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Seismological evidence for the convergence of crustal stress orientation before large earthquakes

Earthquake Science 2009年第6期22卷 623-629页

作者： yongge wan Institute of Disaster Prevention Science and Technology Sanhe 065201 China Institute of Geophysics China Earthquake Administration Beijing 100081 China

Earthquakes are caused by the failure of faults, driven by tectonic stress build-up in the Earth＇s crust. To study the earthquake preparation process and assess regional earthquake potentials, it is vitally important to understand the crustal stress evolution process and identify its change in pattern associated with the seismogenic process. In this study we investigate the focal mechanism orientations of earthquakes in southern California from 1982 to 1999, basing on a focal mechanism catalog from Hauksson. We find that for the two large earthquakes occurred in southern California, the 1992 Mw7.3 Landers and the 1999 Mw7.1 Hector Mine, the orientations of focal mechanisms near the coming earthquake tend to converge to the stress direction promoting the rupture of the coming earthquake and align with its focal mechanism about half-year before its occurrence, suggesting that the tectonic stress field gets more organized in favor of the rupture of the event pre-seismically. The degree of stress convergence is measured by the orientation angle RMS （root mean square） between the preshocks＇ focal mechanisms and the focal mechanism of the large event studied, and its time series recorded the stress convergence process. The degree of anomalies, measured by the F-tests, indicates that the convergence of stress orientations become significant at 90% confidence about half-year prior to both the Landers and Hector Mine quakes, and it becomes even more prominent at 99% confidence right before the occurrences. Our study may be of significance for assessment of regional seismic potentials.

关键词： focal mechanism stress orientation convergence evolution F-test

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The Grid Search Algorithm of Tectonic Stress Tensor Based on Focal Mechanism Data and Its Application in the Boundary Zone of China, Vietnam and Laos

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Journal of Earth Science 2016年第5期27卷 777-785页

作者： yongge wan Shuzhong Sheng Jichao Huang Xiang Li Xin Chen Institute of Disaster Prevention Sanhe 065201 China Earthquake Administration of the Guangxi Autonomous Region Nanning 530022 China

Stress field plays a key role in geodynamics. In this study, an algorithm to determine the stress tensor and its confidence range from focal mechanism data by using grid search method was proposed. The experiment uses artificial focal mechanism data which were generated by extensional, compression and strike-slip stress regime and different level of noise, shows that the precision of the estimated stress tensor based on this algorithm is greatly improved compared with traditional algorithms. This algorithm has three advantages：（1） The global optimal solution of the stress tensor is determined by fine grid search of 1o×1o×1o×0.01 and local minimum value is avoided; （2） precision of focal mechanism data can be considered, i.e., different weight of the focal mechanism data contributes differently to the process of determining stress tensor; （3） the confidence range of the determined stress tensor can be obtained by using F-test. We apply this algorithm in the boundary zone of China, Vietnam and Laos, and obtain the stress field with SSE-NNW compressive stress direction and NEE-SWW extensional stress direction. The stress ratio is 0.6, which shows that the eigen values of the stress tensor are nearly in arithmetic sequence. The stress field in this region is consistent with the left-lateral strike slip of the Dienbien-Lauangphrabang arc fault. The result will be helpful in studying the geological dynamic process in this region.

关键词： stress tensor grid search focal mechanism uncertainty.

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Stress value in 2003 Dayao Ms6.1 earthquake source region

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Earthquake Science 2011年第4期24卷 343-350页

作者： Xiaofeng Xu yongge wan Huilin wang Earthquake Administration of Hainan Province Haikou 570203 China Institute of Disaster Prevention of Science and Technology Hebei 065201 China

The Ms6.2 Dayao, Yunnan, earthquake occurred on July 21, 2003, followed by a major Ms6.1 earthquake about 88 days later in the same region. Hypocenters of the two earthquakes are almost in the same place. Based on the P wave first motion polarities of the two aftershock sequences recorded by temporary stations, we have studied the stress field in the aftershock zone and obtained the two stress field directions in Dayao region using the new version of PKU_Grid^Test Software provided by Chunquan Yu. Assuming that the rotation of the stress field is caused by the second main shock, we estimated the crustal stress value in the focal region by using the stress value calculation method proposed by yongge wan. The estimated maximum, intermediate and minimum principal stresses are 166.3 MPa, 158.7 MPa and 151 MPa, respectively, before the second main shock. The normal and shear stresses projected on the fault plane of the second main shock before it occurred are 157.3 MPa, 7.4 MPa, and are 158.8 MPa, 0.2 MPa after it occurred, respectively. The perturbed input parameters experiments attest the stability of the solution. The result shows that the preseismic shear stress is larger than the post-seismic one, and their difference corresponds to the stress drop approximately. The estimated compressive stress level is very high, but the differential stress is low. The result is helpful for friction coefficient estimation, plate motion simulation and related studies.

关键词： composite fault plane solution stress field stress magnitude 2003 Dayao twin earthquake

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采用2021年青海玛多地震序列震源机制节面聚类确定发震断裂几何形态

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地震工程学报 2024年第1期46卷 241-250页

作者：沈千贺万永革防灾科技学院河北三河065201 河北省地震动力学重点实验室河北三河065201

地震断裂带形状是活动构造和地球动力学的重要资料。2021年发生的玛多地震序列提供了丰富的震源机制资料,为统计震源机制节面并估计玛多地震发震断层面形状提供了很好机会。文章对地震的震源机制资料进行基于密度的聚类来确定断层的几... 详细信息

地震断裂带形状是活动构造和地球动力学的重要资料。2021年发生的玛多地震序列提供了丰富的震源机制资料,为统计震源机制节面并估计玛多地震发震断层面形状提供了很好机会。文章对地震的震源机制资料进行基于密度的聚类来确定断层的几何形态。首先对收集到的玛多地震序列的震源机制解进行中心解求解,从而获得更为精准的数据,然后对其进行DBSCAN方法的聚类分析,得到断层的走向为113.5°,倾角为88.2°,通过震源机制反演应力场,并将应力场投影到断层上,得到断裂带的相对剪应力和相对正应力分别为0.84和-0.79,剪应力强度较大,滑动角为-0.72°。结果表明玛多地震是发震断裂受NE-SW的挤压和NW-SE的拉张,形成了较大的剪切力,从而促使近东西的江错断裂发生左旋走滑错动所致。

关键词：断层几何特征震源机制有噪声数据的密度聚类分析 2021玛多地震序列

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希腊克里特MW6.0地震后的应力方向变化与强余震发生

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地震工程学报 2024年第2期46卷 491-500页

作者：李金磊万永革防灾科技学院河北三河065201 中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院北京100083 河北省地震动力学重点实验室河北三河065201

地震的震源机制是地壳应力变化的指示器,而地壳应力变化与强震的发生直接相关。前人研究了地震震源机制变化在视应力较高的走滑型大震前的应力变化过程,而未见到震源机制变化对视应力较低的正断型大震发生的指示作用的研究。文章以2021... 详细信息

地震的震源机制是地壳应力变化的指示器,而地壳应力变化与强震的发生直接相关。前人研究了地震震源机制变化在视应力较高的走滑型大震前的应力变化过程,而未见到震源机制变化对视应力较低的正断型大震发生的指示作用的研究。文章以2021年希腊克里特M W6.0正断型地震序列为例,通过计算地震序列震源机制解与区域应力场方向之间最小空间旋转角的变化,揭示应力变化与强震发生的关系。为保证震源机制解的准确性,采用多家机构确定的震源机制得到中心震源机制作为该地震的震源机制,而后采用该地震序列精确的震源机制求解当地应力场,最后计算地震震源机制与主震震源机制及与所估计的地壳应力场方向的空间旋转角随时间的变化,探索强震发生与应力场变化的关系。结果表明:在主震发生的短期内,余震震源机制与该区域应力场方向的空间旋转角较大,与其后小震级的弱地震活动对应;随后余震震源机制与应力场方向的空间旋转角减小,对应后面发生的3次M W>5.0的强余震,在此之后的长时间内余震震源机制和应力场方向的空间旋转角再次增大,对应的余震震级及频度皆明显下降。文章以2021年希腊克里特M W6.0地震序列为例,发现视应力较低的正断型地震前也存在应力方向集中现象,为探索地震应力前兆提供了范例。

关键词：希腊克里特地震序列震源机制中心解构造应力场最小空间旋转角

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Application of fuzzy clustering method to determining sub-fault planes of earthquake from aftershocks sequence

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Earthquake Science 2012年第2期25卷 187-196页

作者： Fuchang wang yongge wan Huirong Cao Zhitong Jin Qingqing Ren The Institute of Disater Prevention of China Earthquake Administration Sanhe 065201 China College of Mathematics and Information Science Langfang Teachers＇ College Langfang 065000 China

Earthquake rupture process generally involves several faults activities instead of a single fault A new method using both fuzzy clustering and principal component analysis makes it possible to reconstruct three dimensional structure of involved faults in earthquake if the aftershocks around the active fault planes distribute uniformly. When seismic events are given, the optimal faults structures can be determined by our new method. Each of sub-fault planes is fully characterized by its central location, length, width, strike and dip. The resolution determines the number of fault segments needed to describe the earthquake catalog. The higher the resolution, the finer the structure of the reconstructed fault segments. The new method successfully reconstructs the fault segments using synthetic earthquake catalogs. By taking the 28 June 1992 Landers earthquake oceured in southern California as an example, the reconstructed fault segments are consistent with the faults already known on geological maps or blind faults that appeared quite frequently in longer-term catalogs.

关键词： fault plane solution small earthquake clustering fuzzy clustering principal componentanalysis Landers earthquakes

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基于密集流动地震台网资料研究古冶—滦县地区上地壳各向异性

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地球物理学报 2024年第3期67卷 1053-1068页

作者：李枭万永革王晓山吴鹏张小涛余海琳防灾科技学院河北三河065201 河北省地震动力学重点实验室河北三河065201 河北红山巨厚沉积与地震灾害国家野外科学观测研究站河北隆尧055350 河北省地震局石家庄050021 邯郸地震监测中心站河北邯郸056001

自唐山地区发生7.8级地震以来,古冶—滦县地区一直为唐山地震的余震频发区.该地区断裂和地质构造十分复杂,这些断裂的破碎程度有哪些差异?这是地震学家所关心的问题.本文使用在古冶—滦县地区布设的密集流动地震台网2020年8月—2021年7... 详细信息

自唐山地区发生7.8级地震以来,古冶—滦县地区一直为唐山地震的余震频发区.该地区断裂和地质构造十分复杂,这些断裂的破碎程度有哪些差异?这是地震学家所关心的问题.本文使用在古冶—滦县地区布设的密集流动地震台网2020年8月—2021年7月近一年的波形记录,采用剪切波分裂原理通过对古冶—滦县地区上地壳各向异性研究来揭示这些问题.得到以下结论:(1)古冶—滦县地区快剪切波平均偏振方向为NE86.2°±27.8°,慢剪切波平均时间延迟为2.37±1.25 ms·km^(-1).快剪切波偏振第一优势方向为ENE向,与区域背景主压应力方向一致;第二优势方向为NE向,该方向揭示了研究区域断裂主要以NE向为发育的构造意义.(2)唐山断裂带附近台站快剪切波偏振方向均显示出NE向的第二优势方向,与断裂走向一致.断裂附近台站慢剪切波时间延迟较高,各台站时间延迟差异较小,表明区域各向异性程度较强,断裂沿NE向破碎程度较强且破碎均匀.(3)滦县—乐亭断裂和卢龙断裂附近台站快剪切波偏振方向显示出复杂性,表明两条活动断裂的交汇在地壳内部产生了复杂的地壳破裂裂隙结构.断裂附近台站慢剪切波时间延迟较高,各台站时间延迟差异较大,表明区域各向异性和断裂破碎程度较强,且破碎不均匀.(4)丰台—野鸡坨断裂和榛子镇断裂附近台站快剪切波偏振方向与区域主压应力方向接近,慢剪切波时间延迟最小,表明断裂对其附近台站快剪切波偏振方向影响大不,区域各向异性和断裂破碎程度较弱,断裂内部裂隙可能存在愈合的现象.另外,本文还针对1976年唐山M_S7.8地震后在唐山断裂带上出现的尖端效应是否对唐山断裂带北段应力场产生了影响做出了讨论.本研究结果不仅反映了断裂分布的复杂程度与地壳各向异性的关系,还揭示了地壳各向异性在不同破碎程度断裂上的差异.

关键词：古冶—滦县地区地壳各向异性剪切波分裂构造应力断裂破碎程度

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2020年西藏定日M_(W)5.6地震震源参数估计和应力触发研究

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地球物理学报 2024年第1期67卷 172-188页

作者：李琦李承涛赵斌黄勇万永革谭凯董晴中国地震局地震研究所武汉430071 河北省地震动力学重点实验室河北三河065201 武汉引力与固体潮国家野外科学观测研究站武汉430071 湖北省地震局武汉430071 湖北省地质环境总站武汉430034

2020年3月20日青藏高原西南缘定日县发生M_(W)5.6地震,距2015年尼泊尔M_(W)7.9地震~250 km.尼泊尔地震,尤其是震后余滑是否触发了此次定日地震还有待研究.本文联合合成孔径雷达和区域地震波资料研究定日地震的破裂特征.首先利用近场形... 详细信息

2020年3月20日青藏高原西南缘定日县发生M_(W)5.6地震,距2015年尼泊尔M_(W)7.9地震~250 km.尼泊尔地震,尤其是震后余滑是否触发了此次定日地震还有待研究.本文联合合成孔径雷达和区域地震波资料研究定日地震的破裂特征.首先利用近场形变和宽频带地震波资料,通过贝叶斯自举优化算法揭示定日地震的均匀滑动模型;然后在此基础上构建断层几何模型并反演震源滑动分布.研究发现定日地震的发震断层走向~334°,倾角~51°.破裂主要集中在约2.0~5.5 km深度范围内.破裂范围~5.6 km×4.4 km,释放总的地震矩~3.33×10^(17)N·m.最大滑动量~1.27 m,发生在3.786 km深度.破裂以正断滑动为主兼少许右旋走滑分量,同区域历史地震表现出相似的破裂机制,表明印度板块向北东方向挤压欧亚板块,在藏南地区产生了近东西向的张应力.库仑应力变化研究表明,尼泊尔M_(W)7.9地震主余震和定日地区四次历史地震共同触发了2020年定日M_(W)5.6地震,其中尼泊尔地震震后2年的余滑引起的库仑应力变化占库仑应力增加总量的~40%,震后余滑在未来地震危险性评估中发挥的作用不容忽视.

关键词：青藏高原定日M_(W)5.6地震合成孔径雷达形变滑动分布尼泊尔M_(W)7.9地震库仑应力变化

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2013年和2022年芦山地震序列断层面花状构造及其滑动特性研究

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地球物理学报 2024年第6期67卷 2202-2219页

作者：靳志同万永革王福昌李枭冯淦许英才防灾科技学院河北三河065201 河北省地震动力学重点实验室河北三河065201 宁夏回族自治区地震局银川750001

芦山地区在2013年和2022年发生两次6.0级以上地震,本研究收集两次地震的余震序列,研究两次芦山地震发震断层的几何参数和滑动特性,并分析汶川地震和2013年芦山地震对2022年芦山地震的应力影响.得到以下结论:(1)基于收集到的两次芦山地... 详细信息

芦山地区在2013年和2022年发生两次6.0级以上地震,本研究收集两次地震的余震序列,研究两次芦山地震发震断层的几何参数和滑动特性,并分析汶川地震和2013年芦山地震对2022年芦山地震的应力影响.得到以下结论:(1)基于收集到的两次芦山地震序列的2531个地震事件的精确定位结果,采用模糊聚类方法,求解得到芦山地震序列的5个发震断层面位置及其走向和倾角,5个断层面在空间上呈花状构造分布.(2)基于收集和计算得到的该地区的127个震源机制中心解,求解得到该地区的构造应力场,得到芦山地区形成了SEE—NWW向挤压,垂直向拉张的以逆冲为主的应力状态.(3)通过将构造应力场投影到两次芦山地震发震断层上,得到这些发震断层面上均容易发生逆冲型破裂事件.(4)将求解的2022年芦山地震序列发震断层面形状和滑动特性作为接收断层参数,计算汶川地震和2013年芦山地震对2022年芦山地震序列的应力影响,结果显示汶川地震对2022年芦山地震序列发震断层面的活动性起到促进作用,而汶川地震和2013年芦山地震的共同作用,对2022年芦山地震序列发震断层面的活动性起到抑制作用,即2013年芦山地震的发生推迟了2022年芦山地震序列的发生.基于GPS观测的应变率得到,在汶川地震和2013年芦山地震的共同作用下,2022年芦山地震被推迟的时间约为5.2~10.5年.这些研究对研究龙门山推覆构造带南段的断层活动特性和地震危险性评估有一定意义.

关键词：芦山地震序列模糊聚类断层面估计断层面滑动特性地震应力影响

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从震源机制中准确识别发震断层面对重构应力场的意义

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地球物理学报 2024年第7期67卷 2612-2624页

作者：李振月万永革郭祥云刘瑞丰中国地震局地球物理研究所北京100081 防灾科技学院河北三河065201 河北省地震动力学重点实验室河北三河065201

基于震源机制的应力场反演,需要从震源机制的两个节面中准确地识别出发震断层面,然后通过拟合发震断层面的滑动方向获得应力场.然而,目前的技术和方法不能保证能够从所有的震源机制中准确地识别出发震断层面.因此,用于应力场反演的断层... 详细信息

基于震源机制的应力场反演,需要从震源机制的两个节面中准确地识别出发震断层面,然后通过拟合发震断层面的滑动方向获得应力场.然而,目前的技术和方法不能保证能够从所有的震源机制中准确地识别出发震断层面.因此,用于应力场反演的断层数据中会参入小部分辅助断层面,这部分假断层的存在会造成重构的应力场与实际应力场产生多大程度的偏离?本文通过合成实验揭示出,从部分震源机制中错误地选择断层面可能会造成重构的应力场方向和主应力相对大小(R)与实际产生较大偏离,重构应力场的偏离程度主要与实际的应力R值、错误选择断层面的震源机制所占的比例以及震源机制中包含的噪声大小这三个因素有关.当实际的应力R值为中间值附近时,只有准确地选择断层面才能准确地重构R值,当实际的应力R值较小时,准确地选择断层面有助于准确地重构应力方向,故准确地从震源机制中选择断层面可以保证在不同的背景应力场下都能准确地重构应力场方向和R值,这对于根据重构的应力场合理解释构造运动具有重要意义.

关键词：震源机制重构应力场识别发震断层面主应力相对大小

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