前震研究进展综述

简要介绍了当前国内外前震研究领域的一些进展。对比了不同前震定义条件下前震序列的共性特征,对几种主要的前震机理及主要的前震识别方法进行了简要综述,对其特点及存在的问题进行了评述和讨论。前震指主震之前在主震断层面上、紧邻主震破裂起始点发生的小地震。主震发生之前的一系列前震活动构成前震序列。在不同的前震定义条件下,具有“直接前震”的震例比例从10%至40%不等。理论上前震可用级联应力触发或预滑动模型进行解释。前震空间上主要集中分布在距离主震10~75km范围内,但其时间分布形式非常复杂,大多发生在主震前1~2天,部分前震序列的地震活动率显示明显的加速特征,但许多前震序列单独来看却往往显示主-余型序列的衰减特征。序列地震震源机制一致、序列b值偏低是前震序列最突出的特征。前震的发生与主震破裂形式和构造环境似有一定关系,在有限的前震震例中,逆冲型主震似乎具有相对更多的前震。部分震例的研究结果显示,随主震的临近,前震震源深度有逐渐下迁的特点。到目前为止,震前很难判定一次地震或一个地震序列是否前震或前震序列,所使用的前震识别主要有基于统计类比的方法、基于震源机制一致及衍生的相关方法以及基于对地震成核过程精细检测的方法。从现有不多的震例研究结果来看,尽管地震时空丛集和震源机制高度一致是前震序列的最显著特征,但却不是判定前震序列的充分条件。由于成核的破裂扩展速度和滑动位移有随时间较快增大的趋势,因而基于对地震成核过程精细检测的方法有望在前震识别中发挥更为重要的作用,但需更多震例进行验证。     

前震发生模型

建造了一个前震和前震序列发生的模型，前震与主震的发生假定是由于原有裂隙的突然并合所致。如果裂隙端点应力强度因子超过某一临界值则并合发生。在亚临界状态，每一裂隙由于应力腐蚀经历准静态的加速扩展，直到达到临界状态，最终发育成灾变。前震发生的比率随着主震临近而增加，可用一个时间的幂函数描述。幂法则中的指数与裂隙大小、间隔和破裂强度的分布无关。这种普遍性意味着前震图象对于预报大震发生的时间将是有用的识别。然而，我们发现在能量释放的图象中存在值得考虑的差异。如果人们具有描述障碍体强度和几何形态的“先验”信息，就有希望根据前震序列事件的震级预报大地震的震级。     

用数字化地震和模拟地震记录判别前震与前震系列的研究

论述了由数字化地震记录测定震级谱,频谱的特征方法,将天文学上对天体星等色指数的办法移植到地震学中,用模拟地震记录测算４种震级标度所定义的震级,进而计算“震级色指数”,并用以判别地震系列的类型;１）红地震;２）蓝地震;３）前震型;４）混合震群型;５）单主余震型;６）孤立型地震的频谱生物及其频谱成分标志。     

一种短期前震标志

根据对云南、四川5995次地震资料的研究,本文提出了一种新的前震序列的判别方法。以某点为园心,50公里为半径,在10天内所发生的M_L≤4.8的地震归为同一序列。在所有1192次地震序列中,序列发生后在250天时间200公里范围内有M_S≥4.8级地震发生的共计481个序列。对比481个序列按其序列中地震的震级差M_1-F_1或M_1-A_1进行统计,发现当序列内震级差大于等于1.0时,其后中强震发生的概率极高,约为0.82。由此我们选取震级差大于等于1.0的序列为短期前震标志,从而建立一种人机结合进行地震预报的方法。     

前震发生的模型

我们建立了一个前震和前震序列发生的模型。假设前震及主震都是由于早已存在的裂纹的突然合并而发生的。如果裂纹端部的应力强度因子超过某临界值时就会发生合并。在亚临界状态下，每条裂纹都由于应力的侵蚀准静态经历着加速延伸，一直到临界状态时止，裂纹增长就是在此时刻变成灾变性的。当主震临近时，前震的发生率增加，可用时间的幂次律函数对它描述。幂次律中的指数与裂纹尺度、间距和破裂强度的分布无关。这种普遍意味着前震图象应当是预测大震发生时间的有用标志。可是我们发现能量释放图象之间有很大的差异。尽管如此，如果人们有描述障碍体强度和几何分布的先验资料，则根据前震序列中地震的震级来预测大震的震级还是有些希望的。     

1966年邢台Ms7.2级地震的前震序列分析

断层或裂纹在其失稳破裂之前都要经历准静态的加速扩展过程。加速是失稳的一个必要条件。加速释放是成核在脆性层中的大地震的普遍前兆。且可将该加速过程简要地概括为地震释放速率比例于失稳破裂产剩余时间的负幂。     

前震序列的图像特征研究

地震丛集在时间和空间上分布具有不同的特征,2个特殊的例子就是前震序列和震群。基于对1966~1996年中国大陆8个前震序列的分析,本研究提取了如下前震序列的图像特征:1前震序列的震中在空间上密集集中;2前震的震源机制与主震的震源机制相似,而这种与主震震源机制的一致性在余震序列和震群中并不存在;3这30年在中国大陆我们尚未发现主震之前的前震丛集的震源机制不一致。最后,我们发现中国大陆5%的主震前发生前震序列。     

岫岩5．4级地震前震及广义前震的再研究

对岫岩5．4级地震前震序列进行了重新核定,将该序列分为两段,前段震群为前兆震群、响应地震、广义前震,后段才为前震。我国的一些大震及辽宁的一些地震前均出现过类似地震。科学认定前震、响应地震、广义前震对实现岫岩5．4级地震短、临预报起到了重要作用。     

新丰江水库6.1级地震前震序列分析

裂纹由初始的亚临界扩展到发生非线性动力学失稳这一整个物理过程呈加速释放征兆；加速是失稳的一个必要条件。若以方程ｄΩ／ｄｔ＝Ｃ／（ｔｆ－ｔ）ｎ表征这一加速过程，则可将该过程简要地概括为地震释放速率比例于失稳破裂前剩余时间的负幂。根据这一原理，对１９６２年３月１９日广东河源新丰江水库６．１级地震的前震序列进行回顾性分析，并推算出库区于３月下旬发生７级以上大地震。与实测主震相比，发震时间有所推迟，震级也偏高，但却能提前２０多天发出警报，有利于防震减突对策的布署。     

关于1999年岫岩偏岭5.6级地震前震群序列性质的研究

利用经验类比的方法,对１９９９年１１月２９日岫岩偏岭５．６级地震前群序列及以往在辽宁地区发生的典型具有预报意义的１９８８年２月２５日彰武４．８级地震前岫岩偏岭兆震群和１９７５年２月４日海城７．３级地震前序列进行了详细研究。结果显示,１９９９年１１月２９日岫岩偏岭５．６级地震前震群序列与１９７５年２月４日海城７．３级地震前震序列的统计特征及性质相同,因此,认为该序列属于前震序列。同时, 将序列的表象     

Probability of earthquake recurrence with nonuniform stress rates and time-dependent failure

Current methods for calculation of long-term probabilities for the recurrence of large earthquakes on specific fault segments are based upon models of the faulting process that implicitly assume constant stress rates during the interval separating earthquakes and instantaneous failure at a critical stress threshold. However, observations indicate that the process of stress recovery following an earthquake involves rate variations at all time scales in addition to stress steps caused by nearby earthquakes. Additionally, the existence of foreshocks, aftershocks and possible precursory processes suggest that there may be significant time dependence of the earthquake nucleation process. A method for determining the conditional probabilities for earthquake occurrence under conditions of irregular stressing is developed that could be useful at all time scales including those pertinent to short-and intermediate-term prediction. Used with models for earthquake occurrence at a stress threshold, the addition of variable stressing introduces a simple scaling of the conditional probabilities by stress level and stress rate. A model for the time-dependent nucleation of earthquake slip has been proposed recently that is based upon laboratory observations of fault strength. This failure criterion results in large but relatively short duration changes in the probability of earthquake recurrence particularly following stress steps. Applied to populations of earthquakes the models predicts a 1/t decay of seismicity following stress steps as observed for aftershocks and for frequency of foreshock-mainshock pairs. The model suggests that variations of seismicity rates of small earthquakes in the nucleation zone of the expected earthquake directly indicate variations in probability of recurrence of the large earthquake.     

地下流体在地震孕育中的主要作用与流体前兆形成机制研究进展

地下流体在地震孕育和前兆形成过程中起到重要作用,因此研究地下流体对地震预报至关重要。然而,由于对地震孕震环境和发震机制缺乏深入系统的认识,导致无法根据地表观察到的异常现象准确预测地震。近年来,随着地球物理、地球化学和地质学研究的不断深入,人们对地下流体有了更多新的认识,本文通过对相关研究成果的收集和总结,介绍地下流体研究的几种经典模型,分析了地下流体在地震过程中的主要作用,并探究流体前兆形成机制。研究工作对提高地震预报水平具有一定的借鉴和参考意义。     

前震或广义前震识别的频谱偏移法及其应用研究

在前期研究的基础上,本文提出了一种前震或广义前震识别的频谱偏移法。其判定指标为,正常背景的中等震级地震事件频谱较宽,而具有前震或广义前震性质的中等震级地震具有频带变窄且向低频端偏移集中的特征。究其根源可能与强震前震源区或主震相关区域亚稳态扩展破裂或区域介质破碎损伤、裂隙扩展成核等过程有关。对2010年4月14日青海玉树7.1级、2014年2月12日新疆于田7.3级等地震前震的计算结果显示,2次前震的频谱都发生了偏移,且与非前震性同等震级地震频谱差异明显。     

前震或广义前震识别的频谱偏移法及其应用研究

在前期研究工作的基础上,本文提出了一种前震或广义前震识别的频谱偏移法。其判定指标为,正常背景的中等地震事件频谱较宽,而具有前震或广义前震性质的中等地震具有频带变窄且向低频端偏移集中的特征。究其根源可能与强震前震源区或主震相关区域亚稳态扩展破裂或区域介质破碎损伤、裂隙扩展成核等过程有关。对2010年4月14日青海玉树7.1级、2014年2月12日新疆于田7.3级等地震前震的计算结果显示,2次前震的频谱都发生了偏移,与非前震性同等震级地震频谱差异明显。     

Predicting earthquakes by analyzing accelerating precursory seismic activity

During 11 sequences of earthquakes that in retrospect can be classed as foreshocks, the accelerating rate at which seismic moment is released follows, at least in part, a simple equation. This equation (1) is ,where is the cumulative sum until time,t, of the square roots of seismic moments of individual foreshocks computed from reported magnitudes;C andn are constants; andt _fis a limiting time at which the rate of seismic moment accumulation becomes infinite. The possible time of a major foreshock or main shock,t _f,is found by the best fit of equation (1), or its integral, to step-like plots of versus time using successive estimates oft _fin linearized regressions until the maximum coefficient of determination,r ²,is obtained. Analyzed examples include sequences preceding earthquakes at Cremasta, Greece, 2/5/66; Haicheng, China 2/4/75; Oaxaca, Mexico, 11/29/78; Petatlan, Mexico, 3/14/79; and Central Chile, 3/3/85. In 29 estimates of main-shock time, made as the sequences developed, the errors in 20 were less than one-half and in 9 less than one tenth the time remaining between the time of the last data used and the main shock. Some precursory sequences, or parts of them, yield no solution. Two sequences appear to include in their first parts the aftershocks of a previous event; plots using the integral of equation (1) show that the sequences are easily separable into aftershock and foreshock segments. Synthetic seismic sequences of shocks at equal time intervals were constructed to follow equation (1), using four values ofn. In each series the resulting distributions of magnitudes closely follow the linear Gutenberg-Richter relation logN=a–bM, and the productn timesb for each series is the same constant. In various forms and for decades, equation (1) has been used successfully to predict failure times of stressed metals and ceramics, landslides in soil and rock slopes, and volcanic eruptions. Results of more recent experiments and theoretical studies on crack propagation, fault mechanics, and acoustic emission can be closely reproduced by equation (1). Rate-process theory and continuum damage mechanics offer leads toward understanding the physical processes.     

地震序列研究综述

有关地震序列的研究大体可分三类：序列类型判别研究、序列生成机理研究、通过研究序鲁的进空图象及震源机制变化推断地下构造特征的研究等。关于序列类型判别研究,ｈ值判别法应用最广。序列生成机理的研究已有许多模型,一般认为介质结构或应力分布的非均匀性是形成序列的重要因素。但目前研究所能解释的地震序列特征还是有限的。尚无一个能较全面地解释各典型序列特征（时间－空间分布图象及强度特征等）的合理生成机理模型。精确     

Earthquake Prediction Research in China

1 .ＥＳＴＡＢＬＩＳＨＭＥＮＴＯＦＡＭＵＬＴＩ ＤＩＳＣＩＰＬＩＮＡＲＹＳＹＳＴＥＭＦＯＲＭＯＮＩＴＯＲＩＮＧＥＡＲＴＨＱＵＡＫＥＳＡＮＤＰＲＥＣＵＲＳＯＲＳ　　Ａｍｕｌｔｉ ｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙｓｙｓｔｅｍｈａｓｂｅｅｎｓｅｔｕｐｔｏｍｏｎｉｔｏｒｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓａｎｄｐｒｅｃｕｒｓｏｒｓｓｏａｓｔｏｐｒｏ ｖｉｄｅａｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅｂａｓｅｆｏｒｅａｒｔｈｑｕａｋｅｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ .Ｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆａｍｕｌｔｉ ｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙｓｙｓｔｅｍｆｏ…     

Empirical Approaches to Earthquake Prediction: A Brief Review of the Practice and Research in China

This paper gives a brief review of some progress in the research and practice of earthquake prediction in China in terms of the study of strong earthquake cases in three disciplines of precursory means: crust deformation and strain, underground fluid dynamics, and geoelectro-magnettsm, summarized in the past 30-odd years. All the progress, however, shows that the research of earthquake prediction in China is still in the empirical stage of its development. The main tasks in this stage would involve the following aspects: (1) accumulating earthquake cases, particularly the cases of strong earthquakes with a wide variety of reliable precursory data observed by fixed or mobile networks of different disciplines; and (2) studying the physical mechanism of observational means in more detail and the synthetic model of earthquake preparation based on the theoretical and laboratory researches as well as the data of in-situ observation.     

近期国际地震预测预报研究进展的几个侧面

本文从国际组织、国际计划、科学出版物、主要代表性人物及其学术观点、实际地震预测与地震前兆检验等方面，介绍了20世纪90年代后期以来国际上地震预测预报研究进展的几个侧面，这些进展在一定程度上反映了此间地震预测预报研究从“低谷”走向新的发展的思想脉络。