量纲分析应用于地震预测的探索

加卸载响应比(LURR)的基本思路是希望能够通过刻画震源区介质的损伤程度,反映地震孕育的进程,从而预测地震.近30年来,很多人对加卸载响应比做了大量基础研究,取得了一系列新的进展.加卸载响应比在地震预测实践中也取得了一定的效果,异常区与地震发生的位置有较好的对应性,但是预测效果仍不够理想.究其原因主要是:在实际预测中对当地的地球物理情况考虑的不够.本文采用量纲分析与加卸载响应比结合的方法,综合考虑当地的地球物理情况,例如剪应变率和平均地震波能量等因素的影响.文中选取1970年以来发生在中国大陆的34个震例资料,通过分析得到了与发震震级和时间相关的无量纲量π₁和π₃,根据对实际数据的拟合,π₁和π₃均与震级成指数关系.在应用于地震预测实践时,首先根据LURR空间扫描结果选取异常区,然后确定异常区的地球物理参数,通过π₁确定震级M,再由π₃确定发震时间T.     

局部场地地震动高频衰减系数估计模型

采用随机有限断层法进行地震动模拟时,选用合理的参数描述特定局部场地近地表高频衰减特征,对评价地震动模拟结果的正确与否具有重要的实践意义.在工程场址地震动参数预测中,如何快速确定参数的取值,是实际应用中亟需解决的问题.首先对场地高频衰减系数κ₀与平均剪切波速v_S30的相关性进行了分析;然后,基于国内外学者计算得到的546个κ₀系数,采用一定时窗内的κ₀均方根值,讨论其随平均剪切波速v_S30增加的变化趋势.结果表明,虽然κ₀具有明显的区域差异性,但其均方根值随着v_S30的增大呈现出逐渐减小的趋势.为了得到合理的κ0估计模型,分别采用线性函数、多项式函数、对数线性函数和双对数线性函数对κ₀均方根值与v_S30的关系进行初步拟合,结果表明,对数线性函数能够较好地描述κ₀与v_S30之间的关系.最后,基于筛选得到的477个数据,采用最小二乘法对模型参数进行拟合,...     

根据断裂力学观点推算1976年盐源地震的发震应力场

利用断裂力学观点前已得出震级 M、区域剪切应力值τ₀, 震源破裂半径 a 之间的关系式[1]. 通过求a和M可算出应力值τ₀, 用求小震平均断层面解的方法可求出应力场的方向.本文计算和讨论了1976年11月7日云南省盐源地区6.9级地震前后该地区应力场随时间的变化, 并与邻区作了比较, 结果如下:1.盐源地震前, 邻近的中甸地区的τ₀值比云南省其它地区高出4倍.2.盐源地区1976年以后τ₀值明显增高, 且此时小震的平均应力场方向与主震应力场方向基本一致.从而可以看到震前应力场的变化.分析讨论了测定τ₀的误差和引起误差的原因.提出了利用单台和多台对不同地区的τ₀值进行比较的可能性和误差.      

JCZ-1型地震仪观测的地球环型自由振荡

本文首次采用JCZ-1型地震仪观测资料研究地球环型自由振荡, 并在2011年日本9.0级地震、 2010年智利8.8级地震和2005年印尼8.6级地震后武汉地震台JCZ-1型地震仪观测到了其激发的环型自由振荡, 从中检测了基振型₀T₂~₀T₆₇和一次振型 ₁T₂~₁T₅₀等振型的本征周期, 与PREM的理论值比较, 误差比小于0.5%, 补充了PREM中未提到的几次振型的本征周期: ₀T₁₁、 ₀T₁₅、 ₀T₁₉、 ₁T₄、 ₁T₅、 ₁T₁₄, 并观测到了日本地震 ₀T₂、 ₀T₆、 ₀T₇和 ₀T₈振型的多峰值现象。 研究结果表明, JCZ-1型地震仪具有良好的观测超低频长周期地球自由振荡的能力。     

汶川MS8.0地震的前兆异常时空演化过程及其力学分析

为了研究2008年汶川M_S8.0地震前10年前兆异常的时空演化过程, 采用地震破裂区的几何中心和余震区椭圆中心线为中心的两种方法计算前兆异常的震中距。 结果表明: 在汶川地震前2年左右前兆异常逐渐增多; 近源区(震源2倍左右尺度)异常测项比大于25%, 远源区中震源3～5倍尺度区域的异常测项比为17%～24%。 前兆异常时空演化过程存在三个不同的变化阶段, 即α阶段(包括α₁和α₂, 震前700～3000 d)的异常主要分布在余震区以外的西南地区和西北地区, 表现为远源区与近源区的前兆均存在向外扩展的特点; β阶段(震前300～700 d)的异常分布在余震区西南部和北部地区, 表现为大范围出现异常; γ阶段(包括γ₁和γ₂, 震前300 d内)的异常分布范围较广, 异常主要分布在余震区的西南部和东北部地区, 表现为远源区的异常向震中收缩过程(γ₁)和近源区的异常向外扩展的过程(γ₂)。 地震孕育过程的实验研究和力学分析表明, 地震孕育过程中前兆异常的三阶段特征可能是受孕震体的控制, 是孕震过程中的一种表现形式, 是一个地震孕育过程中的普遍性特点, 对地震预测具有一定指导作用。     

龙门山断裂带发震时刻间隔的SARIMA模型分析预测

基于龙门山断裂带2012年1月—2021年9月M_S2.5及以上地震目录数据,按震级分组建立发震时刻间隔序列,然后对各序列进行平稳白噪声检验,自相关、偏相关性分析,使用SARIMA模型对其进行短、中、长周期拟合及预测。通过分析模型拟合效果,得到不同震级序列的最优模型参数及相应周期数值。其中,序列M_S≥2.5及序列M_S≥3.0各模型调整R²均在0.86以上,最高达0.911;两序列对应模型的短时预测表现良好,预测RMSE分别为10.686及8.800。模型预测结果表明,龙门山断裂带后续发震时刻间隔总体趋势平稳,序列M_S≥3.0预测结果趋势有微弱增长,一段时间内龙门山断裂带M_S≥3.0地震发震次数将略微下降,地震活动性降低。该分析结果可为地震活动研究工作提供科学依据,其分析方法及过程为地震发震时间的分析预测提供了有效可行的途径。     

龙门山地区的kappa（κ0）模型及汶川MS8.0地震的强地震动模拟

在地震动模拟中,高频衰减参数（κ₀）是一个重要的参数,它控制了傅里叶谱高频部分的衰减特性.本文利用汶川M_S8.0地震和芦山M_S7.0地震主余震的1671组强震动观测记录,计算了龙门山地区50个断层距小于150 km的强震动台站的κ₀,基于随机有限断层法模拟了汶川地震中这些台站的加速度时程、傅里叶振幅谱和反应谱,并与前人的研究进行比较.结果表明,合理计算的κ₀可以有效地改善加速度时程振幅和高频谱（>1 Hz）的模拟结果.另一方面,本文基于κ₀与地形高程的相关性,建立了龙门山地区的κ₀经验模型.分别采用该经验模型和κ₀= 0.04 s模拟了汶川地震的峰值加速度分布,并与观测记录进行比较.结果表明,采用本文提出的κ₀模型可以更好地重现汶川地震的峰值加速度分布,特别是在断层破裂方向的反方向区域和山区.综上,汶川地震中山区的峰值加速度明显大于盆地地区的现象,不仅与断层破裂产状有关,还与山区和盆地地区的κ₀之间显著的差异有关.     

关于地震丛集特征、成因及临界状态的讨论

给出了研究地震临界丛集现象的最新方法,即时间变异诊断方法。讨论了不同类型的地震丛集活动特征和成因,结合中国大陆及邻区M≥ 8. 0大震序列和华北地区自1966年以来M≥6. 0地震序列,研究了丛集状态的自相似性及临界时间分支现象。对发震系统的内部时间给出了定义,并研究了地震丛集的非线性时间结构特征。研究认为: ① 事件的发生意味着系统现存的能量一次跳跃式的释放和状态的一次转换。只有当系统以某种足够随机方式动作时,系统状态才会转换,事件才会发生;② 涨落是系统状态的探测器,在临界状态时系统出现很大的涨落,时间变异系数W= 1。临界丛集是由系统内在随机性决定的,事件发生时间是随机地出现的,未来可能出现不止一次的W= 1的临界点;③ 相继发生的事件(M≥ M₀) 可以反映系统的演化过程和特征,丛集是系统演化过程中的有序性和无序性的综合反映;④ 事件丛集和丛集的事件具有自相似性和分形结构,也具有耗散系统的自组织和映射特点;⑤ 根据时间变异系数,系统内部时间(年龄),时间间隔与所经历时间非线性关系式以及映射和迭代方法可以用来预测未来地震趋势和未来M≥ M₀ 地震发生的可能时间点。     

东汉早期的地震活动

东汉早期(公元25—127年)的地震史料十分宝贵, 它反映了从远古零散、 不系统的地震记载转入连续记载并逐渐认识地震的过程. 这时的地震事件较多, 但研究不充分, 地震参数基本呈空白状. 史料的记载方式以“郡国地震”和“京师地震”为主; 时间上, 基本在汉和帝以后; 地点上, 以大华北为主. 本文具体分析了东汉早期的33次地震事件, 利用新的地震烈度衰减关系, 采用郡国平均地理面积和有感面积的概念, 比照地震范例的标准, 按《中国地震目录》的烈度震级表进行参数估算. 研究期间最主要的地震事件是4次震级≥6 1/₂ 的强震, 即公元46年10月和119年3月南阳地震、 121年10月冀南-鲁西地震和123年5月汉阳地震, 震后都有持续1—2年的余震活动. 公元118年前的地震主要分布于大华北, 震中至京师洛阳的距离多在200 km以外. 除两次5 1/₂ —6级地震外, 均属5—5 1/₂ 级中等强度地震, 少数小于4 3/₄ 级. 京师洛阳虽经历过多次地震, 但其受影响程度并不强, 基本为有感或强有感的水平, 没有遭受过破坏性或中等强度的震害.      

利用重力观测约束2011日本Tohoku大地震的震源机制

2011年3月11日,日本东北部(Tohoku)太平洋海域发生M_w9.0特大地震.一些国际学术机构用不同的震相和反演方法,计算了大地震的震源机制解.但这些结果存在一定的差异.地球长周期自由振荡的振幅主要依赖于地震矩的大小及地震断层的破裂方式,可以约束地震的震源机制、地震大小及持续时间.本文利用地球自由振荡₀S₀简正模对Tohoku大地震的震源机制解进行分析和约束.₀S₀振幅大小与地震断层的倾角(dip)、滑动方向角(slip)、震源深度及地震断层的破裂时间有关.我们利用震源机制解得到大地震后自由振荡模拟值,利用超导重力仪得到自由振荡的高精度重力观测值.二者比较后的结果显示:由GCMT震源机制解得到的₀S₀振幅与观测值符合较好,而由USGS CMT震源机制解模拟的结果明显大于观测值.2011 Tohoku地震为逆冲型浅源大地震.进一步的分析表明:逆冲型浅源大地震的断层倾角对₀S₀振幅的影响很大,而滑动方向角以及震源深度对₀S₀振幅的影响较小.USGS CMT震源机制解中较大的断层倾角是导致其₀S₀振幅显著偏离观测值的主要原因.     

RESEARCH ON CHARACTERISTICS OF THE FOCAL MECHANISM SOLUTIONS CONSISTENCY OF RUSHAN EARTHQUAKE SEQUENCE,SHANDONG PROVINCE

Many small earthquakes occurred intensively and continuously and formed an earthquake sequence after the M_L3.8 earthquake happened at Rushan County, Shandong Province on October 1, 2013. Up to March, 2017, more than 13 000 events have been recorded, with 3 429 locatable shocks, of which 31 events with M_L ≥ 3.0. This sequence is rarely seen in East China for its extraordinary long duration and the extremely high frequency of aftershocks. To track the developing tendency of the earthquake sequence accurately, 20 temporary seismometers were arranged to monitor the sequence activities around the epicenter of the sequence since May 6, 2014. Firstly, this paper adopts double difference method to relocate the 1 418 earthquakes of M_L ≥ 1.0 recorded by temporary seismometers in the Rushan earthquake sequence (May 7, 2014 to December 31, 2016), the result shows that the Rushan earthquake sequence mainly extends along NWW-SEE and forms a rectangular activity belt of about 4km long and 3km wide. In addition, the seismogenic fault of Rushan earthquake sequence stretches along NWW-SEE with nearly vertical strike-slip movement and a small amount of thrust component. Then we apply the P-wave initial motion and CAP to invert the focal mechanism of earthquakes with M_L ≥ 1.5 in the study area. The earthquakes can be divided into several categories, including 3 normal fault earthquakes (0.9%), 3 normal-slip earthquakes (0.9%), 229 strike-slip earthquakes (65.8%), 18 thrust fault earthquakes (5.2%), 37 thrust-slip earthquakes (10.6%)and 58 undefined (16.6%). Most earthquakes had a strike-slip mechanism in Rushan (65.8%), which is one of the intrinsic characteristics of the stress field. According to the focal mechanism solutions, we further utilized the LSIB method (Linear stress inversion bootstrap)to invert the stress tensor of Rushan area. The result shows that the azimuth and plunge of three principal stress (σ₁, σ₂, σ₃) axes are 25°, 10°; 286°, 45°; 125°, 43°, respectively. Based on the stress field inversion results, we calculated the focal mechanism solutions consistency parameter (θ)and the angle (θ₁)between σ₁ and P axis. The trend lines of θ and θ₁ were relatively stable with small fluctuation near the average line over time. Furthermore, the earthquake sequence can be divided into three stages based on θ and θ₁ values. The first stage is before September 16, 2014, and the variation of the θ and θ₁ values is relatively smooth with short period. All focal mechanism solutions of the three M_L ≥ 3.0 earthquakes exhibited consistence. The second stage started from September 16, 2014 to July 1, 2015, the fluctuation range of θ and θ₁ values is larger than that of the first stage with a relative longer period. The last stage is after July 1, 2015, values of θ and θ₁ gradually changed to a periodic change, three out of the four M_L ≥ 3.0 earthquakes (strike-slip type)displayed a good consistency. Spatially, earthquakes occurred mainly in green, yellow-red regions, and the focal mechanism parameters consistency θ was dominant near the green region (around the average value), which presents a steady state, and the spatial locations are concordant with the distribution of θ value. Moreover, all of M_L ≥ 3.0 earthquakes are located in the transitional region from the mean value to lower value area or region below the mean value area, which also indicates the centralized stress field of the region.     

MHD激波解的讨论

从Ｒａｎｋｉｎｅ－Ｈｕｇｏｎｉｏｔ关系出发，以激波切向磁场ξ、上游激波角θ_１和等离子体β_１值为参数研究各类激波解的特性及相互关系，阐明各类激波强度随介质β值的变化规律．结果指出：（１）在ξ＜－１的Ⅰ_ｂ型中间激波区和ξ＞４的快激波区存在双解；（２）慢激波可以直接和中间激波连接，但不能和快激波直接连接；（３）各类激波强度（用激波密度比衡量）随β_１值均有变化：Ⅰ_ｂ型中间激波上支随β_１值增加而下降，下支则上升；Ⅰ_ａ型中间激波和慢激波都随β_１值增加而下降；快激波双解区上支随β_１值增加而下降。下支上升；快激波在１＜ξ＜４区间的解随β_１值增加而上升。     

唐山地震前后京津唐张地区的应力场

作者从断裂力学观点研究了圆盘形纯剪切破裂产生的远场位移,导出了远场位移的解析表达式.用此表达式计算了远场位移脉冲波形及其谱.求得了P波和S波拐角频率F_cα、f_cβ与震源破裂半径的关系式,t_2α和t_2β分别是P波与S波的震源脉冲宽度在震源球上的平均值.V_r是破裂速度,取0.775β,α、β是P波与S波速度.介质吸收的影响,假定在略去路径滞后因子e-（iωr）/c后是最小相移滤波器,应用希尔伯特（Hilbert）变换导出了介质的频率响应公式 式中, r为震源距,c为波速,Q为介质品质因数,ω_m为高频截止频率.它与富特曼（Futterman）公式是不一样的.在考虑了介质吸收影响与仪器频率特性影响后,在频率域中求出了震源尺度2a和地震矩M₀.在时间域中,利用快速傅立叶反变换求出介质和仪器的脉冲响应后与震源脉冲折积,求得了合成地震图,用此图得到了地震图初动半周期T_2P与震源尺度2a或震源脉冲宽度t_2a之间的关系量板.用此量板在时间域中也求得震源尺度2a,与频率域中求得的结果基本一致. 利用从断裂力学观点研究震源破裂过程导出的关系式求出了京津唐张地区的区域剪切应力τ₀,式中η为地震辐射效率,取0.05;v为泊松比,取0.252;μ为刚性模量,取3.3×10¹¹达因/厘米².结果表明,1976年7月28日唐山大震前,唐山-丰南一带应力值最高，达870巴，离开唐山仅100公里左右的昌黎地区的应力就只有200巴左右.唐山大震后，地震破裂带中部的唐山一丰南一带，t₀降至100巴左右，而破裂带两头应力值仍很高，尤其是西南头的宁河一带，达400-500巴.直到11月15日此处发生6.9级强余震后应力值才降到200巴左右.     

关于2021年5月滇西漾濞MS6.4地震序列特征及成因的初步研究

2021年5月21日21时48分在滇西苍山西麓漾濞地区发生M_S6.4 （M_W6.1）强震,相关地震活动表现为一个典型的前震?主震?余震序列。本研究分别就该地震序列的构造背景、M1.0以上地震的双差定位、主要地震的矩张量反演和破裂传播方向、应力场反演及断层滑动趋势以及潮汐作用等方面进行了初步分析。矩张量反演结果表明,矩心深度为6.0 km。根据断层破裂传播方向分析结果及精定位余震分布判定,主震震源断层产状为走向137°,倾角75°,滑动角?167°,破裂沿南东向单侧扩展,右旋走滑含正断层分量。漾濞地震序列发生在红河断裂带北段延伸方向上的乔后—巍山断裂附近,但主震震源断层及主要余震的分布在走向和位置上均明显偏离已知的乔后—巍山断裂。地震序列受一个发育程度不高、含多级雁列构造的北西向为主、北东向为次的共轭走滑断层系统（本文称为“漾濞断层”）所控制,整体上沿北西向断层展布,主震与部分强余震为北西向断层活动所致,但中强前震和多数余震为北东向断层活动所致。中强震的断层破裂均为单侧扩展,北西向断层主要表现为南东向破裂扩展,而北东向断层沿两个方向破裂扩展,相邻地震还存在往返破裂现象。对截至5月23日所发生的M＞4.0前震和余震进行了全矩张量反演。利用漾濞地震震中15 km范围内20多个M_W＞3.4余震的比较可靠的震源机制解反演了该区的应力场,结果显示:主应力形状比φ＝（σ₂－σ₃）/（σ₁－σ₃）为0.46±0.17;最大主应力轴的方位角为188.0°±9.0°,倾伏角为12.4°±7.0°;中间主应力轴近直立,倾伏角为72.1°±11.3°;最小主应力轴的方位角为280.3°±7.0°,倾伏角为10.4°±12.0°。本文还对理论潮汐应变及应力进行了分析,结果表明,该地震序列受潮汐调制作用十分明显。5月18日18时及19日20时开始的两组前震群的首个主要地震以及5月21日晚发生的主震均发生在潮汐体应变和库仑应力的峰值附近,余震活动也与潮汐有明显的相关性。综合主要地震震源机制解、前震及余震分布、潮汐调制特征、基于应力场反演的断层滑动趋势分析以及滇西北地区以往类似地震活动研究结果,本文初步推断:漾濞地震受深部流体作用的影响明显,5月18日18时开始的第一次前震活动高潮从北西向断层的一个拉张性断层阶区开始,最大前震的震源断层为北东向断层,随后向北西方向迁移;19日20时开始的第二次前震活动高潮集中在主震震源附近。这些地震的触发及深部流体作用共同促进了北西向断层的活动,但主震的发生受深部流体作用为主。      

利用超导重力数据检测日本Mw9.0地震的低频自由振荡及谱线分裂

准确估计低频自由振荡及谱线分裂是约束地球内部结构和改进地球模型的重要手段.本文利用四个不同台站的超导重力观测数据系统研究了日本M_w9.0大地震激发的低于1.5 mHz自由振荡及谱线分裂.研究结果表明:(1)选取适当的数据长度,超导重力观测数据可以检测出低于1.5 mHz除₁S₁以外的所有自由振荡;(2)除₀S₂、₀S₃、₀S₀、₂S₁、₃S₁、₁S₂和₀T₂外,重点探测出₃S₂、₀S₄和₁S₄谱线分裂的所有谱峰;(3)与PREM模型理论频率相比,₀S₀观测频率平均向右偏移0.354×10^-3mHz,说明PREM理论模型中地幔底部参数与真实地球可能存在微小偏差;(4)₃S₂的谱线分裂率r为1.485267,比PREM理论谱线分裂宽度约宽50%,表明PREM中地球内核中部介质参数可能存在一定误差,需要进一步改善.另外,quasi-₀T₂的r为1.254206,比PREM理论谱线分裂宽度约宽25%.     

利用张家口地震台体应变观测资料检测地球自由振荡

在保证低频自由振荡信号分辨率,又不对高频自由振荡信号产生抑制效应的前提下,利用张家口地震台体应变观测资料,采用功率谱密度估计方法,获得2011年3月11日日本9.0级大地震激发的₀S₂-₀S₇₄基频球型振荡和17个谐频球型振荡（₃S₂、₅S₃、₂S₁₀、₂S₁₂、₃S₉、₁₁S₁、₇S₁₀、₅S₁₃、₄S₁₈、₅S₁₄、₁₄S₄、₄S₂₄、₁S₃₈、₇S₁₈、₁₄S₈、₉S₁₉、₅S₃₀）,并与地球初步参考模型（PREM）的理论自由振荡周期进行对比,发现与实测振荡周期基本一致。     

利用VP型垂直摆倾斜仪观测数据检测2011日本M_w9.0级地震激发的低频地球自由振荡

甚长周期VP型垂直摆倾斜仪对某些地球物理信号有特殊的敏感性,除了在观测小地震、慢地震等方面有优势之外,还可有效应用于低频地球自由振荡信号的探测.利用安置在武汉大学珞珈山的我国自行研制的VP型垂直摆倾斜仪在2011日本Mw9.0级大地震之后不同长度的观测数据,联合EEMD方法、自回归估计(AR)方法和bootstrap法,本文不仅检测到该地震激发的频率小于4.7 mHz的零阶球型振荡(0S2至0S38)和环型振荡(0T4至0T35)几乎所有振型以及15个谐频振型,还检测到5个其频率低于1mHz的低阶球型多线态(0S2、2S1、0S3、0S4和1S2)的部分或全部谱峰分裂现象,并给出了所有检测结果的精度评估.此外,本文分析了某些球型和环型振荡之间的耦合效应,结果表明耦合效应将显著影响地球自由振荡信号的相关参数.     

中国三个大地震的震源参数及讨论

大地震的震源机制及地震矩、应力降等参数,不(又对认识地震的破裂过程,而且对预报强地面运动都是非常重要的。一些文章对板内地震应力降的特点、地震矩与高频源谱的关系及区域特征的讨论,使我们可直接由长周期体波或面波得出的地震矩M₀估计出不同地区中大地震的高频源谱,以供强地面运动预报参考。 由于对发生在中国板内的1976年11月6日盐源地震（M_s=6.5）和1976年11月15日宁河地震（M_s=6.3）的震源参数还没有详尽的报道;另外,对1973年7月14日