近年来几次强震在中国南北地震带动态应力触发问题研究

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地震应力触发指一个大震产生的应力场变化对邻近和远程地震活动的影响。地震应力触发包括静态应力触发和动态应力触发。对静态应力触发研究较早,并且取得很多研究成果。而对动态应力触发研究开展较晚,真正的动态应力触发研究是1992年美国兰德斯地震后,由于其在解释远程触发中具有很大的优势,所以近年来动态应力触发研究发展迅速。我国位于环太平洋地震带和亚欧地震带之间,中国大陆及周边强震频发,研究地震动态应力在中国的触发作用是非常必需的。本文旨在以研究中国南北地震带动态应力触发作用为例,探讨强震动态应力触发问题。文中较系统总结了国内外关于地震动态应力触发的研究动态,包括目前动态应力触发存在的证据、研究现状、触发机理以及存在的问题等。从1992年兰德斯地震后,地震学家在全球范围内寻找动态应力触发证据,目前存在的主要证据包括:从地震频度图中探寻被触发震群和独立地震、数字滤波后新发现的被触发地震和形变仪器记录的同震变化和应力阶跃等。目前,提出的触发机理包括库仑破裂模型、速率-状态模型和孔隙压力扩展等。国内对动态应力触发问题研究的较少,很大程度上可能是因为地震动态应力计算复杂。2004年苏门答腊8.7级地震后,动态应力触发研究升温,我国部分地震学者也开始进行动态应力触发研究方面的探讨。计算地震动态应力主要用到的方法是反射率法和离散波数分解法。计算方法涉及到的数学函数较多:贝塞尔函数、格林函数、反射率函数和Bouchon坡度函数等;涉及到的物理过程也非常复杂:破裂时间的离散、格林函数褶积和频率域内的微分等。我们应用前人一些公式导出了地震动态应力计算公式,改写了Cotton提供的部分FORTRAN程序。为了计算被触发断层上的库仑应力,建立了和MATLAB的连接,同时实现了MATLAB程序可视化界面计算和绘图。计算地震动态应力分为两步:第一步利用FORTRAN程序计算应力张量的六个分量;第二步计算被触发断层上的动态应力,并绘制动态应力变化曲线。我们应用上述地震动态应力计算方法和程序研究了部分强震在中国大陆的触发情况。南北地震带是中国大陆一条代表性地震活动带,近几年来地震活跃,资料丰富,所以文中选用南北地震带为研究区域,并主要从两种思路开展了研究。第一,被触发地区应力张量和库仑应力计算。包括2000年苏门答腊M_S8.0地震对甘肃景泰M_S5.8地震和缅甸M_S6.5地震的触发作用; 2003年中、俄、蒙交界M_S7.9地震对甘肃民乐-山丹M_S6.1地震和岷县M_S5.2地震的触发作用以及2004年苏门答腊M_S8.7地震对云南双柏M_S5.1地震和思茅M_S5.1地震的触发作用。结果表明,这几次强震在被触发地震上产生的动态应力峰值都超过地震触发阈值。第二,被触发地区小震突然增强。我们利用小地震频度变化探讨了1990年以来部分地震在南北地震带上的触发作用,并以2001年昆仑山口西M_S8.1地震对四川、甘肃等地地震活动的触发作用为例进行了分析。总的看来,南北地震带易于被触发地震活动,但是不同地区的地震对南北地震带的触发作用不同,这可能与地质构造有关系。地震动态应力研究之所以复杂,因为它还受到很多因素影响:主震参数和被触发地区构造,同时还有时间延迟问题。在计算主震在被触发点的应力张量时,主震的参数影响非常大。改变断层三要素(走向、倾角、滑动角)、破裂时间以及破裂时的上升时间对最终计算的动态应力大小和变化趋势都有很大影响;改变主震地震矩和发震断层的大小只是影响了计算结果的大小,其趋势没有改变。大部分主震参数的变化都会影响到最后的计算结果,所以在计算地震产生的动态应力变化时,应该获得更准确的主震参数。构造区对地震动态触发影响也非常大,研究结果表明,大部分被触发的地震活动发生在地热或火山区及扩张性块体上,同时也在挤压性块体上发生动态触发的少量证据。动态应力对走滑和正断层地震触发更明显。强震面波到达后被触发地区不久可能触发当地地震活动,但是还是很多被触发的地震具有时间延迟,延迟时间从几天到几个星期不等。总之,我通过硕士论文研究,改进了动态应力触发计算方法和程序,计算了南北地震带几次被触发地震的动态库仑应力变化,同时深入探讨了主震参数、触发地区构造特征对地震动态应力触发的影响,还初步研究了地震动态触发时间延迟问题,在研究过程中也发现了一些值得今后进一步研究的问题。
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