强震震级预测中凹凸体识别与级联破裂相关研究综述

强震震级预测在地震预测领域具有重要的科学意义,同时对防震减灾工作也发挥着重要的现实作用。本文基于国内外相关文献,分析强震震级预测中凹凸体识别与级联破裂等关键问题。通常,地震的发生与凹凸体破坏有关,而对凹凸体的识别,主要可以从震源区介质性质、中小地震活动、断层运动状态、应力状态、摩擦属性等方面开展综合分析。级联破裂的发生会提升地震震级,增加地震灾害风险,断层面曲率、产状变化、阶跃距离等断层几何性质,以及断层面摩擦性质、相邻断层段孕震层宽度变化、断层面应力分布、浅层低速区等断层及周围介质的物理性质控制其发生概率。相关模型、参数的研究有赖于密集观测和断层探察等基础性工作,数值模拟和反演等技术应用以及多学科的综合,希望本文可以为中国重点断层段的强震震级预测工作提供参考。

鲜水河—安宁河—则木河断裂带上可能存在的凹凸体:来自背景地震活动性的证据

基于1992—2002年小震双差重新定位结果,沿鲜水河—安宁河—则木河断裂带走向的震源剖面作b值及局部复发时间TL值的空间扫描,以确定断裂带上可能存在的凹凸体。结果显示,b值沿断裂带走向具明显的空间非均匀性,与地表几何结构的分段变异是相应的。异常短的TL值及低b值出现在鲜水河断裂带的炉霍—道孚间、安宁河断裂带的石棉—冕宁段以及则木河断裂带的西昌—普格段,表明在间震期这些段落破裂产生的小震平均震级大于其他段落上的小震,是断裂带中相对活跃的段落。由b值与应力成反比的关系,推测这些段落可能为断裂带上凹凸体所在地,成为现今应力积累的闭锁段,是未来主震初始破裂最有可能形成的段落,其中石棉—冕宁段的地震危险性最大。而在鲜水河断裂带南东段的乾宁—康定—石棉一带,尽管历史地震与现今小震都异常活跃,但具有异常高的b值及TL值估计,表明现今应力水平较低,目前可能成为以小震活动为主的蠕滑段,不具大震危险性。

利用断裂带上的低b值识别凹凸体方法的探讨--以龙门山断裂带和鲜水河断裂带为例

本文对龙门山断裂带和鲜水河断裂带上1970年以来记录的小震数据进行了收集、整理和分析,采用基于Matlab平台的Zmap软件,去除了断裂带上的丛集数据和余震,划定了有效地震数据的时间和震级范围,通过最大似然法求取了断裂带所在区域的b值分布图。基于b值大小与应力高低成反比的原理,通过断裂带上低b值区识别凹凸体的位置。就龙门山断裂带,通过低b值区识别出的凹凸体的位置与汶川地震发生的起始破裂位置和极震区的位置基本保持一致;而鲜水河断裂带由于受到小震数据的限制,部分段缺失b值分布,但整条断裂带仍可清晰识别出凹凸体位置,且1725年以来的历史强震和1970年以来5级以上的历史地震基本上都位于此区域。断裂带的实例分析结果证明,利用小震数据通过最大似然法计算b值分布图,其相对低b值区与历年强震发生的位置存在较大的相关性,为验证利用低b值区识别凹凸体方法的可行性和实用性提供了有力的证据。

考虑凹凸体理论的经验格林函数方法

以15次地震资料为基础,回归得到断层上所有凹凸体地震矩与凹凸体面积的关系;研究经验格林函数方法中凹凸体子源的应力降,提出基于断层凹凸体理论的经验格林函数方法;以唐山地震余震(MS=6.9)作为经验格林函数,合成1976年唐山地震(MS=7.8)的地震动,比较合成结果与观测记录表明,该方法符合断层破裂过程,计算结果可靠.

障碍体和凹凸体对地震矩的影响

本文利用具有非均匀剪切应力分布的圆盘状裂缝问题的解,定量计算了障碍体和凹凸体对地震矩的影响.我们发现,除非障碍体的尺寸很小或很接近于整个断层的尺寸,含有障碍体的断层的地震矩,大致为具有均匀应力降的等面积断层的地震矩的40％.由此可以推知,在障碍体的这种尺寸范围内,视应力降<△δ>大致也是△δ_Af=S^A-τ_f的40％.这里S^A是远场应力,τ_f是残余摩擦应力.另外,已存在滑动带对于凹凸体破坏的地震矩有明显的放大作用,这种作用在凹凸体尺寸较小时特别显著.例如,当凹凸体半径是整个断层半径的2/10时,凹凸体上的矩被放大7倍多;当其半径为整个断层半径的1/10时,凹凸体的矩将被放大约30倍. 文中还比较了三维效应和二维效应的差异.我们发现,_x0/M_0~c在三维情形对障碍体尺寸的变化并不敏感,这是与二维情形很不相同的.这里,_x0是具有障碍体的断层破裂所产生的地震矩,M_0~c是相应的均匀断层破裂的矩.所以,二维分析不适用于具有障碍体的三维断层.然而,在分析已存在滑动带对凹凸体破裂的矩的影响时,平面应变结果与三维结果差异并不很大.

地震断层面上凹凸体和障碍体含义的解析

由凹凸体和障碍体研究引入的非均匀地震破裂模式,可解释主震前破裂的成因及主破裂之后的应力集中,对地震危险性分析具有重要的理论价值。本文在国内外研究成果的基础上,深入研究了凹凸体和障碍体在地震破裂过程中的作用和意义,解析了凹凸体和障碍体的本质含义,对比分析了两种模式的异同之处,给出了两种模式在不同滑动模型中的适用性,为地震安全性评价提供了有力的理论依据。

地震学科普之窗(七)——断层面与凹凸体

所谓地震就是地下岩石沿着地下的断层面快速滑动。正如其名称一样，“断层面”是“面”而不是“点”。但在地图上标绘震源时，使用的却是“●”或“★”，为什么不标成面呢？

凹凸体锉配的实践教学

凹凸体的锉配，尺寸控制的计算方法。

结构控制的凹凸体对大地震孕育的重要作用

大地震的发生不仅与断层几何形态、应力积累状态有关,更和周围介质结构存在密切关系.近年来,随着观测手段的不断丰富和技术的不断发展,越来越多的研究工作聚焦于大地震震源区的精细结构,并将观测结果与发震机制联系起来.目前,地震学家普遍用凹凸体(asperity)模式解释大地震的发震机制,即断层从闭锁到突然滑断的过程.在这个过程中,断层深部几何形态和应力状态较难准确获取,而介质结构却可以通过地震层析成像和大地电磁探测等手段获得.本文将从大地震震源区介质结构的角度,系统总结已有的观测结果,探讨结构特征与凹凸体的关系.为此,我们对全球震级大于6级且震源区开展过凹凸体研究的地震事件进行了统计分析.本文共统计了123个不同震源机制的地震,包括54个板内地震和69个板间地震.这些地震研究主要分为两类:一类是结构研究;另一类是震源破裂过程研究.在结构研究中,共有17个板内地震和14个板间地震.这些地震的结构研究表明,震源区发震断层附近均存在高强度(高地震波速或高电阻率)的异常体,这些异常体被认为是地震发生的凹凸体,对地震的发生起到控制作用.在这31个大地震中,有4个地震发生在俯冲的海山处,海山即为明显的结构异常体,且有效正应力较高,是孕育大地震的高强度凹凸体.研究结果可以作为凹凸体对大地震发生起到重要作用的直接证据.在震源破裂过程研究中,共有92个大地震,研究表明断层附近存在较大的同震滑移带,推测存在高强度的凹凸体.并且,大多数地震具有显著的单侧破裂特征,而这与结构不均匀展布密切相关.破裂过程研究结果可以作为凹凸体对地震发生起到关键作用的间接证据.结构和破裂过程研究均表明,结构控制的凹凸体在大地震孕育过程中发挥着十分重要的作用.凹凸体具有高速、高阻及高力学强度的特征,更容易在长期的断层闭锁期中积聚构造应力,进而导致大地震的发生.因此,我们可以通过结构研究,利用高速、高阻异常体识别潜在的大地震凹凸体,评估断层的发震能力,从而为防震减灾工作提供重要依据.同时,我们发现凹凸体与震源机制无关,在逆冲断层、正断层和走滑断层中发挥着同样重要的作用.

日本鹿儿岛的地震对:应力影区中的凹凸体破裂

在日本南部九州鹿儿岛县西北部发生了两个浅源中等(M～6)地震。这里讨论了第一个地震(1997年3月26日)产生的应力变化对第二个地震(1997年5月13日)发生的影响。为了形成本文讨论的基础,以两步推测这两次地震的破裂特征。首先根据强地面运动数据来构建动态震源模型,然后根据得到的位错分布估计静态应力降的分布。3月地震的破裂过程简单,由单一凹凸体(高应力降区)的破裂很好地描述了。而5月地震在共轭断层上破裂了多个凹凸体。两个地震的最大静态应力降都是4MPa 左右,似乎低于日本其他板内地震的值。5月地震的震源和最大凹凸体,位于3月地震产生的应力影区之中。这样5月地震的破裂历史很难用静态应力变化模型来解释。还讨论了如流体迁移和动态应力的其他机制,但不能解释这种触发效应。本文提出,依赖于速率和状态的摩擦定律的剪切应力和正应力静态变化的耦合效应为一种可能的机制。

用局部最小复发时间勾画圣哈辛托-埃尔西诺断层带的凹凸体

南加利福尼亚圣哈辛托(SJ)-埃尔西诺(E)断层带上的局部最小复发时间 T_L(M)与历史主震的位置相关。我们把由局部频次-震级分布(在 SJ 和 E 断层带上距每点分别6和10km 以内的地震)中的 b 值和 a 值计算出的 T_L(M)定义为复发时间。我们提出用异常低的 T_L(M)值来勾画凹凸体。6次历史主震(1899～1968)中,有5次破裂了由我们完全利用现代地震目录(M≥1.2,1981.0～1998.8)的方法勾画出的4个凹凸体的实体部分。我们估算出随机发生这种相关的概率约为10^(-2)～10^(-3),这依赖于估算的方法而有所不同.看来 T_L(M)的最小值对 b 值的最小值比对 a 值的最大值依赖性更大。因此,低 b 值的位置也可用于说明凹凸体的可能位置及主震最可能发生的地点。安扎空区为圣哈辛托断层上具有低 a 值的一段,用我们的方法勾画为一个凹凸体。b 值的不均匀性在整个研究区域都很强。在10km 的距离上,b 值的范围为0.5～1.8。b 值近似为常数的体积半径 r=8±6km。我们的结果认为,在半径为几千米的体积内对 b 值及局部复发时间的详细勾图揭示出了迄今为止用传统地震活动性分析方法未能获得的有关区域地震危险性的重要信息。

活性凹凸体生物活性及其性能研究

应用活化工艺精制而成的活性凹凸体，可用作预混料活性载体及饲料活性剂，可提高动物日粮中DCP值达15％～20．45％、PER值达24．68％～26．32％，提高饲料利用率24．7％～26．32％。

利用凹凸体判断柯坪块体地震危险性

将柯坪块体作为研究对象,利用最大似然法进行b值计算,并结合利用双差定位法对柯坪块体上发生的M_(L)≥1.6地震重定位后的结果,寻找沿柯坪块体主要断裂带的凹凸体。研究发现,柯坪块体上发生地震的震中主要沿断裂带分布,沿柯坪塔格逆断裂带存在凹凸体,该区域虽已发生大地震,但依然处于高应力水平,因此初步判定沿柯坪塔格逆断裂带仍存在发生地震的危险性。

穿过具有平滑边界凹凸体的无震位错的传播

介绍了沿着有非均匀摩擦力的断层的索米格连纳位错传播的二维模式。断层滑动是由随时间缓慢增加的均匀的外界剪切应力驱动的,位错在断层平面上的最小摩擦区成核,此区域被周围较高摩擦区(凹凸体)所限制。所研究的情况是具有平滑边界且有恒定摩擦梯度特征的凹凸体。对于接近弱带摩擦的外界剪切应力值来说,由于出现凹凸体,位错的传播被缓慢降下来,只是当它越过边界时,位错前缘才以逐渐增加的速度前移。模式表明:在给定的外界剪切应力值的条件下,滑动幅度在有限的和恒定的摩擦梯度情况下比在具有陡峭边界的凹凸体情况下要大些。与传播速度不一样,滑动速率在位错过程中永远是增加的。该模式指出在什么程度上,位错受断层上摩擦分布的影响。要理解断层上摩擦不稳定性的机制,需要详细地了解滑动速率和滑动历程。

高密度地震观测揭示的2004年新潟县中部地震的凹凸体和障碍体

使用由极密集的临时地震台台网观测的余震到时,阐明了2004年新潟县中部地震主震断层的高分辨率速度结构。评估了速度结构与滑动、应力变化及余震分布的空间关系。根据运动学滑动模型,结合三维地壳结构,计算了断层上静态应力降的分布。具有低余震活动性的高速体十分接近主震的震源,并扩展到了断层的东北侧。该高速体大致与凹凸体重合,其同震滑动量和静态应力降高于周边地区。相比之下,在该高速体的浅外围观测到了负应力降区,沉积厚度向西南方向急剧增加且该区余震活动频繁。我们认为断层破坏区周围围岩的结构非均匀性具有控制主震断层动态破裂过程的显著潜势。

日本内陆地震的动态破裂过程——强弱凹凸体

对日本四次大地震动态破裂过程的重建,显示出在断层面上存在两种类型的高应力降区,即低强度剩余的高应力降区和高强度剩余的高应力降区。这里,强度剩余定义为强度和初始应力之间的差。本文把第一类高应力降区称为“弱凹凸体”或“低强度凹凸体”,把第二类叫做“强凹凸体”或“高强度凹凸体”。在本文中,对这四次日本地震的动态破裂过程的研究,是应用宫武(1992)提出的方法进行的。这四次地震是1969年的岐阜地震,1974年的伊豆半岛近海地震,1980年的伊豆半岛以东近海地震和1984年长野西部地震。宫武的方法揭示了这些地震在断层面上应力降和强度剩余不均匀分布的状况。发生在日本东南部伊豆地区的两次地震(1974年的伊豆半岛近海地震和1980年的伊豆半岛以东近海地震)的破裂过程,以“弱凹凸体”和障碍体为主。强度剩余和应力降分布似乎是互补的。从这一点来看,伊豆地区的两次地震具有比较简单的特征,尽管1980年伊豆半岛以东近海地震好像具有复杂的破裂传播过程。另一方面,发生在日本中部的两次地震更不均匀和复杂。两种类型的凹凸体和障碍体都出现了。这些地震中高应力降区的有些部分似乎与高强度区重叠,但其他部分则不然。这些不均匀特征可能是由大地构造以及构造和施加应力的不均匀性造成的。

锉削凹凸体时的尺寸控制

锉削凹凸体时的尺寸控制郁维仁凹凸体锉配的实习教学，对于技校学生来说是一个难题。因为受测量工具的限制，只能用间接测量法来控制所需的尺寸精度。学生在制作过程中，一种倾向是企图将尺寸做得十分精确，结果增大了加工难度；另一种倾向是带有盲目性，结果是锉配不合格...

地震大地测量确定凹凸体研究进展与展望

介绍了凹凸体、障碍体及其震源模式相关概念,综述了地震大地测量确定凹凸体的研究进展,主要从介质结构分布(高强度异常体)、地震活动性分析和断层滑动特性三个方面探讨凹凸体确定的技术与方法,并分析了存在的问题。对活动断层凹凸体分布的精细确定研究进行了展望,今后的研究重点是开展大地测量数据联合反演确定凹凸体分布、联合大地测量与地震、地球物理数据确定凹凸体分布以及基于机器学习方法进行凹凸体分布确定。