地震前兆场物理模式与前兆时空分布机制研究（一）──坚固体孕震模式的由来与证据

首先针对“地震前兆场物理模式建立”项目的需要，阐述了该项目的研究思路与必须研究的若干科学问题，强调了强震孕育条件与过程的研究是其中的核心文中先对笔者８０年代提出的“坚固体孕震模式”的由来与发展作了概述；进而从深部构造、力学分析、破裂实验三个方面论证了该模式的合理性．从华北北部层析成像研究结果看出：强震震源都分布在高速块体内，或高速块体与低速块体接触地带，但偏于高速体一侧．通过硬、软包体力学模型研究，确认：硬包体（即坚固体）是大量应变能高度集中的重要条件．岩石失稳条件的理论与实验研究一致表明：只有震源体的刚度大于环境刚度时才可能导致岩体失稳、突然破裂与应力降的产生．     

地震前兆场物理模式与前兆时空分布机制研究(二) ——强震孕育时应力、应变场的演化与地震活动、地震前兆的关系x,auto,auto,415px);}style> hf=httprztl.com >business

分别研究构造块体内有多个震源体和单个震源体孕育时，应力集中过程、时空分布规律及其与地震活动、地震前兆的关系．结果表明:① 当区域应力场增强到相当水平时，破裂开始在某个或某些块体内发生，区域应力场将随着时间而变化，强震的成组性是这个动态应力场演变的结果．在此过程中，多个高应力集中区的存在与发展，有可能导致震前异常与地震关系的多样性；② 孕震块体的应力变化过程一般显示出非线性，在经历了长期弹性变形后，从进入非弹性变形阶段到主破裂前，可能经历不止一次的非弹性变形与断层软化过程；与此相应，孕震块体中的应力、应变场要表现出复杂的时空演化图象；受应力、应变控制的地震前兆场必然表现出多方面的复杂性.      

地震前兆场物理模式与前兆时空分布机制研究（二）──强震孕育时应力、应变场的演化与地震活动、地震前兆的关系

分别研究构造块体内有多个震源体和单个震源体孕育时．应力集中过程、时空分布规律及其与地震活动、地震前兆的关系．结果表明：①当区域应力场增强到相当水平时，破裂开始在某个或某些块体内发生，区域应力场将随着时间而变化，强震的成组性是这个动态应力场演变的结果．在此过程中，多个高应力集中区的存在与发展，有可能导致震前异常与地震关系的多样性；②孕震块体的应力变化过程一般显示出非线性，在经历了长期弹性变形后，从进入非弹性变形阶段到主破裂前，可能经历不止一次的非弹性变形与断层软化过程；与此相应，孕震块体中的应力、应变场要表现出复杂的时空演化图象；受应力、应变控制的地震前兆场必然表现出多方面的复杂性．     

震源孕育模式的数值模拟研究

在充分考虑地质体材料力学性质非均匀性特点的基础上，运用岩石破裂失稳过程有限元分析新方法(RFPA)，以不存在明显孕震构造特征的包体模式为例，模拟研究了挤压边界条件下的震源孕育模式，包括断层的形成过程和地震活动特征，演示出孕震体由变形、破裂到宏观贯通的地震全过程以及它们的时空强基本规律．计算所得到的应力、变形和微震空间分布，形象地给出了变形局部化、震源迁移、膨胀或隆起，弹性回跳和X型共轭变形带等直观图象．      

滇西地区强震前兆源过程的力学模型与数值摸拟

云南西部地区的强震和大地震主要发生在一些板内大型走滑断裂带上，有一个10～20 km的深度优势层位；地震的破裂基本上是以走滑型破裂为特征．联系云南岩石层结构与动力学背景，我们认为，本区的地震可能有这样一种成核过程: 由于岩石层结构的层次性、非均匀性，在整个岩石层板块构造运动背景场中，可能会在岩石层的中深部形成局部剪应变集中区或滑动区，尔后这个剪应变集中区或滑动区沿着断层带边界向地表滑移扩展．当滑动由深部向浅部扩展时，滑动峰将遇到断层面上的最大抗剪强度区而被阻碍闭锁，形成一个地震活动空区．随着构造荷载的逐渐增加，滑动最终要向前扩展导致整个闭锁区的失稳破裂，产生大地震．给出了描述这个地震过程的一个简单的近似积分方程；数值结果表明，该模型具有一个向不稳定非线性加速发展的阶段，这个阶段对地震前兆的形成可能有重要意义．      

地震前兆场物理模式与前兆时空分布机制研究（三） ——强震孕育时地震活动与地壳形变场异常及机制x,auto,auto,415px);}style> hf=httprztl.com >business week launch

从华北37次M6.0地震前的地震活动图象异常，以及1954～1992 年首都圈地壳形变图象研究中，提炼出强震前的异常特征；对强震前的地震活动图象异常与地壳形变异常进行对比分析．结果发现:① 强震前出现地震活动的增强与地壳形变速率的增大；② 震前数年环绕强震震中出现孕震空区与形变空区；③ 在图象动力学参数方面都表现出信息维的减小，表明地壳形变局部化随着时间而增加，是反映强震孕育阶段的重要现象和参量．最后，应用非均匀介质中非均匀坚固体孕震模式，对强震前地震活动图象与地壳形变图象异常物理机制给予了统一解释.      

唐山地震前后地壳形变场的时空分布、演化特征与机理研究.

根据精密水准重复测量和跨断层形变观测资料，应用地壳形变图象动力学方法，研究了唐山地震震源区及其周围地区震前22年至震后9年间地壳形变场的时空演化过程．地壳不稳定区先出现在外围，由外向内扩展包围震源区，震源区出现不稳定但不失稳；经过短暂稳定，又出现由外向内的第2次不稳定过程，导致震源失稳．失稳前出现的形变空区与地震空区及断层闭锁区其空间分布重叠，出现时间略有先后；震源区断层出现临界预滑动后地震发生．地壳形变场演化过程与应力场数值模拟等研究结果能相互印证，支持以坚固体为核的孕震系统演化模式．      

南北地震带南段应力场特征及其与板块运动的关系

根据从1933年到1991年的134次中、强震的震源机制结果，对南北地震带南段的区域应力场特征进行了详细地分析．结果表明，南北地震带南段是一条浅源、走滑地震带，在它的东部和西部地区，震源机制结果的P轴和T轴呈现系统的、一致的分布．在西部地区，P轴和T轴分别位于北东-南西和北西-南东方向；在东部地区，P轴和T轴分别位于北西-南东和北东-南西方向．从整体来看，P轴的方位在空间组成一个倒V字形．东部和西部地区的边界与青藏高原和扬子块体之间的边界是一致的．大量的震源机制结果表明，从喜马拉雅碰撞带到南北地震带南段西部，从台湾东海岸碰撞带到南北地震带南段东部，P轴的方位分别呈现大体一致的分布．这说明，印度-澳大利亚板块与欧亚板块之间的相对运动所产生的构造力从喜马拉雅碰撞带一直传到南北地震带南段西部，同时，菲律宾海板块与欧亚板块之间相对运动所产生的构造力从台湾东海岸一直传到南北地震带南段东部，并分别控制了那里的应力场．      

应力-耗散热地温前兆机理研究<

强震前在震区及其周围出现明显的浅层地温升高异常是一种普遍现象．目前已有的几种机理解释虽均可以各自找到某些方面的证据,但都存在一些矛盾．本文通过理论分析、实测资料对比并结合岩石力学实验结果,提出了一种应力-耗散热地温前兆机理模式．其主要观点为: 地壳应力场对岩土介质非弹性变形做功所产生的耗散热,可能是震前地温上升的主要原因之一,其中地震中期阶段的区域性、趋势性地温升高,主要与区域应力场强化因素密切相关;而地震短临阶段的突发性地温升高,则主要与震前震源区应力场剧烈变化调整因素密切相关．由于土层远较岩石层容易产生塑性变形耗散热,所以震前的地温异常应在土层覆盖地区表现得最为明显,且主要集中在浅层土层内,形成所谓的热罩现象．      

山西大同震群序列的震源力学特征和有限元数值模拟

统一研究了1989－1993年期间发生的大同震群活动特点及主要地震的震源机制和破裂过程．为了模似大同震群的震源力学特征，从断裂扩展的角度提出了共轭形断裂系破裂的力学模式，并给出了位移场、应力场和应变能分布的有限元计算结果．此外，还着重讨论了三次大同地震高潮期前记录的地热前兆现象．      

唐山、邢台地震序列特征与三维速度结构的关系——兼论强震群型地震的预测问题

以唐山、邢台地震区的层析成像（ST）结果为基础,分析了两次强震序列特征与三维速度结构的关系．研究结果表明:① 地壳内高速体、低速体的相间分布及尺度较大的高速块体的存在是孕育发生两次强震序列的共同基础;② 壳内高速体、低速体的规模、深度及其内部的非均匀性是影响序列特征的重要因素;③ 唐山震区的高速体深度小于邢台震区,这是造成唐山地震序列的震源优势深度和震源最大深度小于邢台地震序列的主要原因;④ 宁河地震区的高速体较唐山 滦县地区高速体的深度大,是造成宁河地区最大震级及其震中烈度偏低的重要原因．这些结果对强震群型地震的主要地震及晚期强余震预测都有帮助．      

松潘—甘孜块体边缘强震的余震时空特征对比研究及其意义

松潘—甘孜块体位于青藏高原北部,是认识高原扩展的重要区域.近年来,该块体不同边缘强震频发(2008年四川汶川M_W7.9地震、2010年青海玉树M_W6.9地震、2013年四川芦山M_W6.6地震、2017年四川九寨沟M_W6.5地震、2021年青海玛多M_W7.4地震),但针对这些强震的余震特征比较的研究鲜见,忽略了“从震源演化的角度揭示块体不同位置结构的差异”.本文依据中国地震台网中心13年的地震观测数据(2008-01-01—2020-11-30),采用双差定位方法(HypoDD)开展松潘—甘孜块体近年不同强震的余震演化研究.研究表明处于块体不同位置的余震序列时空特征存在差异：(1)块体南缘的玉树地震有前震事件,其余均未观测到前震;(2)块体南缘的玉树地震与东缘的汶川、芦山地震均激发共轭断裂,其余则未激发;(3)汶川、芦山地震与其他地震的双侧破裂形态不同,为单侧破裂;(4)余震分布密集区位于同震滑移极值区的周缘.结合该区的构造背景与震源时空分布特征,我们指出块体不同位置的余震时空分...     

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.      

1997年伽师强震群序列特征和震源机制的初步研究

分析研究了新疆伽师强震群的序列特征和震源机制解．结果表明,6.6级地震前,序列频度衰减系数hh>1.6级强震前序列地震能量释放特征为持续增强或剧增;5级地震前序列频度呈现平静特征．震源机制结果是:强震群震源断错以右旋走滑为主,具有张扭性特征．      

断层几何结构与物理场的演化及失稳特征

在双轴加载条件下，研究了几种具不同几何结构的断层系变形破坏过程中应变、断层位移和声发射事件的时空分布，并对典型失稳事件的特征进行了分析．研究表明: 具不同几何结构的断层系有不同的变形物理场演化图象；根据物理场演化特征和变形机制的差异，可识别出两类粘滑型失稳、破裂型失稳及混合型失稳，不同类型的失稳在前兆上有明显差异；失稳类型与断层几何结构及变形阶段密切相关．因此，研究自然界断层的几何结构，对地震预报和地震前兆观察研究极为重要.      

1900年以来巴颜喀拉块体应力演化与周缘强震关系的数值模拟研究

以巴颜喀拉块体为研究对象,考虑区域地质构造差异,主要活动断裂带,活动块体和边界断裂带的划分结果,引入深部三维速度结构,建立能反映地表起伏和岩石圈分层结构的青藏高原地区三维黏弹性有限元模型.以地壳水平运动速率观测值和最大主压应力方向测量值为约束条件重建研究区现今构造背景应力场.在此基础上模拟了自1900年以来巴颜喀拉块体周缘的7级以上强震序列,从库仑破裂应力角度研究了应力演化与强震的关系、强震之间的相互作用关系以及长期构造加载对强震的影响.研究结果表明,巴颜喀拉块体周缘强震的发生可能与震源区总应力的增加有关.2008年汶川地震导致龙门山断裂带南段应力增加,表明汶川地震对2013年芦山地震有促进作用.鲜水河断裂带上的7级以上强震序列对发生在邻近龙门山断裂带上的2008年汶川地震和2013年芦山地震有延迟作用.     

强震地下水动态中短临异常空间特征研究

研究了中国大陆部分强震、中强震(统称强震)地下水动态(水位、流量)观测结果，得到:地下水动态短临异常和一年尺度的中短期异常(以下称中短临异常)的空间分布及无异常测点分布，主要与强震发震机制以及震源周围的主要活断层(深大活动性断裂、强活动性断层)有关，异常空间分布符合异常-震源地点-发震机制-主要活断层相互之间的特定关系．最后，对地下水动态中短临异常空间分布与发震机制和主要活断层之间关系的机理作了讨论，阐述了研究结果的意义．      

柯坪块体震源介质参数测定

应用2011年1月-2015年4月柯坪块体及周边数字地震台站（38°-42.5°N,75°-80.5°E）记录的3.0 ≤ M ≤ 5.0地震事件,结合柯坪块体介质品质因子和各台站场地响应,计算各地震应力降、地震矩、震源破裂半径、拐角频率等新震源参数,并研究各背景值变化特征及彼此间对应关系。结果表明：柯坪块体地区地震震级与地震矩、矩震级、震源尺度之间表现为较好的正相关性,与地震拐角频率之间呈负相关。地震矩与震源破裂尺度整体呈正相关,但当震源破裂尺度较小时,地震矩变化不大,当震源破裂尺度大于250 m时,地震矩随震源破裂尺度的增大变化较快。由柯坪块体应力降时间分布特征分析可知,研究区具有地震前应力降呈现高值异常、震后缓慢恢复低值的演化过程。     

用遗传算法反演1994年台湾海峡地震的震源过程及其相关研究

将遗传算法应用于地震矩张量解的反演问题．采用数字化台网P波波形资料及台湾台网P波初动方向资料,研究了1994年9月16日台湾海峡7.3级地震及其邻近地区(北纬21～26,东经115～120)ML5.8共5个地震的矩张量解及震源参数．在5个地震中,1994年9月16日台湾海峡7.3级地震是我国东南沿海地区自1918年南澳7.3级地震以来最大的一次地震．结果表明:这次7.3级地震的矩张量解以双力偶成分为主,是断层面接近NW走向的正断层．断层面的走向与大震前地震的条带分布走向及余震分布显示的破裂图象较相像．震源机制的张应力轴接近水平,近NE走向;压应力轴几乎垂直,近NWW走向．似乎表明,这次地震是受菲律宾板块向欧亚板块北西向挤压的力源控制．但从P轴接近竖直而T轴接近水平看,这是一次强烈拉张性的正断层．其它4个强震震源机制解与7.3级大震相互差别较大．这些地震震源机制解的复杂性表明了海峡地震序列发展过程是比较复杂的．      

巴颜喀拉块体强震活动与2010年玉树7.1级地震的关系

系统地总结分析了巴颜喀拉地块北、东、南边界带的构造特征、各个边界带上的强震活动、部分强震的震源机制解和区域地震活动,从而探讨了2010年玉树7.1级地震发生前巴颜喀拉地块地震活动特征。从2008年玉树地区地震活动变化、巴颜喀拉块体北边界和南边界强震呼应及块体动力学过程进行了地震趋势预测的思考。