摘要
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研究方向
从大地震震源区介质结构的角度，系统总结已有的观测结果，探讨结构特征与凹凸体的关系
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研究范围
对全球震级大于 6 级且震源区开展过凹凸体研究的地震事件
共统计了 123 个不同震源机制的地震，包括 54 个板内地震和 69个板间地震
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研究分类
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结构研究
17个板内地震和14个板间地震
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研究表明
震源区发震断层附近均存在高强度（高地震波速或高电阻率）的异常体——凹凸体，且对地震的发生起到控制作用
其中4个在俯冲的海山处
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直接证据
海山即为明显的结构异常体，且有效正应力较高，是孕育大地震的高强度凹凸体. 研究结果可以作为凹凸体对大地震发生起到重要作用的直接证据
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震源破裂过程研究
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92个大地震
研究表明断层附近存在较大的同震滑移带，推测存在高强度的凹凸体
大多数地震具有显著的单侧破裂特征，而这与结构不均匀展布密切相关
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间接证据
破裂过程研究结果可以作为凹凸体对地震发生起到关键作用的间接证据
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研究结果
结构控制的凹凸体在大地震孕育过程中发挥着十分重要的作用
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研究方法
通过结构研究，利用高速、高阻异常体识别潜在的大地震凹凸体，评估断层的发震能力
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研究意义
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为防震减灾工作提供重要依据
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发现凹凸体与震源机制无关，在逆冲断层、正断层和走滑断层中发挥着同样重要的作用
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概念
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凹凸体
文中：凹凸体具有高速、高阻及高力学强度的特征，更容易在长期的断层闭锁期中积聚构造应力，进而导致大地震的发生
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有效正应力
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同震滑移带
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引言
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研究背景
带来严重的生命和财产损失
地震活动及其相关的发震断层几何形态、断层破裂位置及造成的灾害等方面都显现出明显的多样性
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理论
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断层是地震孕育的重要场所
当断层围岩积累的构造应力超过其临界状态时，岩石会发生破裂，应力在断层附近瞬间释放，即发生地震
断层系统的几何复杂性（现有技术很难详细刻画）和结构不均匀性→震源的多样性
本文：从围岩的结构特征角度探讨大地震的发震机制.
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地震源于岩石圈介质对构造应力作用的响应
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断层的结构不均匀性
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凹凸体
地震过程会显著受到断裂带上或附近不均匀介质的影响，通常描述为凹凸体
滑动量大、应力降大、地震矩释放量大
耦合强度更大（相较于围岩）
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大地震的孕育
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1.凹凸体，构造应力更容易积累，进而孕育大地震（构造应力均匀化的过程）
由于凹凸体相较围岩的耦合强度更大，因此一旦断层面上存在凹凸体，则该断层段可以克服更大的剪切力，从而形成 规 模 更 大 的 地 震 断 裂 带
2.无凹凸体，构造应力通常以蠕动变形的方式调整和释放，不利于构造应力的积累和大地震的孕育
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地震震源区周边岩石圈的结构研究
理解地震孕育和发震机制的重要基础
大地震的发生与速度异常分布有着密切联系
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概念
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构造应力
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速度异常分布
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研究方向
本文主要从大地震震源区的结构研究出发，总结结构与发震机制的关系，探讨大地震发生的控制性因素.
1 大地震发震机制中的凹凸体模式
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地震的产生
地震是构造应力沿断层迅速转换为非弹性应变（岩石破损）的结果
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不均匀体→非均匀地震破裂模式
能较好地解释地震波中的复杂成分、主震破裂的成因及主破裂之后的应力集中分布.
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凹凸体与障碍体模式
凹凸体和障碍体均由高强度介质组成，但运动机制存在较大差异
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凹凸体
地震发生之前断层面上存在的强度相对较大、应力更为集中的区域
地震的起点或破坏最严重的地方
断层面错动发生主震，起主导
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障碍体
地震发生之后未滑动（即未受破坏）的高应力强度区（相对已经破裂、应力释放后的区域而言）
限制破裂、甚至终止破裂
断层面上出现较多余震，起主导
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概念
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应变与非弹性应变
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不均匀体
断层面上应力水平明显不同于周边的部位
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应力
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地震波
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2 大地震震源区结构研究——以汶川和芦山地震为例
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速度和大地电磁结构结果（汶川和庐山）
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速度异常
高速异常→西侧（凹凸体）
低速异常→东侧
龙门山主断裂是一条非常明显的高低速边界
沿着断裂带方向的速度剖面上存在两个明显的高速区，不仅对应着强余震分布区，并且与破裂面上两个比较大的滑动区以及地表观测到的两个强烈变形和破坏区均显示出非常好的对应关系，说明结构控制了断层面的滑动和强余震的分布
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大地电磁
两个地震均处于高阻体内部，指示着存在刚度系数大、不容易变形的凹凸体
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异常
汶川地震震源区西侧下方存在显著的低速、高波速比异常结构
与青藏高原下地壳塑性流相关的部分熔融流体入侵
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改变应力分布→改变阈值
随着震源区下方流体的不断累积，震源区周边孔隙压力不断增大，进而改变局部剪切应力的分布状态，导致震源区岩石强度显著下降从而降低了断层破裂的阈值，增大了主震断层的发震可能性.
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概念
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高阻体（与障碍体有什么区别）
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刚度系数
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地壳塑性流
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孔隙压力
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局部剪切应力
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岩石强度
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3 全球大地震结构研究
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众多大地震震源区均存在高速或高阻异常结构
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举例
1920 年海原 M8.5 和 1927 年古浪M8.0 地震发震断层附近均存在深度达 15 km 的高速结构体（Sun et al., 2021）.
1978 年唐山 MS7.8 地震震源区附近也存在深度达 10 km 的高速、低波速比结构体，其下方表现为低速、高波速比异常结构（Ma et al., 2021）.
针对 2010 年玉树 MS7.1 地震开展的二维 Pg 波成像结果显示，玉树—甘孜断层穿过一个高速异常体，而玉树地震就发生在该高速异常体的东南边缘，地震破裂沿断层向速度低（强度低）的东南方向扩展（Pei and Chen, 2012; Pei et al.,2013）.
2021 年云南漾濞 MS6.4 地震震源区也呈现显著的高波速、低波速比（Sun et al., 2022）和高阻结构（叶涛等，2021），该异常结构体被发震断裂切割，且展布深度达 15 km；同时，漾濞地震震源区下方存在明显的低波速、高波速比（Sun et al.,2022）和高电导率（叶涛等，2021）的异常结构，指示了可能存在流体或熔体.
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国外大地震（凹凸体模式解释发震机制）
大地震矩释放区与高速区存在很好的对应关系，而破裂起始或终止则可能与低速体有关
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高速异常的凹凸体
速度结构与破裂过程和地震波能量辐射存在着密切联系
高速异常→破裂滑移最大的区域→能量以低频辐射为主
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特殊情况（少量）
高 P 波波速、低 S 波波速和高波速比特征
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指示了流体的存在
因为 S 波对流体比较敏感，对流体较多的区域，P 波速度能够较好地反映固体介质的结构
P 波的高速特征在某种程度上指示着震源区本身具有较强的力学性质
九寨沟地震可能与来自青藏高原内部的塑性下地壳横向侵出有关
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震源区不均匀结构与大地震之间的关系
断层附近存在大的同震滑动带即高强度的凹凸体
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板内地震
结构研究：地震震源区均呈现高速或高阻结构（17）
破裂过程研究：均呈现明显的单侧破裂形态（54）
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板间地震
结构研究：高速结构特征
破裂过程研究：单侧破裂
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5个发生在海山的地震
海山是海底普遍存在的地形特征，其一旦进入俯冲带，会导致逆冲断层界面产生额外的摩擦阻力，从而对大型逆冲地震产生深远影响
俯冲的海山——利于or阻止大型逆冲断层地震的发生，取决于其余地震成核带的相对位置
有效正应力较高的海山扮演了高强度凹凸体的角色
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结论
流体→触发作用；凹凸体→主导作用
单侧破裂——与结构不均匀性有关
凹凸体模式与震源机制无关
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概念
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高速、低波速比&低速、高波速比
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高电导率
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大地震矩释放区
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地震波能量辐射
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塑性下地壳横向侵出
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海山
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逆冲断层
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4 结构控制的发震机制讨论
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大地震更倾向于发生在发震层的深部，即在应力降较大的部位成核
深度+→正应力和应力+
正应力水平+→断层去的摩擦强度+
高阻结构——更低的孔隙度、更强的岩石完整性和更高的力学强度——有利于构造应力的不断积累
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发震前：凹凸体呈闭锁状态
凹凸体局部耦合作用更强→可以在阻碍断层错动方面发挥更大的作用
凹凸体力学性质越强，断层滑动越困难. 随着构造应力的不断加载，一旦超过断层强度的阈值，断层就会破裂，即发生地震
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低速、低阻结构
与岩石性质弱、裂隙发育或局部有效应力水平低有关
对应着较高的孔隙度、较低的岩石完整性和较弱的力学强度
不利于较大应力或应变能的积累
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流体
降低局部岩石强度和断层的摩擦强度→触发地震
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结论
外在因素会改变地震发生的进程
但足够的应力积累才是大地震发生的最重要条件
应力积累所需要的高力学强度的凹凸体才是决定性因素
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概念
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孔隙度
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力学强度
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耦合作用
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应变能
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5 凹凸体对发震机制的启示
探讨了高速、高阻结构异常体和凹凸体的关系
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认识和启示
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绝大多数震例研究表明，凹凸体模式能够很好地解释大地震的孕育和发生过程
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结构研究中的高速、高阻异常体，即为大地震发生的凹凸体. 可以通过断层带附近的高速、高阻异常体识别潜在的凹凸体，而凹凸体的发现则表明该断层段具备发生大地震的内在条件，需要给予重点关注
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凹凸体周边的流体可能降低断层段发生破裂的阈值，从而对大地震的发生起到触发作用.如果结构研究结果发现活动断层切穿了高强度结构，且下方或周边存在指示流体存在的低速、高波速比和高导异常体，则该区断层发生错动需要的构造应力累积时间会被缩短
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