应力释放模型及其对中国几个地震区活动特征的模拟结果

应力释放模型是在弹性回跳模型的基础上发展起来的一种随机点过程模型,可用来分析、模拟、预测某一地区的地震活动．本文系统地介绍了应力释放模型的数学模型理论和分析问题的一般方法,并应用应力释放模型对我国华北、西南和台湾地区的地震资料进行了系统的模拟和分析．结果表明,应力释放模型对这些资料的拟合明显优于常用的泊松模型．同时,这些地区不同的应力积累和释放的特征反映了各个区域地震活动的本质差异．      

力学和统计模型结合研究人工合成地震活动性及其对预报真实地震的启示

基于断层网络的弹簧-滑块-阻尼器力学模型而提出的细胞自动机模型,产生了具有确定性混沌的人工合成地震目录．一个挑战性的问题是,如何仅利用地震目录反演原系统的某些特性,直至在一定时限内预报合成地震．我们运用一种改进了的应力释放统计模型,从合成地震目录中较成功地反演了系统应力的时间变化,但根据应力变化对地震发生进行有效的概率预报仍需进一步的研究．      

地应力对裂隙岩体渗透特性的影响

提出了地应力场中岩体不连续面变形的本构关系，讨论了渗流与应力耦合条件下裂隙岩体渗透张量的计算方法，阐述了地应力对裂隙岩体渗透特性的影响．研究表明，地应力对岩体渗透特性的影响主要是通过改变不连续面的开度和不连续面网络的水力传导路径而产生的；裂隙岩体渗透性随岩体埋深的增加呈负指数减小，随侧压系数的增大呈双曲线减小．渗流场与应力场的耦合理论可望应用于水库诱发地震的研究中．      

作为地震动物异常行为的蚕的定向排列以及断层的电磁模型——理论与实验

在假定地震动物异常行为(SAAB)是对地震电信号(SES)的电生理反应的前提下,通过施加电场、实验再现了神户地震所报道的SAAB————蚕及鱼的定向排列．由于垂直于电场时动物体内骨格肌的阻抗较平行时大,动物表现出沿垂直于电场方向排列的行为．基于偶极电荷q源于地震应力(t)的变化,提出了一断层的电磁模型:dq/dt=－(d/dt)－q/,其中是一表征电荷生成的常数,比如压电系数;为介电常数,为花岗岩的电阻率．一长2a且位错或破裂时间为的断层,由于应力的变化将产生脉冲状的偶极电荷(面密度):+q(t,x)和－q(t,x+2a),或由地震矩M0而给出偶极矩P(t)=2aAq(t)=M0［/(－)］(e－t/z－e－t/)．断层位错D、位错速率D和应力降满足=D/D=(/0)(a/)．断层域的电场强度F及电流密度J可由F=q/及J=F/得到．若为水的电阻率,则可得到J=0.1～1 A/m2,该值足以引起动物的异常行为．由P(t)所产生的近场甚低频(ULF)波可解释与距离R成反比的SES．      

粘弹性介质中初始构造应力对钻孔应力相对测量的影响

讨论了在粘弹性介质中用长圆筒式探头测量地应力相对变化时初始构造应力对测量值的影响．用地层、水泥环和探头圆筒组成的三层线性粘弹性介质模型来模拟整个测量系统，利用对应原理得到了在初始构造应力作用下探头内壁径向位移解．计算表明；① 初始应力的影响表现为探头内壁径向位移随时间逐渐增大，但其增长率逐渐减小，最终达到一恒定值；② 对于地应力变化量的测量结果来说，如不考虑初始应力的影响，则将在地应力变化量上引入主应力大小为(c0+c1e－1t+c2e－2t)io、方向与初始主应力相反的误差．其中，c0，c1，c2和1，2只与地层的力学性质有关，io(i=1，2)是初始构造应力的两个主分量．最后指出，在地层比较软和初始应力比较高的情况下，初始构造应力对地应力相对变化的测量有相当大的影响.      

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ns 100% secura

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．      

应力释放模型在青藏高原地区的应用

介绍了应力释放模型、耦合应力释放模型及其在时、空两个方面经过改进的模型。利用改进后的模型研究了青藏高原地区的地震活动,结果显示,在青藏高原地区改进后的应力释放模型仍然适用,并且改进后的耦合应力释放模型要优于简单的应力释放模型,其预测地震的效能和精度都要优于泊松模型。     

四川盆地及其西部边缘震区居里等温面的研究

利用航磁资料和三维磁性层反演方法，对四川盆地及其西部边缘地区航磁异常进行了数据处理，求取了研究地区内居里等温面的定量埋深．以区域构造特征、地温梯度分布和人工地壳测深结果印证了反演结果的可靠性．通过深部地热场的分析讨论，论述了四川盆地西部边缘地区的地震，是在川青块体和康滇菱形块体与杨子板块碰撞作用下，产生了强烈的应力积累；又由于地幔热流的上涌，中、下地壳发生塑性蠕变，为岩石的裂错和应力的释放提供了调整单元深部环境下的孕育和发生．      

滇西实验场区微震序列的环境应力值特征

根据陈培善和Duda(1993)提出的震源速度谱模型，研究了用速度谱极大值Vc(cm)>max直接测定地震矩M0的方法．利用在滇西实验场区开展近场微震观测新获得的洱源、脉地和松桂地区三次微震序列的数字化资料，测定了三次地震序列的地震矩M0和震源力学参数．三次微震序列的震级绝大多数在1.0——2.5级之间，测定的地震矩为1010M01013(Nm)，震源破裂半径a为90——270 m．对环境应力参数0和的研究还表明，地面运动峰值速度(rv)是环境应力参数0和的函数，且环境应力与地震构造及介质状态相关，三次震群序列的环境应力0和值分别为高应力震群(脉地序列)在0.5——5.0 MPa；中等应力震群(松桂序列)在0.3——１.5 MPa；低应力震群(洱源序列)在0.01——0.5 MPa．进而讨论了高、中、低三种环境应力状态所反映出与构造和介质状态差异的依赖性，这种研究有助于深入了解作为孕震背景的环境应力状态与孕震过程和潜在地震危险区的相互关系．其次，我们发现，大小地震的矩标度存在明显差异，当地震矩M014 Nm时，峰值速度与地震矩按rvM0.80标度，而在M01014 Nm时，则按rvM1/30标度．      

地震活跃期和平静期的模型研究

利用有限元模型模拟一条走滑断层上强震重复发生的过程．在模型中引入断层阀机制以考虑流体孔隙压力变化的作用．用5个参数来表征断层的流变、孔隙压变化及破裂准则等基本特性．通过系统地改变这些参数对大量模型进行计算，初步探讨了地震活动的平静期——活跃期现象与模型参数和加载方式之间的关系．在常速率边界位移载荷作用下，处于中等应力和孔隙压状态下的模型表现出有规律的平静——活跃现象，其周期长度为地震原地复发周期的1/3～1．当模型处于高应力或高孔隙压状态时，平静——活跃现象变得无规律或不明显．在周期性变化的边界力作用下，当力变化幅度达到一定程度时，模型地震活动性表现出与外力变化周期相同的平静——活跃现象．      

由峰值速度估算地震应力降

根据Brune(1970)提出的震源位错模式，用发生在滇西地震实验场区鹤庆MS＝5.3中强地震的地震数字化监测资料，计算了S波谱，测定了鹤庆地震序列的震源参数．在此基础上研究了地面运动峰值速度参数(r.v)对地震应力降的依赖性．由地震标定关系给出(r.v)2/3，导出了用峰值速度参数求地震应力降的3个关系:lg(r.v)＝d1+(1/3)lgM0+(2/3)lg；lg(r.v)＝d2+(1/3)ML+(2/3)lg；lg＝－1.0+1.5lg(r.v)．假定对大小地震的平均应力降取3.0 MPa，由鹤庆地震序列的观测资料定出常数d1＝－3.88和d2＝－0.38．序列震源参数测定结果给出，地震矩为1011～1015 Nm，破裂半径a＝200～600 m．根据峰值速度测定的应力降＝0.1～10 MPa，平均为3.7 MPa．用这些标度关系求出的应力降结果与Brune模式求应力降的结果比较一致．本文的研究结果还表明，地面运动峰值速度参数对地震应力降的依赖性比对地震矩的依赖性更强．      

空间变化的地震动功率谱的实用模型

提出了一个空间变化的地震动功率谱模型．这个模型与已有的模型比较有两个特点: ① 根据现有的多个模型多次地震的平均结果，不是某一次台阵记录提出的模型；② 考虑了测点间的自功率谱参数的变化．      

青藏高原南部上地壳正断层地震活动的一种可能解释

利用三维弹-粘性有限元分析，探讨青藏高原内部张性构造应力状态的可能形成机制．根据数值模拟结果得到以下结论:如果较破碎的高原上地壳物质具有小于其下部岩石圈物质的有效粘滞系数时，在印度大陆向北的强烈挤压下，青藏高原南部地壳上部仍可以处在张性应力状态下；如果上地壳的粘滞系数较高，则得不到正断层应力状态．模拟结果显示，具体的构造应力状态随岩石圈深度的增加而变化，由浅层的以张性应力状态为主过渡到其下部的走滑断层应力状态．张性应力状态可能主要存在于青藏高原南部的地壳上部．      

地震统计模型的年概率增益评估

根据Vere Jones提出的随机过程中信息增益的计算方法,研究了它与地震预测中常用的概率增益方法的联系;在此基础上,提出了计算地震活动统计模型的年概率增益方法,并将该方法应用于全过程指数增长的非稳态泊松模型和应力释放模型．此外,依据随机变量反函数的模拟方法,还给出了应力释放模型的预测方法．      

用遗传有限单元反演法研究东亚部分地区现今构造应力场的力源和影响因素

利用遗传有限单元反演法对东亚部分地区构造应力场进行二维平面应力模型拟合反演运算,得到了影响该地区现今构造应力场分布的边界作用力相对值和方向．其中,陆陆碰撞边界的挤压作用力最强;洋壳俯冲边界的挤压边界力较弱;活动边缘海盆地存在拉张边界力作用．      

全球主要地震活动带上的应力分布图象

在陈培善(1981)提出的由体波震级mb和地震矩M0估算环境剪应力值0的关系式的基础上，利用EDR提供的地震报告中的矩张量和震源机制解资料，得到了一个全球范围内的包含剪应力量值和T轴及P轴方向在内的应力分布图象．其中，环境剪应力的量值在全球的分布为:板块内部最高，俯冲带其次，洋脊最小．本文得出的最大主应力的水平分向与Zoback等(1989)的结果具有很好的一致性．对汤加地区的应力状态的具体分析表明:俯冲板块在浅部受压而向下弯曲，在深部受到来自下面的阻力而向上弯曲，在中深部处于较均匀的状态中．汤加板块沿海沟方向存在不均匀性，在俯冲时北部向上折起．分析了全球的应力分布后我们认为:板块是由其基底的拖曳力所驱动的；板块的运动导致了洋脊处于张应力状态，俯冲带处于压应力状态．      

利用华北北部深部地球物理资料数值模拟地壳应力场

利用华北北部近20多年的地震测深资料进一步深化分析解释,结合其它地质、地球物理资料,给出地壳分层结构,求得弹性力学参数,得到三维有限单元的地壳模型．参考区域构造应力场,在考虑重力影响的情况下,对模型边界作适当约束,利用线弹性三维有限单元程序进行各节点位移和各单元应变、应力计算．通过分析上、中、下地壳各层的最大主压应力等值线图,探讨地壳应力场的分布特征与地震的关系．      

应力释放模型的改进及其在台湾地区的应用

应力释放模型在地震活动性研究中多有应用。但无论是简单应力释放模型还是耦合应力释放模型在应用中都存在着一个共同问题,就是地震发生条件概率强度与地震活动性不同步。为解决这一问题,本文对应力释放模型做了进一步修改,在原应力释放模型的计算条件概率强度公式中引入了时间延迟因子,从而初步解决了地震发生条件概率强度与地震活动性之间不协调的矛盾。此外,在利用台湾地区地震资料考察新模型时发现,改进后的新模型比原模型更优,预测地震的效能更高;在发震时刻预测的回顾性检验中,改进后的耦合应力释放模型比原应力释放模型和泊松模型的预测精度有较大提高。     

用全局反演方法确定地震震源的最佳和极端模型

本文发展了一种利用波形资料反演地震矩张量的全局方法．这种方法不依赖于初始解的选择，也不受目标函数和约束条件的具体形式限制．当以记录图与理论地震图的误差函数作为目标函数时，用该方法得到的是震源最佳模型；当分别以矩张量分量某种组合的最小或最大为目标，约束误差函数在允许的界限内，能够得到震源的极端模型．由于许多震源性质可以用矩张量分量的组合表示，因此极端模型能够估计出最佳模型的不确定性范围．我们利用一真实地震的波形资料反演结果，证明了这个方法的有效性．      

地壳变形异常的AF综合检验方法与在地震预报中的应用

讨论了地壳变形的非稳态过程模型及F异常综合检验的理论，给出了异常变形的定量参数与异常识别准则，并对数值模拟序列进行了异常检测．对多维地形变变化的结果也进行了异常综合检测实践，并讨论了AF异常与地震能累积释放之间可能存在的关系．其检验结果表明，AF可以对多个含有高频和阶跃型等特征的复杂序列进行异常合成和异常程度的描述．所识别结果具有一定的可靠性和稳定性．