基于背景噪声的中等地震前后地下介质相对速度变化

<正>1研究背景在区域应力场作用下,诸如断层区破裂、孔隙压和应力状态变化及愈合等过程,均可能引起地震波相关物性参数（速度、衰减及各向异性等）随时间发生变化。因而,监测断层及近邻区域的地震波相关物性参数的时变特征,有助于理解断层动力学和强震孕育过程。目前,地下介质地震波相关物性参数时变特征探测手段主要有重复地震事件分析、地震背景噪声分析及主动源实验等。     

实际地球介质中的波的新研究进展—四川地震学、非线性地震学与构造活动波研

本文介绍实际地球介质（地球物理介质、地质介质）中的波的激发与传播问题的某些新的研究方向与进展。首先简要说明实际地球介质的一般特性。其次分别介绍随时间变化的三维非均匀地球介质中的地震波和非线性地球介质中的地震波的传播问题，也就是四维地震学和非线性地震学的研究进展。本文最后研究了三种类型（广义瑞利型、广义勒夫型和广义导波型）的构造活动波的激发与传播特性，并用它们来解释过去已发现的几种不同类型的地震活动波。     

地震各向异性研究进展

简要介绍了各向异性介质中地震波传播理论的最新研究进展，总结了地震各向异性在地球动力学，地震灾害监测以及资源探查等方面的应用研究新进展。目前，主要通过数值模拟和物理模拟来研究地球内部典型各向异性介质中波的传播规律；利用横波分裂，Pn波的方位变化，面波成像方法研究地球内部的结构和物质交换，应力场的变化以及地震的孕育和发生过程。在资源探查中，地震各向异性理论主要用于解决测线不闭合，中长排列动校，时深转换以及裂缝分布等问题。     

场地局部效应对地下管线的影响

将实际地震动看作非平稳随机过程,地震动不仅具有时域非平稳性,而且具有频域非平稳性。SMART-1台阵地震记录分析结果已证实,地震时地面上各点在同一时刻的地震动时变自功率谱存在一定的差异。时变自功率谱的差异对地下连续管线的影响还不十分清楚。利用随机振动理论中的虚拟激励法计算了均匀介质中地下连续管线纵向和横向的地震响应,给出了场地局部效应对均匀介质中地下连续管线的影响。分析结果表明,场地局部效应对均匀介质中地下连续管线地震反应的影响很小。因此,实际计算时可忽略场地局部效应。     

青海茫崖地区震群活动对周边中强地震的指示意义

1 研究背景 小震群活动展示了孕震区构造应力场地震应变能积累和释放过程的信息,且其成因复杂.宋俊高等(1998)通过对一系列地震活动进行分析,认为各种类型地震活动,包括小震群活动,均可视为一种场效应;秦保燕等(2000)研究认为,在地壳应力场作用下,孕震区复杂的介质和各种格局的间断面结构,显示出多个应力集中点,在规模和过程各异的演变中,如果应力集中点是固结区,且介质均匀,则是未来大地震的孕震区;如果是易碎区且介质比较均匀,可先期破裂成为前震型序列活动;如果介质复杂且构造格架满足立交模式,这时因双层岩石圈的解耦作用将发生小震群活动.     

永登地震过程中各向异性介质参数演化特征

运用合成地震图方法研究了1995年7月22日永登Ms5.8地震过程中各向异性介质参数动态演化特征.研究结果表明,各向异性介质参数的动态演化特征可以描述地震的孕震过程;各向异性介质参数的微观变化反映了孕震区域应力场的宏观变化;通过研究各向异性介质参数的变化有可能监测地震孕震过程.     

地球内部壳幔介质地震各向异性与动力学响应

实际的地球介质十分复杂,远非当今人们所采用的理想模型可以概括,因为其属性和结构的变异是非均匀、非线性和各向异性的.在研究地球内部壳幔介质与结构、构造与属性差异、金属矿产资源和油、气、煤能源的勘查中,无论是区域构造格局、岩相和结构特征(如裂缝、破碎带、不同尺度的洞穴以及一些不规则几何体)均十分复杂.近年来基于成山、成盆、成矿、成岩和成灾研究的不断深化,对地下介质各向异性的研究受到广泛的关注.地震波动传播理论和介质与结构的物理属性研究结果表明:地震各向异性在成因上主要是由岩石、矿物和晶体的晶格优势取向、应力场异常变异和构造裂缝与深部物质运移造成的.为此,本文对14次地震各向异性会议的主体内涵进行分析,在此基础上,指出了在各向异性研究的发展进程中、特别是在应用中尚存在着的一些问题.在深化认识地球内部物质物理属性的基础上,探讨了S波分裂和偏振效应与地震各向异性与介质结构分区、构造活动,油气田勘探与岩相特征,裂隙与构造精细刻划和地震活动区(带)深部介质与构造环境的深层过程和动力学响应的关系.最后提出了地震各向异性在地球物理学发展中的作用和今后的任务.     

地壳介质剪切波分裂研究的部分进展

剪切波穿过各向异性介质传播时会发生分裂现象,而在地壳中产生各向异性的主要因素是大量充满液体的定向排列的微裂隙。通过剪切波分裂参数可以研究地壳介质的特性、地壳应力状态及应力场的变化,并可用于地震预测。利用地壳介质各向异性特征研究断层性质也是一个新的动向。     

时变重力场球面模型反演算法和模拟实验

时变重力场是研究地球内部介质物性变化的重要手段.本文提出了一种适用于地面流动重力测量获得的时变重力信号的场源反演方法,该方法采用球坐标系下的六面体单元来模拟场源介质,适合大尺度地震流动重力测量数据的等效源模型构建.通过引入重力时变信号的一阶光滑先验条件,压制了时变重力信号中的短周期高频分量,可用于提取与地震孕育相关的长...     

长江三峡地区的构造应力场与地震活动

本文根据活动断裂的错动方式、白垩-第三纪红层变形和破裂的组合关系等资料,利用赤平投影作图求出各观测点主应力(σ_1、σ_2和σ_3)的参数,并结合震源机制和地壳形变测量数据,着重描述了喜马拉雅运动以来的构造应力场。结果表明:长江三峡(及邻区)各构造区域内σ_1轴向随时空而变化。按照“弹性回跳理论”和“Baushinger效应”分析了现今应力场的这种变化与地震活动的关系。提出构造应力场σ_1轴的长期变化,可以作为板内弱震活动区(带)的一种构造标志     

考虑了土层多重非线性影响的经验格林函数法

当经验格林函数法应用于软土层上的观测点所记录的地震图时，有必要考虑软土层的非线性行为。实践中，经常假定地震波只在入射到局部软土层后才受到土壤非线性的影响。然而，如果我们考虑连接震源和测点的地震射线，地震射线穿过软土层若干次也许是真实的。因此，在地震波由震源传播到接收点时，假设地震波受到土层非线性影响若干次是合理的。这一可能的现象就是本文所指的“多重非线性效应”。在经验格林函数法中考虑这些效应，笔者提出用“非线性参数”表示由于土层的非线性导致的沉积层介质特性对线性状态的偏差，同时用于修正格林函数。这些参数用于2000年鸟取县西部地震和1995年兵库县南部地震的地震动模拟。发现，尽管新参数十分简单，但对改善模拟结果却很有帮助。     

地震断层带破碎非均匀程度研究——以新马德里地震带Reelfoot断层为例

地震断裂带深部破碎的非均匀程度对于该地震断裂带滑动特性至关重要,而对于地震断裂带深部的破碎非均匀程度研究是目前地震地质比较薄弱的环节.本研究以美国新马德里地震带的Reelfoot断层为例,采用震源机制求解应力场的方法来揭示断层的破碎程度.首先采用小震位置拟合出地震断裂的几何形态,然后沿断裂走向,利用中微震震源机制求解非均匀应力场的应力形因子R值和应力方向,并分析了应力形因子在空间的不均匀性,得到如下结论：(1)Reelfoot断层受到近水平方向上的NEE-SWW向挤压应力作用为主,而断层中部张应力轴方位出现较大的随机性,表明断层中部的构造应力得到较为充分的释放,介质松散度和破碎程度较高;(2)Reelfoot断层两端张应力轴接近垂直方向,跟周围的逆冲型应力场一致,表明断层端部的破碎程度相对较低,能够承担加载于其上的构造应力;(3)Reelfoot断裂带的非均匀应力方向和应力形因子表现为由断层中部向两端逐渐过渡的结果,表明了应力场反演结果的连续性.本研究提供了揭示断层破碎程度的一种研究思路,并且实例结果对进一步研究该区域的断层活动特性和地震动力学过程有一定的参考意义.     

三种非线性时变识别方法的对比研究——以2021年日本福岛地震为例

利用2021年日本福岛地震(M_JMA 7.3)中6个KiK-net台站的观测记录,分别基于移动窗解卷积法、移动窗谱比法和移动窗自相关函数法对场地非线性时变过程进行研究,分析非线性发生的阈值和程度。研究表明：三种方法识别场地非线性时变特征的稳定性不同。移动窗解卷积法更容易获得较为稳定的土体非线性时变过程,但其反映的是地表至井下平均波速的变化,识别的非线性程度偏低。对于存在强波阻抗比的浅表层土体,移动窗谱比法和移动窗自相关函数法识别的非线性程度更强;对于较低波阻抗比的浅表层土体,则不容易识别出稳定的非线性时变结果。三种方法识别的非线性最强时刻基本一致,皆位于整条记录加速度峰值附近。基于三种方法识别的6个台站的非线性阈值约在40～140 gal,剪切波速下降比在16%～53%之间,场地非线性程度较明显。     

固体中非线性纵波一维数值模拟

分别采用四阶精度和六阶精度的中心差分格式，限定扰动（振幅）的取值在10-3m以内，进行了一维固体中非线性纵波传播的数值模拟，并通过两种格式对比性研究来保证差分格式的稳定性和收敛性．讨论了边界所输入正弦波的振幅、频率及介质非线性系数对非线性波的影响．模拟结果与位于生存周期之内近似解析解相符，并证实非线性波在传播过程中会发生波形畸变、产生倍频效应及谐波能量积累，而且这些非线性波动特征随输入振幅、频率和介质非线性系数（绝对值）的增大而增强．      

唐山地震孕育过程的数学模拟——(二)地震孕育过程的数学模拟

选择北纬38°—41°30′,东径114°20′—120°20′范围为模拟地区,其中包括12条断层和一个硬块体,假定断层为不抗拉介质,在压应力作用下能承受剪应力。采用物理非线性有限单元法,模拟上述地区在压应力作用下的地震孕育过程。为了简化计算,化为平面应变问题。数学模拟结果与地形变和震源机制等资料较吻合,本文的主要结果为:(1)唐山地震孕育过程中区域应力场的时间变化。(2)唐山地震孕育体的形成过程。(3)震前主应力轴的旋转。(4)唐山地震的初始破裂区。(5)地温变化在大震发生中的突变性作用。     

巴颜喀拉块体东南缘应力演化及鲁甸地震自发破裂模拟研究

巴颜喀拉块体活动导致的昆仑—汶川地震系列,是目前中国大陆唯一一组7级以上地震序列,未来几年该块体仍是发生7级地震的主体地区。巴颜喀拉块体东缘从走滑运动向逆冲运动转换的构造动力学性质使得活动块体两个相邻边界带存在大地震序列的关联性。研究表明近期逐渐加速的块体东边界强震序列是北边界强震活动的响应,巴颜喀拉块体南边界的鲜水河断裂带同样以左旋走滑的方式向东边界挤压,但巴颜喀拉块体东南缘地震呈现以下两个特点,一是强震大都发生在巴颜喀拉块体东边界断裂带,东边界强震序列呈现加速状态;二是南边界鲜水河断裂带在1973年炉霍7.6级地震后,已有40多年没有发生7级以上地震,鲜有6.5级以上强震,在此次地震序列中表现出一种大震缺失的状态。因此,巴颜喀拉块体东南缘主要断裂带的地震危险性值得关注和研究。同震库仑破裂应力及震后粘弹性松弛在解释余震序列分布,分析强震序列相互作用关系及未来地震危险性分析等方面发挥了重要的作用。比如汶川地震之后,一些研究者利用弹性位错模型计算了汶川地震的同震库仑破裂应力变化,并对龙门山区域未来的地震危险性进行了估计。一些研究者分别计算了汶川地震和芦山地震后周边断层的同震库仑应力变化,以及汶川地震和芦山地震引起的同震和震后粘弹性松弛应力场变化,得到了汶川地震可能有效地促进了芦山地震的发生的结论。在应力演化过程中,震间构造应力加载对强震危险性的作用也非常重要,目前比较流行的计算这部分应力积累的做法是采用"负位错"的理论进行计算,这一方法虽然简洁,但假设了断层是完全闭锁的,可能会造成一定误差。本文拟以巴颜喀拉块体区域构造活动作为三维有限元模型的边界约束,综合研究区域介质速度、密度结构最新反演结果计算介质的弹性材料参数,从初始应力场出发模拟在构造应力和重力作用下的现今背景应力场,计算强震序列引起的区域内断裂带震前、震间、震后的应力演化,获得更为准确可靠的应力场结果。利用速率-状态关系计算库仑应力变化对研究区域背景地震发生率的影响,利用泊松概率过程计算研究区域在汶川地震和芦山地震震后未来10年6级以上强震的发震概率及研究区域主要断裂带的6级以上强震发震概率。除以上述准动力学的方法研究巴颜喀拉块体东南缘应力演化及地震危险性,本文还以鲁甸地震为例,研究鲁甸地震从成核区开始破裂,然后扩展直至终止的自发破裂动力学过程,探索影响地震自发破裂位错的主要因素。研究内容:(1)建立巴颜喀拉块体东南缘三维粘弹性有限元模型。(2)模拟巴颜喀拉块体东南缘主要断裂带上1900年以来7级以上强震序列的应力演化过程,并对强震序列对芦山地震的触发作用进行了研究,对比库仑应力场及等效应力场演化结果与背景地震活动的关系。(3)应用速率-状态关系研究库仑破裂应力对汶川地震、芦山地震震后研究区域的地震发生率的影响,应用泊松过程给出研究区域主要断层未来的强震发生概率。(4)应用可以描述断层摩擦机制的FAULTS有限元软件对芦山地震断层错动方式,初始破裂点进行了模拟,研究了汶川地震后,断层强度的变化对芦山地震的影响。(5)应用曲线有限差分方法建立鲁甸地震非平面断层自发破裂模型,模拟鲁甸地震在包谷垴—小河断裂上的自发破裂过程,分析影响鲁甸地震自发破裂过程的主要因素。本文的创新点:(1)以三维速度、密度反演结果建立能反映更真实地下介质的三维粘弹性有限元模型;(2)从初始应力场出发,进行数十万年的应力场演化模拟直至获得与现今构造应力场更为吻合的背景应力场用于地震序列模拟;(3)采用泊松概率模型计算地震发生概率时直接基于三维粘弹性有限元模型得到的库仑应力结果,充分考虑了同震、震间和震后效应的影响。同时,在考虑背景地震发生率时采用了更全面完整的地震目录,这可能使得对未来地震危险性的估计更准;(4)对鲁甸地震自发破裂过程进行了动力学模拟,将震间应力积累过程与同震地震破裂过程的模拟结合起来。     

云南地区S波非弹性衰减Qem值研究/

地震波衰减性质的研究是地震学研究的重要课题.地震台站(地震仪)记录到的地震波,包含了地震震源效应、地震波的传播路径效应、台站场地响应及仪器响应.在使用地震波资料研究震源性质时,必须要扣除地震波传播路径效应、台站场地响应及仪器响应的影响.地震波传播的路径效应(地震波衰减),除了随距离存在几何衰减外,还有一个重要的影响因素--即介质的非弹性衰减,用介质品质因子Q值来度量.Q值是地球介质的基本物理参数之一,是对地震进行定量和研究震源性质(如震源参数的测定等)所必需的重要参数,在震源物理和工程地震研究中具有重要应用价值.     

地震断裂和应力场

本文讨论了地震断裂和构造应力之间的关系。首先综述了地震机制研究的结果,指出断层面解可以给出较好的断层面的取向,而得不到确切的应力场;认为地震是一个复杂的破裂过程,而P波初动只反映了破裂开始的状态。应用了库仑准则对地震断裂进行了讨论,得出在各向同性介质中,最大主应力与断层面的夹角α≤45°,断层面解只是它的一个特例,μ=0,即没有内摩擦,或相当于围压很高的岩石试验结果;在软弱面存在的情况下,断裂面与最大主应力的夹角可以分布在更大的范围内,可以大于45°,也可以小于45°,这范围取决于破裂参数S_w,μ_w以及中等主应力σ_2。讨论了震前应力变化的过程,指出了五种基本可能引起地震的过程     

2008年青海大柴旦Mw6.3地震地面运动模拟

2008年11月10日在青海柴达木盆地北缘发生了大柴旦M_W6.3地震,为了研究该地震的区域地震波传播与地面运动特征,本文利用地质资料和地壳速度结构研究成果,构建了柴达木盆地及周边区域三维传播介质模型,采用有限差分方法模拟了大柴旦地震波场传播过程以及地面运动分布特征.结果表明,柴达木盆地对波场传播有明显影响,表现为地震波传入盆地后在边界产生次生面波,盆地沉积物对地震波具有围陷作用,地震地面运动在盆地内振幅增大、持时延长.模拟结果给出的地震地面运动峰值速度分布以及理论地震图均和观测结果符合较好,反映数值模拟较好地给出了观测地面运动的主要特征以及传播介质模型的合理性.     

2008年5月12日汶川MS8.0地震动力学背景的数值模拟实验

2008年5月12日汶川M_S8.0地震发生在龙门山断裂带.本文基于龙门山断裂带的地质与地球物理研究结果,以及高精度的地形数据、大地热流测量数据,建立了以龙门山断裂带为主要研究对象的有限元模型;以GPS观测数据、构造应力场和震源破裂过程研究结果为约束,研究了此次强烈地震的动力学背景.模拟实验结果显示:在考虑青藏高原物质向东挤压流动的同时,青藏高原与四川盆地的地形差异和流变强度差异、断层摩擦强度差异和断层产状形式均对地震起始破裂的发生位置和断层错动形式有着重要影响.本文利用地球动力学的有限元软件模拟了汶川地震地表破裂在龙门山断裂带上传播的过程.