地震预测科学研究论文选

　　五、地震活动与前兆场特征的数值模拟和实验研究　　对地震过程开展数学、物理模拟是地震预测研究的一个重要方面，本部分文章是这一领域的尝试性探索，主要包括前兆场特征与震源过程的数值模拟，地震前兆复杂性的数值模拟，中国大陆及周边地区构造应力场和地震活动图像的数值模拟，以昆仑山8．1级地震为例的同震应力场的数值模拟以及地震活动与断层相互作用的实验研究等。　　在前兆场特征与震源过程的数值模拟中，以华北地区20多次5级以上地震为实例，分析研究了这些震例的短期异常资料，总结了短临异常的7个特性，包括短临异常的普遍性，短临异常的突发性和变化形态的多样性，异常频次随时间的非线性加速增长，异常空间分布非均匀性，异常沿构造分布的优势性与向震中传播的迁移性，短临异常与外部环境因子（地磁场、气象因子、潮汐因子等）的相关性，以及相对于中期异常的复杂性等。针对前兆场的这些特征，构建震源孕育发生过程的岩石膨胀一断层蠕动的各向异性有限元模型，将岩石膨胀视为中短期阶段，以震源区介质软化和断层蠕动来模拟震源过程的短临阶段。通过有限元计算给出震源及周围地区应力、应变场的演化图像，包括平均应力、体应变、切应变、空隙压等参量，并根据各参量与实际观测中的应力、应变测量、地下流体测量、地电阻率观测等多学科前兆观测量的物理力学关系模拟短临阶段的前兆场变化，并将理论模拟结果和实际震例结果做对比分析，以探索短临前兆场特性的物理力学成因，尤其对短临前兆的复杂性问题做了专门的研究。　　在对中国大陆及周边地区地壳构造应力场和地震活动的模拟方面，首先利用粘弹性有限元模型，采用由GPS测量得到的中国大陆周边板块运动参数做边界条件，并采用深部地球物理探测所获得的我国陆区各地块的地壳介质特性参数作为模型的介质参数，对中国及邻区的基本构造应力场进行数值模拟，给出了*大剪应力及其变化速率，*大剪应变及其变化速率，以及剪切应变能及其变化速率等空间分布，并通过与我国陆区实际地震活动中地震应变、地震能量的空间分布的对比分析，研究了地壳构造应力场和地震活动的内在联系，探讨了中国大陆地震活动时空非均匀性的动力学成因问题。　　在此基础上，基于有限元方法，参照细胞自动机模型，建立模拟地震活动动态演化的动力学模型：利用有限元方法确定各单元的应力增长速率，设定各单元的初始应力和摩擦因素，通过破裂准则获取单元破裂时间，而后将破裂单元作为内部边界，利用有限元方法计算该单元破裂对系统造成的应力调整。由此建立定常位移速率边界条件下的地震活动模型，初步给出了与我国陆区地震活动时空演化相似的机理性图像，为探索我国地震活动的动力学成因提供了有意义的启示。　　在物理模拟方面，针对我国许多强震区都含有一些相互平行的地震构造带，如华北地震区的山西带和河北平原带，大体上都是北东走向，大致呈平行展布的地震带。但其地震活动往往有很大的差异。在1484—1730年华北第三活动期中，山西带高度活跃而河北平原带十分平静；而在1815年以来的第四活动期中，河北平原带十分活跃而山西带却非常平静，二者呈交替状活动。而另外有些平行地震带，地震活动又呈同步（或准同步）性活动。针对平行断层（地震带）地震活动的这些不同特点。在本部分文章中，设计了两种状况的平行断层，通过实验室岩石力学实验来研究其地震活动特性并探索其原因。一种是滑动方向相同的平行断层的失稳破裂状况及其断层间的相互作用，另一种是滑动方向相反的平行断层上的失稳破裂状况及其相互影响。实验结果给出，滑动方向相同的平行断层，当其中之一发生破裂失稳时，在该断裂上的其他震源区应力增加，呈增震影响，但在与其平行的另一断层上，则是应力降低，呈减震的影响。这为我们理解山西带和河北平原带两条滑动方向相同（同为右旋滑动）的平行断层地震活动时间分布的差异特征提供了物理模拟的依据。而在滑动方向相反的平行断层的实验中，则是另一种结果，当其中一条断裂上发生破裂失稳时，不仅本断裂的其他震源区呈增震影响，而且在另一条平行断裂上也呈现为应力增加的增震影响。　　……