰值达到0.1345 MPa,亚东—谷露断裂南段应力亦持续增强.藏南正断层的地震活动性值得进一步关注.