利用非均匀细胞自动机模拟震级与应力降关系

为解释实际观测资料震源破裂过程与自相似(分形)模型的不一致性, 本文基于观测结果, 构建了由81×81个细胞单元组成二维非均匀断层模型, 并通过设计的细胞自动机模拟程序进行了模拟试验。 研究结果表明: 断层结构非均匀性是影响孕震过程特征的重要因素, 而且地震强度分布并非简单的自相似。 随着断层非匀质性增加, 破裂过程出现由相对的脆性破坏向塑性破坏特征变化的趋势。 利用细胞自动机不仅能较好地解释震级-频度关系中的大、 小震级段低头现象, 而且也可解释大震级事件具有相对恒定的应力降, 得到了与实际观测研究相一致的结果。     

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。     

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。     

岩石错动面的非匀阻性与突发失稳

断层错动面的非匀阻效应是决定失稳型式和是否发震的重要因素之一。实验研究表明:凹凸不平的错动面只有当凹凸部在错动中被铲削至相对平直而使阻力相对均匀的情况下才可能突发失稳,并可用非匀阻系数ζ定量地表示错动面凹凸和非匀阻程度。通过比较锯切面与破裂面凹凸程度的差别,以及二者不同的应力降大小,进一步建立了一种实验确定非匀阻系数的新方法,给出了花岗闪长岩、花岗岩和石英岩破裂面的非匀阻系数与相对不平度的关系.从而为外推判断断层发震的可能性提供了依据     

地震序列障碍体模型的数值模拟试验研究

运用岩石破裂过程分析RFPA2D系统,研究了断层上含非均匀性障碍体对地震序列类型的影响。通过对断层障碍体不同均质度系数m=1.1、m=1.5、m=6.0这3个样本进行破裂过程的模拟,发现均质度不同会产生不同地震序列类型,这些序列类型主要是前震主震余震型、主震型和震群型。此外,对3种不同均质度的障碍体的岩石样本破裂过程的模拟表明,岩石介质的非均匀性不但对岩样宏观强度和宏观变形非线性行为有显著的影响,而且对试样破裂模式也有显著的影响。     

断层非均匀应变软化及其滑动偏转时的不稳定扩展

本文把Jeny D.Jones(1982)的断层应变软化模型推广到非均匀应变软化和滑动偏转情形,并研究了其失稳条件。研究表明,除断层本构律外,断层非均匀应变软化及其滑动偏转是影响不稳定判据的两个重要因素,真实地模拟断层非均匀应变软化、滑动偏转过程和合适的断层本构律有可能会提高预报强震发震时间的准确性。     

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。     

地震复杂性成因的数值模拟

以最简单的弹簧滑块模型为理论基础,由完全确定性的动力学公式出发,采用细胞自动机技术,研究模拟地震序列时、空、强复杂性的成因。当中公有非线性动力学因素时,模拟序列的时空强特征十分复杂,当引入弹性结构的不均匀性,模拟大事件的空间和强度特征明显受控于断层的不均匀性。由模拟结果推测认为地震的复杂性是由于地球的不均匀性和断层破裂的非线性动力学相互作用而引起的。     

断层黏滑动态变形过程的实验研究

实验研究断层黏滑过程的变形演化,尤其是失稳黏滑瞬间的断层位移演化特征,对于了解地震从孕育到发生的全过程具有重要意义.本文基于数字散斑相关方法(digital speckle correlation method, DSCM),用三套图像采集系统(两套低速和一套高速图像采集系统)搭建了断层黏滑过程的多观测区域、多时间尺度的变形场测量系统,并用此系统对一种花岗岩双剪滑动模型的黏滑过程进行了实验研究.对间黏滑期和黏滑期断层位移演化特征进行深入分析的结果表明:间黏滑期断层位移演化体现出空间上的非均匀性和时间上的"趋同化"特征,断层滑动趋同化也许是断层错动匀阻化的一种宏观表现形式;断层黏滑动态过程持续时间非常短(本文300 mm断层黏滑过程持续时间约在1 ms量级),黏滑失稳前会出现预滑,预滑出现到黏滑失稳发生所经历的时间与黏滑失稳过程所用时间相差一个量级;断层的一次黏滑由若干个滑动速度不同的、小的失稳滑动组成,黏滑失稳过程中断层的滑动速度呈现出波动性,整个滑动过程中断层经历了多个高速滑动和低速滑动的交错.     

大尺度断层活动性数值模拟及地震学类比

本文建立了大尺度断层（100～1000 km）的二维模型,利用ANSYS有限元软件平台,采用接触模式,模拟了百年时间尺度走滑断层的位错运动.结果表明,不同的断层力学参数,特别在断层强度非均匀分布的状态下,断层位错运动存在明显的非均匀时、空分布的特征.然而,不同模型的断层位错运动还显示出一些共同的特征,即断层位错运动表现为闭锁期、准静态预滑期和瞬间滑动,以及与之相应的应力（应变）的积累、调整和释放等等.这些结果也与实验室内小尺度的岩石物理实验相类似.与此同时,模拟结果与实际地震活动表现出的重复性和准周期特征较为相似.模拟发现,对于参数分布较为复杂的断层模型,其数值模拟提示的地震过程相对复杂得多.对于一个近尺度近1000 km,在接触面上设置了两个剪切强度相对较大区域的断层模型而言,模拟对应地震活动显示,其模拟地震断层位错分段发生,其高强度的区域基本控制了断层的地震位错运动.整个断层的模拟地震位错呈现出了地震触发、震中迁移、大震重复等与实际地震活动性相似的特征.     

宏观非均匀性对岩石微震序列类型和破裂方式影响的数值试验研究

运用岩石破裂过程分析RFPA^2D系统．研究了岩石介质宏观非均匀性（含裂纹）对宏观力学行为和微震序列类型的影响。通过对5种不同岩石介质结构的宏观非均匀性样本进行破裂过程的数值模拟,发现非均匀程度不同会产生不同地震序列类型,主要有：前震-主震-余震型、主震型和震群型。此外,对5种不同均质度系数的岩石样本破裂过程的模拟。结果表明,岩石介质结构的宏观非均匀性不仅对岩样宏观强度和宏观变形非线性行为有显著的影响,而且也显著地影响试样破裂模式。随着非均匀程度的降低,主破裂呈现脆断模式,而随着非均匀程度的增加而呈现韧性破坏特征。     

细观非均匀性对岩石破裂过程和微震序列类型影响的数值试验研究

运用岩石破裂过程分析RFPA2D系统，研究了岩石介质细观非均匀性对宏观力学行为的影响和微震序列特征. 通过对不同均质度系数m=1.1，1.5，2，3，5的5个样本进行破裂过程的模拟，发现均质度不同会产生不同地震序列类型，主要有：前震-主震-余震型、主震型和震群型. 此外，对5种不同均质度系数的岩石样本破裂过程的模拟表明，岩石介质的非均匀性不仅对岩样宏观强度和宏观变形非线性行为有显著的影响，而且也显著地影响试样破裂模式. 随着均质度系数的提高，主破裂呈现脆断模式. 同时介质的细观结构随机性，也对试样宏观破裂模式产生重要影响.     

Energy radiated by seismic events of different scales and geneses

Extensive data comprising about 1500 seismic events with the moment magnitudes M_W from–3.5 to 9.2 have been analyzed for identifying the implications of the event size, the type of faulting in the source, and tectonic situations for the efficiency of the radiation. It is shown that there are several hierarchy levels with different patterns of scaling relationships describing the changes in the parameters of seismic events with the event size. This is due to the specificity of the hierarchy in the macroscopic characteristics of the rock mass. The size and mechanism of the earthquake determine the general trends in the variations of its radiation efficiency. The role of the macroscopic parameter controlling the efficiency of a seismic source is played by the stiffness of a fault or a fracture. The scaling relationship of this parameter determines several hierarchical levels within which the changes in the characteristics of the earthquakes follow the different laws. The huge scatter in the values of the scaled energy (the ratio of the radiated seismic energy to the seismic moment, energy-to-moment ratio) about the average requires additional study. Quite probably, the value of the scaled seismic energy is determined by the mesostructure and physicomechanical characteristics of the fault’s core. Small variations in these factors may lead to drastic changes in the stress drop amplitude and in the rupture propagation velocity up to the emergence of different regimes of deformation.     

1668年郯城8*(1／2)级地震断层及其破裂机制

根据近年来野外考察所获新资料，总结了１６６８年郯城８１／２级地震断层的几何学、运动学特征，并对地震断层的破裂机制提出了新见解。１６６８年郯城８*(１／２)级地震断层北起莒县土岭南至郯城窑上，全长１３０ｋｍ，由５条运动性质不同的断层段组成。中部以走滑运动为主，两端部以逆冲性质为主。断裂首先在强走滑的中部产生破裂点，并向南北两个方向传播，造成了主震及强余震序列的发生。全新世以来多次主地震事件有着相同的破裂机制     

粘滑过程中声发射序列的时间分布及前兆特征

用声发射波形采集分析系统记录的完整花岗岩在固体围压下破裂及粘滑过程中产生的声发射波形,研究了声发射和粘滑时间序列与天然地震序列的关系,讨论了粘滑过程的时间分布,发现粘滑事件的累积频度曲线随时间的变化受围压和应变率影响,大致呈现指数函数和线性关系两种形式。总事件(包括粘滑和声发射)的累积频度随时间的变化在不同的实验条件下呈现出对数函数形式,粘滑序列中的声发射随时间减少。本文的结果对于研究不同应变速率及不同震源深度的地区的地震活动时间分布特征,以及在判别地震活跃期内不同阶段强震序列类型和前兆特征有一定参考作用。     

A two－dimensional earthquake fault modeling with fractal structure strength distribution

Ａｔｗｏ┐ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｅａｒｔｈｑｕａｋｅｆａｕｌｔｍｏｄｅｌｉｎｇｗｉｔｈｆｒａｃｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＸＩＡＮＧ－ＸＩＯＮＧＣＨＥＮ（陈祥熊）ＳｅｉｓｍｏｌｏｇｉｃａｌＢｕｒｅａｕｏｆＦｕｊｉ...     

Spatio-temporal characteristics of acoustic emission during the deformation of rock samples with compressional and extensional en-echelon faults

Introduction By the experimental techniques of acoustic emission (AE) and surface strain observation, a lot of achievements on the study of deformation and fracture process of samples with en-echelon faults has been obtained (Bomblakis, 1973; LIU, et al, 1986; DU, et al, 1989; LI, et al, 1989; ZHANG, FANG, 1989; ZHANG, LI, 1989; MA, et al, 1995a, b; LI, et al, 2000). However, there still exist many problems. For example, most of discussion on the spatio-temporal evolution of microf…     

雁列式断层组合变形过程中的声发射活动特征

着重研究拉张或挤压型雁列式断层标本变形过程中声发射(简称AE，下同)的时空演化特征. 结果表明，预置构造对AE空间分布格局具有较强的控制作用，随着差应力的增加，AE首先在两个端点附近丛集，之后向两端点连线附近集中，出现明显的破裂局部化现象，较大事件还通常集中于某一端点附近反复发生. 前期微破裂丛集图象指示后期宏观破裂的扩展方向及扩展范围. 拉张和挤压型雁列区宏观破裂方向分别与轴向应力方向垂直和平行. 雁列式断层标本变形过程中，破裂前的弱化阶段相对较长、弱化过程明显. 微破裂事件累积频次指数增长可能是系统失稳前的典型征兆之一，而雁列区宏观破裂之后，AE数量逐渐减少、应变释放相对减弱. 摩擦滑动过程中，大的粘滑失稳前未见有AE活动前兆性的增强过程.雁列区的b值变化在失稳前显示趋势性降低——快速回升这一典型的变化过程，b值降低一般发生在差应力增强过程之中，并有可能延续至弱化阶段，而快速回升则一般发生在破裂失稳前的短时期内. 对比研究表明，构造差异所导致的b值差异远大于b值随差应力的增加而产生的变化量，而对同一构造标本，力学状态的改变会导致AE序列时序特征的急剧变化，较高的加载速率对应较高的应变能释放及明显的低b值. 先期破碎带由于较低的破坏强度，其对差应力的微小变化具有特殊敏感性，从而成为源、兆分离、窗口或敏感点效应等地震活动性前兆现象的一种可能的原因.      

Weak Zone Related Seismic Cycles in Progressive Failure Leading to Collapse in Brittle Crust

Until quite recently our understanding of the basic mechanical process responsible for earthquakes and faulting was not well known. It can be argued that this was partly a consequence of the complex nature of fracture in crust and in part because evidence of brittle phenomena in the natural laboratory of the earth is often obliterated or obscured by other geological processes. While it is well understood that the spatial and temporal complexity of earthquakes and the fault structures emerge from geometrical and material built-in heterogeneities, one important open question is how the shearing becomes localized into a band of intense fractures. Here we address these questions through a numerical approach of a tectonic plate by considering rockmass heterogeneity both in microscopic scale and in mesoscopic scale. Numerical simulations of the progressive failure leading to collapse under long-range slow driving forces in the far-field show earthquake-like rupture behavior. En Echelon crack-arrays are reproduced in the numerical simulation. It is demonstrated that the underlying fracturing induced acoustic emissions (or seismic events) display self-organized criticality—from disorder to order. The seismic cycles and the geometric structures of the fracture faces, which are found greatly depending on the material heterogeneity (especially on the macroscopic scale), agree with that observed experimentally in real brittle materials. It is concluded that in order to predict a main shock, one must have extremely detailed knowledge on very minor features of the earth's crust far from the place where the earthquake originated. If correct, the model proposed here seemingly provides an explanation as to why earthquakes to date are not predicted so successfully. The reason is not that we do not understand earthquake mechanisms very well but that we still know little about our earth's crust.