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震级影响因素之科普 精选

已有 3545 次阅读 2019-6-26 09:51 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦| 震级, 影响因素

张三说震级与断层错距成正相关,李四说震级与断层长度或地表破裂带长度成正相关。那么,究竟震级与哪些因素有关呢?要正确回答此问题,需从地震波辐射能的表达式入手。

一次地震释放的能量(地震能)主要包括地震波辐射能、摩擦热能与表面能,地震波辐射能仅占地震能的一小部分。我们已导出锁固段破裂事件对应的地震波辐射能Er表达式:

                1

式中,V为锁固段体积;G为锁固段剪切弹性模量;Dt为应力降;De为伴随应力降产生过程的剪切应变增量。

因为震级与地震波辐射能的对数成线性关系,所以据式(1)可分析震级的影响因素。可看出震级取决于锁固段体积、剪切弹性模量与应力降或应变增量。一般说来,锁固段的强度越高,其剪切弹性模量通常越大(郭中华等,2003;何鹏等,2011),因此震级与锁固段的承载力(由尺度和强度决定)成正相关。与断层中的非锁固段和软弱介质相比,锁固段的承载力远大于前两者,故锁固段破裂事件的震级一般远大于前两者的震级。换句话说,每个地震区较大的地震通常由锁固段破裂产生,而较小的地震可由三者产生。秦四清等(2015)的研究表明,最小有效性震级Mv为界定地震区锁固段破裂事件的门槛值,其物理依据就在于此。

同一个锁固段的体积和剪切弹性模量可视为常量,故同一个锁固段破裂发生的某次地震,其震级仅与此次地震产生的应力降量级或应变量级有关。

对地震机制的理解不同,决定了计算地震波辐射能的公式不同。在粘滑模型理论框架下,前人(Kostrov1974Vassiliou and Kanamori1982)给出的地震波辐射能计算公式复杂,应用时需明确粘滑应力降应力路径。与其相比,公式(1)不仅具有明确的物理意义,形式简单,而且能更好地表征某次地震的辐射能释放过程。广义上说,地震是岩石(体)破裂所致而不是粘滑所致,故基于粘滑模型的地震波辐射能表达式,其前提条件错误。

再回到本文开头提到的问题。因为断层错距在一定程度上能表征锁固段沿断层的滑移量(应变增量),且滑移量与错距成正相关,所以张三的说法正确。伴随着锁固段沿断层的滑移,断层运动导致地表破裂带产生;然而,地表破裂带长度并非与滑移量成正比,其主要与震时涉及的已存断层长度有关。事实上,较大的地震并非对应着较长的地表破裂带,或者说也并非需要较长的发震断层,如1976年唐山MS7.8地震的发震断层长度约为48kmHuang and Yeh,1997),地表破裂带长度与之相当,均远小于根据震级与断层长度(或地表破裂带长度)经验公式得到的结果。综上分析,可知李四的说法错误。这也提示我们,根据发震断层资料建立震级与断层几何参量的统计关系时,选择错距作为几何参量物理意义明确,可得到较可靠的关系。

下面,再谈谈流体对震级的影响。在流体作用下,锁固段的承载力降低,故相应的震级减小,这与杨睿的试验结果(图1)一致。由此看出,若流体注入与库水渗入到发震断层中,能降低预震与标志性地震的震级,从而减轻地震造成的危害。

image.png

a)自然状态

image.png

b)饱水状态

1 三轴压缩下自然状态(a)与饱水状态(b)砂岩的声发射能率变化特征(杨睿,2016

参考(略)




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