地球物理学进展  2017, Vol. 32 Issue (6): 2310-2319   PDF    
低频事件全球分布特征分析
邓津1,2,3, 李鹏4, 万秀红1, 李萍1, 蒲小武1, 安亮1     
1. 中国地震局兰州地震研究所, 兰州 730000
2. 甘肃省地震局, 中国地震局黄土地震工程重点实验室, 兰州 730000
3. 甘肃省岩土防灾工程技术研究中心, 兰州 730000
4. 中国地震局地震预测研究所, 北京 100036
摘要:分析大量文献记录的全球低频事件,包括:间歇性脉动与滑移事件(ETS)、低频地震(LFT)、SSE(慢滑移现象)、VLF(超低频地震)等.这些低频震动事件,需要从全球分布情况综合分析导致更加复杂的断层滑移和结构应力释放特征,探索大震孕育的规律.目前全球已观测到低频事件的国家和地区包括:日本、新西兰岛、墨西哥、哥斯达黎加、卡斯卡地亚、阿拉斯加、中国及中国台湾等地区,全球主要地震带沿线都有慢滑移发生.SSE(慢滑移事件)记录地区非常广泛,在各板块沿线几乎均都能记录到.低频滑移事件分布在板块断层沿线的特定部位,原因还有待分析.从全球记录到的各类低频地震及主要记录地区分布情况分析认为,低频事件很可能并不是仅限于俯冲板块,是发生在各大板块边界的普遍行为.甚低频事件(VLF)来源于多个单一地震辐射的缓慢滑动事件,可持续几千到上万秒.可传播数千米,震源可能不唯一,成为低频地震研究的最新热点.综合研究后认为慢滑移以及ETS、LFT、VLF等低频事件是全球发生的普遍行为,与天然地震有必然的联系,应具有统一的应力构造背景,低频地震和慢滑移与大震触发的关联机制还需要进一步探索.
关键词LFT (低频地震)    VLF (超低频事件)    ETS (间歇性脉动与滑移事件)    SSE (慢滑移事件)    
Low frequency events global distribution and its characteristic analysis
DENG Jin1,2,3 , LI Peng4 , WAN Xiu-hong1 , LI Ping1 , PU Xiao-wu1 , AN Liang1     
1. Lanzhou Institute of Seismology, CEA, Lanzhou 730000, China
2. Earthquake Administration of Gansu Province(Key Laboratory of Loess Earthquake Engineering, CEA), Lanzhou 730000, China
3. Geotechnical Disaster Prevention Engineering Technology Research Center of Gansu Province, Lanzhou 730000, China
4. Institute of Earthquake Forecasting, China Earthquake Administration, Beijin 100036, China
Abstract: Analysis of large number of literature records of low-frequency events around the world, including:intermittent Tremor and Slip Events (ETS), Low Frequency Earthquake (LFT), SSE (Slow Slip Event), VLF (Very Low Frequency Events), etc. These low-frequency events, need to comprehensive analysis its' more complex fault slip and structural stress release characteristics through global distribution. At present, in the world, that has observed low-frequency events of countries and regions including:Japan, New Zealand, Mexico, costa rica, cascadia, Alaska, China, Taiwan and other regions. (1) Global low-frequency slip events show that the global main belt has a slow slip.SSE (Slow Slip Events) record area is very widely, almost all along in the plate can be recorded. It distribution of location is the nature earthquake and its overlap points, and on upword fault or lower plate. The slip events is distribution in specific areas of the plate along the fault, reason has yet to be analyzed. (2) From the global record of low frequency and main large earthquake records analysis, low-frequency events may not be limited to the subducting-bond. It had occurred in related to major earthquakes along the major plates. It is a common behavior occurs in each large plate boundary. Low frequency earthquake and slow slide is related to the occurrence of major earthquakes, including time, place, slip rate, etc. Associated with major earthquakes trigger mechanism, it need further exploration. (3) According to new research record. the very low frequency (VLF) earthquake is new hotspot in the research of low frequency earthquake in recent years. very low frequency Events (VLF) has slow slip events and multiple single earthquake radiation. It can sustainable thousands to tens thousands of seconds and spread thousands of meters. The source may not be the only. Think of slow slip and ETS, LFT, VLF comprehensive research, etc of low frequency events, is one of common behavior related with Global Plate Motion, and link with the natural earthquake. It should have uniform stress tectonic setting, associated with major earthquake trigger mechanism and need further exploration.
Key words: LFT(Low Frequency Events)     VLF(Very Low Frequency Events)     ETS(Tremor and Slip Events)     SSE(Slow Slip Event)    
0 引言

随着全球数字观测网络及GPS观测技术的进步,分布足够高灵敏度的GPS和宽频带地震仪网络, 为人们发现更多岩石圈板块边缘运动、低频震颤滑移等前兆信息创造了条件.地震数据资料应用和微震数据处理方法在国内取得很多研究成果.GPS观测,地震定位、地震成像、震源机制反演等工作获得了明确的技术支持,为各类地震的研究提供多种研究手段.例如:微震事件自动识别以及震相自动拾取研究(刘翰林和吴庆举,2017),余震精确的双差定位分析(张旭等,2017).柴达木盆地低频地震试验, 可接收基岩面的折射波(曾融生等,1960).GPS/InSAR模拟同震位移表明:2015年尼泊尔MW 7.8地震的主震展布范围为140 km×80 km,最大滑动量约为4.4 m,总破裂持续时间为35 s(刘刚等,2017).2016年11月13日,新西兰凯库拉地区MW 7.8级地震,利用1 Hz高频GPS观测数据获取地震地表形变(宋闯等,2017).2008年四川汶川MW 7.9地震和1999年台湾集集MW 7.6地震均为挤压推覆构造环境下发生的板内逆断层型地震, 在震前会出现相似的局部应力场转换现象, 可能是发生大地震的征兆(刁桂苓等,2011).以上均是国内正常地震和余震的研究,有关低频事件研究较少.

随着中国及日本和美国,墨西哥等国家的宽频带地震仪网络的建设,遍布全球各地的全球GPS定位系统,为低频事件的广泛观测提供可能.低频事件或慢地震主要是指低频或深低频的震动事件,根据事件频率特征分为低频震动(“LFST”)、慢滑移事件(slow slip event“SSE”)、间歇性脉动与滑移事件(ETS)(Chaput and Bostock, 2007; Kao et al., 2007a, b)、低频地震LFT(Katsumata and Kamaya, 2003)、深低频震颤事件(DLF)(Obara, 2002; Obara and Hirose, 2006; Ito et al., 2007; Miyazawa and Brodsky, 2008)、超低频地震VLFE(“LFE and VLFE”) Ide(Ide et al., 2007)等.GPS站的记录结果显示,低频事件的时空迁移速度为每天约10 km, 沿断层走向迁移2~40 mm/天.低频事件与慢滑移现象的结合能够描述地震区的迁移运行规律, 包含锁定断层附近的应力改变和大地震的触发行为.

已观测到低频事件的国家和地区如:日本、新西兰岛、墨西哥、哥斯达黎加、卡斯卡地亚、阿拉斯加、中国及中国台湾等.研究慢滑移现象及低频震动事件, 有必要从全球分布情况综合分析导致更加复杂的断层滑移和结构应力释放特征,探索大震的孕育规律.

1 全球主要低频事件分布特征

近年来持续发生的致灾性强震,例如, 2008年5月12日的中国汶川8.0级大震.新西兰2011年2月22日克莱斯特彻奇6.3级地震;2011年3月11日的日本宫城县太平洋海域的9.0级大地震;2014年4月2日的智利伊基克西北的8.0级地震;以及最近发生的2017年9月8日墨西哥南部太平洋沿岸的8.2级地震.这些大地震的断层沿线是否有低频地震及慢滑移事件的孕育背景?本文从全球宽频带台网记录到的大量低频事件的记录文献,对慢滑移现象和低频事件进行整体的分析,研究全球低频及慢滑移事件发生的普遍性和分布特点.

1.1 日本记录的低频事件

日本是一个复杂的区域俯冲带,沿菲律宾欧亚板块下方俯冲,或阿穆尔板块沿南海及埋藏在北美或鄂霍次克板块边沿模槽俯冲带,大地震缓慢滑动事件发生在俯冲带边缘.历史悠久的大地震沿南海海槽和纪伊半岛可追溯到1000年,复发间隔90~150年,而较小的事件(MS=7.5)经常出现在西南各州.1944年(MS=7.9)和1946年(MS=8.0)的大地震发生在南海海槽区域.1923年关东大地震(MS=7.9)沿菲律宾板块和北美板块模槽区板块交界发生.日本列岛拥有215个均匀分布的GPS连续观测站,2011年日本MW=9.0地震反演表明,地幔黏滞性松弛效应在总体上超过断层余滑的贡献(刘泰等,2017)

日本全岛多数地区记录到各类低频事件,包括:慢滑移事件(SSE)、ETS事件、VLF事件和DLF事件.分别发生在日本南开海槽、西南部的四国地区、菲律宾海西南部、日本南部的丰后、东海地区、关东地区、千岛地区以及日本的宫城县等地.所采用仪器为70个海底地震检测仪(OBSs),328个地面基准高反射台站,测量深度25~45 km,平均20 km分布间隔的高精度台站.采用宽频带记录仪器,最大记录500 kg爆破能量(Kodaira et al., 2004).

(1) 慢滑移事件(SSE). 1997—2000年菲律宾海断层以及哈曼湖西部的东海地区滑移事件记录深度为15~25 km,滑移速度20 mm/a (Ohta et al., 2004).2000—2001年, 南开海槽延伸到东南滑移,最大滑移150 mm/a,深度25 km.到2002年9月慢滑移事件累积释放能量为一次6.8级地震(Miyazaki et al., 2006).2001—2002年,四国群岛从东北到西南的GPS监测记录到延伸30 km慢滑移现象.深度30~45 km,重复间隔13~16个月,持续几天到几个星期,宽度范围超过600 km,相当于菲律宾海重复发生的8级地震.其中记录的低频事件滤波范围2~10 Hz,发生在西部地区5~25 km范围,中心和东部地区25~35 km范围,SSE的滑移速度分别为西部42 mm/a,中心33 mm/a,东部49 mm/a (Obara et al., 2004Hirose and Obara, 2010).2003年记录的低频震动范围为1.5~10 Hz,持续周期有6个月(Hirose and Obara, 2005).2006年11月15日—2007年1月记录的千岛群岛滑移范围广,深度10~25 km,平均滑移20 mm/天, 持续40天(Ogata and Toda, 2010).2001—2008年,最大迁移速度10 km/d, 间隔大约6个月, 共观察到54个慢滑移事件(Sekine et al., 2010).日本关东地区有沿菲律宾海的俯冲运动以及一定范围地震和同震现象,包括慢滑移SSE、大尺度的后滑移现象、重复地震等(Kimura et al., 2009).

(2) ETS事件. 1999-09—2001-12,日本西南部高精度台网表明,连续低频ETS发生深度为30~40 km(Katsumata and Kamaya, 2003).1997—2002年记录的日本西南部歌山县的LFEs优势频率是2Hz, 深度24~40 km(Matsunami and Nakamura, 2004).日本南部的ETS特征频率2 Hz,发震深度35~40 km.滤波频率2~8 Hz,滑移速率1~2.5 km/h,发震周期3~6个月,北西向延伸25 km,持续90 min.传播速度17 km/h,最大80 km/h.2002年记录的发生频率为1~10 Hz,持续时间几分钟到几天,传播速度为10 km, 厚度6~6.3 km/s,这一地区剪切带的深度分散在20~50 km(Seno and Yamasaki, 2003; Ohta and Ide, 2011).2000—2003年记录的LFE优势频率是1~5 Hz,持续几分钟到几天, 深度35~45 km,波形持续4~20 min, 深度20~40 km(Nadeau and Dolenc, 2005).2005年的5月至2006年2月, 日本菲律宾海的非火山tremor的发震周期为12到24 h, 短周期SSEs的应力降为10 kPa(Nakata and Tsuruoka, 2008).2006年, 记录的日本四国西部南开海槽低频事件范围1~8 Hz, 持续数天到几个星期.深度5~20 km的迁移速度10 km/天, 特征频率范围2~6 Hz,深度大约30 km(Nugraha and Mori, 2006; Matsubara et al., 2009).2005年8月记录四国岛的LFEs低频事件滤波范围1~5Hz,发生在俯冲间断面,深度为30~35 km(Shelly et al., 2007).日本南开断层低频事件滤波范围1~8 Hz,震中深度30~33 km,低于当地普通地震7 km.特征频率0.2~4.5 Hz(Kato et al., 2010).另一次记录频率范围1~10 Hz,持续时间17.43 s,深度10~45 km(Rubinstein et al., 2009).

(3) DLF事件.日本东海和西南记录的DLF事件滤波频段为2~10 Hz,选取6 s的时间窗,由平均20 km间隔的高精度台站记录到(Watanabe et al., 2007).DLF事件的发生沿主震震中50~100 km,间隔2~3天,震前深度15~19 km,震后深度4~10 km(Volti and Kaneda, 2006).菲律宾海地区的Tremor滤波范围0.5~5 Hz,P波和S波不清晰.四国岛西侧持续6个月,迁移速度10 km/天,慢滑移的同时伴有tremor(Obara and Hirose, 2006).日本东海的频率范围2~10 Hz,持续6 min (Watanabe et al., 2007).

(4) VLF事件. VLF事件首先在日本发现并记录到.记录地区包括日本的四国、东海、纪伊半岛、西南部的菲律宾等地.在2~16Hz滤波能看到活跃的低频事件, 持续15~30 s, 同时记录到长周期事件0.01~1 Hz, 持续2000 s.深度30~40 km(Miyazawa and Brodsk, 2008).1999年在纪伊半岛记录的一次VLF事件包括高频和低频部分,滤波频率分别为2~8 Hz和0.05~0.02 Hz.重复周期3~6个月,持续时间20~200 s,震级MS 3~4(Ide et al., 2008).2008年10月12日,采用宽频带记录仪,在纪伊半岛发现VLF记录信号周期大于50 s,特征频率20~50 s,持续时间100~300 s,深度20~40 km(Takeo et al., 2010).日本南开(Nankai)的滤波范围0.02~0.05 Hz, 高频部分滤波频率为2~8 Hz, 震级MS 3.1~3.5, 深度10~40 km(Ito et al., 2007).2009年, 日本洋陆剪切带记录到的VLF事件的滤波频率0.02~0.05 Hz,特征频率10~20 s,深度30~45 km (Burlini et al., 2009).

替代源模型分析表明:甚低频事件(VLF)来源于多个单一地震辐射的缓慢滑动事件,可持续几千到上万秒,而低频地震(LFT)仅为零点几秒的时间.甚低频事件(VLF)可能以带通滤波后的集群形式出现,其显著特征是可传播数千米, 可能震源不唯一(Gomberg et al., 2016).2007年日本和台湾的宽带网络(F-net)共有记录到1314个VLF事件,通过矩张量(CMT)法获得震中位置在琉球海沟,峰值频率0.02~0.1 Hz(Ando et al., 2012). 2002—2014年数据分析比较表明,VLF被激活的剪切应力发生在海洋潮汐低潮时期(Nakamura, 2017).

1.2 卡斯卡迪亚地区低频事件

卡斯卡地亚地区拥有高精度的加拿大国际地震台网(Canadian National Seismic Network (CNSN) stations),包括三分向的宽频带及短周期记录仪(1 Hz).记录台网为PNSN (Pacific Northwest Seismic Network)和钻孔形变数据仪(borehole strain meter data).卡斯卡迪亚地区还设有连续的全球定位系统GPS观测网站(Network-wide).北卡斯卡迪亚低频事件反射带范围25~40 km,滑移速度18 mm/a,活跃期平均14.5个月,延伸速度10 km/天(Gershenzon et al., 2011).1997年的低频事件从几秒到几小时持续1~5周,共40~280 h(Aguiar et al., 2009).卡斯卡地亚地区的ETS事件S-P到时差为3.5~7s.事件持续14个月,频率范围1~6 Hz, 地域范围10~20 km.迁移速率3.8~4.2 km/s.1990—2006年记录的ETS事件,主要频率范围是1~10 Hz, 发生地区相隔14个月,与天然地震震源相隔50 km(Brudzinski and Allen, 2007).2002年在频带宽度4~30 Hz的信噪比超过10:1,在1~10 Hz有很强的振幅,与德纳里峰地震相比,tremors表现为低频的S波和面波,震中深度10~34 km,同时发生14个月间隔的慢滑移,释放三分之二的应力(Rubinstein et al., 2007).1998—2006年,滑移持续时间间隔14±2个月左右, 频率1~5 Hz,特征频率2~4 Hz,tremor传播的视速度高于4 km/s, 发生深度30~45 km.tremor活跃期10天,沿边界范围超过50 km.

1998—2008年,连续14~30天的滑移范围为30~300 km, 滑移开始速率5.9 km /天(Dragert et al., 2001; La Rocca et al., 2005; Wang et al., 2008; Schmidt and Gao, 2010).2008年5月,另一次事件滤波频率3~8 Hz,持续时间5 min,迁移时间从几分钟到一个小时,下插速度为30~200 km/h(Ghosh et al., 2010).2005—2007年,在南卡斯地亚地区从北部的加利福尼亚到北部的俄勒冈州,共650 km,发现滑移量4~10 km/d,tremor滤波范围2~8 Hz(Boyarko and Brudzinski, 2010).2007—2008年,南卡斯卡地亚的ETS频率范围1~8 Hz,持续15个月,深度30~45 km,平均迁移速度5 km/天(Kao et al., 2006Wech and Creager, 2008).1997—2007年,温哥华岛tremor事件频率范围5~13 Hz,持续时间20 s(Gomberg and The Cascadia 2007 and Beyond Working Group, 2010).2004—2005年记录到华盛顿至温哥华岛北西向的ETS频率范围1.5~10 Hz,持续时间10 s,发生周期13~16个月, 波形持续10~30天,深度9~14 km (Chaput and Bostock, 2007).

在卡斯卡迪亚俯冲带发生ETS事件的同时也发现超低频地震(VLF).CMT方法提供了震源位置计算方法. VLF与tremor有时间空间相关性,VLF就发生在tromor的滑移区域.VLF与地震相互作用的物理过程可提供新的研究方向,从而可在时间和空间上更好地描述它们的时空分布, 瞬间释放, 和慢地震作用.(Ghosh et al., 2015Hutchison et al., 2015).

1.3 加利福尼亚低频地震

加利福尼亚具有高精度的地震观测系统(High Resolution Seismic Network (HRSN)以及GPS观测网络(GPS network).1997—2007年加利福尼亚俄勒冈州以18个月为周期发生SSE事件,北部的加利福尼亚以11个月为周期,自2005年以来共发生12个事件,累积震级MW 6.3~6.8, 滑移量为2~3 cm,迁移速度6 km(Szeliga et al., 2008).2001—2008年加利福尼亚附近的帕卡费尔德滑移范围8~10 km,持续20 min,连续发生3个月,深度25 km(Shelly,2009).加利福尼亚南部的萨尔顿在2006年地震前后的滑移速率为1.35 mm/月.加利福尼亚地区的LFT持续时间3~20 min, 深度15~30 km,水平分量速度计滤波范围3~8 Hz, (Nadeau and Guilhem, 2009).2007年,帕克费尔德地区高精度的地震台网(HRSN网)以及断层边缘的观测仪(PBOGPS),记录到LFT事件频率2~8 Hz, 持续10 s, 主要发生在震前3个星期, 深度26 km, 滑移速度15~40 km/h,而这里的普通地震深度在8.6 km(Shelly,2009).2001—2009年,帕克费尔德记录低频事件的频带宽度1~10 Hz, 持续时间4 s, 速度4 km/s, 深度20~35 km(Zhang et al., 2010).帕克费尔德地区记录的圣安第斯断层的ETS,频带宽度4~5 Hz, 持续20 s,共26天,深度14~24 km(Fletcher and Baker, 2010).1992—2000年,全球地位系统(GPS)和电子测距仪(EDM)以及地质数据, 发现沿圣安第斯断层40 km大范围的累积滑移,滑移速率为30~40 mm/a, 南部积累了很高的应变能, 并且不断重复发生地震(Fialko,2006).在2000—2003年,垂直分量的速度计记录到圣安蒂斯断层110个tremor事件的持续时间是4~20 min, 发生深度范围20~40 km(Nadeau and Dolenc, 2005).在2002年Denali 8级地震前后15天, 圣安蒂斯断层发生大量的Tremor,深度峰值在25~35 km, 频带宽度2~6 Hz(Peng et al., 2008).阿拉斯加南部有36个宽频带台,在1998—2002年, 平均滑移速率为40 mm/a, 最大滑移速率55 mm/a, 范围150 km, 深度25~45 km(Ohta et al., 2006).2005年4月21—26日,温哥华岛持续数周时间,深度25~35 km,滑移2 cm/a(Kao et al., 2007a, b).北部华盛顿和南部的温哥华岛,在2007—2009年发现潮汐应力周期12.4 h,对应tremor运动的最大值(Hawthorne and Rubin, 2010).美国夏威夷岛2005年发现慢滑移事件位于7.56 km的剪切带(Segall et al., 2006).北美加勒比海地区在2000年利用153个连续作业的GPS线性速度分析表明,该地区滑移量为14 mm/a(DeMets, 2001).华盛顿的奥林皮克半岛,低频事件频率3~8 Hz,在2008年5月持续8天,深度30~40 km(Ghosh et al., 2009).

在华盛顿和温哥华岛2014年发生的滑动事件中发现了超低频地震(VLF),超低频地震(VLF)发生在没有大地震发生的时间和地点,但是超低频地震(VLF)和天然地震有清晰的时空关联,这一发现挑战了不同类型的慢地震与慢速滑动之间动态关系的初期认识.目前将这些发现解释为:VLF和震颤可能有它们自己的“地震周期”,具有独立的应力加载机制(Hutchison and Ghosh, 2016).

1.4 墨西哥低频事件

墨西哥连绵的山脉中部分都是死火山,包括5610 m的奥利萨巴火山和波波卡特佩特尔山.墨西哥地震频繁,1985年的一次地震给首都墨西哥城带来巨大灾难,约35000人死于这次地震.2012年墨西哥南部格雷罗州发生7.4级地震以来,2017年9月又发生一次8.2级地震.墨西哥设有长期的连续GPS观测站,目前低频事件成为这一地区的研究热点.

1999-12—2000-06墨西哥格雷罗地区低频事件范围1~8 Hz, 大部分分散在5~40 km, 分为两个区, 一个是离断层150~170 km, 另一个为离断层210~240 km(Brown et al., 2005).2001—2002年和2006年,墨西哥滑移深度分布在5~40 km.GPS定位在40 km深度,发生方式是从间断发生到周期发生(Vergnolle et al., 2010).2001—2002年格雷罗地震带发生静地震的能量相当于6~7级地震.平均滑移量为100 mm, 滑移范围250~500 km2,持续几天到几年(Kostoglodov et al., 2010).2004年发现墨西哥南部的慢滑移,持续2~3年,可可斯北美板块积累能量高达70±5 mm/a,等价于这一地区一次MW= 7.3的地震能量.格雷罗地震带比同一时间墨西哥火山带滑移量要大2~3 mm,2004年以来位移超过20 mm(Brudzinski et al., 2007, 2010).2006年,另一次慢滑移事件主要发生在北美板块南部的格雷罗地震带,同震滑移速率为5.2~5.9 mm/a (Larson et al., 2007).

1995—2007年格雷罗岛地区ETS的持续时间10~100 s, 深度25~45 km, 滑移速度60 mm/a(Pacheco and Singh, 2010).2006年的滑动事件,进入发震区域的格雷罗州共积累了655 cm滑动,深度12 km.有潜在的大地震发生(Bekaert et al., 2015Villafuerte and Cruz-Atienza, 2017),2012年墨西哥南部格雷罗州发生7.4级地震.

2005—2007年,墨西哥剪切带的ETS频带宽度0.5~15 Hz, 主要频率1~2 Hz, 低频事件的发生范围是6~550 km, 剪切位移4.4 cm(Shillington et al., 2006).2005—2007年墨西哥的LFT,滤波宽度0.5~15 Hz, 优势频率1~2 Hz(Kostoglodov et al., 2010).2006—2007年,北美墨西哥剪切带的瓦卡纳地区,频率范围1~5 Hz,发生频率2~3个月,深度40~50 km,而卡斯卡地亚的深度范围30~60 km,频率范围1~4 Hz(Holtkamp and Brudzinski, 2010).类似于其他俯冲带, 墨西哥构造地震(TT)和缓慢滑动事件(SSE),发生在格雷罗州深部的板接口,进一步下滑约35 km,连续缓慢滑移扩展到整个格雷罗州地震地区(Villafuerte and Cruz-Atienza, 2017).格雷罗州断断续续的地震迁移影响缓慢滑动的断层愈合,缓慢滑动事件表现出显著的复杂性和复发间隔的变化(Peng and Rubin, 2017),格雷罗州发生SSE事件最大滑动约8 mm,连续缓慢滑移扩展在整个地震地区的格雷罗州.

墨西哥格雷罗地区俯冲带,不断地被观察到长期慢速滑动事件(SSE),这些事件的机制对于确定它们在地震周期中的作用是很重要的.就像经典的天然地震一样,这里的SSE事件在俯冲界面上有更长滑动时间(大约一年)和更低的压力降(0.1 MPa).滑变率似乎相当均匀(大约1 mPa/m),这与地震过程中发现的值大致相同(Bekaert et al., 2015).

墨西哥格雷罗州记录到超低频地震信号(VLF),使用匹配滤波算法来搜索连续地震记录.超低频VLF事件的滑动方向为逆时针方向(约10°),应变能促进左旋走滑运动,可能导致大陆地壳地震间断面积聚能量(Maury et al., 2016).

1.5 印度及欧亚板块低频及慢滑移事件

2006利用卫星雷达数据(satellite radar interferometry data)显示阿富汗和巴基斯坦的慢滑移事件沿断层50 km深,在5.0级地震后17天, 慢滑移速率为2~4 cm/a(Furuya and Satyabala, 2008).2004年印度安达曼群岛的布莱尔港,震中以北1000 km, 测得慢滑移下沉量为80~120 cm(Slingh et al., 2006).1998—1999年不列颠哥伦比亚的维多利亚滑移持续10天,深度25~45 km,重复时间13~16个月(Dragert et al., 2004).

2008年1月1日记录的意大利的亚平宁山脉的低频事件频率2~10 Hz, 持续时间10~20 s, 持续31天, 滑移速率2.5 mm/a(Piccinini and Saccorotti, 2008).

土耳其地震后,有许多小事件地震滑移滑动范围400~1000 km,滑移速率5~6 mm/a,同震滑移的中心为沿下插方向50~60 km,滑动速度10~12 m/s(Brodsky et al., 2000).

非洲的岩浆库记录的高频事件和低频事件(HF, LF)的频率范围分别为0.2~5 Hz和2~6 Hz,深度40 km(Vergnolle et al., 2010).雷达记录到特那力岛的重力形变5~6 mm/a(Fernández et al., 2009).

中国大陆运动速度最大的点是拉萨点,达50.0 mm/a;其次是唐古拉点,达45.6 mm/a,川西的虾拉沱点速度也达34.0 mm/a,另一群运动较快的点位于新疆,速度为30 mm/a左右(吴云等,1999).川滇地区高精度GPS观测处理结果表明,川西鲜水河断裂带和安宁河断裂带的滑移速率约10~30 mm/a,各断层每年有相当于6级左右的地震能量积累(申重阳等, 2002).汶川震前发现龙门山断裂带附近有ETS、DLF、VLF几类低频事件波形,并能初步定位(邓津等,2013).汶川大地震临震前震中附近发现有显著的地壳垂直运动,在离震中36 km的PIXI站在震前不到1h垂直位移变化达300 mm以上.2006年,台湾南部的tremor, 2~8 Hz, 持续700 s, Vp/Vs:1.175~1.85, 深度12~38 km(Tang et al., 2010).

1.6 哥斯达黎加

2007年哥斯达黎加的尼科亚半岛的ETS频率范围2~6 Hz,深度25~30 km,滑移速度8~9 mm/a, ETS优势频率2~7 Hz, 地震噪声频率7~15 Hz,滑移速度10-5 to 3 cm/d; 优势峰值2~3 Hz(Outerbridge et al,2010).1999-12—2000-06,尼科亚半岛洋底地震计记录到5个非火山的低频信号,峰值在2~3 Hz范围(Brown et al., 2005).2006—2009年,哥斯达黎加尼科半岛记录的LFT频率范围2~7 Hz, 地震噪声7~15 Hz.记录仪器间隔100 m,记录频率范围40 s~100 Hz.(Walter et al., 2011).

1.7 其他地区的低频滑移事件

新西兰由南北两个主要的岛屿组成,地震活动频繁.新西兰北岛多火山和温泉,南岛多冰河与湖泊,有全国第一峰库克山.北岛第一峰是鲁阿佩胡火山,高达2797 m.新西兰2011年2月22日发生克莱斯特彻奇6.3级地震.新西兰沿海设置CGPS站点和宽频带台网.2000年以25 mm/a相对于澳大利亚板块向西运动,持续发生0.5 m的滑移(Reyners and Bannister, 2007).2002—2008年新西兰北岛记录的吉斯伯恩以及库克海峡卡皮第海岸慢滑移事件,记录深度为5~15 km(Bell et al., 2010).2003—2004年滑移记录深度为30~45 km,地层温度为50~80 ℃,延续时间10天~18个月,滑移速度20~30 mm/天(Douglas et al., 2005McCaffrey et al., 2008).2002—2007年新西兰北岛记录深度为30~50 km,以10天为周期,每次持续20~30 min.2009年一次滑移事件的运动时间为20~30 min,持续18个月,深度25~35 km,滑移速率10~15 mm/a,相当于MW=6.3~7.2级释放的地震能量(Wallace and Beavan, 2010).

2003—2007年的洋底地震tremor, 优势频率4~8 Hz.持续时间25 s, 深度-2820~2520 km(Monigle et al., 2009).2002—2003年,南极洲的危而克斯地冰川产生的低频事件频率范围4~10 Hz, 25~90 s, 时间30 min, 持续几小时到数天(Chapp et al., 2005).此外,纽芬兰岛的洋底钻孔数据也记录到非火山的洋底扩展(Schroeder et al., 2007).2007年记录的奥地利油气田附近的低频地震, 频率范围1.5~4.6 Hz,有16个月间隔, 25个不同事件持续了3 min, 两个事件持续30 min (Steiner et al., 2007).

2 讨论 2.1 全球分布慢滑移事件

将各类文献记录到的低频滑移事件的地点和滑移速度标注于图 1.如图 1所示,全球分布的各类低频事件滑移速度图.图中显示2003—2007年,滑移速度较大的地区,如哥斯达黎加达到80~90 mm/a.阿拉斯加40~60 mm/a,中国拉萨50 mm/a,南亚的阿富汗20~40 mm/a,温哥华20 mm/a,特内里费岛(Tenerif)岛为5~6 mm/a.南亚的滑移速度最小为2~4 cm/a.其中墨西哥南部地区的慢滑移速度较大70 mm/y.日本15~40 mm/a,发生周期3~6个月,而卡斯卡地亚地区发生周期为10~19个月.沿断层北西向25 km周期90 min.滑移速率为17 km/h到最大80 km/h.滑移较大的地区为圣安第斯断层以及墨西哥地震带.日本及欧亚板块,虽然滑移速度低,但累积的地震能量有发生多次大地震的可能.慢滑移的发生在大地震的断层沿线,与天然地震有必然的联系.

图 1 2000—2007年的全球分布慢滑移事件平均滑移示意图 (其中,红色为慢滑移事件,蓝色星号为全球6级以上的地震,黑色字为滑移速率,单位mm/a) Figure 1 2000—2007 average slip schematic diagram of the global distribution of slow slip events (among them, the slow slip events in red, blue star for the global earthquake of magnitude 6~8, black word for slip rate, unit mm/a)

图 1分析后发现,活跃的滑移事件并不都发生在大地震的主发地点,而是发生在大地震所处板块沿线的上部或下部,可能为构造应力积累结果.但低频事件很明显并不是仅限于俯冲板块,而是发生在各大板块边界的普遍行为.目前发现的地震信号发生在主要断层的深部约20~45 km延伸带的剪切滑动,比天然地震(10~15 km)更深10~20 km,主要发生在地震间断面,接近莫和面.

2.2 低频事件的全球分布

将世界各地记录的主要低频事件等信息及世界各地记录的7级以上大地震,以及各类低频事件等信息汇总,获得如图 2所示的全球低频事件分布图.图 2中黑色五角星★表示近期7级以上的大地震(2008—2012年). 为SSE事件,为ETS事件,为冰川滑移,为低频地震,为超低频地震;为DLF; 为震后滑移.

图 2 全球记录的低频事件分布图 (其中:为SSE事件;为ETS事件;为冰川滑移;为低频地震; 为超低频地震;为DLF; 为震后滑移;★:为2008—2012年7级以上大震) Figure 2 The recorded low frequence events founded in the world (including: SSE(slow slip event), ETS(tremor and slip events); glacier slip, LFT(low frequency events), VLF(very low frequency events); for the DLF; for the post-earthquake slip; ★ is for the magnitude above MW 7's large earthquake in 2008—2012)

图 2中,目前全球记录发现最多的是tremor信号,LFT事件和ETS事件.主要为断层深部俯冲带延伸下插的剪切滑动.DLF事件和VLF事件记录地点主要为日本.

将世界各地记录7级以上大地震,以及低频事件等信息汇总,获得图 2所示的全球低频事件分布图,图 2中黑色五角星表示近期7级以上的大地震(2008—2012年).

SSE(慢滑移事件)记录地区非常广泛,在各板块沿线几乎均都能记录到.其次为LFT事件和ETS事件.DLF事件主要在日本记录到.最新研究热点表明,VLF事件在日本,墨西哥和克斯卡地亚地区均有发现.目前发现的ETS信号,主要发生在断层深部俯冲带延伸下插的剪切滑动,例如日本西南部ETS的发生周期为3~6个月.而卡斯卡迪亚俯冲带的ETS则趋向于更大的发震范围和更长的持续时间,发生周期为10~19个月,滑移速率为17 km/a,最大达到80 km/a.

但从全球分布图来看低频事件很可能并不是仅限于俯冲板块,而是发生在各大板块边界的普遍行为.有的大震发生在板块的拐点,墨西哥大震以及阿拉斯加和日本大震等均与低频发生区域接近.有的低频事件发生在大震断层附近的上盘或下盘.但低频滑移事件分布在板块断层沿线的特定部位的机理还有待分析,所孕育的动力学过程还需要进一步的探索.

3 结论 3.1

本文针对全球的低频滑移事件分析表明,全球主要地震带沿线都有慢滑移发生.慢滑移事件(SSE)记录地区非常广泛,在各板块沿线几乎均都能记录到.分布地点或者与大地震发震地点重合,或者分布在与大震近距离的断层上盘或下盘.7级以上的大地震,如墨西哥大震以及阿拉斯加和日本大震等均与低频滑移发生区域接近;有的大震发生在板块的拐点,或低频事件发生区域上部或下部.低频滑移事件分布在板块断层沿线的特定部位,原因还有待分析,所孕育的动力学过程还需要进一步的探索.

3.2

从全球分布图来看,低频事件很可能并不是仅限于俯冲板块,而是发生在各大板块边界的普遍行为.低频事件滤波范围1~8 Hz,震中深度30~33 km,低于当地天然地震.低频地震与大地震的的全球分析表明,大震前的低频地震和慢滑移很可能与大震的发生有关,包括发生时间、地点、滑移速率等.与大震触发的关联机制还需要进一步探索.

3.3

最新研究表明,超低频地震(VLF)是最近几年低频地震研究的最新热点.甚低频事件(VLF)来源于多个单一地震辐射的缓慢滑动事件,可持续几千到上万秒.可能以带通滤波后的集群形式出现,其显著特征是可传播数千米, 震源可能不唯一.超低频事件VLF特殊性在于滑动方向为逆时针方向,应变能促进左旋走滑运动,可能导致大陆地壳地震间断面积聚能量和大震的发生.由于超低频事件能量远远高于其他低频地震,这对于整个低频事件甚至天然地震的发生机理的解释更具有挑战性和开拓性.因此需要在其他断层沿线进一步的探索发现,以及对大地震发生的新视角的理论创新和解读.

致谢 感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持!
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