细观非均匀性对岩石破裂过程和微震序列类型影响的数值试验研究

运用岩石破裂过程分析RFPA2D系统，研究了岩石介质细观非均匀性对宏观力学行为的影响和微震序列特征. 通过对不同均质度系数m=1.1，1.5，2，3，5的5个样本进行破裂过程的模拟，发现均质度不同会产生不同地震序列类型，主要有：前震-主震-余震型、主震型和震群型. 此外，对5种不同均质度系数的岩石样本破裂过程的模拟表明，岩石介质的非均匀性不仅对岩样宏观强度和宏观变形非线性行为有显著的影响，而且也显著地影响试样破裂模式. 随着均质度系数的提高，主破裂呈现脆断模式. 同时介质的细观结构随机性，也对试样宏观破裂模式产生重要影响.     

宏观非均匀性对岩石微震序列类型和破裂方式影响的数值试验研究

运用岩石破裂过程分析RFPA^2D系统．研究了岩石介质宏观非均匀性（含裂纹）对宏观力学行为和微震序列类型的影响。通过对5种不同岩石介质结构的宏观非均匀性样本进行破裂过程的数值模拟,发现非均匀程度不同会产生不同地震序列类型,主要有：前震-主震-余震型、主震型和震群型。此外,对5种不同均质度系数的岩石样本破裂过程的模拟。结果表明,岩石介质结构的宏观非均匀性不仅对岩样宏观强度和宏观变形非线性行为有显著的影响,而且也显著地影响试样破裂模式。随着非均匀程度的降低,主破裂呈现脆断模式,而随着非均匀程度的增加而呈现韧性破坏特征。     

由含断层岩石非均匀性产生的地震前兆的数值模拟研究

使用新开发岩石破裂过程分析软件(RFPA2D)，通过一系列模型实验，研究岩石中预制断层面几何特征和力学非均匀性对地震前兆产生的影响。模型使用5个具有不同均质度的岩石样本进行数值模拟研究。数值模拟结果表明，不同均质度岩石破坏在地壳中会产生不同的地震前兆现象。在一些区域，可以观测到明显的前兆，而在另一些地区却很难观测到明显的前兆现象。模拟结果与实验观测和自然界实际观测结果由很好的一致性。     

地震非均匀度物理意义的实验研究

资料表明某些强地震前中小地震的地震非均匀度（GL值）参数在强地震孕育进入中期或短期阶段出现明显异常变化, 显示出区域中小地震活动状态发生变化. 本文通过对含有障碍体的平直断层、 挤压型雁列式断层及Ⅲ型剪切裂纹等3种类型的岩石样本变形破坏过程声发射事件时间序列的分析, 讨论了GL值变化的物理意义. 计算结果表明, 这3种标本变形破坏过程中, 在应力应变处于非弹性阶段前夕或在岩石整体破裂失稳前破裂成核期间, GL值出现持续大于１的异常变化. 表明GL值能较好地刻画受压岩石破坏前的应变的非弹性变化, 具有一定的标本破裂指示意义.      

地震破裂扩展面上多个障碍体的实验研究

本文用不同种类不同尺度的岩芯模拟了不同性质的障碍体,在单轴压力下研究了多个不同障碍体分布在岩石介质上不同位置时的性质和作用,探讨了多个障碍体对地震破裂扩展面的影响。实验结果表明,岩石介质的破裂过程与多个障碍体的排列组合形式有关,当几个障碍体在岩石介质的中轴线上直排列时,在动力轴方向上,位置靠后面的障碍体不易发生破坏;而几个障碍体在岩石介质的最大剪切面上排列时,障碍体较易发生破坏;障碍体在岩石介质上呈品字排列时,易使破裂应力分支,使个别障碍体不受影响。本文同时讨论了多个障碍体与某些复杂地震现象及地震序列类型的关系。     

强震破裂面上的不均匀体及其在地震危险性分析中的应用研究

正不均匀体的概念最初是在地震学中为了解释地震波的高频辐射成份提出来的,用来反映断层面上应力明显高于周围的部分。由不均匀体的研究引入的非均匀地震破裂模式,能较好地解释地震波中的复杂成份、主震前破裂的成因以及主破裂之后的应力集中,因此,不均匀体被认为是断层面上破裂的起始器、阻力器和集中器。根据不均匀体在地震破裂运动过程中发挥的作用,可分为凹凸体和障碍体2大类进行研究。凹凸体可理解为震前断层面上存在的     

基于岩石变形声发射实验结果讨论岩石失稳的可预测性

根据室内岩石变形声发射实验结果,计算了声发射序列的地震非均匀度GL值,并以此探讨了岩石破裂失稳的可预测性。在双轴压缩、等速率加载条件下,含障碍体断层、挤压雁列断层和Ⅲ型剪切断层等非连续岩石标本在临近滑动失稳前,声发射活动均出现了显著的均匀—非均匀的状态变化,表现为GL值出现持续大于1的异常变化,GL值异常的位置与破裂成核部位相重合,并与断层走向一致;改变统计窗长、窗内分割数及能级统计下限计算声发射序列的GL值,结果表明,GL值计算结果具有一定的稳定性。综合分析认为,地震非均匀度(GL值)可以较好地刻画岩石失稳前夕因破裂成核导致的声发射活动在时间分布上的状态变化,GL值持续异常是岩石失稳的显著性标志,对预测岩石失稳具有较好的指示意义。     

地震断层面上的不均匀体研究进展概述

本文概述了地震断层面上的不均匀体(障碍体和凹凸面)的定义及其作用,并介绍了自1976年以来肖尔茨(C.H.Scholz)、达斯(S.Das)、安艺敬一和金森博雄等许多学者对此项研究所作出的贡献。不均匀体可以解释一些地震现象,诸如断层面上不均匀体体积的相对大小和相对强弱等,可以决定断层上破裂是否长大或被阻止;该模式还可解释强震加速度图和地震图上的高频成分;位错源模式的物理基础;断层痕迹不连续的原因。它们也可用于讨论地震序列分类的成因,解释主震或余震序列的发生等等。另外,对障碍体进行定量分析,通过计算可得到障碍体发生破坏的破裂能。并指出,一个真实的地震断层可能是障碍体和凹凸面的混合体,两者均由高强度介质部分构成,具有不同的运动机制,并互为补充。     

具有分形结构强度分布的二维地震断层模拟

提出一种二维地震断层破裂模式，这是在一维弹簧-滑块模式的基础上建立的．利用这种断层的二维向量模型，研究了地震断层的动力学平面-应变的破裂问题．形象、直观地模拟了具有均匀或不均匀破裂强度分布的二维地震断层的破裂成核、扩展、传播直至停止的动力学全过程．阐明了在均匀预应力条件下，断层将获得足够的动量以克服破裂传播路径上的高强度障碍体．破裂锋面亦可绕过孤立的障碍体继续向前传播．整个模拟过程表明:断层破裂过程的停止条件对模拟地震破裂的全过程起着重要作用；我们还研究了断层面上破裂强度分布不均匀条件下断层的动态破裂过程，模拟了具有分形结构强度分布的二维地震断层产生的地震序列．它具有类似自然界地震现象的某些特征．这些特征主要取决于断层面上破裂强度的分布及初始应力降的大小．建立在实验和观测基础上的断层破裂过程模拟研究，为解释地震活动性统计规律的某些特征提供了物理基础.      

岩石非均匀性对地震活动状态影响的数值模拟研究

地震的孕育、发生与震源位置及其岩石力学性质有着密切的联系,本文借助数值模拟方法研究了岩石均质度在岩样变形直至破裂过程中对声发射事件活动状态的影响。数值模拟结果表明,岩石非均匀性对岩样声发射活动状态的时间演化过程有着较大影响,所得结论进一步支持了分区研究强地震前兆异常的必要性。     

2011年M_W9.0东日本大地震动力学破裂过程的数值模拟

力学上,地震可以看作在应力场作用下由于断层带介质的突然损伤或软化导致的断层带失稳事件.本文基于这个地震动力学模型,利用一种可以模拟断层大位错的有限元方法,研究了2011年MW9.0东日本大地震(Tohoku-Oki)的动力学破裂过程.比较了无障碍体和具有不同刚度障碍体的断层带模型产生的断层位移、位错和应力降.主要结果表明,障碍体的存在并不明显地改变障碍体区域的初始构造应力场.对有障碍体情形,准静态结果显示断层上盘最大逆冲位移和最大剪切位错分别为51m和58m,均发生在海底表面海沟处,与无障碍体的结果(最大剪切位错约55m)相比差别不大;下盘最大倾向位移(-10m)并不与上盘最大值出现在同一位置,而是在障碍体处.障碍体处剪应力降(约11 MPa)大于周围非障碍体区域.障碍体处正应力降的最大值约为3 MPa.模拟结果似乎不支持海山是导致本次地震异乎寻常大位错的原因,而倾向于断层带剪切刚度在地震过程中极度损伤或软化.     

板内逆断层地震破裂的基本特征及分段标志研究

通过对１６ 个板内逆断层地震的基本类型、构造环境、地震地表破裂尺度、几何形态、运动学特征及余震分布图像的研究分析,较系统地归纳了板内逆断层地震破裂的基本特征及分段标志．研究表明：（１） 逆断层破裂往往沿走向延伸较短,常表现为二维面状分布形态;（２） 地震断层未出露地表或仅有部分出露地表;（３） 逆断层地震破裂较走滑断层和正断层产生的地震破裂更为复杂,不仅表现在构成整体破裂带的各个单条破裂的力学性质差异方面,而且表现在几何结构方面．     

Recipe for Predicting Strong Ground Motion from Crustal Earthquake Scenarios

We developed a recipe for predicting strong ground motions based on a characterization of the source model for future crustal earthquakes. From recent developments of waveform inversion of strong motion data used to estimate the rupture process, we have inferred that strong ground motion is primarily related to the slip heterogeneity inside the source rather than average slip in the entire rupture area. Asperities are characterized as regions that have large slip relative to the average slip on the rupture area. The asperity areas, as well as the total rupture area, scale with seismic moment. We determined that the areas of strong motion generation approximately coincide with the asperity areas. Based on the scaling relationships, the deductive source model for the prediction of strong ground motions is characterized by three kinds of parameters: outer, inner, and extra fault parameters. The outer fault parameters are defined as entire rupture area and total seismic moment. The inner fault parameters are defined as slip heterogeneity inside the source, area of asperities, and stress drop on each asperity based on the multiple-asperity model. The pattern of rupture nucleation and termination are the extra fault parameters that are related to geomorphology of active faults. We have examined the validity of the earthquake sources constructed by our recipe by comparing simulated and observed ground motions from recent inland crustal earthquakes, such as the 1995 Kobe and 2005 Fukuoka earthquakes.     

岩石裂纹附近的变形局部化与破坏——激光全息干涉法的应用

本文介绍了应用激光全息干涉法观测单轴压缩条件下裂纹附近的离面位移场和岩石的变形破坏过程。着重指出了裂纹构造活动与微裂隙丛集发育的变形局部化前兆在这种破坏过程中的相互关联,并就其所反映的震源物理本质进行了讨论。     

1993年10月2日若羌6.6级地震

１９９３年若羌６．６级主震－余震型地震使艾西煤矿等地边坡裂缝、山体塌陷、山石崩塌，破坏各类建筑物１６９０１６ｍ２，地震总经济损失为２７７万元．这次地震是阿尔金活动断裂带最新活动的表现。     

The rupture process and asperity distribution of three great earthquakes from long-period diffracted P-waves

Maximum earthquake size varies considerably amongst the subduction zones. This has been interpreted as a variation in the seismic coupling, which is presumably related to the mechanical conditions of the fault zone. The rupture process of a great earthquake indicates the distribution of strong (asperities) and weak regions of the fault. The rupture process of three great earthquakes (1963 Kurile Islands, M_W = 8.5; 1965 Rat Islands, M_W = 8.7; 1964 Alaska, M_W = 9.2) are studied by using WWSSN stations in the core shadow zone. Diffraction around the core attenuates the P-wave amplitudes such that on-scale long-period P-waves are recorded. There are striking differences between the seismograms of the great earthquakes; the Alaskan earthquake has the largest amplitude and a very long-period nature, while the Kurile Islands earthquake appears to be a sequence of magnitude 7.5 events.The source time functions are deconvolved from the observed records. The Kurile Islands rupture process is characterized by the breaking of asperities with a length scale of 40–60 km, and for the Alaskan earthquake the dominant length scale in the epicentral region is 140–200 km. The variation of length scale and M_W suggests that larger asperities cause larger earthquakes. The source time function of the 1979 Colombia earthquake (M_W = 8.3) is also deconvolved. This earthquake is characterized by a single asperity of length scale 100–120 km, which is consistent with the above pattern, as the Colombia subduction zone was previously ruptured by a great (M_W = 8.8) earthquake in 1906.The main result is that maximum earthquake size is related to the asperity distribution on the fault. The subduction zones with the largest earthquakes have very large asperities (e.g. the Alaskan earthquake), while the zones with the smaller great earthquakes (e.g. Kurile Islands) have smaller scattered asperities.     

A Rupture Model for the 1999 Chi-Chi Earthquake from Inversion of Teleseismic Data Using the Hybrid Homomorphic Deconvolution Method

This study investigates the kinematics of the rupture process of the M _L 7.3 Chi–Chi, Taiwan, earthquake on September 21, 1999. By applying the proposed hybrid homomorphic deconvolution method to deconvolve teleseismic broadband P-wave displacement recordings of the earthquake, this study derives the apparent source time functions (ASTFs) at ten stations located around the epicenter. To further characterize the fault, the kinematic history of the rupture was inverted from ASTFs using a genetic algorithm, coupled with nonlinear iterative technique. The calculated ASFTs reveal that the total rupture event lasted for approximately 27 s. Static slip distribution images indicate that most slip occurred at shallower portions of the fault plane, especially 20–55 km north of the epicenter. The maximum slip reached 20 m at 45 km north of the epicenter, and the average slip throughout the observed rupture area was approximately 2 m. Large asperities on the fault appeared at 25–35 km and 40–50 km north of the hypocenter, and coincided with relatively high rupture velocity. This suggests that the earthquake’s energy may have been released quickly. The rupture velocity decreased upon encountering an asperity, and increased again after passing the asperity. This implies that the rupture required more time to overcome the resistances of the asperities. The maximum rupture velocity was 3.8 km/s, while the average rupture velocity was approximately 2.2 km/s. The rise time distribution suggests that larger slip amplitudes generally correspond to shorter rise times on the subfaults.     

2000年姚安地震的震源参数

根据近场小孔径观测台网记录的余震序列资料，研究了2000年1月15日云南姚安MS6.4地震序列的地震物理过程. 用地震标定律关系估算主震的地震矩M0=1.58×1018N·m，矩震级MW=6.0，平均位错=0.63m，断层长度L=16.6km，断层宽度W=5.6km. 余震序列的高精度定位结果和能量分布走向，很好地证实了主震的断层破裂走向为N50°W，震区马尾菁断裂为主震发震构造，断层错动性质以右旋走滑为主. 用横波记录资料及波谱分析方法估算出余震的震源参数: 地震矩范围为1010～1016N·m，震源破裂半径a为80～500m，地震应力降范围为0.01～9.5MPa. 较大应力降(Δσ>1.0MPa)沿主断层线性排列，大应力降(Δσ>2.0MPa)与ML≥3.0级地震相关. 余震能量释放和高应力降的地震多发生在6.0～11km的深度范围，说明在这一深度范围内最大程度地集中了地壳中的应力.     

分析地震波估算地壳内的应力值

本文讨论了利用破裂力学理论说明地震破裂的过程, 认为地震本质上是岩石在应力作用下的低应力破裂现象.它是岩石中的裂纹不断稳态扩展、最后进入失稳扩展的结果.分析了在扩展过程中应力和位移的变化, 发现任何将要破裂的那一点的应力都要由初始应力0升高到屈服应力y 以后才破裂, 破裂后裂纹面上的点的应力降到0.在破裂前和破裂后的位移, 都可由弹性力学方程给出.在破裂的一瞬间破裂的端点产生的非弹性位移, 则不能由弹性力学方程给出.它可以由断裂力学中的裂纹滑开位移公式近似给出.根据位错模式由于计算弹性波辐射场的位错量 D(, t), 正是破裂瞬间产生的非弹性位移, 所以用弹性位移公式来计算地震位错量是错误的.我们采用了裂纹滑开位移公式来计算地震位错量, 从而导出了较合理的计算地震释放总能量的公式 ET=yDS(y 为屈服强度;D为平均位错;S 为断层面积)以及估算初始应力值0的公式:0 =[Dmax/L4y/(1-) ]1/2(L 为断层长度).用它们计算了一些地震的 Er 和0, 分别列于表1和表2.这些结果比以往的结果要更合理一些。 结果表明:(1)地震多数是在低应力作用下(即低初始应力)发生的(约100——200巴);(2)地震释放的总能量约比地震波能量大一个数量级.      

1996年3月19日新疆阿图什6.9级地震震源破裂特征的研究

通过对1996年3月19日新疆阿图什6．9级地震余震分布特征的研究，分析了这次地震震源破裂过程．并结合柯坪断裂带的构造运动、区域应力场的分布特征以及1972年以来该带的另外3次6级地震的余震分布方向，探讨了柯坪断裂带附近地区不同构造部位震源破裂扩展方向与强震活动的迁移方向．结果表明，本次地震震源破裂为明显的单侧破裂．柯坪断裂带的阿图什震区和柯坪震区，余震分布具有一定规律性，震源破裂基本都为单侧破裂；震源断错以逆断层为主．区内主要受NW向压应力。不同地段强震震源破裂扩展具有明显的区域特征，强余震分布方向是应力集中的体现，它标志着同一构造断裂带附近近期强震活动的迁移方向．在柯坪断裂带上这种规律更为明显。