應(yīng)力方向一致和介質(zhì)各向異性前兆
——亞失穩(wěn)現(xiàn)象震例

刁桂苓 馮向東 王曉山

（河北省地震局，石家莊 050021）

最新的巖石物理試驗(yàn)表明，應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的在強(qiáng)度極限點(diǎn)和失穩(wěn)點(diǎn)之間可以劃分出亞失穩(wěn)和臨失穩(wěn)兩種狀態(tài), 其變化特點(diǎn)和過程不同，前者從應(yīng)力積累轉(zhuǎn)為應(yīng)力釋放，后者則由平穩(wěn)釋放轉(zhuǎn)為加速釋放。兩種階段分別對(duì)應(yīng)地震之前的短期和臨震階段。

然而在天然地震的觀測(cè)中，由于地球的不可入性，對(duì)于震源深處的介質(zhì)狀態(tài)無法直接了解；在彈性力學(xué)的框架內(nèi)絕對(duì)應(yīng)力的強(qiáng)度也是不可測(cè)的。因此阻礙了地震預(yù)測(cè)研究的深入。能夠穿透孕育地震深部體積的只有地震波，發(fā)生在孕震體的中小地震應(yīng)當(dāng)攜帶豐富的信息。根據(jù)區(qū)域地震臺(tái)網(wǎng)記錄可以反演它們的震源機(jī)制，利用給出的斷層面和應(yīng)力軸的空間取向可以間接了解孕震體介質(zhì)和應(yīng)力兩方面的狀態(tài)。

2011 年3 月11 日，日本東北部近海發(fā)生9.0 級(jí)地震，造成巨大災(zāi)難，引起國(guó)際社會(huì)高度關(guān)注。此次地震是日本有記錄以來震級(jí)最大的地震，也是20 世紀(jì)以來全球第4 大地震。

定義：一致性參數(shù)——每個(gè)地震震源機(jī)制3 個(gè)應(yīng)力軸與主震3 個(gè)應(yīng)力軸夾角（αβγ）之和。

資料：全部取自USGS 網(wǎng)站的矩張量解；范圍按照余震區(qū)稍向外擴(kuò)大；震前補(bǔ)充部分快速矩張量解。

一致性參數(shù)隨時(shí)間（地震序號(hào)）分布顯示：9.0 震前出現(xiàn)低值段，之前的多次7 級(jí)地震也存在類似現(xiàn)象。取1990 年以來資料計(jì)算均值和誤差，9 級(jí)大震前低值超出誤差限。一致性參數(shù)平面插值，存在囊括余震區(qū)的大尺度低值區(qū)。2007 年震前的低值出現(xiàn)在震中附近板塊接觸面淺部。結(jié)果表明存在明顯的時(shí)間、空間異常。這種異?，F(xiàn)象是否孤例？由2010 年智利8.8 級(jí)地震進(jìn)行驗(yàn)證。資料同樣取USGS 矩張量解，智利震前震源機(jī)制解一致性參數(shù)同樣存在低值段，而且低于均值2 倍中誤差下限。一致性參數(shù)平面插值震中附近存在連續(xù)低值區(qū)。低值區(qū)與余震分布范圍相當(dāng)。主震發(fā)生在低值時(shí)間段的極低值區(qū)。

震源機(jī)制一致性參數(shù)包括兩種含義：構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)控制作用增強(qiáng)（也可以理解為應(yīng)力水平增高）；地震破裂方向趨于相同，孕震區(qū)介質(zhì)各向異性，隨機(jī)發(fā)生的地震減少。

上述結(jié)果有利于識(shí)別亞失穩(wěn)應(yīng)力狀態(tài)，研究其演化過程的力學(xué)機(jī)理及其相關(guān)物理場(chǎng)的演化特性，進(jìn)而分析地震潛在危險(xiǎn)性以及危險(xiǎn)時(shí)段。