唐山地震断层破坏及其力学过程的数值模拟

本文用数值分析方法探讨了地震从孕震到发震的力学过程,以76年的唐山地震为实例,用非线性有限元方法,分析唐山发震断层破坏的力学机制,用增量分析的方法,近似地按时间序列模拟发震断层和周围岩石从孕震到发震的力学过程,并与实测资料进行分析比较     

唐山大地震孕育过程的数值模拟研究

根据1976年唐山7.8级地震的前兆资料，结合岩石破裂物理、震源物理、构造物理、地震前兆、地震力源、地壳结构等方面的研究结果，采用含有菱形硬包体的饱和水孔隙介质模型，数值模拟了唐山大地震的孕育过程．首先导出了考虑岩石非弹性体积膨胀和应变软化、孔隙水渗透的固-液两相介质的孕震动力学方程组，提出了用增量形式求解该方程组的有限差分法，然后计算模拟了硬包体内含有断层软弱带时的唐山大震的孕育过程，及其时空变化特征．数值模拟结果表明，唐山大地震的孕育主要经历了弹性积累、早期非弹性体积膨胀、断层第1次加速软化(加速破坏和蠕滑)、天津-宁河一带第2次非弹性膨胀、断层第2次加速软化(临震加速破坏和蠕滑)和发震等过程．这里，与断层的加速破坏相对应，孕震介质的某些部分出现了非弹性膨胀的弹性恢复和二次非弹性膨胀．与前兆观测资料比较分析可以发现，上述模拟结果可以比较好地解释实际观测资料的变化特征．同时，数值模拟还进一步揭示了唐山地震孕育场的时空变化规律和复杂图象，为地震前兆场变化的物理机制的研究奠定了基础．      

地震前地表重力场变化的一种可能解释——应力-损伤耦合效应

文中运用损伤力学研究方法 ,提出孕震过程中引起地壳破坏的应力 -损伤耦合效应。利用应变等效性假设 ,推导了地壳体的应力 -损伤耦合效应与地表重力变化之间的理论关系。根据岩石力学实验的不同加载途径 ,模拟了 1976年唐山 7 8级地震和 2 0 0 1年昆仑山口西 8 1级地震重力演化的不同特征 ,结果与实际情况符合较好 ,表明应力 -损伤耦合效应可以作为地震前地壳重力变化的一种物理解释     

唐山地震孕震过程的数值模拟

本文用二维马克斯威尔粘弹性模型,模拟了唐山地震的孕震过程,探讨了唐山地震的力学背景与某些前兆异常的机理。研究结果表明:唐山地震震源体的形成可能是在定常边界力作用下,由于地壳介质的非均匀性,使弹性应变能在局部地区长期积累的结果。唐山断块区内可能存在坚固体所具有的高强度是造成应力差与应变梯度增大的决定因素,唐山地震前的许多异常现象与应变能积累到后期、地壳内发生岩石膨胀与断层蠕滑(相当于坚固体的软化)密切有关。     

雄安新区地震危险性评估

地震危险性评估对确定工程抗震设防等级、制定城市规划与减轻地震灾害等具有重要意义.由于传统分析方法存在诸多缺陷,用其对特定区域进行地震危险性评估可靠性差.本文基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论,提出了利用岩石破裂自相似性预测研究区标志性预震的方法,并进而创立了一种以地震物理预测为基础的地震危险性评估新方法.雄安新区位于唐山地震区内,近邻运城地震区.基于唐山和运城地震区地震趋势分析结果及主要断裂展布与雄安新区位置关系,在唐山地震区内划分了保定研究区,在运城地震区内划分了行唐和十渡研究区.采用上述方法,预测了这三个区将发生的较大预震.根据某些学者提出的地震烈度经验公式,评估了唐山地震区发生标志性地震、预震及运城地震区发生预震导致的雄安新区地震烈度.结果表明,未来50年内,雄安新区抗震设防烈度从原7度调整为8度为宜.     

唐山地震地电阻率各向异性变化特征研究

依据唐山大震地电总结组汇编的1976年唐山7.8级地震地电观测资料(地电阻率)，定义了一个无量纲的量S来表征地电阻率的各向异性，计算了孕震过程的S值，分析研究了其变化特征．结果表明，唐山地震在孕育、发展和发生整个过程中存在地电阻率各向异性变化．其形态变化特征较为典型．S作为一新的地震前兆因子，与其它无量纲前兆因子结合使用，对地震综合分析预报研究具有应用价值．文中对孕震过程中S的变化特征给予了物理解释．      

1976年唐山7.8级地震震源过程的研究

本文提出唐山菱形块体在压缩载荷作用下震前应变积累和震时破裂滑动与稳定扩展的一个离散裂纹模型,它包括裂纹面的摩擦滑动和裂纹尖端稳定扩展两个过程。模型采用有限单元技术计算裂纹面的应力和变形及裂纹尖端的应力强度因子,并用库伦-纳维准则判断裂纹面是否发生摩擦滑动及用最大周向拉应力准则判断裂纹尖端扩展方向。模型预测与野外观测资料对比指出:裂纹模型能很好的表示1976年唐山地震震前积累和震时破裂传播的过程     

唐山地震由应力减小引起的可能性

唐山地震城源周围的水压致裂资料的分析表明,震前最大水平应力和最小水平应力均处于减小的过程中。过去认为观测到的应力减小过程反映了地壳更深部位的应力增加,从而导致地震的发生。近年来进行的岩石力学实验表明,减小最小主应力或中等主应力均有可能导致岩石破裂。由此引入了应力减小引起地震的概念。根据这一概念重新分析了唐山地震的成因。既然震前已观测到应力的减小过程,则唐山地震就有可能是由应力减小引起的。     

地震孕育过程中形变趋势变化形态的理论分析

利用流变介质包体模型理论中体应变解析解计算分析了孕震过程中不同观测点的形态异常特征，结果表明，硬包体产生的体应变具有明显的3阶段过程，软包体却只有2个阶段的特点，但它们的形态特征不仅都具有象限性与地区性，而且还随震中距的不同而不同。岩石实验结果也表明，观测点距破裂面的距离不同，其形态特征也不同。在理论分析与岩石实验结果一致的基础上，分析了张北地震与景泰地震前形变异常的形态特征，即具有明显的地区性与象限性；并且形态特征随震中距的变化而不同；变化幅度也随震中距的增大而减小。基于对形变异常形态特征的理解，提出了利用形态特征预测、判断发震地点及孕震状态的思路。     

地震中的分形结构

岩石的破坏是一自相似的过程,破坏过程中微破裂事件的空间分布以及破坏后断裂带中不均匀体的分布(或结构)常常是分形的,本文综述了最近几年来在有关地震中的分形结构研究方面的进展,讨论了地震中广泛存在的分形结构的物理本质,发现孕震系统的降维过程与减熵过程是一致的,并推导出孕震过程中微震事件的分布分数维(D)与系统熵(S)之间的函数关系;我们还比较了各种不同的求取分形体的分数维的方法以及它们对结果的影响,并提出了计算有限角度分形体的分数维算法。     

终止相的理论地震图-兼论唐山地震震源破裂过程

本文首先较为系统地回顾了终止相研究的历史、进展,对震源破裂过程产生终止震相的物理机制进行了讨论,并详细讨论了主事件分析法以及合成包含终止相的理论图的方法。在此基础上应用主事件分析法处理了唐山地震的实际资料,给出唐山地震的震源破裂过程的大致时空图象,同时计算了包括终止事件的合成图。结果表明,考虑破裂过程的终止事件可以较好地拟合P波观测图,从而进一步确认唐山地震震源破裂过程包括两次终止事件的可能性。此外本文还对唐山地震的震源环境以及调整单元的让位情况进行了讨论。     

唐山地震的孕育与强震的增震作用

唐山地震的孕震构造是唐山菱形块体,在NEE向的区域应力场的作用下,最大剪应力集中在它的对角线上,正好与唐山断裂带相一致,因此成了唐山地震大破裂的始发点.唐山地震前兆演化过程中,有两个显著特点:在空间上有“震中→外围→震中+外围”的转移过程;在时间上有明显的阶段性,前兆异常频次的每一次加速都发生在外围强震发生之后,本文用强震的增、减震理论,推测外围强震的发生对唐山地震的孕育有强化作用,在一个大的区域,强地震的增、减震效应可以形成多个高应力集中区,这些高应力集中区多数都是未来发生强震的地区.     

唐山7.8级强震孕育条件及前兆场时空演化的三维数值模拟计算与分析

首先对由深部地震测深剖面观测综合归纳出一个华北地区岩石圈１２层三维非均匀实际模型在承受和不承受来自底面的上拱力条件下的应力场进行了数值模拟计算，并根据计算结果对唐山地震孕震条件及长期前兆进行分析研究。     

唐山地震与地震危险区

本文考虑了对唐山地震发震构造的不同看法,利用有限单元法分析了唐山地震的发震构造模式,解释了唐山地震的特点。从区域应力方向和应力释放条件上对如何判定地震危险区的问题进行了探讨     

唐山地震的破裂过程及其力学分析

由 P 波初动符号资料在 DJS-6机上计算了主震及17个较大余震的断层面解,并按照有限移动源模式测定了主震及三个最大余震的震源参数.主震是发生在一个近似直立的右旋走滑断层上,走向 N30°E,破裂方式为不对称的双侧破裂,以2.7公里/秒的平均速度向北东传播70公里,向南西传播45公里.测定的主震震源参数例如平均位错136厘米,地震矩1.24×1027达因·厘米,应力降12巴等.大多数M_L>5.0的余震是发生在主破裂面附近及主破裂面两端的扩展分支上,该扩展分支位于膨胀符号区并与主破裂偏离80°左右.较大余震的多数亦集中在这两个扩展分支上.本文试图从理论上分析这种断裂扩展的力学特征.对于脆性材料的复合变形情形,破裂不再沿原来平面扩展,而是与原来平面偏离一个角度的另一面内扩展.并提出一个力学模型,计算了断层扩展角,计算结果与观测事实比较吻合.根据以上结果,本文讨论了唐山地震特点及发生的力学条件,认为唐山地震不同于发生在大断层上能用粘滑机制解释的那类地震,它和海城地震类似的是,除水平应力场作用外,还可能有地下物质的变迁,由于这种变迁使局部地壳受到垂直力.它和海城地震不同的是,它发生在一个比较均匀的脆性介质内,因而能够积累能量发生大震而没有前震.      

区域震群与唐山大震ht

作者把强震孕育过程中处于一定构造条件下的一系列震群事件,统称为区域震群.分析1967年以来华北区域震群的时空进程发现:大约在唐山大震前5年,在未来大震震中区外围,形成了一个震群活动的空区,在空区外围,则出现了一个震群相对活跃的环形区域.环形区域内的震群表现出与唐山大震孕育过程有关的、逐渐增强的阶跃式活动,并在孕震不同阶段的转折时期相对密集;与此同时,大范围区域震群还经历了远场一近场的往返迁移.大震前后区域震群的这种时空分布与地震活动其它指标的变化有所呼应,它们在一定程度上共同勾画出强震前近场与远场的异常特征.由此认为,研究区域震群的时空特征,有可能为强震预报提供某些线索.      

唐山7.8级地震水氡前兆特征的再认识

本文依据唐山地震丰富的观测资料，按照统一的异常判别方法，采用新的研究思路，再次对唐山地震前水氡的前兆特征进行了深入探讨。研究结果表明：唐山地震前，水氡前兆的时间分布具有整体性、阶段性、加速性和层次性；空间分布具有网络性和条带性。此外，对水氡异常的机制及其与地震孕育过程的关系做了物理解释。     

震源孕育的追赶模式

本文提出了一种一维震源孕育模型。用数学物理方法分析了该模型在地震前的孕育过程和各种物理量的变化规律,提出了震源孕育的追赶模式。追赶模式对纵波速度、地壳运动的前兆异常可作出解释,说明该模式是研究地震前兆的一种可能的力学基础.