地震产生的应力变化对后续地震具有触发作用已被不少观测研究证明(Stein,1999)。1992年美国Landers地震发生后,地震应力触发问题成了国际地震学界的研究热点之一,研究分为静态应力触发和动态应力触发两类。前者研究的是地震的断层位错在附近产生的静态应力变化对后续地震的触发作用(Perniola等,2004; Sebastian等,2004; Wang等,2001; King等,1994,2001; Harris等,1992,1995); 后者研究的是地震破裂扩展与地震波通过时产生的动态应力变化对后续地震的触发作用(Tibi等,2003; Andrea等,2002; Belardinelli等,2003; Gomberg,1997,2001; Brodsky等,2000; Anderson等,1994; Kilb等,2000; Tom,2005)。国内对地震的静态应力触发也有不少研究(邱泽华等,2003; 石耀霖,2001; 沈正康等,2003; 万永革等,2002; 刘桂萍等,2002),但动态应力触发方面的研究尚未开展。由于不像静态库仑破裂应力变化的计算那样有现成的、统一的计算程序可循,动态库仑破裂应力变化的计算问题给动态应力触发研究带来了一定困难,使得国内目前这方面的研究受到阻碍。

由Bouchon(2003)发展的离散波数法(DWN)在许多弹性动力学计算问题中由于能够精确地求解出完全格林函数而得到广泛的应用。离散波数法的一个重要特点是可以计算全波场,包括动态和静态的贡献。笔者采用DWN法首先计算了地震破裂在周围介质中产生的位移时程,然后通过弹性动力学转换求得应力时程,最后计算得到动态库仑破裂应力变化,并对不同类型地震断层产生的动态库仑破裂应力变化的空间分布进行了研究。

从走滑断层和倾滑断层产生的动态库仑破裂应力时程曲线(图2、图4)可以看到,在由明显起伏和相对稳定的两部分所组成的库仑破裂应力时程中,起伏部分幅值大但持续时间短; 动态库仑

图4 逆冲断层在接收点S2(a)、S3(b)、S4(c)

图5 逆冲断层产生的动态库仑破裂应力变化ΔCFS在不同时刻的空间分布(a)t=8.0 s;(b)t=15.06 s;(c)t=20.24 s;(d)t=25.41 s;(e)t=30.12 s;(f)t=35.29 s

破裂应力在时间30 s左右进入相对稳定状态,稳定阶段的幅值小但持续时间长。

从图3可以看到,走向正北的直立走滑断层产生的动态库仑破裂应力变化在不同时刻的空间分布图像均具有较好的对称性。图中显示,动态库仑破裂应力变化的正值区域(浅色区域)基本分布在断层破裂扩展的前方,正值的库仑破裂应力变化略大于负值的库仑破裂应力变化。随着时间的增加,动态库仑破裂应力扰动由震源向四周传播,辐射图案和强度均从30 s后趋于稳定,这表明动态库仑破裂应力变化经过瞬态传播阶段逐渐转变成为稳定场。

从图5可以看到,走向正北、倾角30°的逆冲断层产生的动态库仑破裂应力变化的空间分布图像完全不同于走滑断层,其库仑破裂应力变化正值区域(浅色区域)分布在断层的左侧,负值区域(浅色区域)分布在断层的右侧,正值的库仑破裂应力变化大于负值的库仑破裂应力变化。随着时间的增加,动态库仑破裂应力扰动由震源向四周传播,辐射图案和强度也是从约30 s后趋于稳定。

由离散波数与反射率法得到的以地震波位移为基础的库仑破裂应力变化的计算,不仅可以得到动态库仑破裂应力变化,同时还可以得到稳态(静态)库仑破裂应力变化,这不仅解决了动态库仑破裂应力变化的计算问题,也为以后的动态应力触发和静态应力触发两者结合的研究开辟了一条途径。