地球介质的非定常参数黏弹模型

用开尔文黏弹模型对实验蠕变曲线和冰后期地面抬升观测曲线进行反演,得到相关的黏弹参数,发现所有的黏弹参数都随实验（或观测）时间长度发生有规律的变化, 表明黏弹参数是实验(或观测)时间的函数.在此基础上提出非定常参数的黏弹模型,将通常采用的剪切模量μ2、弛豫时间τ 和黏度η 相应地从常数修正为时间的函数μ2(t)、τ(t) 和η（t）,检验表明修正后的开尔文模型可以更好地符合实测蠕变曲线.用修正后的μ2(t)对软流层的黏度进行估算,其值约为4.6×1020 Pa·s.     

黏弹VTI介质井间地震高斯束波场正演数值模拟

为了研究黏弹VTI介质井间地震波的波场特征,理论分析地震波在黏弹VTI介质中传播特性的基础上,编程实现高斯射线束方法对黏弹VTI介质井间地震波场的正演模拟.为将黏弹VTI介质和完全弹性各向同性介质正演记录进行对比,将黏弹VTI介质的黏弹性参数和各向异性参数设定为零,得到完全弹性各向同性介质下的正演结果.两种介质正演结果对比显示的差异与地震波理论完全一致,证明了所研究的黏弹VTI介质井间地震高斯束正演数值模拟的正确性,为井间地震复杂介质地震波场研究提供了借鉴.     

川东南地区地震视应力时空分布特征

利用四川数字地震台网记录资料,计算2008年汶川地震后,川东南地区ML 3.0以上地震的震源动力学参数特征,分别得到视应力、应力降与震级之间、震级和地震矩之间,以及地震矩和视应力之间的定标关系。通过扣除震级影响,计算归准化视应力值的时空变化特征。得到结果如下:1从时间分布图来看,研究区4级以上地震频发时段刚好对应视应力涨落较明显时段,而该时段当地工业采矿注水活动强烈,故该区域视应力水平或许反映了工业活动对区域应力场的影响;2从空间分布图来看,自贡隆昌一带震级偏大,视应力反而偏小的现象可能与该区域应力释放不充分、构造应力水平偏低有关,未来要关注该区域发生中强地震的可能。     

基于黏弹性模型的苍山地震库仑应力变化研究

采用多层黏弹性模型,计算郯城地震和苍山地震引起的同震及震后黏弹松弛库仑应力变化,讨论这两个地震之间的触发关系、苍山地震对余震分布及周围地区应力变化的影响。结果表明:(1)郯城地震对苍山地震的发生有一定的抑制作用;(2)苍山地震的大部分余震分布在库仑应力增加区域,库仑应力变化值为0.08~0.12bar,且余震主要分布在8~14km处的断层面上;(3)安丘—莒县断裂的东北部、苍尼断裂的中段、凫山断裂的东段以及韩庄断裂、峄城断裂位于库仑应力增加区,均存在较强的地震危险性。     

黏弹介质波动方程有限差分解的稳定性研究

稳定性问题是地震波数值模拟的一个重要问题.基于地震波传播理论,从黏弹介质本构方程出发,对矩形网格下不同黏弹模型波动方程有限差分解的稳定性进行了理论分析,导出了Kelvin-Voigt黏弹模型和Maxwell黏弹模型在任意空间差分精度下稳定性条件的表达式;给出了品质因子Q≥5时的简化式,并通过数值算例验证了理论研究结论的正确性;总结了地震波速度、频率、空间网格大小、差分系数以及品质因子与稳定性条件的关系;通过误差分析给出了近似公式的使用条件.     

黏弹介质中勒夫波频散问题的统一解及其动态特征分析

目前完全弹性介质中面波频散特征的研究已较为完善,多道面波分析技术（MASW）在近地表勘探领域也取得了较好的效果,但黏弹介质中面波的频散特征研究依然较少.本文基于解析函数零点求解技术,给出了完全弹性、常Q黏弹和Kelvin-Voigt黏弹层状介质中勒夫波频散特征方程的统一求解方法.对于每个待计算频率,首先根据传递矩阵理论得到勒夫波复频散函数及其偏导的解析递推式,然后在复相速度平面上利用矩形围道积分和牛顿恒等式将勒夫波频散特征复数方程的求根问题转化为等价的连带多项式求解问题,最后通过求解该连带多项式的零点得到多模式勒夫波频散曲线与衰减系数曲线.总结了地层速度随深度递增和夹低速层条件下勒夫波频散特征根在复相速度平面上的运动规律和差异.证明了频散曲线交叉现象在复相速度平面上表现为：随频率增加,某个模式特征根的移动轨迹跨越了另一个模式特征根所在的圆,并给出了这个圆的解析表达式.研究还表明,常Q黏弹地层中的基阶模式勒夫波衰减程度随频率近似线性增加,而Kelvin-Voigt黏弹地层中的基阶模式勒夫波衰减程度随频率近似指数增加,且所有模式总体衰减程度强于常Q黏弹地层中的情况.

     

在二维应力状态下土体地震偏应力的特征

地震作用在土体中产生的动偏应力包括动水平剪应力τｐｈ和动正应车差。本文讨论了这两种动偏应力分量之间相互变化的关系。     

南北地震带北段强震破裂空段的地震危险性研究

综合活动构造与重要活动断裂带的历史及现今强震震源区或破裂分布等资料,南北地震带北段存在长期缺少MSge;7.0地震的破裂空段．为了考察这些空段的地震危险性,首先采用Burgers体黏弹介质模型,计算周围有记载以来的历史强震在空段引起的库仑应力动态演化;其次结合背景地震发生率,采用Dieterich模型分析历史强震对空段地震活动的影响,讨论了空段所在区域的地震发生概率．结果显示,南北地震带北段强震破裂空段的地震危险性程度自高到低依次是:东昆仑活动断裂带东段的若尔盖——九寨沟段、六盘山断裂带中南段空段、香山——天景山段裂中南段同心空段、天祝——大靖空段、西秦岭北缘断裂带中西段、西秦岭北缘断裂带东段．该结果可为南北地震带北段的地震危险性估计提供参考．      

华北地区主要断裂带上的库仑应力变化及地震活动性分析

华北地区活断层丰富、地震频发。由于所处地理位置具有特殊性,其频繁的地震活动备受关注。为此,文中根据弹性位错理论和分层岩石圈模型,计算了1820年以来华北地区中强地震(M_S≥6. 0)引起的同震及震后介质黏弹性松弛产生的库仑应力变化。计算结果显示,自1888年渤海湾地震发生后的24个地震中,共有19个落在了库仑应力变化的正值区域,触发率达79%;计算结果进一步表明,宁河—新乡地震带的滦县-乐亭断裂、潘庄西断裂、东明-成武断裂、郓城断裂、隆尧断裂,郯庐地震带的营口-潍坊断裂,首都圈地区夏垫断裂,黄庄-高丽营断裂带上的库仑应力变化增加,其地震危险性相对较高,仍需要进一步的深入研究。     

基于速率-状态摩擦定律研究剪切应力扰动对地震断层演化的影响

本文从Nagata提出的与应力变化率有关的速率-状态摩擦定律出发, 结合1D弹簧-滑块模型, 采用Runge-Kutta算法, 对静态应力扰动和周期性应力扰动下的断层演化过程进行了数值模拟, 探讨了应力扰动对断层演化进程和断层失稳机制的影响.研究结果显示, 与无扰动情形相比, 正向静态扰动使断层失稳时刻提早, 且时间提前量与扰动量的指数成正比; 负向静态扰动使断层失稳时刻推后, 且时间推迟量正比于扰动量.在周期性扰动下, 断层失稳的发生总早于无扰动情形, 且扰动幅值越大, 失稳提前量越大; 但是, 扰动频率对失稳时刻没有明显的影响.这也进一步表明, 地震应力波总是会导致断层失稳提前发生.同时, 对于相同的扰动量, 正向静态扰动下的失稳时间提前量比周期性扰动情形更大.周期演化过程的数值模拟结果表明, 当远场加载速率给定且为常量时, 若无应力扰动, 则断层演化过程具有确定的周期性; 但在周期性应力扰动下, 断层失稳时间间隔出现明显的非周期性, 断层在时间域上的演化变得更为复杂.

     

The Chi-Chi 1999 earthquake: Correlation between the spatio-temporal distribution of aftershocks and viscoelastic stress changes

The Chi-Chi 1999 (M_L = 7.3) earthquake generated a large number of aftershocks in the vicinity of the rupture plane. The spatial-temporal distribution of these aftershocks was recorded with high precision and thus provided a unique possibility to study whether the correlation between aftershocks and stress changes are primary due to coseismically induced stress changes (static), or whether stress relaxation processes (viscoelastic) in the lower crust contribute significantly to this correlation. From our analysis of a 3D finite element model simulating the viscoelastic stress changes due to the coseismic displacement and tectonic loading we found that the aftershocks are highly correlated with the stress variations (static and viscoelastic) caused by the main shock. Although we found that the correlation between seismicity rate changes and viscoelastic stress fluctuation is slightly better than that of the static stress changes, these differences can only be identified well in the lower crust. As a result, it is reasonable to conclude that static stress changes are the key mechanism for triggering early and shallow aftershocks in the upper crust. It is reasonable to infer that the viscoelastic relaxation in the lower crust does affect the occurrence of early aftershocks in the deep crust, but it does not significantly affect the shallow aftershocks. However, the stress changes induced from the lower crust gradually transfer to the upper crust and may influence the occurrence of aftershocks after a longer time period (>four Maxwell times).     

Three dimensional viscoelastic simulation on dynamic evolution of stress field in North China induced by the 1966 Xingtai earthquake

Introduction Among the mechanisms of earthquake, the essentials may be that the earthquake is a dynamic process of energy accumulation, reaching critical status and failure in focal region. Some nonlin-ear mechanical studies (Bak, Tang, 1989; Ito, Matsuzaki, 1990) show that earthquakes as a self-organized critical phenomenon may be induced by relative small stress disturbance. WANG, et al (1980) already carried out the numerical simulation on earthquake migration in the beginning of 1980s. …     

二维粘弹性随机介质中的波场特征分析

通过交错网格有限差分正演,模拟了平面地震波在二维粘弹性随机介质模型中的传播及其自激自收时间记录．为研究粘弹性随机介质模型中的波场特征,我们在理论记录(垂直分量)剖面上选取两个时间区段;在这两个不同的时间区段上,分别计算剖面的三个统计特征(横向中心频率、纵向中心频率、波场能量相对值)．这样,对应每一个粘弹性随机介质模型,我们均可计算得到6个不同的波场特征量．我们通过在二维粘弹性随机介质中的正演模拟,研究当自相关长度以及粘弹吸收系数变化时,对应的上述波场特征量的变化特点,最终得出了若干结论。     

基于时间相依地震活动性模型的地震时间序列模拟

模拟地震时间序列在地震危险性分析和地震灾害预测等领域中具有重要作用,地震活动性模型是模拟地震序列的重要理论基础.本文以时间相依地震活动性模型为理论模型,系统梳理了现有时间相依地震活动性模型理论与方法,研究了断层（震源）上最新地震发生时间已知、未知以及地震历史开放间隔已知三种情况下地震发生概率的计算方法,分析了地震复发间隔的变异系数对时间相依地震发生概率的影响.研究了基于布朗模型的特征地震准周期发生的物理原理,建立了时间相依地震时间序列的模拟方法.研究结果表明,在地震离逝时间较长的情况下,基于时间相依地震活动性模型计算的地震发生概率要显著大于泊松模型;在地震历史开放时间已知情况下,计算的地震发生概率要高于地震离逝时间未知的情况.地震复发间隔的变异系数越小,模拟的地震时间序列越呈现周期性.本文研究结果可提高长期地震概率预测水平,模拟的具有时间相依特征的地震时间序列可用于地震预测、概率地震危险性分析以及地震灾害预测等领域.

     

1992兰德斯地震震源处应力量值的研究

给出了根据地震前后应力轴偏转、地震应力降和地震前后相对主应力大小,计算震源处应力量值的方法.并将该方法运用于兰德斯地震的霍姆斯特德谷断层段,获得了该子断层10 km深度处震前最大、中间和最小主应力的量值分别为271,266 MPa和259 MPa;震前断层面上的正应力和剪切应力分别为265MPa和6.2 MPa;震后断...     

A theoretical study of correlation between scaled energy and earthquake magnitude based on two source displacement models

The correlation of the scaled energy, ê = E_s/M₀, versus earthquake magnitude, M_s, is studied based on two models: (1) Model 1 based on the use of the time function of the average displacements, with a ω^-2 source spectrum, across a fault plane; and (2) Model 2 based on the use of the time function of the average displacements, with a ω^-3 source spectrum, across a fault plane. For the second model, there are two cases: (a) As τ ≒ T, where τ is the rise time and T the rupture time, lg(ê) ~ -M_s; and (b) As τ ≪ T, lg(ê) ~ -(1/2)M_s. The second model leads to a negative value of ê. This means that Model 2 cannot work for studying the present problem. The results obtained from Model 1 suggest that the source model is a factor, yet not a unique one, in controlling the correlation of ê versus M_s.     

2017年九寨沟MS7.0地震对周围地区的静态应力影响

基于九寨沟M_S7.0地震的破裂模型及均匀弹性半空间模型,本文计算了该地震在周围主要活动断层上产生的库仑应力变化、在周围地区产生的应力场和位移场和同震库仑应力变化对余震的触发.结果表明：（1）九寨沟地震造成虎牙断裂中段库仑破裂应力有较大增加,已经超过0.01 MPa的阈值,虎牙断裂北段、塔藏断裂中段和岷江断裂北段北部的库仑破裂应力有较大降低,因此尤其要注意虎牙断裂中段的危险性.（2）水平面应力场在该地震震中东西两侧增加（拉张）,张应力起主要作用.在震中南北两侧降低（压缩）,压应力起主要作用.从水平主压和主张应力方向来看,均呈现出条形磁铁的磁场形态.从剖面上的应力场来看,在上盘的面膨胀区域内,大部分点的主张应力方向与地表是垂直的,在其他区域内,主张应力和主压应力均以震中为中心,向外呈辐射状.（3）从地表水平位移场来看,震中东西两侧物质朝震中位置汇聚,南北两侧物质向外流出,在震中处的最大水平位移量达43 mm.从地表垂直位移场来看,震中南北两侧出现明显的隆升,隆升最大值达56.8 mm.震中东西两侧出现明显的沉降,沉降最大值达74.5 mm.从剖面的位移场来看,九寨沟地震为左旋走滑地震,且有一定的正断成分.由分析可以推测该断层破裂在大致22~26 km的深度上就截止了.并推测下盘物质运动的动力来自震源北东东方向（四川块体）深度在6~30 km的下盘下层物质,上盘物质运动的动力来自震源北西西方向（巴颜喀拉块体）深度在0~6 km的上盘上层物质.（4）通过计算不同深度上主震对余震的触发作用可知,主震后的最大余震受到了主震的触发作用,多数其他余震也受到主震的触发作用.主震的发生促使了库仑应力增加地区余震的发生,抑制了一部分库仑应力减少地区余震的发生.

     

基于分数阶时间导数常Q黏弹本构关系的含黏滞流体双相VTI介质中波场数值模拟

分数阶微分算子具有描述历史依赖性和全域相关性的特质,本文利用这种特质描述双相介质固体骨架的黏弹性特征.基于Kjartansson常Q理论将含有分数阶时间导数的黏弹固体骨架各向异性本构关系与双相介质理论有机地结合起来,并引入流变学本构关系描述孔隙流体的黏滞性力学行为,提出一种新的基于分数阶时间导数常Q黏弹本构关系的含黏滞流体双相VTI模型.推导了相应的时间域波传播方程,然后对该方程进行了数值模拟.对整数阶导数采用高阶交错网格有限差分算法,对分数阶时间导数采用短时记忆中心差分算法,进行了不同相界、不同品质因子组及双层地质结构情况下该类介质中波场的数值模拟与特征分析.模拟结果表明：将含有分数阶时间导数的常Q黏弹固体骨架各向异性本构关系及孔隙流体的黏滞性本构关系引入双相介质理论是可行的,二者的结合能更好地反映地下介质的黏弹性特征,对于进一步认识波在黏弹各向异性孔隙介质中的传播机理具有重要意义,为反演和重构地下油气储层和结构奠定正演理论基础.

     

Investigation of Coulomb stress changes in south Tibet(central Himalayas) due to the 25th April 2015 M_W 7.8 Nepal earthquake using a Coulomb stress transfer model

After M_W 7.8 Nepal earthquake occurred, the rearrangement of stresses in the crust commonly leads to subsequent damaging earthquakes. We present the calculations of the coseismic stress changes that resulted from the 25 th April event using models of regional faults designed according to south Tibet-Nepal structure, and show that some indicative significant stress increases. We calculate static stress changes caused by the displacement of a fault on which dislocations happen and an earthquake occurs. A M_W 7.3 earthquake broke on 12 May at a distance of * 130 km SEE of the M_W 7.8 earthquake, whose focus roughly located on high Coulomb stress change(CSC) site. Aftershocks(first 15 days after the mainshock)are associated with stress increase zone caused by the main rupture. We set receiver faults with specified strikes, dips,and rakes, on which the stresses imparted by the source fault are resolved. Four group normal faults to the north of the Nepal earthquake seismogenic fault were set as receiver faults and variant results followed. We provide a discussion on Coulomb stress transfer for the seismogenic fault, which is useful to identify potential future rupture zones.