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。     

岩石非均匀性对震级—频度关系的影响的数值模拟

无论是从天然地展的统计分析还是实验室岩石破裂实验，由于测试设备的限制、观测台站或测试位置的影响，目前有关地展展级-频度关系和G—R关系式及b值的研究都不可能保证数据资料的独立性和完整性。充分利用RFPA^20数值模拟软件，克服漏记、精度低和人为的限定资料范围等不利因素的影响，在充分考虑岩石的非均匀性的基础上，研究了岩石破裂过程中微震系列震级-频度关系及b值随岩石均质度的变化规律。     

应力降、滑动类型、震级和地震危险性的关系

在地震易发区有工业设施和众多民用建筑的大城市中,大地震易于产生巨大的生命和经济损失,因此,必须注意提供可靠的抗震设防。抗震设防不仅需要考虑地面振动,而且也需要考虑地基失效,尤其是地表断裂活动危险。土耳其和中国台湾最近的地震惨痛地说明了这一点。本文目的是对震源参数,如矩震级(M,M_w)、面波震级(M_s)、地震矩(M_o)、应力降(△σ)、破裂长度(L)和断层位移(D)之间理论关系的认识现状进行调查.利用简单的破裂模型,提出了M_s与L和△σ相联系的一个关系:M_s=2logL+1.33log△σ+1.66。利用世界范围的破裂长度、断层宽度(W)、断层位移和面波震级等地震数据,并且结合地质观察(△σ_1)和前面提出的公式(△σ_2),可以计算出每个地震的应力降值。结果表明:直到大约15km深度处(相当于脆塑性的边界处),应力降随着断层宽度(深度)增加而增加。在逆断层情况下,应力降的增加比走滑和正断层的情况下更加显著。用公式△σ=kW~n拟合了这些数据,初步给出了3种滑动类型的k和n值。断层深度超过15km,△σ_1、△σ_2没有显示太大的波动(△σ<100bar)。上述结果和大陆岩石层的一些实验模型所得的结果相一致。虽然需要更多的数据,特别是大地震的数据,来确定是W模型还是L模型能较好符合地震的标度定律,然而应力降的大小似乎不依赖于断层长度,故支持乙模型。地表断裂活动的危险依赖于断层所处的动力环境,即应力降、破裂长度和断层宽度。尽管统计表明,很多情况下出现地表断裂活动的最小震级是6.1,但有时5.5级的超浅地震就伴有地表断裂活动,这说明了标度律有变化。因此可以看到,产生地表断裂活动的临界震级依赖于断层区域材料的流变性以及应力环境。     

震级离散下的震级频度关系

运用最大熵原理,研究震级离散条件下震级频度关系,得到震级离散条件下震级概率分布函数,结果表明:(1)震级大于等于某一震级的地震次数应通过离散求和的方式得到,而不应通过积分的方式得到;(2) 震级上限取为∞的情况下,古登堡意义和里克特意义两种震级频度关系式的b值相等;震级上限有限的情况下,里克特意义震级频度关系式可能不是直线.     

基于MGR模型的我国大陆地区各地震带1970年以来震级-频度关系和震级上限

本文利用两种常用的NGR和MGR模型,对我国大陆地区1970年以来各地震带的震级-频度关系和震级上限进行了修定.结果表明,MGR模型能很好地描述非线性的震级-频度关系,因此该模型更适合于我国大陆地区各地震带ML3.0以上地震的震级-频度关系,用MGR方法拟合确定震级上限时,样本量越高拟合的结果越准确.     

非均匀断层结构地震活动细胞自动机模拟系统几个算法设计

为研究介质非均匀性与地震活动的关系,编制开发了模型可定制的二维细胞自动机模拟软件。针对软件设计中出现的非均匀断层结构模型的建立、系统模拟数据记录结构设计以及内存管理等问题,提出了解决方案。改善了模拟系统所需的几种关键算法,使研究人员能根据需要灵活设定模型的介质参数。并利用内存管理技术,在一定程度上解决了大型模拟系统中普遍存在的硬件瓶颈问题,从而提高了细胞自动机模拟系统的适应性。     

黏滑实验的震级评估和应力降分析

本文通过三种结构模型的黏滑地震模拟实验,利用高频速度连续观测系统获得了地震失稳过程的速度特征,讨论了最大位移量的选取方法,估算了实验室黏滑型地震的矩震级,探讨了黏滑类型、应力降大小与震级的关系.结果表明,黏滑型地震的应力降过程可能包含一次到多次高频振荡,对应若干次黏滑子事件.高频振荡的摆动幅度很大,包含有多种频率成分,峰值速度0.003~0.008 m·s-1.初步估计黏滑型地震的震级范围为-4.4~-3级,断层构造面的差异对各种黏滑模型的地震震级分布有明显影响.总体来看应力降与地震震级没有明显相关性,决定地震震级的主要因素应当是震源尺度.     

基于MGR模型修正我国大陆中强以上地震的震级-频度关系和确定震级极限值div

从理论上推导了修正的古登堡-里克特模型的震级上限的确定方法, 应用常用的两种模型对我国分区域进行了震级-频度关系的修正和震级极限值的确定. 结果表明, 我国大陆存在非线性的震级-频度关系, 传统的NGR模型不能反映非线性的震级-频度关系, 而MGR模型能反映适合非线性和线性的震级-频度关系, 因此MGR模型适合我国各研究区中强以上地震的震级-频度关系. 当震级 频度关系为非线性时, 用MGR模型确定的震级极限值较准确．      

环西太平洋地区的频度一震级关系非线性分析

很久以来人们已经意识到用线性的古登堡一里克特模型描述从小震到强震整个范围的震级一频度关系很难得到圆满的结果，其原因是由于震级的变化引起的自相似性破坏。一般来说震级可分为3个不同段：小震（M〈3．0）、中震（M〈Mc，Mc为孕震层厚度引起的震级-频度关系曲线上的拐点）和大震（M≥Mc）。在本文中，我们着重研究更有意义的中震和大震。在中震到大震的范围内，当地震震源的垂直尺度达到整个孕震层厚度后，出现自相似性破坏。在本文中，研究了能平滑拟合两段线性关系的“双曲”型非线性模型： logN=a1＋a2（M—a4）＋a3[（M—a4）^2＋a5]^1/2。其中N为震级大于等于M的地震个数，a1到a5为待求系数。古登堡-里克特线性关系实际上只是本文非线性关系的一个特例，即当非线性模型的系数a3或a5为零时的一种特殊情况。对于完整的地震数据，这种具有合理物理机制的非线性模型通常能得到误差较小的更好的拟合结果，尤其是对大震多发地带。为了说明本非线性模型优于古登堡一里克特线性关系，本文对环西太平洋和中国西部的13个区域的数据进行了检验。不出所料，结果表明采用本非线性模型的拟合误差通常比古登堡～里克特模型的拟合误差要小得多。另外，作者认为系数a4和饱和震级Mc有关系，而饱和震级在某种程度上反映了孕震层的平均厚度。     

中强地震随机有限断层模型应力降参数的确定方法

随机有限断层模型是模拟地震动加速度时程的一个重要工具.但将其应用于中强地震时,由于震源信息的准确性较差从而使模型参数具有较大的不确定性.尤其针对其中最为关键的应力降参数,目前相关研究较为缺乏且尚未形成系统的确定方法.本文基于美国Little Skull Mountain Mw5.6级地震2个近场台站记录的地震动模拟,详细研究了采用随机有限断层法拟合中强地震地震动伪加速度反应谱（PSA）来确定应力降参数值的方法,并在计算应力降时引入了其它震源参数的不确定性,随后对此方法的可行性进行了验证.研究表明：采用不同频段反应谱残差和计算得到的应力降值差别较大,确定中强地震应力降较为合适的反应谱频段是中高频,采用该频段确定的应力降参数值模拟的反应谱和峰值加速度与实际记录较为符合;脉冲子断层百分比、断层长宽、倾角和深度等震源参数按截断的正态分布或均匀分布随机抽样,拟合得到的应力降参数值与通过实际震源模型参数得到的值相近.以上研究结果对确定一个区域中强地震应力降或中强地震近场强震动模拟研究提供了更进一步的研究方法和研究方向.     

随机性细胞自动机的地震模拟的动力学含义

结合随机的能量输入和确定的能量损耗，本文用随机性细胞自动机(CA)进行了地震事件的数字模拟，并对事件进行了能量分维和时间序列的多重分形分析。初步结果表明，大量事件的能量-频次的统计分布可能遵从最经典的Gutenberg—Richter关系．不同的初始能量分布和不同的能量传递准则都对模型的输出产生影响，b值与模型参数的设置密切相关，地震现象本质上的复杂性可能是随机性与确定性的统一体现。     

Period Doubling Bifurcation of Stress Drop for Stick-slip and Its Physical Implication

It is revealed in frictional experiments on medium-scale samples that period doubling bifurcation of stress drop for stick-slip occurs due to macroscopic heterogeneity of the sliding surface under conditions for typical stick-slip.The observed data show that the period doubling bifurcation of stress drop results from the alternate occurrence of strain release along the whole fault and along part of fault.This implies that complicated nonlinear behavior corresponds to clear physical implication in some cases.     

Dynamical Implications of Earthquake Modeling Using Stochastic Cellular Automata

Combining stochastic energy import and deterministic energy loss,this paper does digital modeling for earthquake events by using stochastic cellular automata(CA),and derives energy fractal dimension analysis and multifractal analysis for time sequences of "earthquake" events from this model.The preliminary results show that statistical energy-frequency distribution of many events yields to the classic Gutenberg-Richter relation; different energy initial statuses and propagation rules both influence the output of the model.The b value tightly correlates to model parameters.The complexity of earthquake phenomena essentially may be both stochastic and deterministic.     

广东及其邻近区域中小地震应力降研究

分析了广东及其邻近地区1999至2004年9月间86个ML≥2.0级地震的应力降值,结果表明,应力降随震级的增大而出现不同尺度的变化,lg△σ的分布大致分为两个阶段:①ML≤4.0级地震,随着震级增大,lg△σ呈增大的趋势;②ML≥4.0级地震,lg△σ不随震级的增大而增大,稳定在一范围内。统计结果表明,本区ML2.0～2.9级地震应力降平均值为4.5bar,ML3.0～3.9级地为7.6 bar,ML4.0～4.9级地震为10.7 bar。2004年阳江ML5.2级地震前1年左右,曾发生多次应力降高于阳江地区平均值的地震事件,而在临震前几个月应力降总体水平则是偏低的,这一特征在其他地区的中强地震前亦曾出现。应力降平面等值线分布图显示北部湾地区是广东及其邻区应力降背景最高的地区。     

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。     

工业开采诱发地震的应力降研究现状和主要科学议题

诱发地震及其灾害风险已成为非常规油气资源开发和废水回注等新型工业活动顺利实施的重要威胁。应力降是反映地震破裂前后断层上平均应力差的物理量,对诱发地震中应力降的系统研究有助于揭示诱发地震的震源特征、高频地震动特征、构造背景和地震危险性。本文系统地总结了近20年来工业开采诱发地震中应力降的相关研究进展,分别从计算所用理论方法、获得的平均应力降数值、影响应力降数值的主客观因素、围绕应力降的重要科学讨论等方面做了归纳分析。介绍了直接进行谱拟合、经验格林函数(EGF)、谱叠加和广义反演3种适用性的计算方法,通过案例考察了工业开采诱发地震的应力降平均值,分析影响应力降测定数值的主客观因素,并总结应力降空间分布依赖性、与震源机制类型相依性、自相似性、深度依赖性等4个主要科学问题。同时,阐述了诱发地震应力降的测定可靠性仍未突破、主要科学问题存在广泛争议、在新型工业开采活动中具有重要应用潜力等现状。本文的总结分析可为从事新型能源开发、地震安全监管和科学研究领域的企业、管理人员和科学研究人员提供参考。