强震复发的随机特征滑动模型及其应用方法研究

本文针对具有明确分段的特征断层源,从震级的不确定性出发,在弹性回跳理论的基础上提出一种随机特征滑动模型(stochastic characteristic-slip model,SCS)。在随机特征滑动模型中,不仅在参数确定过程中考虑了震级与复发间隔之间的相关性,还可以在计算未来一段时间内地震发生概率的过程中,同时得到特征地震的震级分布。本论文主要包括两个研究方向:1随机特征滑动模型及其参数的确定方法,其中,强震复发的统计规律是确定模型参数的基本依据;2随机特征滑动模型在强震发生概率计算和地震危险性分析中的应用方法研究。随机特征滑动模型及其参数的确定方法包括以下3个主要内容:(1)针对强震复发概率的计算,本文在弹性回跳理论和特征地震模型的基础上提出一种随机特征滑动模型。它是一种计算强震复发概率的模型,其目的是为地震危险性分析提供依据。在地震危险性分析过程中,要考虑强震复发的时间相关性,不仅需要给出复发周期的分布,还需要给出震级的分布。从地震矩累积的角度来考虑,两者是相关联的,不可以独立考虑。因此,在随机特征滑动模型的建立及其参数确定的过程中,均需考虑震级与复发间隔的相关性。虽然断裂上的地震矩累积率并不是恒定不变的,因此累积时间和震级的关系也存在一定的不确定性和随机性,但对于大地震特别是7.5级以上的特大地震而言,研究表明这种随机扰动并不大。此外,在当前的认识水平上,在强震发生概率的计算中,若还同时可以得到一个合理的具有平均意义的震级分布,对地震危险性分析工作具有一定的实用价值。针对断层破裂尺度数据和历史地震数据,本文分别提出了两种SCS模型参数的确定方法。若利用断层破裂尺度来确定随机特征滑动模型的参数,需要首先得到震级-破裂尺度的经验关系式;若利用历史地震或古地震数据来确定模型的参数,则需要首先确定强震复发周期的自然变异性或不确定性。(2)震级-破裂尺度的统计规律研究。本文系统搜集和整理了48个中国板内强震的发震断层的震源破裂参数和震级资料(包括面波震级与矩震级),并在此基础上利用最小二乘拟合方法得到各种震级与破裂尺度之间的经验关系式,并与前人给出的关系式进行了比较研究。同时还得到了我国面波震级与矩震级之间的经验关系式。(3)强震复发周期的统计规律研究。对于归一化无量纲地震复发间隔数据(T/Tave),本论文利用蒙特卡罗方法研究表明:不同样本量的T/Tave数据是不符合独立同分布的,而不符合独立同分布的数据不可以放在一起进行统计。针对这个问题,本研究对利用归一化无量纲地震复发间隔(T/Tave)数据进行拟合的方法做了改进,提出对非同分布的数据先进行标准化处理,然后再放在一起统计,与前人的计算方法相比,这种新的计算方法在数学上更为合理。本研究分别利用前人和自己收集的不同区域范围(环太平洋地震带、郯庐断裂带、青藏高原东北部等区域)的T/Tave数据集进行统计分析,结果表明:利用不同区域范围的数据集所得到的στ存在一定的差异,变化范围在0.30~0.42之间。但由于每个数据集中的T/Tave的数据量有限,我们也很难确定στ是否存在区域性差异,更难对这种差异性进行定量化。断层源上复发周期的自然变异性一般也会采用复发间隔变异系数α来描述。对于变异系数α的确定,除了可以由T/Tave统计得到,本研究还提出了一种通过对大量断层源上的复发间隔变异系数估值α′的统计来确定α的方法。该方法首先利用最大似然估计法计算出不同地震序列的变异系数估计值,然后再对这些变异系数的估计值进行统计分析。本文在广泛搜集的39个地震序列的基础上,利用本文给出的计算方法得到了一个通用的变异系数值α=0.34。随机特征滑动模型在强震发生概率计算和地震危险性分析中的应用方法研究包括以下4个主要内容:(1)在随机特征滑动模型的基础上,本文又提出了基于随机特征滑动模型的地震危险性分析方法。该方法中独立考虑研究区域内地震地质资料较丰富的一级破裂源,时间分布上采用随机特征滑动模型,空间分布上采用特征地震的原地复发模式,同时考虑断层几何形态的不确定性。利用本文方法得到的地震危险性计算结果具有很强的时间相关性,可以为地震灾害预防和地震备灾等工作提供数据支持。(2)利用随机特征滑动模型或其他更新模型来计算未来几十年内发生强震的条件概率时,需要给出上一次大震的离逝时间T,而很多活动断裂缺少历史大震的记载,若采用泊松模型可能会低估强震发生的概率。针对这种缺少大震离逝时间的活动断裂,本研究提出了一种以记载完整的强震平静期长度Ts为参数的条件概率计算方法。本文以东昆仑断裂带塔藏段为例,利用本文给出的条件概率计算方法得到:塔藏段未来50年发生强震的可能性为0.075 8。该计算方法不仅适用于随机特征滑动模型,还适用于其他更新模型。跟世界上大多数国家相比,我国有着相对悠久的地震史料记载,因此,该方法对于强震发生概率的估计具有重要意义。(3)由于断层破裂活动的复杂性,一个大的破裂往往不是单一的破裂,而是包含有较小量级的破裂。这些较小量级的破裂,可能分布于破裂段上的特定段落,构成次级破裂单元。对于一些较大断裂,次级破裂源上也可以发生震级较大的强震。采用泊松模型可能会低估这种中强地震的发生率,因此,在次级破裂源上强震发生概率的计算中考虑到地震复发的时间相关性也很重要。若要建立次级破裂源上的随机特征滑动模型,首先需要明确不同破裂源上的年平均地震矩累积率M0,这就要求将断层上的地震矩累积率合理地分配到不同级别的破裂源上。本文分成两种情况分别讨论次级破裂源上的地震矩累积率M0的确定方法。第一种情况是次级破裂源上历史地震(或古地震)序列比较稀少,只有地质学家给出的不同破裂源发生地震的相对发生率,针对这种情况,本研究基于地震矩平衡的原则,提出一种地震矩累积率分配方法;第二种是次级破裂源上有相对丰富的历史地震(或古地震)序列的情况,并以古地震资料较为丰富的海原断裂为例,计算了次级破裂源上的地震矩累积率和强震发生概率。(4)随机特征滑动模型的基本假定是特征断层源上的地震矩累积率在较长时期上是恒定的,这是一个理想化模型,实际上,特征断层源上的地震矩累积率不是恒定的,而是存在一定的随机扰动和不确定性,这种扰动可能由中小地震的地震矩释放以及断层间库仑应力转移等原因造成的。为了在随机特征滑动模型中考虑这种不确定性,本研究提出了一种考虑断层间相互影响的改进随机特征滑动模型。在该模型中,假定断层源上的地震矩自然累积率是恒定的,同时还要考虑中小地震释放和附近大地震库仑应力转移对该断层源上地震矩积累量的改变量。本研究选取鲜水河北西段为研究对象,反复模拟未来50年的地震序列,得到了鲜水河北西段的炉霍、倡促、道孚和乾宁各段上包括单段破裂和联合破裂在内的各种大地震事件的发生概率。     

应用混合极值理论及最大似然法估计东南沿海各地震区的地震危险性

将东南沿海地区划分为７个地震区带，利用历史及现代地震资料，动用混合极值理论及最大似然法分析了各个地震区带的地震危险性，并采用预测检验的方法确定了各个地震区带的危险阈值，对各地震区未来两年的中小地震及未来５年的中强地震的危险性分别给出了定量估计。     

CUSP突变模型在地壳形变和强震危险性判定中的应用

应用ＣＵＳＰ（尖角）突变模型研究了板内边界带地壳形变与强震的危险性判定及其预测的方法，并以鲜水河断裂带１９７３￣１９８２年的动态大地测量和地震活动数据作了验证。结果表明：（１）强震前该断裂带地壳形变与蕴震系统经历了稳定平衡－不稳定平衡－稳定平衡－不稳定平衡－近于临界状态的过渡。（２）系统的不稳定平衡状态在不同的观测点位于不同的观测点位具有同步性和持续性，且持续的时间与未来的地震强度有关，（３）预测     

大陆强震的动力学模型及其在地震活动性研究和地震预测中的应用

本文以中国大陆为具体研究对象 ,从大陆强震活动成组特征的客观性出发 ,开发了一种非线性动力学模型 ,用于模拟大陆强震成组活动特征及孕震环境对地震成组性的影响 ,运用此模型对一些地震活动特征和前兆场的演化特征进行了模拟和解释。地震活动的分布具有空间不均匀性和时间非平稳性。地震的空间不均匀性表现为地震在空间上往往成带、成区分布 ,地震的时间非平稳性表现为地震活动在时间轴上具有活跃和平静 (高潮和低潮 )相交替的特性。分析表明大陆地震具有明显的成组活动特征。强震活动的成组性是指强震活动在某些时段十分集中 ,呈成丛或丛…     

基于随机介质模型的统计分析在深反射地震中的应用

深反射地震勘探是揭示地球深部构造的一种地球物理探测方法.由于不同于沉积地层的反射特征,深反射地震资料的解释需要不同于浅层水平层状介质的解释方法.基于随机介质模型的统计分析为深反射地震解释提供了新的途径.本文首先介绍了地球深部结构中非均质性的统计特性研究成果,阐述了随机介质模型的基本概念及二维随机介质的建立方法,讨论了随...     

最大似然谱估计方法及其在磁震关系中的应用

最大似然谱估计方法及其在磁震关系中的应用曾小苹１）林云芳１）赵跃辰１）赵明１）续春荣２）于明鑫３）汪江田４）王居云５）１）中国北京１０００８１国家地震局地球物理研究所２）中国北京１０００８５国家地震局地壳应力研究所３）中国辽宁大连１１６０３３辽宁省...     

强震前大小地震比例关系及在地震预报中的应用

针对目前广泛使用的b 值对资料要求较高的缺陷, 利用贝叶斯判别准则, 计算强震前中小地震数比p 值的方法, 计算了西北地区6 级以上地震前中小地震比例的变化情况, 结果表明该值与6 级以上地震有明显的对应关系, 地震一般发生在p 值高值异常区, 说明该方法对西北地区6 级以上地震有一定的预测意义, 同时对p 值的物理意义进行了探讨。     

更新模型在缺少大震离逝时间的活动断裂强震发生概率计算中的应用研究

利用更新模型计算未来几十年内发生强震的条件概率需要给出上一次大震的离逝时间T,而很多活动断裂上缺少历史大震的记载,若采用泊松模型则可能会低估强震发生的概率.针对这种缺少大震离逝时间的活动断裂,本文提出一种以记载完整的强震平静期长度Ts为参数的条件概率计算方法.以东昆仑断裂带塔藏段为实例,利用本文给出的条件概率计算方法得到该段未来50年发生强震的可能性为0.064 9.     

更新模型在缺少大震离逝时间的活动断裂强震发生概率计算中的应用研究

利用更新模型计算未来几十年内发生强震的条件概率需要给出上一次大震的离逝时间T, 而很多活动断裂上缺少历史大震的记载, 若采用泊松模型则可能会低估强震发生的概率.针对这种缺少大震离逝时间的活动断裂, 本文提出一种以记载完整的强震平静期长度T_s为参数的条件概率计算方法. 以东昆仑断裂带塔藏段为实例, 利用本文给出的条件概率计算方法得到该段未来50年发生强震的可能性为0.0649.      

Parameter estimation of the stochastic AMR model and its application to the study of several strong earthquakes

Introduction According to many published papers, seismicity in time-space domain shows some characteristics, such as doughnut epicenter distribution (Mogi, 1969) or quiescence of seismic activity before large earthquakes (WANG, et al, 2002), and aftershock decay (Ogata, 1998). In recent years, more and more seismologists (Lynnr, Steven, 1990) have found that many strong earthquakes are preceded by enhancing regional seismicity and accelerating strain energy release (ZHANG, et al, 2001). T…     

中强震和强震的调制模式及预报意义

本依据中国大陆近期调制强震密集发生的特点,提出了强震、强震的调制模式及对大震的预报意义,并从非线性动力学的观点讨论了调制中强震、强震的成因。     

浅层地温与强震关系

若以地表下０．８ｍ浅层地温月平均值增高≥１．０℃为异常。在１９５５－１９８５年间，我国大陆内有Ｍｓ≥６．０地震５３例在震前出现浅层地温异常。因此，浅层地温研究可以作为强震预报方法之一。     

天津及邻近地区中强地震震源区水文地球化学环境与特征的研究

天津及邻近地区自１９６６年３月６日至今一般说来卅余年的时间内先后发生了邢台、渤海、唐山三次７级以上大地震和十余次６级中强地震,为研究该区的水文地球化学环境提供了有利条件,作者依据该区域内３９２口井,５０００多个水样,２０余个项目的分析资料,探讨了中强地震震源区水文地球化学环境与特征,为探索利用水文地球化学方法判定潜在震源区开辟了新的途径。     

云南地区大震活动规律研究

云南地区处于印度板块与欧亚板块中国大陆碰撞带的东缘,地壳运动剧烈,活动块体特征明显,中强以上地震频发,是研究大震活动规律的理想场所。通过过去一个世纪的6.7级以上地震活动的时空分布以及地震动力分析认为,云南地区存在的4个具东西交替活动特征的地震活跃期,可能是东、西部各自地震活跃与平静过程叠加的结果,100a左右可能出现1次东、西部同时爆发大震的时段;云南地区地震活动与外围地区存在较好的呼应关系,安达曼-缅甸弧形带的巨震活动对云南地区地震活跃期的启动有一定的指示意义,而云南东部强震也与四川西部大震密切相关,四川大震活动往往滞后于云南地区;中强地震连发—平静—首发大震可能是云南以东部为活动主体的地震活跃期的启动模式。这些认识对云南地区大震预测、地震机理以及板缘动力学研究会有所帮助     

剪切产热不稳定性及其在研究深源地震发生机理上的应用

本文运用稳定性分析的方法,研究在粘弹性介质（Maxwell体）中剪切产热不稳定性的发生条件,并讨论其对于深源地震发生机理的应用.结果表明,在板块向下俯冲的过程中,由粘滞损耗产热将会发生剪切不稳定性,这为解释深源地震发生提供了一个基础.     

剪切产热不稳定性及其在研究深源地震发生机理上的应用

本文运用稳定性分析的方法,研究在粘弹性介质(Maxwell体)中剪切产热不稳定性的发生条件,并讨论其对于深源地震发生机理的应用.结果表明,在板块向下俯冲的过程中,由粘滞损耗产热将会发生剪切不稳定性,这为解释深源地震发生提供了一个基础.     

剪切产热不稳定性及其在研究深源地震发生机理上的应用

本文运用稳定性分析的方法,研究在粘弹性介质（Maxwell体）中剪切产热不稳定性的发生条件,并讨论其对于深源地震发生机理的应用.结果表明,在板块向下俯冲的过程中,由粘滞损耗产热将会发生剪切不稳定性,这为解释深源地震发生提供了一个基础.     

中国大陆及邻区、川滇成组强震活动特征初步研究

将中国大陆及其邻区1902年以来MS≥7地震的成组活动划分出7组,其首发大震分别为1902年阿图什8.2级,1911年阿拉木图8.2级,1920年海原8.5级,1931年富蕴8.0级,1946年缅甸7.8级,1966年邢台7.2级,1988年缅甸7.2级。川滇MS≥6.7地震成组活动划分出5组,其首发强震为1913年峨山7.0级,1933年茂县7.5级,1948年理塘7.3级,1966年东川6.5级、6.2级,1988年澜沧7.4级。其中,川滇MS≥7的首发大震滞后中国大陆首发大震几个月至4年不等。按成组大震的界定,目前中国大陆处于1998~2007年(估计)的大震少发时段。川滇未来1~2年的大震形势为川滇西部存在发生大震的可能性。中国大陆新一轮强震成组活动中的大地震将可能在2007~2009年前后发生,主体危险区可能为天山地震带中段及川滇东部。2007~2008年可能出现5~6级地震的增强过程。巧家—东川一带可能最先发生6级地震。     

地震非均匀度方法在华北地区中强地震中期预报中的应用

根据１９９７年１０月初全国范围内地震非均匀度（ＧＬ值）方法的空间和时间扫描结果,在内蒙古中部和华北北部地区出现的明显高值异常,提出这２个地区未来１年存在发生５￣６级地震的可能。此后在１９９７年１０月１８日和１９９８年１月１０日在上述２个异常区域分别发生了内蒙古临河Ｍｓ５．０和河北省张北－尚义Ｍｓ６．２地震。通过对这２次地震前ＧＬ值的变化过程进行了分析总结,初步提出了中强地震前ＧＬ值的变化特征。