断层上的地震成核过程与前兆模拟研究

为了把握断层上地震的前兆规律,对连续介质中断层面上的地震成核过程进行了数值模拟研究。摩擦采用了速率及状态依赖怀本构关系,并考虑了正应力变化的影响。结果表明,在成核的后期阶段：①最大位移速率单调加速增加;②滑动热点（最大滑动速率处）在后期阶段开始自发性迁移,且在空间上③当最大滑动速率达到可以明显探测的量级时（高于加载速率一个数量级以上）,倒刘时间为２０小时或更长一些,这时的速率变化可作为临震预测标志     

马尼拉俯冲带热结构数值模拟与地震意义

研究马尼拉俯冲带地震分布的成因机制,根据马尼拉俯冲带最新的莫霍面深度和地壳厚度等地质与地球物理资料,选取3条典型剖面,模拟俯冲带热结构。结果表明:1俯冲带热结构主要受俯冲角度、俯冲速度和俯冲板块本身地质条件等因素影响;2 BB′剖面和CC′剖面属于热俯冲;3当洋壳俯冲至软流圈边界时,俯冲板块温度迅速升高,容易形成地震活动。BB′剖面的俯冲角度和俯冲速度比CC′剖面小,使得BB′剖面发生地震的深度更浅。俯冲洋壳底部温度比顶部低,地震活动也持续到更大的深度。     

安宁河断层地震成核条件研究——来自天然花岗岩断层泥摩擦实验的启示

安宁河断层历史上发生过多次强震,现存的地震空区反映了其断层中部近30年来的断层闭锁和应变积累情况,是潜在的大地震危险区.本研究采用断层带内的新鲜花岗岩断层泥样品,在水热条件下开展了摩擦滑动实验,以研究安宁河断层摩擦特性和地震成核条件.实验有效正应力200 MPa,孔隙水压30 MPa,温度25~600℃,剪切滑移速率在1 μm·s^-1,0.2 μm·s^-1,0.04 μm·s^-1之间切换.实验结果显示,在100~400℃,摩擦系数随着温度的增加而增大（约0.663~0.704）,温度高于400℃时略有降低.从200℃开始,花岗岩断层泥的摩擦滑动表现出由速度强化向速度弱化转变,并随温度升高速度弱化程度增强,在600℃时仍然具有显著的速度弱化,具备地震成核条件.本研究获得的花岗岩断层发生不稳定滑动的温度范围为200~600℃,远大于已有研究中给出的350~400℃这一不稳定滑动的温度上限.本实验首次发现,在相同温度条件下花岗岩断层滑动稳定性与加载速率转变方向有关,向慢速切换或低速下（0.04 μm·s^-1）可以促进花岗岩断层由稳定滑动向不稳定滑动转变.基于本实验结果,结合川滇地区的地温梯度,推测得出安宁河断层中北段的地震成核深度为10~30 km,该断层的地震空区是断层闭锁的具体表现.

     

基于应变能变化的芦山强震同震效应的数值模拟

芦山地震发生后,川滇地区主要活动断裂的地震活动趋势变化值得关注.本文基于川滇地区的三维非线性有限元模型,利用地震矩张量反演的断层节面性质及震级与破裂长度、同震位错量的经验公式,从应变能积累/释放角度分析地震的发生对川滇地区主要断裂的同震加卸载效应.初步结果表明,在33条断裂段中,有17条表现为同震加载效应,15条表现为卸载效应,1条影响不明显.地震的发生造成马尔康断裂、岷江断裂加载效应较强.但需要注意的是,滇西、滇西南地区主要活动断裂表现出群体性的加载效应.     

兰州盆地最大潜在地震变形数值模拟

在分析兰州盆地及周边地震构造环境、深部地球物理特征及盆地结构构造特征的基础上,建立了马衔山北缘断层西段发震的三维地震构造模型.采用三维有限元方法计算了该断层段未来发生MS7.0地震在兰州盆地的变形影响.计算结果表明:地震产生的变形及地震应力在兰州盆地区内已有很大程度的衰减,在量值上从盆地西侧到盆地东侧总位移值从1.25 m降至0.3 m;盆地内部最大地震应力则基本保持在0.02 MPa左右,只在盆地边缘及高阶地前缘局部点达到0.2 MPa.地震应变在东、西盆地有明显的分异,但量值总体保持在10-5,只在局部异常点达到10-4,不会在盆地区内形成地表裂缝等破坏,对建筑结构的永久变形影响也较小.但应注意盆地边缘地貌单元分界处与断层附近的局部异常影响及其可能触发的次生灾害.     

岩石非均匀性对地震活动状态影响的数值模拟研究

地震的孕育、发生与震源位置及其岩石力学性质有着密切的联系,本文借助数值模拟方法研究了岩石均质度在岩样变形直至破裂过程中对声发射事件活动状态的影响。数值模拟结果表明,岩石非均匀性对岩样声发射活动状态的时间演化过程有着较大影响,所得结论进一步支持了分区研究强地震前兆异常的必要性。     

乌什地震台倾斜固体潮观测与震兆异常

选择新疆乌什台1988-2003年石英倾斜仪的记录为研究对象,利用经典的潮汐分析方法求解乌什地区的倾斜潮潮汐参量.对结果的分析认为:半主波潮汐参量的观测精度优于0.001,长期稳定性优于2%;在周围地区6级地震前可能记录到了γm2值的异常变化,但异常量级小于理论量级;水管倾斜仪的观测结果与石英倾斜仪的一致性很好,精度和稳定性更优于石英倾斜仪.     

Observation Study on Precursory Geosound: Extraction of Nucleation Information in the Earthquake Preparation Process

In this paper, the observation networks of precursory geosound and observation instruments are introduced first. Then it is mentioned, in particular, that audible precursory geosound was instrumentally recorded for the first time. The following section discussed the relation between the geosound and earthquake. Finally, the Nucleation time in earthquake preparation process is discussed.     

黄河黑山峡大柳树坝址区最大潜在地震变形及地震应力模拟预测

在分析黄河黑山峡大柳树坝址处的中卫活动断裂带潜在地震危险性及地质、地球物理条件基础上,采用三维有限元方法模拟计算了该断裂带内F201断层发生6.5级、7.0级和7.5级地震时大柳树坝址区的潜在地震变形及地震应力。结果表明,F201断层发生中强以上地震(MS≥6.5)时,其南侧至少3 km范围内的地震变形及地震应力将超出地壳岩石的破裂变形极限,大柳树坝址的地震应变量值更是大于10-4,地震应力也将达到几兆帕,存在工程上尚难以处理的地震抗断问题。     

汶川地震烈度分布与震源过程相关性的初步研究

汶川地震造成了靠近发震断层附近地区的工程结构的严重破坏,由此导致了巨大的人员伤亡和财产损失。汶川地震后,虽然目前还没有得到完整的强震记录,但是作为震害宏观描述的地震烈度,在一定程度上反应了汶川地震近断层地震动与震源过程之间的相关性,如近断层地震动的方向性效应和上盘效应。本文对此做了一些定性的分析,认为高烈度区的分布与震源机制和破裂过程存在一定的相关性,并且在近断层地区很可能存在着较为显著的方向性效应和上盘效应。更详细的研究还需要在得到足够的强震记录后才能进行。     

马尼拉地震带海啸对广东沿海影响的数值研究——潮汐与海啸的非线性作用的影响

基于COMCOT数值模型,建立了天文潮与海啸耦合数学模型,对日本"311"海啸进行了模拟验证。针对马尼拉地震带海啸,通过设计海啸震源的计算,分析广东省沿海海啸风险,从数值上得出了海啸引发的最大增水值以及海啸到达广东省沿岸的时间。     

1927年古浪8级地震的破裂习性及破裂机制的数值模拟

1927年古浪8级地震是继1920年海原8．5级地震之后发生在海原一祁连山断裂带上的另一次特大地震。对这次地震的破裂习性，前人的研究结果存在较大分歧。本文在多探槽揭露和地面追踪调查基础上，结合相关的历史资料分析后，认为本次地震是由构成古浪推覆体的天桥沟一黄羊川断裂、皇城双塔断裂冬青顶断裂段以及武威一天祝隐伏断裂等共同作用的结果。对古浪推覆体平面和剖面变形机制的有限元数值模拟结果显示，其应力和应变的集中区主要分布在天桥沟一黄羊川断裂西段、皇城一双塔断裂冬青顶一带以及武威一天祝隐伏断裂和古浪一双塔断裂所在的古浪峡一带，这与地震地表破裂带的展布是一致的，同时也进一步说明了1927年古浪8级地震是该推覆体整体活动的结果。     

井孔水温对远场巨震同震响应及其机制的数模研究

热量的流动必然伴随着温度的改变,地震活动期间的井孔水温同震响应也服从热力学的基本规律。本文以汶川8.0级地震和日本福岛9.0级地震为例,以海口ZK26井水温同震响应的观测数据为基础,运用热力学传导方程的数值模拟方法,研究了同震响应过程中井孔水温度变化与热量传导之间的关系及相关的热力学机制问题。通过正演的方法,得出沿井深方向不同时刻水温同震响应变化的数值模拟曲线,水温数值模拟曲线与实际测量数据一致。研究结果表明,井孔中水温同震响应方式（上升、下降或不变）,与水温传感器的位置、热源的位置和分布、传感器与热源之间的相对空间等因素有关。     

断层几何与前兆偏离

不同构造部位在变形中所起的作用不同,变形形式与异常类型也不相同。这种差异造成了地震前出现明显异常的地区与未来震中区偏离的现象我们称之为前兆偏离。作者利用最近一些数值模拟与物理模拟结果,揭示在一个区域变形过程中不同构造部位按其作用可把它们分为５种类型：制动单元（或闭锁单元）、错动单元、让位单元、敏感单元和阀单元。文中以５°的拐折断层为例说明不同构造条件下各种单元的空间分布,特别是敏感单元与发震的错动单元的相互关系。这些起着不同作用的构造单元有时可以相互重迭,有时可以相互偏离。当起不同作用的构造单元相互偏离时,就会出现前兆偏离现象。研究表明,不同断层几何下这些单元的空间布局不同,敏感区的位置和表现方式也不同。前兆往往出现在高应力的单元,而地震失稳则发生在易错动的单元。了解这种布局可能有助于我们布置观测台网,并在出现异常时帮助推断可能的发震位置     

Characteristics of a Short-Term and Imminent Earthquake Precursor Field in the Northern Part of North China and Numerical Simulation of Source Process

According to studies of more than 20 earthquakes with MS≥5.0 in North China, seven features of the short-term and imminent earthquake precursors have been summarized in this paper. At the same time, taking the short-term and imminent earthquake stage as the physical process of a source's medium softening and fault creep, we calculated temporal variation of mean stress, maximum shear stress, body strain, and pore pressure in some certain points (supposed stations) in the source area and its adjacent area by using an anisotropic and nonlinear source model and a finite element method. According to an analysis of these theoretical curves, we conclude that the short-term and imminent earthquake precursors have such characteristics as complex shapes, exponential growth of the precursor number with tune, and precursors' migration from the outside area to the source area, which to a certain extent reveal the cause of the characteristics of the short-term and imminent earthquake precursor field.     

基于速率-状态摩擦定律的地震二维准动力学数值模拟:浅层正应力变化对断层演化的影响

本文基于结合速率-状态摩擦定律(RSF)的二维准动力学数值模型, 以半空间垂直走滑断层为研究对象, 通过比较两种正应力随深度变化模型的模拟结果, 研究了浅层正应力变化对断层演化参数、地震孕育过程、震后滑移传播等方面的影响.结果显示, 我们的数值模型在给定模型参数和约束条件下, 能够完整模拟出地震周期中震间、震前、同震以及震后多个特征阶段.常数正应力模型下, 动态破裂在浅层速率强化区停止, 而在浅层变化正应力模型下动态破裂可以传播至自由表面, 导致浅层更高的最大滑移速率和同震滑移量.两种模型下的地震矩、地震周期、平均应力降和震后滑移传播等差别不明显.两种滑移模型的傅氏振幅谱与理论K^-2模型傅氏振幅谱均符合较好, 且浅层变化正应力模型下的拐角波数值高于常数正应力模型, 说明两种模型均符合地震同震滑移模型的运动学特征, 并且浅层变化正应力模型下最终应该产生高于常数正应力模型的高频强地面运动水平.我们认为选用不同的模型参数对最终结果存在显著影响, 应当根据具体问题来选择模型参数, 这样才能在保证结果准确前提下有效提高计算效率.

     

Mineralogy and physical nature of clay gouge

Fault gouges have been observed in the surface outcrops, in shallow excavations, and in deep (300 meters below the surface) tunnels and mines in fault zones. The 2-microns fractions in these fault gouges may compose a few percent to more than fifty percent of the total mass in the outcrops, and the mineralogy of the 2-microns fractions consists of a variety of clays (the common ones are montmorillonite, illite, kaolinite, chlorite, vermiculite and mixed-layer clays) and some quartz, feldspars, etc.Although we cannot yet conclude directly from the studies of gouges that similar gouges exist at depths where many large shallow earthquakes are generated, there is a strong possibility that they do, based on (1) available equilibrium data on various clays — for example, kaolinite has been found to exist at 4 kb and 375°C (±15°C) (Thompson, 1970) and montmorillonite + kaolite has been found to exist at 450°C and 4 kb (Velde, 1969); (2) the compatibility of laboratory velocity data in gouge (Wang et al., 1977) with those in a model for central California (Healy andPeake, 1975); (3) the capability of clays to undergo sudden earthquake-like displacements (Summers andByerlee, 1977); (4) the petrology of intrafault cataclastic rocks in old fault zones (Kasza, 1977); and (5) the compatibility of gouge mineralogy with the mineralogy of hydrothermal clay deposits.If clay gouges are indeed significant components of the fault zone at depth, then the mechanical properties of clays under confining pressures up to 4 kb are important in the behavior of faults. Very few experiments have been performed under such high pressures. But from the physical makeup of clays, we can infer that (1) the range of possible behavior includes stable sliding with vermiculite and montmorillonite (asByerlee andSummers, 1977, have proven) to stick-slip-like behavior with kaolinite, chlorite, etc.; (2) the absence or presence of water will greatly affect the strengths of gouges — it is possible that water may reduce the strength of gouge to a fairly small value.     

河北地区活断层潜在地震最大震级及危险性研究

河北是华北地区乃至中国大陆东部地区地震活动最为活跃的地区之一, 构造背景复杂, 断层发育。 随着全省11个城市活断层探测与地震危险性评价项目的推进, 若干科研课题的研究, 地质构造资料逐步积累, 晚更新世以来的断层资料得到进一步更新。 如何评估这些活动断层上的最大潜在地震震级及危险性是地震中长期预测中较为重要的一个问题。 本文采用闻学泽等提出的潜在地震最大震级评估模型, 对河北地区晚更新世以来的活动断层进行断层小区划分, 建立了断层小区内最大地震震级M_max与震级频度关系a_t/b值之间的经验关系, 并利用公式外推获得断层小区内的推测潜在震级上限值。 另外, 本文用强震等待时间的指数分布关系式计算了部分断层小区未来的中强地震发震概率。     

地震海啸在东海大陆架上传播过程的数值模拟研究

在东海潜在震源区冲绳海槽假定了五个震源点,根据Steven地震海啸地震参数经验值作为初始条件,分别考虑6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0级地震条件下的30个震例,采用数值模拟的方法,对海啸在东海传播过程进行情境分析,特别是对上海沿岸地区可能会遭受的海啸灾害做了较为精细的研究.结果发现:小于8.0级的震例对上海地区几乎不会造成影响;8.0级震例只有最北端震源点震例会对上海地区有明显影响;8.5级以及9.0级震级基本上均会对上海沿岸地区造成较大的影响.特别是冲绳海槽北段9.0级震例可能会对上海沿岸局部地区造成危害,最大波高可达3.9m.     

Rupture Property of the 1927 Gulang Ms8.0 Earthquake and Numerical Simulation of Rupture Mechanism

INTRODUCTIONThe1927GulangMS8.0earthquake is a severe earthquake followed the HaiyuanMS8.5earthquake of1920inthe Qilian Mt._Hexi Corridor earthquake zone.The most severely hit region wasaround Gulang and Liangzhou(the present Wuwei)of Gansu Province,with a…