地下流体对地震孕育发生过程的影响研究综述

地下流体对地震的孕育、发生过程起着重要作用.本文简述了近年来国内外关于地下流体影响地震的研究进展,对流体诱发地震的物理机制进行了深入介绍,主要有孔隙压的增加对有效应力的降低、流体受热膨胀扩容以及对岩石的润滑和软化作用;同时介绍了一些典型的流体触发地震模式,包括地震泵、断层阀、膨胀—扩散模式等,并讨论了目前存在的主要问题...     

2008年汶川大地震单侧破裂过程的动力学机制研究

2008年汶川大地震的破裂过程极其发杂,向东北方向的破裂距离长达300 km,而向西南方向的破裂长度很小,呈现出单侧破裂的主要特征.尽管汶川地震破裂呈单侧传播的现象引起许多地震学家的关注,但其物理机制至今还不是十分清楚.本文利用有限单元计算方法,模拟了汶川地震的破裂过程.模型中根据龙门山断裂带两侧（东南侧为四川盆地,西北侧为川西高原）实际的地震波速度来确定模型的介质物性参数,利用目前观测的应力环境来选定初始应力条件.模拟结果表明：破裂在汶川地震的震中处成核后,先向断层两侧自发传播,但向东北方向的传播距离明显大于向西南方向;断层面上的正应力在东北方向（破裂的正方向）随着传播距离的增大而不断减小,位错速率随着破裂的传播距离而越来越大,其脉冲变得越来越尖锐,即产生了Weertman脉冲.研究结果显示：由于这种脉冲的出现,破裂在正方向上（东北方向）能够自己放大、自己愈合、自行维持,摩擦热极小,所以破裂能够沿着东北方向一直传播,直到应力场方位发生变化,不利于破裂时才最后终止.但在西南方向,破裂过程中断层面上的正应力增大,阻碍破裂继续扩展.最后就出现了汶川地震中破裂朝东北方向单侧优势传播的基本格局.模拟结果还表明：若断层面两侧介质均匀,则破裂向两侧是对称传播,且破裂距离很短,因此这种情况无法产生像汶川大地震那样的特大地震.因此,文中的模拟结果表明龙门山断裂带两侧的物性差异是造成汶川大地震单侧传播的决定性因素.断层两侧物性差异（bimaterial contrast）影响断层破裂过程的研究对于深入认识地震动力学过程、地震灾害预测及评估等有重要的科学意义.     

构造力源和震源应力场

中国大陆不仅受到相邻板块的挤压力，而且还受到深部剪切蠕滑断层的作用。通过相邻板块间地震活动带的线性分布、走向可以对中国大陆地块的推压力方向进行确定。由多种力源讨论了震源应力场。     

Improved stress release model: Application to the study of earthquake prediction in Taiwan area

Introduction Stress release model (SRM) was proposed by Vere-Jones (1978) for statistical study of seismicity. Physically it is a stochastic version of the elastic rebound theory of earthquake genesis. The classical elastic rebound model suggests that the stress has been slowly accumulating until the burst of an earthquake occurrence for stress release. This can be simulated by the jump Markov process in stochastic field, and SRM was developed on the basis of Knopoff (s Markov model (Knop…     

遗传算法的改进及其在应力场反演中的应用

利用人工方法产生多样化的初始群体，引入“移民”机制并采用小种群搜索，运用自动调整交换概率与变异概率的方法将遗传算法进行了改进，改进后的遗传算法在防止早熟，提高收敛速度方面有一定改善。最后利用改进的遗传算法反演了青藏高原的应力场，其结果与地质结果有一定的相似性。     

中国大陆及邻区构造应力场成因的研究

利用震源机制解等资料, 运用伪三维遗传有限单元法反演了中国大陆及邻区构造应力场的成因. 反演结果显示, 板块边界力对中国大陆应力场起主导作用, 中国大陆及邻区受到印度洋板块、菲律宾海板块以及太平洋板块的共同推挤作用. 其中印度洋板块的作用力最大, 力的作用方向为北北东向; 菲律宾海板块作用力次之, 方向为北西向; 太平洋板块对中国大陆的作用方向为南西西向. 中国大陆及邻区除受到三大板块的边界力作用外, 还受到局部地区的地形扩展力和下部地壳对上部地壳的拖曳力作用, 其大小对应力场的影响不容忽视. 青藏高原东部地区的下部地壳对上部地壳有拖曳力作用. 青藏高原四周的地形扩展力方向垂直于等高线, 指向高原外侧; 中国大陆地形二级阶梯的东缘, 即从大兴安岭、太行山脉、巫山到雪峰山一线, 也有地形扩展力的作用, 其作用力的方向与地势落差方向一致.     

应力释放模型在青藏高原地区的应用

介绍了应力释放模型、耦合应力释放模型及其在时、空两个方面经过改进的模型。利用改进后的模型研究了青藏高原地区的地震活动,结果显示,在青藏高原地区改进后的应力释放模型仍然适用,并且改进后的耦合应力释放模型要优于简单的应力释放模型,其预测地震的效能和精度都要优于泊松模型。     

2008年汶川MS8.0地震发生过程的动力学机制研究

2008年5月12日汶川地震突发在现今并不活动的龙门山断裂带上,该地震发生的动力学机制问题引起广泛关注.文中利用黏弹性接触问题的有限元方法,考虑重力作用,对青藏高原东缘的应力场空间分布及其随时间的演化进行了数值模拟,结果显示应力在空间由分散分布逐渐向龙门山及周边地区转移集中.基于前人的研究成果及计算分析,初步认为汶川地震孕育发生的动力学过程如下：青藏高原的物质东流在向东运动过程中由于受到稳定的四川盆地的阻挡,一部分东流物质在川西地区囤积,造成龙门山隆升;高角度(50°~70°)、犁状的龙门山断层面上的正应力随着川西高原向东运动而不断增大,导致该断层的闭锁性逐步加强,并且分布在断层附近的变质杂岩为存贮高密度弹性应变能提供物质保障.但另一方面随着青藏高原较柔软的下地壳物质的不断向东运动,囤积的东流物质对龙门山断裂带上盘的推挤作用会不断加强,从而导致断裂带上剪应力越来越大;当剪应力超过摩擦强度时,断层解锁产生滑动,发生地震.模拟结果还表明龙门山断层面上的摩擦系数较高,断裂带上地震的平均复发周期约为3163年,这与其他资料结果有一致性.     

大陆内部长余震序列及其对地震风险评估的启示

板块构造学说的最有力的特征之一,是已知的板块运动让我们对板块边界未来大地震的发震位置和平均复发间隔有更清晰的认识。然而,板块构造学说却不能预测板块内的地震何时何地发生,因为理想的板块内部是不会变形的。因此,板块内部的地震风险评估过于依靠如下假设：从有限的历史记录中得到的小地震发震位置能够反映出连续变形的地区,而变形将诱发未来大地震[1]。然而,本文将要说明的是,最近许多这样的小地震很可能是几百年前发生过的大地震的余震。文中将给出一个简单的模型,并由此模型得出：余震序列的长度和断层加载速率呈反比关系。发生在缓慢变形的大陆内部的余震序列,其持续时间与在快速加载的板块边界所观测到的典型的10年尺度余震序列相比要长得多。因为这些预测与观测结果相符,所以将大陆内部地震看作稳态地震活动的一般做法高估了目前地震活跃地区的地震危险性,而低估了其他地区的地震风险。     

流-固耦合作用对计算同震静态库仑应力变化的影响

传统方法计算同震静态库仑应力变化一般都是基于Okada的解析解,模型中不考虑流体对固体骨架力学行为的影响.但实际上,流体对固体变形有着非常重要的作用.为此,本文基于孔隙弹性理论,考虑流-固之间的完全耦合效应,针对三种典型的断层错动模型(走滑型、逆冲型以及正断型),分别计算静态库仑应力变化与传统算法之间的差别.计算结果表明:三种地震模型得到的介质孔隙压变化在空间的分布格局完全不同,走滑型地震产生的孔隙压变化图案在空间中呈正负相间的四象限分布,近场的静态库仑应力明显下降,流-固耦合作用对静态库仑应力变化影响较大.逆冲型和正断层型地震产生的介质孔隙压变化在空间的分布图案类似,但正负区域正好相反,孔隙压在逆冲型地震的震源区域上升,而在正断型地震的震源区域下降.同传统方法计算的库仑应力相比,逆冲型地震产生的介质孔隙压变化使得震源区的应力影区面积减小,这会触发更多的余震;而正断型地震产生的孔隙压变化则正好相反,增大了震源附近的应力影区范围,这样会降低该区域余震发生的概率.可见,介质的流-固耦合作用对计算库仑应力变化的影响不可忽视.因此,在利用库仑应力变化研究地震触发时,应考虑流-固耦合作用,使得库仑模型的预测结果更符合实际.