澜沧-耿马地震带下一个强震活跃期的初步研究

在震前对澜沧—耿马地震带大震复发周期为47年的研究基础上,确认滇西南地区出现了预释放加速段、一个孕震区和显著地震有序向源迁移的演变过程等这些大震孕育并进入中短期阶段的标志。并应用这些特征,对1988年11月6日的澜沧7.6级、耿马7.2级地震进行了预测,同时对澜沧—耿马地震带下一个新的强震活跃期的时间和可能发震的断层作了估计,提出了强震活跃期中大震孕育短临阶段预测可参考的思路。     

中国大陆活动地块边界带主要断层的强震震间晚期综合判定

由于中国大陆强震主要分布在活动地块边界带上,所以活动地块边界带主要断层成为我国大陆型强震研究的重要目标,各强震孕育阶段的判定是大陆型强震原地复发的动力学过程研究主要内容,而目标断层是否处于震间晚期也是强震时间预测的重要研究基础.虽然地震短临预测仍存在诸多科学难题,但最近20年来全球若干强震相关研究表明,如果放宽预测时间尺度的要求,有些方法也可用于强震震间晚期的判定.本文以中国大陆活动地块边界带的391条断层段为研究目标,利用地震地质的强震破裂空段、大地测量的断层运动闭锁段、地震活动的中小地震稀疏段、数值模拟的库仑应力增强显著段等方法,综合判定中国大陆活动地块边界带可能处于震间晚期的主要断层段.本文结果仅是初步结果,该结果的可靠程度有赖于监测条件,其科学性有赖于大陆型强震孕育发生动力学过程的认识水平,虽然本文尝试给出中国大陆活动地块边界带主要断层的震间晚期判定结果,但其结果可靠程度、精细程度等均存在巨大的改善空间.最后,从断层孕震阶段判定需求的角度,本文尝试给出大陆型震源物理模型的具体基础模型,期望起到抛砖引玉的作用,也期望更多地震学家关注大陆型强震的物理机制及其预测基础研究.     

金沙江地震带强震动及其与现今弱震活动关系

包括川滇菱块及马边－大关，宣威－弥勒地区在内的金沙江地震带记载（录）了川滇两省发生的绝大部分中、强以上地震，为我国西南一主要地震区。本文重点研究了该范围内强震的重复性及现今弱震密集区的强震危险性问题。金沙江地震带强震具有很高的原地重复性，７级以上强震原地重复率达６５．４％，平均复发时间１５７年；６级地震原地重复率达４１．８％，平均复发时间为２７．２年。川滇地区现今弱震活动密集区在活动期内本身发生６级以上强震的可能性很小。四川地区大多数情况下强震发生在距密集区４０－５０千米处，云南情况较复杂。但在作今后较长时间危险性分析预测时，现今弱震密集区本身仍有发生６级地震的危险，虽然发生７级以上地震可能性不大。     

中国大陆强震前地震活动图像演化特征研究

将1966年以来中国大陆发生的75次6.5级以上地震分为52组, 按华北-东北、 西南、 青藏块体、 新疆不同构造区域, 分别对其6.5级以上强震前4级、 5级以上地震活动图像进行了全时空扫描, 选取震前特征图像, 按构造区域进行分析、 总结, 研究强震前中等地震活动图像演变的基本特征, 及其震前图像演化的共性和差异性。 研究结果表明: 强震前不同级别中等地震活动出现二个阶段异常图像转化具有普适性。 5级地震图像后期在时间和空间上配套出现的4级地震的异常图像, 可能是强震孕育过程中由中期向短期过渡的一种标志。     

以近期地震活动计算未来强震

以古登堡-李希特的震级-频度关系式logN=a-bM为基本公式,导出计算不同震级地震复发周期T_M=m·10~(bM-a)和最大震级M_1=a/b,利用与强震孕育有关的近期地震活动资料,可定量计算未来强震的发生时间和最大震级。通过对川滇地区强震震例的验证和实际预报效果的检验,表明该方法在中长期地震预报中是可行的。     

同震异常效应及其应用

研究发现,强震(M_s≥7.0)前后普遍存在着明显的同震异常效应,其分布区域很广。这些异常既与发生的地震有关,其中有些又与一些潜在的地震有关,因此,通常这些异常可起三个方面的作用:①同震异常效应明显的地区可能是继发地震的地区;②同震异常是直接与地震事件有关的异常,它为地震的预报提供了可靠的信息;③同震异常的出现在时间上具有准同步性,所以大尺度范围内异常的集中出现,为强震预报提供了中短期信息。     

一个新的中矩期地震预报指标

通过对强震前数年一定震级档次内的地震活动进行分析,提出一个刻划地震孕育过程进入中短期阶段的指标－Ｃｒ值。它可以反映岩石本构关系曲线峰值点附近的状态。在对７次７级左右强震进行震例研究表明,震前Ｃｒ值出现明显高值异常。Ｃｒ值达最高值的时间超前地震发生１￣３ａ,多数是在１ａ左右,这对中短期地震预报有意义。     

一个新的中短期地震预报指标

通过对强震前数年内一定震级档次内的地震活动进行分析 ,提出一个刻划地震孕育过程进入中短期阶段的指标— Cr值。它可以反映岩石本构关系曲线峰值点附近的状态。在对 7次 7级左右强震进行震例研究表明 ,震前 Cr值出现明显高值异常。Cr值达最高值的时间超前地震发生 1～ 3a,多数是在 1 a左右 ,这对中短期地震预报有意义。     

川滇菱形块体东边界库仑应力演化及强震发生概率估算

本研究基于分层黏弹介质模型,考虑强震或大地震同震位错、震后黏滞松弛及主断层段震间构造应力加载三方面效应,给出1480年以来,川滇菱形块体东边界鲜水河断裂带、安宁河断裂带、则木河断裂带和小江断裂带共20个断层段由三方面效应引起的累积库仑应力变化随时间的演化,分析强震间相互作用和强震发生的应力累积背景,定性分析各断层段的地震危险性.同时,分别采用现今台网地震目录和川滇菱形块体东边界各断层段强震复发间隔两种资料,定量计算2030年各断层段的强震发生概率;并基于摩擦本构理论,将周边强震引起的库仑应力变化量作为应力扰动,修正强震发生概率的计算结果.各断层段累积库仑应力演化的结果表明,鲜水河断裂带中部八美段、色拉哈段及南部磨西段、安宁河断裂带冕宁-西昌段、小江断裂带北部巧家-东川段和南部建水段的累积库仑应力显著增加.修正的强震发生概率计算结果显示,鲜水河断裂带中部八美-色拉哈-康定一带、安宁河断裂带冕宁-西昌段、小江断裂带南部华宁-建水一带强震发生概率较高,地震危险性值得关注.本研究基于库仑应力演化计算定性分析强震危险性的同时,基于摩擦本构律理论,结合地震引起的应力扰动和强震发生背景,定量计算修正的强震发生概率,为川滇菱形块体东边界强震危险地点及中长期发震紧迫程度判定提供方法和依据.     

唐山地震的孕育与强震的增震作用

唐山地震的孕震构造是唐山菱形块体,在NEE向的区域应力场的作用下,最大剪应力集中在它的对角线上,正好与唐山断裂带相一致,因此成了唐山地震大破裂的始发点.唐山地震前兆演化过程中,有两个显著特点:在空间上有“震中→外围→震中+外围”的转移过程;在时间上有明显的阶段性,前兆异常频次的每一次加速都发生在外围强震发生之后,本文用强震的增、减震理论,推测外围强震的发生对唐山地震的孕育有强化作用,在一个大的区域,强地震的增、减震效应可以形成多个高应力集中区,这些高应力集中区多数都是未来发生强震的地区.     

Nonuniform and Unsteady Sliding of a Plate Boundary in a Great Earthquake Cycle: A Numerical Simulation Using a Laboratory-derived Friction Law

—A numerical study is conducted to simulate complicated sliding behavior and earthquake activity on a subducting plate boundary. A 2-D model of a uniform elastic half-space with a semi-infinite thrust fault is set up, and the frictional stress prescribed by a rate- and state-dependent friction law is assumed to act on the plate boundary fault. Spatial nonuniformity of friction parameters representing rate-dependence of friction and of slip-dependence of friction are introduced in the model to obtain complicated sliding behavior in the numerical simulation. Analogs of great earthquakes that break the entire seismogenic plate boundary repeatedly occur at a constant time interval. Smaller events of seismic or aseismic sliding occur during a great earthquake cycle. Regions of rate-strengthening of friction and of a large characteristic distance in slip-dependence of friction behave as barriers or asperities. Rupture propagation is often arrested in such a region and a great earthquake occurs later when the region is broken. The variety of earthquake activity observed in many regions along real plate boundaries may be explained by similar nonuniformity in friction parameters. Conversely, the friction parameters on plate boundaries might be estimated from comparison of theoretical simulations with observations of earthquake activity. Simulation results indicate that spatiotemporal variation in stress due to aseismic sliding may play an important part in generating earthquakes.     

川滇地区若干活动断裂带整体的强地震复发特征研究

我们根据历史地震资料，采用统计学方法研究了川滇地区7条活动断裂带整体的强地震复发特征。结果表明，这7条断裂带的强地震复发表现出趋于随机的、随机的、以及丛集的行为，复发过程不具有良好的准周期性，也不存在强度－时间或者时间－强度的相依性。组成断裂带的强震破裂段落的数量越多，复发过程就越复杂。相对的地震活跃期与平静期交替出现。其中，活跃期内地震复发间隔分布的离散性较大，可用Weibull分布近似描述；而平静期的持续时间分布的离散性较小，可用正态等分布近似描述。不同相对活跃期的持续时间及强震的数量差别很大，导致相对活跃期并非准周期重视。因此，基于断裂带整体强震复发间隔分布的中长期危险性概率评估仍然面临一定的困难。     

断层自发破裂动力过程的有限单元法模拟

断层自发破裂动力过程的研究对于认识地震过程及减轻地震灾害有着重要的科学意义.为合理地模拟断层的自发破裂过程,本文首先对经典的滑移弱化摩擦关系进行了改进,然后利用有限单元方法对破裂过程进行动态数值模拟.模拟结果表明,利用改进后的摩擦关系能够产生脉冲型（pulse-like）破裂模式,而经典的滑移弱化摩擦关系不能产生这种破裂形态.模拟结果还显示,断层自发破裂过程受初始应力场及摩擦关系影响,当初始应力场中剪应力水平较低时,容易产生脉冲型破裂;但当初始剪应力较高时,会产生裂纹型（crack-like）破裂.这个现象与在实验室里进行的岩石破裂实验结果是一致的.在相同的初始应力情况下,若滑移弱化摩擦本构关系中的动摩擦系数较大,断层将易于产生脉冲型破裂;若动摩擦系数较小,将倾向于产生裂纹型破裂.此外,本文也采用速率弱化摩擦关系对断层自发破裂过程进行了模拟,结果发现,在初始场及其他条件不变时,如果摩擦关系中的b-a值较小,容易产生脉冲型破裂;如果b-a值较大,会产生裂纹型破裂.     

强震复发概率模型中的参数不确定性研究

在强震发生概率计算过程中, 往往只考虑参数的随机不确定性, 却很少考虑参数的认知不确定性． 本文以布朗过程时间(BPT)模型为例, 利用贝叶斯估计法定量分析了强震平均复发间隔的认知不确定性; 研究了在强震发生概率计算过程中如何考虑这种认知不确定性． 结果表明: 采用不同的强震复发间隔参数估计方法, 所得的参数认知不确定性存在明显差异; 在计算强震发生概率时, 是否考虑参数认知不确定性所得的结果存在较大差异．      

应力扰动对地震周期和地震矩影响的数值模拟

利用二维有限元数值模型,结合断层滑移弱化摩擦准则对断层滑动规律以及应力扰动对其影响进行了研究．数值计算结果表明,在均匀应力分布情况下, 平面断层滑动显示出典型的特征地震规律,断层面上的应力扰动对断层滑动规律产生影响,压应力增加明显延迟地震的发生时间,并增加地震释放的能量．应力扰动发生在地震破裂临界区时的影响比在震前滑移区时的影响显著．当发生在地震滑移区时,若应力扰动足够大,则压应力增大会造成地震发生时部分动力断层被暂时锁住,使得地震释放的能量变小,但可增加后续地震的能量; 而压应力减小则可导致地震规律产生更加复杂的变化,会即时触发地震．如果应力扰动发生在一个地震周期的早期,则触发的地震较小,但可导致随后的地震提前发生; 如果应力扰动发生在一个地震周期的后期,则会触发大地震．当应力扰动位于震前滑移区或破裂临界区时,小的扰动也可能产生类似的效果．应力扰动产生越晚,这种影响也越明显．应力扰动发生在破裂临界区的影响最明显．应力扰动的影响一般主要集中在应力发生扰动后的1—2个地震周期内．后续地震基本恢复无应力扰动时的特征地震规律．      

震源动力学破裂过程数值模拟研究

首先阐述了震源动力学过程研究的重要意义, 在此基础上, 研究了复杂的断层几何形态及介质模型对动力学破裂过程的影响, 并对常用的有限元方法、 离散元方法、 有限差分方法和边界积分方程方法等进行了相应介绍. 讨论了这些数值模拟方法各自的优缺点, 建议在方法的选择上应视具体问题及计算的精度而定. 最后对动力学数值模拟的关键部分, 滑动摩擦准则进行了论述. 常用的滑动摩擦准则有滑动弱化准则、 速率弱化准则和速率-状态依赖摩擦准则. 在单纯考虑某个地震的动力学破裂传播过程时, 滑动弱化准则较为常用, 其中滑动弱化距离的选取至关重要. 但若考虑整个地震循环, 速率-状态依赖摩擦准则更为合适.      

Recurrence behaviors of segment-rupturing earthquakes on active faults of the Chinese mainland

IntroductionStrongorlargeearthquakesoccurredalongaspecificsegmentofanactivefaultarecalledsegment-rupturingearthquakes.Suchearthquakesoccurrepeatedlyatpreviouslocations.Thecurrentrecurrencemodelsforearthquakesrepeatedatpreviouslocationswereproposedonlimiteddatafromcharacteristicearthquakesonplateboundaries,mainlyincludingthetime-predictableandslippredictablemodels(Shimazaki,Nakata,1980),thequasi-periodicmodel(Bakun,McEvilly,1984;Savage,Cockerham,1986),andthetime-andmagnitude-predictablemodel…     

强震下高层建筑横向晃动反应过程模拟分析

传统的静力弹塑性分析方法对强震作用下的高层建筑的横向晃动反应过程模拟时,存在计算结果不准确、计算用时较长的问题。提出新的强震下高层建筑横向晃动反应过程模拟分析方法,其基于直接积分法的三种方法实施模拟分析。分别是隐式方法、显式方法以及KK模型方法。其中隐式方法和显式方法均能够对不同自由度下的高层建筑的横向晃动位移作出准确的计算,KK模型通过高层建筑Von Mises屈服面,分析高层建筑钢材Bauschinger反应基础上,精确模拟出高层建筑在横向晃动反应中的变形过程。实验结果说明,所提方法对强震作用下的高层建筑的横向晃动反应的运算准确率和效率较高。     

Study on Integrated Recurrence Behaviors of Strong Earthquakes Along Entire Active Fault Zones in the Sichuan-Yunnan Region, China

Based on historical earthquake data, we use statistical methods to study integrated recurrence behaviors of strong earthquakes along 7 selected active fault zones in the Sichuan-Yunnan region. The results show that recurrences of strong earthquakes in the 7 fault zones display near-random, random and clustering behaviors. The recurrence processes are never quasiperiodic, and are neither strength-time nor time-strength dependent. The more independent segments for strong earthquake rupturing a fault zone has, the more complicated the corresponding recurrence process is. And relatively active periods and quiescent periods for earthquake activity occur alternatively. Within the active periods, the distribution of recurrence time intervals between earthquakes has relatively large discretion, and can be modelled well by a Weibull distribution. The time distribution of the quiescent periods has relatively small discretion, and can be approximately described by some distributions as the normal. Both the durations of the active periods and the numbers of strong earthquakes within the active periods vary obviously cycle by cycle, leading to the relatively active periods having never repeated quasi-periodically. Therefore, the probabilistic assessment for middle- and longterm seismic hazard for entireties of active fault zones based on data of historical strong earthquakes on the fault zones still faces difficulty.     

Late Quaternary surface deformation and rupture behavior of strong earthquake on the segment north of Mianning of the Anninghe fault

The Anninghe fault is an important active fault along the eastern boundary of Sichuan-Yunnan active tectonic block, and the study of its surface deformation and rupture behavior during strong earthquake in the late Quaternary is of fundamental importance for understanding the future seismic risk of the fault zone or even the entire western Sichuan region. Using the methods of detailed geomorphic and geological survey, digital image analysis, total station instrument survey, excavation of combined trench and dating, we analyze the geomorphologic sequences of the offset strata at several sites where the late Quaternary deformation remnants are fairly well preserved and obtain some new results as follows: Strong earthquake events with left-lateral displacements of about 3 m occurred at the two sites of Zimakua and Yejitong at 1634-1811, 1030-1050 and 280-550 a BP, respectively, and the recurrence interval is 520-660 a; The youngest event in the area of Dahaizi-Ganhaizi should be the earthquake of 1536, other events are at 1768-1826, 2755-4108 and 4108-6593 a BP, respectively, with a recurrence interval of 1300-1900 a. The strong earthquake activity shows a clustering character. The possibility of occurrence of a strong earthquake exists on the north segment of the Anninghe fault sometime in the future.