让地震前兆观测在防震减灾工作中做出更大的贡献——所庆四十周年有感

值此所庆四十周年华诞,忆往昔,展未来,浮想联翩。我所从一个地震地质野外队发展成为以地震成因、地震监测预报、防震减灾和工程稳定性等有关的现代地壳动力学基础研究和应用研究为主要任务的综合性研究所。四十年来,围绕活动构造、地球物理探测、地震前兆物理研究和监测、钻孔应力-应变观测、跨断层测量和断层活动监测、岩土力学、原地应力测量、工程地震、计算技术、工程地质勘察和构造物理实验等方面进行科学研究和技术实验。地震前兆观测理论、方法、技术的研究以及技术装备的研制是我所工作的重点、是重要方向任务之一,影响很大,举足轻…     

地壳应力应变观测与研究四十年——一个团队的追求与坚持

我和我们团队的李秉元、师洁珊、贾维九、高银秀、张宗润等同志,在地震战线几乎用了毕生的精力以地壳应力状态及其动态变化为研究对象,力求通过钻孔应变测量的途径寻找其变化特征与地震过程的关系,尤其是地震发生的前兆异常特征。我们一直力求将测量系统的研制与地震监测预报实践相结合。不管是在地震台站几十至近200米深的钻孔中进行的地壳应力-应变活动的监测与预报实践探索,还是在大庆油田近1000米深的油井中开展套管综合监测以探寻套管成片损坏机理及防护措施的研究,我们全身心地从事着艰苦的、极具开拓性的工作。也许是地球的神秘现象…     

巴姆地震变形场和应力场：Ⅰ．用差分干涉雷达和Okada方法求解

本文对2003年12月26日伊朗东南部克尔曼省巴姆地区发生的6.6级地震产生的位移场、应变场和应力降分布进行了定量研究。首先从差分干涉雷达(D～InSAR)出发,求解出此次地震的同震干涉条纹和雷达视线方向的位移场,并从雷达干涉的相干图上清楚的观察到了发震断层的痕迹,得出此次地震的发震断层是巴姆断层以西的隐伏断层的结论。然后结合 Harvard 的 CMT(震源机制解)结果、Nakamura 的断层结果(Arg-e-Bam 隐伏断层)以及本文 D-InSAR 求解出的发震断层结果,利用 Okada 程序,计算出此次地震的北、东、垂向三个位移分量,投影得到雷达视线方向的位移,将投影结果与由 D-InSAR得到的位移场比较,看到我们所讨论的断层模式可以很好的解释差分干涉雷达的观测结果,可以合理的解释 Arg-e-Bam 隐伏断层为此次地震的发震破裂断层,通过分析地震的破坏程度分布图,隐伏断层为发震断层的解释可以很好的符合巴姆地震的等震分布图。最后,本文利用 Okada 程序计算得到了此次地震所产生的应变场和应力降场。     

1976年唐山大震的地应力测量

1975年初我从地质力学研究所调到地壳应力研究所的前身地震地质大队。1975年海城7.5级地震后我们到海城地震区的海城和营口进行了原地应力测量。海城处于郯庐断裂带上,1976年我们原计划沿郯庐断裂带往南进行应力测量,以了解郯庐断裂带南段的现今活动性。由于邢台地震已经10年,于是1976年5月我们首先在隆尧尧山进行了原地应力测量,以了解邢台地区十年来地应力场有什么变化,然后再沿郯庐断裂去山东、江苏、安徽等地进行原地应力测量。1976年6月初我们完成了尧山的应力测量后,正准备南下到山东时,得知华     

印尼海啸地震的钻孔应力应变观测资料

钻孔应力-应变地震前兆观测台网，是全国地震前兆监测台网的一个组成部分。该手段由于美国板块边界观测（PBO）项目的影畸，正在日益受到人们的重视（邱泽华等，2002；邱泽华等，2004a；邱泽华等，2004）。钻孔应力-应变观测对象包括：体应变、分量应变、分量应力和差应变。目前登记在册并正常运行的钻孔应力一应变地震前兆监测台站共计45个，分布于14个省、自治区和直辖市。有的台站有多种观测项目，例如昌平台，作为钻孔应力-应变综合观测台，曾经有5～6种钻孔应力-应变观测项目，目前有体应变、压容分量应变和差应变三种观测。目前正常运行的观测项目共有49个。     

用钻孔应力—应变资料研究昆仑山8.1级地震

钻孔应力-应变观测是地震前兆监测的一个重要手段。经过三十多年的曲折历程。目前面临新的发展机遇。如何充分发挥这种观测的作用，提高这种观测资料的利用率，是研究人员和台间观测人员都需要认真考虑的问题。台站提交地震观测报告是提高观测资料利用率的一个重要措施，应该成为台站的一项重要任务，昆仑山8.1级大地震的发生，为钻孔应力-应变台网将这项任务纳入台站工作提供了一个契机。     

巴姆地震变形场和应力场：Ⅱ．用FEPG有限元方法求解

本文利用 FEPG 有限元程序对2003年12月的巴姆地震变形场和应力场进行了模拟计算。2003年12月26日,巴姆地区发生6.6级地震。Nakamura、Suzuki 等人利用余震资料和地震破坏程度的分布图分析了余震震中的统计分布形式,得到了此次地震的发震断层是巴姆断层以西大约5km 的 Arg-e-Bam 隐伏断层的结论。凌勇等人从差分干涉雷达(D-InSAR)出发,得到了此次地震的同震干涉条纹和雷达视线方向的位移场,并从雷达干涉的相干图上确定了发震断层的痕迹。他们还利用 Okada 程序模拟计算了此次地震的位移场,模拟计算的结果与 D-InSAR 测量的位移场比较符合。Okada 程序从断层的位错为出发点进行计算,从运动学角度对此次地震变形场和应力场进行研究;本文从动力学的角度出发,研究远场区域边界的应力状态以及断层的物性参数的变化对巴姆地震形变场的影响,将各种计算结果进行对比的同时也和前人的结果相比较。本文计算中采用了凌勇等人的断层参数,即 Arg-e-Bam 隐伏断层为近南北走向,向东倾斜,近直立的倾角,右旋走滑,其(Strike,dip,slip)为(175°,80°,173°)。断层未延伸到地表,自地面以下1km 处往下延伸16km 的宽度,断层长度为20km。对断层的杨氏模量、泊松比、断层附近区域的边界受力大小、两个主应力的比例以及主应力的方向的改变对计算结果的影响做了讨论。最后通过上述几组计算结果建立了一个与前人结果较为符合的巴姆地震参数模型。通过计算,一方面揭示了应力状态和物性参数的影响,另一方面也说明 Arg-e-Bam 隐伏断层是此次地震的发震断层这一结论是可信的。     

汶川、芦山地震前龙门山断裂带地壳形变特征对比分析

为研究2008年汶川地震和2013年芦山地震前地壳形变特征,本文利用1999—2015年四期GPS速度场和1990—2017年跨断层短水准资料,对跨断层GPS速度剖面、GPS应变率场、断层闭锁程度和滑动亏损、跨断层年均垂直变化速率等进行了分析讨论,总结了汶川和芦山地震前后龙门山断裂带三维地壳变形演化特征。结果表明,汶川地震前龙门山断裂带中、北段处于强闭锁状态、断层面应力应变积累水平很高,而龙门山断裂带西南段闭锁较弱、变形速率明显高于中北段、依然可以积累应力应变,汶川地震震源位于闭锁相对弱的部位,这可能是导致汶川地震自初始破裂点沿龙门山断裂带向北东方向单侧破裂,而震中西南方向断层并没有发生破裂的原因之一。汶川地震的发生引起龙门山断裂带西南段应力应变积累速率加快、断层闭锁程度增强、闭锁面积增大,这在一定程度上促进了芦山地震的发生,而芦山地震震源位于汶川地震前强闭锁和弱闭锁的高梯度过渡部位。因为芦山地震只释放了龙门山断裂带西南段有限的应变能,并没有显著缓解该段的地震危险性,所以汶川和芦山地震之间的地震空段以及芦山地震西南方向的地震空段,依然需要持续关注。此外,本文还收集和对比分析了多次6～9级地震前地壳变形特征,同样显示地震成核于闭锁高梯度带区域而非完全闭锁区域内部,并且随着震级升高闭锁断层面的长度也在增大,这一现象还需在高分辨率形变数据的帮助下进行深入研究和分析。     

1999年9月21日台湾集集地震的震源参数综合判定

本文利用半经验、半理论的方法对世界各主要地震汇集和研究机构所给出的集集主震基本震源参数进行了综合计算和评定。根据这些参数重新计算了集集主震的标量地震矩、破裂面积、应力降等。根据这些参数之间的内在联系,从地震分类学的角度,判定集集地震是发生于板块边缘的大地震。可供研究台湾岛上地震活动性以及台湾地区板块构造演化问题参考。     

1999年9月21日台湾集集地震的震源参数综合判定

本文利用半经验、半理论的方法对世界各主要地震汇集和研究机构所给出的集集主震基本震源参数进行了综合计算和评定。根据这些参数重新计算了集集主震的标量地震矩、破裂面积、应力降等。根据这些参数之间的内在联系 ,从地震分类学的角度 ,判定集集地震是发生于板块边缘的大地震。可供研究台湾岛上地震活动性以及台湾地区板块构造演化问题参考。     

地震作用下自由场中饱和砂土的应力-应变推导

水平自由场地震响应分析是岩土地震工程实践的重要内容之一。利用香港科技大学土工离心机上的双向振动台,进行了饱和砂土自由场在水平双向地震作用下的动力模型试验。根据应力和应变的定义以及达朗贝尔原理,由试验观测的土体加速度、位移和孔隙水压力数据直接推导得到不同深度处砂土的应力和应变,揭示了振动过程中饱和砂土的应力路径和应力-应变关系演化过程,以及与超静孔隙水压力发展的联系。     

突出煤和非突出煤全应力-应变瓦斯渗流试验研究

以突出煤和非突出煤的型煤为研究对象,设计两种型煤全应力-应变瓦斯渗流试验方案,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验系统,对比研究了两种型煤全应力-应变瓦斯渗流规律。结果表明,在应力-应变全过程中突出煤和非突出煤的煤样变形和瓦斯流量变化规律基本一致,即两种型煤在应力-应变全过程中瓦斯流量与煤样损伤变形的进程密切相关;瓦斯流量随着煤样的体积压缩而变小,且在煤样体积被压缩至最小时瓦斯流量降为最低值,煤样开始扩容后瓦斯流量转为增大;瓦斯流量随围压的增大而减小,且围压越大,瓦斯流量随应变变化的幅度越小。煤性对煤层瓦斯渗透性有明显影响,其渗透性可作为判断煤与瓦斯突出危险程度的一个重要指标     

青海玉树M_S7.1地震发震过程的数值模拟

根据玉树地区的地应力场、速度场和断层展布,对青海玉树2010年4月14日MS7.1级地震发震机理进行了数值模拟。将围岩看成弹性体,断层看成具有应变软化的弹塑性体,断层和围岩组成统一的地质介质系统。在地应力、孔隙压力及边界位移的作用下,应力逐渐积累,当达到断层摩擦破坏强度时,断层产生应变软化,断层突然滑动,能量突然释放,应力突然下降,形成地震。模拟结果表明:玉树7.1级地震是在印度板块向北推挤,青藏高原向东南侧向挤压,在玉树地区形成主压应力为北东80°方向的水平应力场,使甘孜-玉树断裂带产生左旋走滑错动形成的。计算结果给出了应力降、能量释放量、断层走滑错动量、地震复发周期、应力积累速度等重要参数,模拟结果与野外调查资料具有较好的一致性。     

鄂尔多斯块体周缘地区近期地震活动性与汶川地震应力触发作用的关系

采用β统计对汶川地震前后鄂尔多斯块体周缘地区的地震活动率进行了空间扫描分析,并采用JiChen的震源破裂模型计算了汶川地震产生的库仑破裂应力变化,以研究鄂尔多斯块体周缘地区近期地震活动性与汶川地震应力触发作用的关系。结果发现,鄂尔多斯块体西南缘弧形断裂束的南东段与南缘渭河盆地的地震活动率在汶川地震后提高显著,其他区域的地震活动率没有明显提高,库仑破裂应力计算得到两个区域的应力变化范围分别为0.005～0.02 MPa和0.001～0.01 MPa,表明汶川地震有可能触发了这两个区域的地震活动。鄂尔多斯块体东缘的山西断陷带处于库仑破裂应力计算的应力增加区,应力变化范围为0～0.012 MPa,2009年3月以来发生的4次ML4.5～5.2级强有感至微破坏地震有可能被汶川地震所延迟触发。b值、地震能量释放率与空间相关距离SCL等地震活动性参数随时间变化扫描结果显示,该区域可能处于不断趋近高应力累积的状态,其未来大震有可能提前发生。西缘地区为应力减小区,其目前的地震活动处于正常水平状态。     

庆祝地壳所建所四十周年

本文介绍了地壳应力研究所建所四十周年来我所知道的一些情况,以及地壳应力测量在我所的发展历程。一、地壳应力研究所(原地震地质大队)是李四光同志亲自组建起来的1962年新丰江水库地震后,李四光同志十分重视地震地质的研究。1962年在地质部地质力学研究所设置了地震地质的研究课题,并由广东省地质局组建了新丰江(河源)地质队,进行地震地质调查及地震监测研究。1964年四川西昌到渡口(攀枝花)一带要进行大规模的三线建设,而这一带又是有名的地震带。如何在地震活动区进行大规模经济建设,是当时面临的一个十分迫切的问题。李四光同志认为,在…     

三峡水库应力场对水田坝断裂影响的数学-力学模型研究

水库蓄水后, 在一定空间范围内形成了应力场、应变场和渗流场。我们建立了一个数学一力学模型, 以描述水压应力场的特征。通过运用弹塑性岩土体非线性应力一应变和稳定性静力分析NOLM83二维有限元程序发现, 水库水压应力场的最大主应力从水库中心向两侧、从水库表面向深部逐渐降低。在此基础上, 研究了在未来三峡水库水压应力场影响下, 水田坝断裂的应力、应变和影响范围。研究表明, 平面影响范围为该断裂两侧5～-6km.由于岩体的浮托作用, 地表面的累积位移量少于10mm, 并向下逐渐减小。因此, 水田坝断裂完全能够承受三峡水库蓄水后产生的水压应力, 不会出现中-强度水库诱发地震, 不会影响三峡工程的安全。     

量子地震模型:对汶川地震的解释

从大量的地震参数分析可知,在由同一主震引发的所有的余震发生的位置都不同。在发生地震之前,地震的震中位置都是一些相互独立、互不连续且发生了弹性应变的单元个体,笔者称这些独立不连续的弹性应变单元称为应变量子。综合前人研究成果,笔者建立了一个地震模型。运用该模型对2008年5月12日发生在中国汶川地震作了解释:由于在龙门山断裂带周围形成了许多的应变量子,这些应变量子的形成阻碍了龙门山断裂的运动,产生滑移亏损,从而造成在地震前测量到的龙门山断裂带速度场变化很不显著。2008年5月12日14时28分时,在龙门山断裂周围已形成应变量子中的其中一应变量子最先达到它的最大储能,释放它所储存的应变能,引发了汶川Ms8.0地震。此次地震产生的地震波引发了龙门山断裂周围地壳应力的重分布,使得其他应变量子提前达到最大储能,释放出能量,于是触发成千上万次余震。此外,我们或许可以通过观测断裂滑移速率的变化情况来预测断裂周围应变量子的形成,从而来预测该断裂是否存在潜在地震的可能。     

芦山地震的发生对周围断层影响的数值模拟

芦山地震发生后,地震的发生造成周围断层应力变化值得关注。本文基于川滇地区的三维非线性有限元模型,利用芦山地震同震静态滑移量结果,分析地震的发生对川滇地区主要断裂的同震加卸载效应。初步结果表明,芦山地震的发生造成龙门山断裂中南段、岷江断裂、马尔康断裂、鲜水河断裂北西段、大凉山断裂南段、小江断裂南段不同程度的应力增加。其中龙门山断裂中南段增加最为显著,最大库仑应力增加量达0.035 MPa;岷江断裂次之,最大达0.0075 MPa;马尔康断裂增加量达0.0031 MPa;鲜水河断裂北西段达0.0008 MPa。而从断裂带同震应变积累与释放方面分析的结果同样表明上述四条断裂地震危险性增强。该结果可以为川滇地区地震危险性分析提供一定的参考依据。     

考虑结构性的原状黄土应力-应变关系的探讨

土体的结构是其强度、变形的内在决定因素,黄土的结构性由黄土颗粒之间的联结结构强度和摩擦结构强度所决定。由此,提出了黄土静力结构性参数即联结结构静力强度势参数m? 1、摩擦结构静力强度势参数m? 2以及结构静力强度势参数m? 。这些结构性参数具有明确的物理意义,既能反映黄土的综合结构性,又能分别反映黄土联结结构性和摩擦结构性。分析了静三轴应力条件下黄土的应力-应变特性以及黄土静力结构性参数的变化规律,建立了考虑黄土结构性的原状黄土应力-应变关系式,从而可以由结构性最弱的饱和重塑黄土的应力-应变曲线,通过结构参数模拟得到考虑结构性的原状黄土的应力-应变关系曲线。利用考虑结构性的原状黄土应力-应变关系式可整理计算出原状黄土的强度指标c、初始切线模量Ei、破坏比Rf、应力水平S以及切线弹性模量Et等参数,可应用于静荷载作用下黄土应力-应变有限元分析计算。     

2011年3月24日缅甸7.2级地震对云南地区的影响研究

利用2011年1-6月云南地区的连续波形资料,采用背景噪声和波形互相关方法分别反演该地区的速度结构以及2011年3月24日缅甸7.2级地震前后60 d的速度变化图像。同时,根据云南地区中小地震计算缅甸地震前后应变能释放响应比空间分布,并利用缅甸地震的震源参数,计算了缅甸地震对云南地区主要断裂产生的库仑破裂应力影响。结果显示：(1) 禄劝至华坪一带、永定至泸水区域和通海至建水地区震后波速增加,同时该地区地震活动增强,相应断裂上库仑破裂应力增加,说明缅甸地震对这些区域具有加速构造活动的正影响;(2) 小江断裂带以东马龙至宣威地区和南汀河断裂带以南临沧至景洪地区震后波速降低,地震活动减弱,断裂上库仑破裂应力降低,说明缅甸地震对该区域具有减缓构造活动的负影响。