影响地震活动性因素的非均匀细胞自动机模拟研究

基于细胞自动机模型,构建了由81×81个细胞单元组成非均匀二维单断层介质样本,研究了断层结构细观非均匀性以及相关模型参数变化对模拟输出结果和强度分布特征的影响。研究结果表明：结构非均匀性是影响地震活动性的控制性参量,随着非均匀程度的增强,地震事件数量增多,震级分布变得越来越均匀,破裂演化模式由相对“脆性”向“塑性”变化;介质结构的初始条件和应力加载的随机性对地震活动演化过程基本不产生影响。此外,应力降分配系数减小使b值主体线性段向大震级延伸;随着局部摩擦损耗系数增大,模拟地震事件的数量有所增加,大震级事件数量和震级衰减增强,b值主体线性区间变窄,使断层的变形破坏方式由相对“脆性”向“塑性”变化。这些对我们理解孕震过程的复杂性是有帮助的。     

影响地震活动性因素的非均匀细胞自动机模拟研究

基于细胞自动机模型,构建了由81×81个细胞单元组成非均匀二维单断层介质样本,研究了断层结构细观非均匀性以及相关模型参数变化对模拟输出结果和强度分布特征的影响。研究结果表明:结构非均匀性是影响地震活动性的控制性参量,随着非均匀程度的增强,地震事件数量增多,震级分布变得越来越均匀,破裂演化模式由相对"脆性"向"塑性"变化;介质结构的初始条件和应力加载的随机性对地震活动演化过程基本不产生影响,此外,应力降分配系数减小使b值主体线性段向大震级延伸;随着局部摩擦损耗系数增大,模拟地震事件的数量有所增加,大震级事件数量和震级衰减增强b,值主体线性区间变窄,使断层的变形破坏方式由相对"脆性"向"塑性"变化。这些对理解孕震过程的复杂性是有帮助的。     

断层结构非均匀性对地震活动性影响的细胞自动机模拟

基于断层强度分布的非均匀性,构建了由81×81个细胞单元组成的4种不同匀质度及其各自6种不同随机构型共计24个非均匀二维单断层模型样本,并通过设计的细胞自动机模拟程序,在保持其它模拟参数不变的条件下对它们进行了模拟试验.研究结果表明,随着断层结构非匀质度的增加,其宏观变形破坏行为由相对脆性向塑性变化;地震序列类型依次表...     

摩擦时间依从的地震活动性细胞自动机模型

设计了一个改进的单断层地震孕育过程细胞自动机（ＣＡ）模型,通过设计外界通过 施加应力与模型间进行的能量交换和模型的细胞之间存在的非线性力学作用,试图理解地震 活动特性的力学机制．与早期细胞自动机模型相比,改进了参数的取值方式,将摩擦时间依 从的理论引进模型,使该细胞自动机模型更接近实际的孕震系统．研究表明参数取值方式对 人工地震序列和各细胞破裂事件的非均匀时间特性有重要影响,较小震级和较大震级范围中 的事件分别遵从明显不同的累积频度一震级关系．     

地震复杂性成因的数值模拟

以最简单的弹簧滑块模型为理论基础,由完全确定性的动力学公式出发,采用细胞自动机技术,研究模拟地震序列时、空、强复杂性的成因。当中公有非线性动力学因素时,模拟序列的时空强特征十分复杂,当引入弹性结构的不均匀性,模拟大事件的空间和强度特征明显受控于断层的不均匀性。由模拟结果推测认为地震的复杂性是由于地球的不均匀性和断层破裂的非线性动力学相互作用而引起的。     

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。     

非均一断层模型的标度不变性

本文给出一个非常简单的断层破裂模型.设想断层为一系列区域上任意分布且强度呈高斯分布的小断层.当负荷应力达到小断层的强度时出现滑距.大震是由较小裂隙聚集产生的.由此计算古登堡-里克特频度震级关系的b值.震级大于3级的事件6才等于1(标度不变性).震级较低时,事件次数随震级减小而递减.实际地震的异常标度律的实验观测能解释类似结果.本文进一步书出,复合断裂方法也能解释类似观察结果.     

双向压缩条件下非均匀断层标本变形过程中的声发射活动特征

在双向压缩条件下,研究了一种非均匀断层模型标本在变形过程中的声发射(AE)时空特征.结果表明,随侧向应力sigma;2的增大,断层破裂强度提高,自加载至破坏的时间延长,破坏形式由突发失稳逐渐转变为渐进式破坏.预制断层及其非均匀性对标本变形过程中AE空间分布图象起明显的控制作用.预制断层,特别是预制断层上的强度不均匀部位及高强度段落,控制着微破裂空间分布的总体格局.破裂局部化均起始于断层上强度不均匀部位,随侧向应力sigma;2的增大,微破裂密集区域从预制断层强度不均匀部位逐渐扩展到整个高强度区段.侧向应力sigma;2的大小对AE时序特征具有显著影响.较低sigma;2条件下,断层表现为突发失稳,失稳发生在微破裂活动ldquo;增强-平静rdquo;的背景之上;而较高sigma;2条件下,断层表现为渐进式破坏,破坏前后AE频次持续增加,AER呈指数增长.sigma;2对b值变化也具有一定影响.当断层破坏表现为突发失稳时,b值在弹性阶段后期至弱化阶段显示出ldquo;前兆rdquo;性降低;而当断层表现为渐进式破坏时,b值变化平稳.      

汶川地震震源破裂动力学研究

关于汶川地震的破裂过程的运动学已有许多研究成果,如沈正康小组(2009)、陈运泰小组(2008)、姚振兴小组(2008)和纪晨小组(Jietal,2008)。尽管各个结果有所不同,但基本特征还是一致的。以沈正康小组最近在Nature Geosciences上的结果为例(Shenetal,2009),地震破裂断层存在两个滑动剧烈的地区:映秀、北川,滑动量近10m,在南坝也有5m的滑动量。如果进一步观察,会发现这些滑动剧烈的局部地区与断层的几何非均匀性(弯折、跨跳等)有一致的对应关系。为了从物理上理解这种对应关系,我们利用本课题组近年来发展的能够计算复杂的非平面地震断层自发破裂动力学过程的新方法(Zhang and Chen,2006;Liuand Chen,2008;Zhuetal,2009),系统研究了地震断层的几何非均匀性与等效平面地震断层的剪切破裂强度等动力学参数之间的等效性问题。在此基础上,根据汶川地震发震断层的非平面几何模型(Shenetal,2009;Xuetal,2009),我们模拟计算了该地震的自发破裂动力学过程,结果较好地解释了由震源运动学反演获得的复杂断层滑动过程的主要特征,即断层滑动复杂非均匀分布与断层的几何非均匀性(弯折、跨跳等)之间的对应关系。     

具有脆性形变和蠕动变形的复合单断层系模型中的应力、滑动与地震

对弹性半空间中的几个含有不连续断层系的三维弹性连续介质模型，在沿单元垂直走滑断层发生的滑动过程进行了数值模拟，模型的几何形状和所使用的边界条件大致与圣安德烈斯断层中部的情形相符合，数值模拟综合考虑了脆性形变和蠕动变形，断层带的总形变率为蠕变和摩擦滑动率之和。脆性断层的性质由破裂段（数值单元）的不同地震应力降的分布来给定。所假设的分布描述了两种理想化的情形，它们分别对应于不同断层滑动的极限状态：（1）以大尺度范围为特征的强无序状态，表示不成熟的断层带及扩展空间域。（2）相对有序的状态，以小尺度范围为特征，表示成熟的完全滑动断层。假定断层的蠕变特性在所有的情形中都相同。并且是用蠕滑速率与应力的幂次律关系来刻画的。利用这种脆性蠕变过程和模型参数可以得到一个在12．5km深度含有“脆性－延性”过渡带的应力－深度剖面，以及一个在1857年地震破裂西北65km处存在有“脆性－蠕变”过渡带的沿走向的应力剖面。模拟的震源空间分布在统计意义上与观测数据相类似，结果表明，断层强烈不均匀性的特征尺度范围会在断层系统的地球地震响应中显著表现出来，若尺度范围小，则会使震级－频率分布接近于特征地震分布，在时间上会层致如地震空区说所预言的大地震的准周期分布，而大尺度范围的地震活动性符合古登堡－里克特的震级－频度关系以及大地震的随机或是成簇的时间分布特征。数值模拟的结果表明，各种形式的震级－频度关系以及地震时间分布的统计特征都可以通过表征断层带不均匀性的尺度范围统一起来，这可以通过借助一个给定的断层带或是岩石层的结构特征给出一个清晰的物理解释，并且得到地震及断层观测资料的支持。在一些模拟中，小地震的震级－频度关系曲线明显低于自的古登堡－里克特关系曲线。这说明在构造加载过程中，小地震通过平滑应力的长波成分，为大地震的发生创造了条件。这一过程是通过与小地震的大量断裂有关的短波应力的消失过程来完成的，大地震的大尺度破裂的发生正好导致与上述长，短波应力的平滑与消失变化相反的过程。     

震级频度与古登堡-里克特关系式偏离的前兆意义

地震震级频度的古登堡-里克特关系式(简称G-R关系式)一直是许多地震学问题研究的重要前提之一, 然而实际分布常常与这一关系式有一定的偏离。 文中利用已有的对含有凹凸体、 挤压雁列破裂及Ⅲ型剪切破裂等三种类型的岩石实验结果, 对接收到的声发射事件序列分别进行了分段地震震级频度的G-R关系式拟合, 重点考察了每一时间窗内表征实际地震震级频度与这一关系式偏离程度的线性拟合系数r值的变化。 研究结果表明, 含有凹凸体、 挤压雁列破裂的岩石声发射序列在加压－破裂过程中, 分段扫描分别计算得出的r值在标本失稳前出现数字下降的现象, 表明临近岩石失稳, 实际地震震级频度与G-R关系式偏离程度有加大的趋势; 而含Ⅲ型剪切破裂的岩石在标本失稳前, 声发射序列r值数字下降的现象不明显。 部分实际震例也表明, 在一些中强地震前也存在着这种偏离。 研究结果可能对利用区域地震活动资料探求部分类型的中强地震前可能存在的前兆信息具有一定的参考意义。     

The Effect of Regional Borders when Using the Gutenberg-Richter Model, Case Study: Western Anatolia

A probabilistic seismic hazard analysis (PSHA) for Western Anatolia is presented using the Gutenberg-Richter (G-R) frequency-magnitude relation. Since the modeling is sensitive to the location of seismotectonics boundaries, to use the information content of the observed earthquake data, as a general rule the borders of the affected area are extended. In this study, the effect of the region’s definition on the G-R model is debated on the Western Anatolian region, which is one of the most seismically active and rapidly deforming regions of the world throughout the ages. Calculations are carried out for two subregions and one combined region as a whole using the seismic catalog from 1900 to 2005. The data sets are determined by the region’s borders with the parameters computed according to these data sets by the least-squares and maximum likelihood methods, and then future predictions are estimated via these parameters. Comparing the results with historical earthquake records, most appropriate regional borders for Western Anatolia are defined, and for this new region G-R model parameters are obtained.     

云南大理MS6.4地震与意大利拉奎拉MW6.3地震序列的比较研究和危险性分析启示

云南大理M_S6.4地震和意大利拉奎拉（L'Aquila）M_W6.3地震都因未能准确做出危险性预测给人民生命财产造成重大损失。哪些工作可能向政府和公众说明“哪里可能发生地震”、“最大量级多大”、“未来发震趋势如何”等问题都值得深入思考。本文根据天气预报思路,将地震活动按丛集性做分区处理,从各区M-t序列、3级地震活动性、2年来地震能量释放升级趋势、G-R关系等几方面分析了这两次地震主震发生前的地震活动特征,对比分析了它们之间的相似性。认为这两次地震的相似性有以下几点:①震源深度都比较浅。云南大理M_S6.4地震震源深度8 km,意大利拉奎拉M_W6.3地震震源深度8.8 km;②b值相近。云南大理M_S6.4地震b=0.59,意大利拉奎拉M_W6.3地震b=0.61。G-R关系外推震级相近,均为M_GR6左右;③M-t图序列地震能量释放都呈升级趋势,地震活动也相似。平静打破后3级以上地震活跃,都出现震群现象,地震能量释放呈加速状态;④都属于前震-主震-余震型序列。意大利拉奎拉M_W6.3地震主震前最大前震为M_W5.2;云南大理M_S6.4地震主震前最大前震为M_S5.6,且前震震群特征明显。同时,本文讨论了按地震丛集性划分区域的合理性,认为按地震丛集性划分区域更容易把握区域地震活动的特点。这两次地震发生在不同区域,构造差异极大,属不同错动类型,用分区G-R关系和M-t序列分析,都得出较好的结果,再次说明了分区G-R关系和M-t序列分析对判断地震危险性的普适性特征,这为下一步产出“地震危险性云图”提供了依据。      

新疆地区典型潜在震源区大震年发生率的估计

利用活动断裂定量研究资料（滑动速率、古地震等）,结合新疆地区的地震构造环境特征分析,研究了典型潜在震源区大震复发模式,建立了具有区域特征的混合模型,以此评定了新疆地区典型潜在震源区大震的年发生率。混合模型由截断G-R关系模型和特征地震模型构成,计算时先分别计算两个模型的大震分震级档年发生率,然后根据潜在震源区地震地质资料的完备性情况、可靠程度以及大震孕育的区域性特征为两个模型的分震级档结果赋予一定权重,最后求两个模型的加权和。大震复发间隔的计算中利用汶川地震与集集地震的最大垂直位错和平均垂直位错统计关系约束了逆冲型断裂的平均位错量,潜源区的大震年发生率的计算考虑了级联破裂问题。结果表明,本研究所得高震级档大震年发生率比第三代、第四代地震区划图小,文中对这一现象产生的原因进行了初步分析。     

利用近代小震资料快速简略评估地震危险性的方法

利用１９７０～１９９４年华北地区仪器记录到的地震目录，通过层次模型，将该地区分为不同大小的单元，在每个单元中，由小震活动情况，通过Ｇ－Ｒ关系是到较大地震的活动情况；并根据震级和烈度之间的关系，得到未来５０ａ不同地震烈度的发生概率，文中还将所得结果与历史地震活动情况以及第三代区划图进行对比研究，结果表明，由近代小震活动对地震危险性进行评估是可能的。     

应急演练中基于G-R关系的主余型地震余震震级模拟

在现有的日常地震演练过程中，与应急救援密切相关的地震余震信息产品较为缺乏，直接影响发震构造的判断以及影响场修正等关键环节。本文从计算机系统提供的均匀分布随机数出发，运用反函数法模拟生成余震序列，并进行系统检验，证实该方法产生的余震序列满足G-R频次关系。模拟生成的余震震级数据既有助于增强地震应急救援演练的现实性，也有助于丰富地震应急宣传产品，提升地震部门的履职能力。     

Effects of Earth's curvature and radial heterogeneity in dislocation studies:Case studies of the 2008 Wenchuan earthquake and the 2004 Sumatra earthquake

Recently,effects of Earth's curvature and radial heterogeneity on coseismic deformations are often investigated based on the 2004 Sumatra earthquake.However,such effects are strongly related to earthquake types.As a low dip angle event,the 2004 Sumatra earthquake is not a good seismic case for such a topic since the effects for moderate dip angle events are much bigger.In this study,the half-space and spherical dislocation theories are used,respectively,to calculate coseismic displacements caused by the 2008 Wenchuan earthquake and the 2004 Sumatra earthquake.Effects of Earth's curvature and stratification are investigated through the discrepancies of results calculated using the two dislocation theories.Results show that the effects of Earth's curvature and stratification for the 2008 Wenchuan earthquake are much larger than those for the 2004 Sumatra earthquake.Ignoring the effects will cause errors up to 100%-200% in far field displacements for a moderate dip angle event like the 2008 Wenchuan earthquake.Such great effects are much bigger than those conclusions of previous studies.Besides,comparison with observations verifies that spherical dislocation theories yield better results than half-space ones in far fields.     

Which Dynamic Rupture Parameters Can Be Estimated from Strong Ground Motion and Geodetic Data?

— We have tested to which extent commonly used dynamic rupture parameters can be resolved for a realistic earthquake scenario from all available observations. For this purpose we have generated three dynamic models of the Landers earthquake using a single, vertical, planar fault with heterogeneity in either the initial stress, the yield stress, or the slip-weakening distance. Although the dynamic parameters for these models are inherently different, all the simulations are in agreement with strong motion, GPS, InSAR, and field data for the event. The rupture propagation and slip distributions obtained for each model are similar, showing that the solution of the dynamic problem is non-unique. In other words, it is not always possible to separate strength drop and the slip-weakening distance using rupture modeling, in agreement with the conclusions by GUATTERI and SPUDICH (2000).