论文部分内容阅读
静(慢)地震是一种重要的自然现象，其研究是一个复杂的课题，涉及许多因素。本论文通过几个实例，对中国和墨西哥一些无震断层滑动和静(慢)地震事例进行了分析。包括对断层缓慢滑动特征和机制及其对应力场变化影响的研究(以鲜水河断裂带的慢形变的分析和数值模拟为例)、对大地震后的震后变形及其可能物理机制的研究(以昆仑山大地震震后的无震滑动为例)、对典型静(慢)地震无震滑动的位置、滑动量的研究(以墨西哥慢滑动事件为例)，以及研讨了静(慢)地震在地震活动性和地震预测中的重要作用。
对静(慢)地震造成的位移和应力的计算，是静(慢)地震定位和深入探讨其对应力场及地震活动性研究的基础。我们首先经过对比研究，选择了汪荣江的粘弹性分层考虑重力作用的(PSGRN/PSCMP)程序作为静(慢)地震变形分析的基本方法。对鲜水河断裂带慢滑动的分析和数值模拟让我们意识到：虽然对于水平走滑为主的断层，在计算地表同震形变时，可忽略重力和分层的影响，依然可采用弹性半无限空间模型来简化计算。对于计算逆掩断层或正断层地震同震地表形变时，考虑重力和分层，无疑可给出更好的结果。而考虑震后变形，粘弹性是不容忽视的因素。
鲜水河断裂带积累了二十多年的跨断层变形资料，如何解释这种变形是一个重要的问题。本文采用了弹性上地壳覆盖在粘弹性Maxwell体之上的模型。炉霍1973年Ms7.6级地震按该粘弹性模型计算的震后形变曲线能够在很大程度上解释实测观测结果，显示与一些断层(如圣安德烈斯断层某些段落)存在缓慢蠕滑而无大地震发生不同，鲜水河断裂带观测到的跨断层变形，有相当一部分可以用大地震后的粘弹性变形来解释。当然，震后粘弹性形变对跨断层短基线和短水准的形变测量还存在一些差异，不能完全解释，表明了大陆断层活动的复杂性，值得进一步深入研究。
昆仑山大地震的GPS观测数据提供了同震及震后一年迅速衰减的形变，通过多种流变模型对昆仑山地震同震变形、震后无震滑动观测资料的计算、比较和分析，认识到：昆仑山震后的无震滑动速率随时间大体呈指数衰减的总特征，难以用原断层继续滑动来解释。单纯的滞弹性上地壳模型不能解释观测到的震后形变的幅度。弹性上地壳覆盖在柔性下地壳之上的松弛模型可以解释变形速率指数衰减的主要特征，但对大震后最初几个星期的计算变形小于实测变形。上地壳为滞弹性，中地壳为弹性，下地壳为Maxwell体的复合模型，能够更好的拟合震后滑动曲线。下地壳粘性层是控制震后变形长期衰减的主要因素，上地壳滞弹性的贡献可以更好解释最初几周较高的形变速率。下地壳粘滞系数为1017量级的流变模型能够拟合观测曲线，但采用较高的粘滞系数对断层南侧拟合更好，采用较低的粘滞系数对断层北侧拟合较好，可能意味着在昆仑山断层两侧存在着流变性质的差异。用流变定律和GPS求得的应变速率对高原北部下地壳流变参数估算，获得的昆仑山地区下地壳的粘滞系数在1017～1018Pa.s之间。
昆仑山大地震震后获得了同震及震后1年的GPS形变，1973年炉霍大地震后虽然没有类似资料，但我们有震后1980年到现在二十多年的跨断层地壳形变资料。这两种互为补充的资料的分析，使我们对我国断层无震滑动的特点有了更深入的认识。应该注意到，昆仑山大地震的GPS数据观测的是同震及震后一年的形变，反映的是震后大应变速率(可达10-12-10-13s-1)下的变形，由于实验室高温高压岩石蠕变实验表明，等效粘滞系数与应变速率存在非线性关系，因此反演出的等效粘滞系数也较低，为1017pa.s量级；而炉霍大地震的形变数据观测到的是大地震后7年到26年的形变，反映的是小应变速率下(10-16s-1)的长期变形，对应的等效粘滞系数较高，为1019Pa.s，高近2个数量级。前人研究等效粘滞系数时往往忽视了这一特征，我们的研究表明了实验室实验、大地震后较短时期的变形和大地震后较长时间的变形可以被协调的解释。
对发生在墨西哥2001-2002慢滑动事件物理机制的探讨和慢滑动的数值模拟使我们认识到：该事件的独特之处是，一个5.8级的正断层地震，虽然沿该断层自身的错动不可能造成观测到的慢滑动事件，也不能用震后粘弹性变形来解释该慢滑动事件，但该地震造成的库仑应力变化，可以造成沿俯冲带逆掩断层的滑动，滑动过程总体是无震的，但克服小的障碍体时会产生一些小地震，表观上可视为5.8级地震的余震，这些余震的位置和发展，以及GPS台网和倾斜仪台站观测到的变形过程，可以用台网下俯冲带断层各片段陆续发生慢滑动来模拟解释。具体地说，所有GPS台站数据不能用单一断层的滑动或震后变形来解释，而假定的大的断层的分片运动可以拟合GPS观测数据。慢滑动的范围与5.8级地震余震活动范围相一致，有相当一部分沿慢滑动错动面发生。反过来大面积的慢滑动在滑动过程中，也会引发应力的重新分布，库仑应力变化可以触发或推迟沿滑动面及邻区的地震活动。鉴于以前缺乏静(慢)地震的详细观测资料，到目前为止，研究者们没有把墨西哥其它的慢滑动事件和大地震事件联系起来，俯冲带静(慢)地震所产生的应力迁移和应力重新分布被严重的忽略了。这对地震空区和地震活动性研究会有很大的影响。缓慢的滑动是力矩释放的主要途径之一。根据俯冲速度总错动量和地震位错错动量的差异推断，在俯冲带某些段落地震位错甚至可能只占全部错动量的一小部分，很大部分由静(慢)地震实现，静(慢)地震释放的地震矩以前被严重的低估了。在全部地形变过程中，地震、静(慢)地震和蠕变各自占有多大的份额、静(慢)地震的分布具有怎样的特征，是值得继续深入研究的问题。
通过用MRI方法对环太平洋地区地震活动性的分析，发现在MRI峰值高的地方，与该地区地震活动性有一定的对应关系，似乎表明用MRI方法可以进行合理地预测沿环太平洋的地震活动性。但MRI方法不能提供未来地震破裂的时间和震级的大小的信息。高发的地震活动性水平可能是环太平洋频繁记录到静(慢)地震现象的原因之一。墨西哥Guererro地震空区及日本Tokyo地区虽然处于MRI高值，但却没有大地震发生，可能与该地区经常发生的静(慢)地震有关，意味着地震空区发生的静(慢)地震有助于减轻地震灾害。如果认为静(慢)地震或无震慢滑动才是力矩释放的主要途径之一的话，俯冲板块静(慢)地震的效应被严重的低估了。因此，在用地震空区判断未来大地震危险性时，应该考虑静(慢)地震或无震滑动的贡献。
静(慢)地震辐射频率极低，频带窄的地震仪无法观测到这种现象。目前多数静(慢)地震在板块边界和火山地区被观测到，但这并不能说明大陆内部就没有静(慢)地震，只是我们缺少必要的高密度、高质量、多种仪器的综合观测资料。研究静(慢)地震需要近场观测资料和高采样率的观测数据，否则难以实现静(慢)地震的定位，也就无法进一步研究静(慢)地震的传播特性。大陆内部静(慢)地震研究是一个重要的课题，而静(慢)地震与地震活动存在联系，为我们在哪些区域布设台站、搜寻静(慢)地震提供了某种启示。
静(慢)地震的研究是一项非常有意义的工作。静(慢)地震有可能揭示出更多有关板块边界是如何运动的信息。静(慢)地震是地震断裂过程的一个组成部分，在地震成核作用过程中可能起着重要的作用。研究缓慢过程对于完整和深入认识地震机制是一个关键，尤其缓慢过程在应力集中和地震触发中起的作用，对探讨地震预报问题至关重要。