地震預(yù)測科學(xué)研究論文選 節(jié)選

　　五、地震活動與前兆場特征的數(shù)值模擬和實驗研究　　對地震過程開展數(shù)學(xué)、物理模擬是地震預(yù)測研究的一個重要方面，本部分文章是這一領(lǐng)域的嘗試性探索，主要包括前兆場特征與震源過程的數(shù)值模擬，地震前兆復(fù)雜性的數(shù)值模擬，中國大陸及周邊地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場和地震活動圖像的數(shù)值模擬，以昆侖山8．1級地震為例的同震應(yīng)力場的數(shù)值模擬以及地震活動與斷層相互作用的實驗研究等。　　在前兆場特征與震源過程的數(shù)值模擬中，以華北地區(qū)20多次5級以上地震為實例，分析研究了這些震例的短期異常資料，總結(jié)了短臨異常的7個特性，包括短臨異常的普遍性，短臨異常的突發(fā)性和變化形態(tài)的多樣性，異常頻次隨時間的非線性加速增長，異常空間分布非均勻性，異常沿構(gòu)造分布的優(yōu)勢性與向震中傳播的遷移性，短臨異常與外部環(huán)境因子（地磁場、氣象因子、潮汐因子等）的相關(guān)性，以及相對于中期異常的復(fù)雜性等。針對前兆場的這些特征，構(gòu)建震源孕育發(fā)生過程的巖石膨脹一斷層蠕動的各向異性有限元模型，將巖石膨脹視為中短期階段，以震源區(qū)介質(zhì)軟化和斷層蠕動來模擬震源過程的短臨階段。通過有限元計算給出震源及周圍地區(qū)應(yīng)力、應(yīng)變場的演化圖像，包括平均應(yīng)力、體應(yīng)變、切應(yīng)變、空隙壓等參量，并根據(jù)各參量與實際觀測中的應(yīng)力、應(yīng)變測量、地下流體測量、地電阻率觀測等多學(xué)科前兆觀測量的物理力學(xué)關(guān)系模擬短臨階段的前兆場變化，并將理論模擬結(jié)果和實際震例結(jié)果做對比分析，以探索短臨前兆場特性的物理力學(xué)成因，尤其對短臨前兆的復(fù)雜性問題做了專門的研究。　　在對中國大陸及周邊地區(qū)地殼構(gòu)造應(yīng)力場和地震活動的模擬方面，首先利用粘彈性有限元模型，采用由GPS測量得到的中國大陸周邊板塊運動參數(shù)做邊界條件，并采用深部地球物理探測所獲得的我國陸區(qū)各地塊的地殼介質(zhì)特性參數(shù)作為模型的介質(zhì)參數(shù)，對中國及鄰區(qū)的基本構(gòu)造應(yīng)力場進行數(shù)值模擬，給出了*大剪應(yīng)力及其變化速率，*大剪應(yīng)變及其變化速率，以及剪切應(yīng)變能及其變化速率等空間分布，并通過與我國陸區(qū)實際地震活動中地震應(yīng)變、地震能量的空間分布的對比分析，研究了地殼構(gòu)造應(yīng)力場和地震活動的內(nèi)在聯(lián)系，探討了中國大陸地震活動時空非均勻性的動力學(xué)成因問題。　　在此基礎(chǔ)上，基于有限元方法，參照細胞自動機模型，建立模擬地震活動動態(tài)演化的動力學(xué)模型：利用有限元方法確定各單元的應(yīng)力增長速率，設(shè)定各單元的初始應(yīng)力和摩擦因素，通過破裂準(zhǔn)則獲取單元破裂時間，而后將破裂單元作為內(nèi)部邊界，利用有限元方法計算該單元破裂對系統(tǒng)造成的應(yīng)力調(diào)整。由此建立定常位移速率邊界條件下的地震活動模型，初步給出了與我國陸區(qū)地震活動時空演化相似的機理性圖像，為探索我國地震活動的動力學(xué)成因提供了有意義的啟示。　　在物理模擬方面，針對我國許多強震區(qū)都含有一些相互平行的地震構(gòu)造帶，如華北地震區(qū)的山西帶和河北平原帶，大體上都是北東走向，大致呈平行展布的地震帶。但其地震活動往往有很大的差異。在1484—1730年華北第三活動期中，山西帶高度活躍而河北平原帶十分平靜；而在1815年以來的第四活動期中，河北平原帶十分活躍而山西帶卻非常平靜，二者呈交替狀活動。而另外有些平行地震帶，地震活動又呈同步（或準(zhǔn)同步）性活動。針對平行斷層（地震帶）地震活動的這些不同特點。在本部分文章中，設(shè)計了兩種狀況的平行斷層，通過實驗室?guī)r石力學(xué)實驗來研究其地震活動特性并探索其原因。一種是滑動方向相同的平行斷層的失穩(wěn)破裂狀況及其斷層間的相互作用，另一種是滑動方向相反的平行斷層上的失穩(wěn)破裂狀況及其相互影響。實驗結(jié)果給出，滑動方向相同的平行斷層，當(dāng)其中之一發(fā)生破裂失穩(wěn)時，在該斷裂上的其他震源區(qū)應(yīng)力增加，呈增震影響，但在與其平行的另一斷層上，則是應(yīng)力降低，呈減震的影響。這為我們理解山西帶和河北平原帶兩條滑動方向相同（同為右旋滑動）的平行斷層地震活動時間分布的差異特征提供了物理模擬的依據(jù)。而在滑動方向相反的平行斷層的實驗中，則是另一種結(jié)果，當(dāng)其中一條斷裂上發(fā)生破裂失穩(wěn)時，不僅本斷裂的其他震源區(qū)呈增震影響，而且在另一條平行斷裂上也呈現(xiàn)為應(yīng)力增加的增震影響。　　……