利用加卸载响应比探查强震成核过程——以2020年新疆伽师6.4级地震为例

加卸载响应比(LURR)是基于非均匀脆性介质损伤演化提出的一种中短期地震预测方法,以往的研究中多以地震活动为响应量计算LURR,地球物理观测资料应用较少.本文基于地下流体、地壳形变、电磁、岩石地温等观测资料,运用加卸载响应比(LURR)方法研究2020年新疆伽师6.4级地震的孕育过程.震中300 km范围内的20个观测台站中,11个台站数据计算得到的LURR时间序列呈现明显规律性特征.震前数月-数天都出现相对异常高值,并在回落后发生地震,演化过程与使用震中200 km范围内小震活动计算的LURR时间序列一致.不同观测资料所得LURR异常阈值分别为:地下水位1.02、岩石地温1.0002、倾斜仪1.005、水温1.02、氢气1.02、地电阻率1.01、地磁1.02、小震活动1.5.从异常台站的空间分布上看,存在向震中迁移的过程,即随着主震发生时间的临近,检测到异常的台站位置与震中之间的距离越小,且在震中附近呈现加速过程.LURR异常的时空演化可能与岩石介质的亚失稳有关,反映了大震前震源区介质的成核弱化和加速破裂过程.上述演化过程可以通过原始观测曲线中记录的异常数量、空间分布及其随时间的演化加以证实.

乌什M_(S)7.1地震前地倾斜、地应变加卸载响应比异常分析

基于岩石应力的本构关系,以2024年1月23日乌什M_(S)7.1地震前震中及周边500 km范围内地倾斜、地应变数据作为“响应量”,利用库伦应力触发模型的加卸载响应比方法进行计算,结果显示,乌什洞体应变等3个测项均出现震前LURR异常,这表明震源区介质存在明显的应力积累过程,同时也说明从倾斜、应变的潮汐频段中能够提取出地震预测的有效信息。

于田地区强震前加卸载响应比异常及强震复发间隔

21世纪以来,于田地区发生了4次MS≥6.0地震,包括两次MS7.3地震,引起广泛关注.我们基于加卸载响应比方法 (Load-Unload Response Ratio, LURR),以地震目录(来自中国地震台网中心)为资料,对2008-2020年于田地区4次强震进行分析.结果显示,4次地震前,均在震源区及附近检测到LURR异常,且震前LURR异常空间分布随时间的变化过程类似.强震发生滞后于LURR异常峰值:2008年MS7.3、2014年MS7.3及2020年MS6.4地震,滞后于LURR异常峰值1~2 a;2012年MS6.2地震发生于LURR异常峰值后半年.相邻的民丰地区,1924年发生了MS7.3和MS7.2地震,于田-民丰地区强震较为活跃.我们基于地震导致的地壳介质损伤的平板模型,探索于田及周边地区的强震复发特征.得到于田-民丰地区长期的损伤-愈合速率为3.86×10^(-4)/a.基于单次M 7.5地震造成的损伤,估算这一区域7.5级左右地震的复发间隔约50 a.本文对于田地区强震前介质特征的变化,及区域强震复发间隔提出新的认识.

冲击荷载下加卸载效应对冲击性岩石力学特性的影响

为研究矿井基本顶周期来压对冲击性矿柱动力学特性的影响,采用一维动静组合加载SHPB实验装置对循环加卸载预处理过的冲击性砂岩开展动态冲击实验,实验中预先设置3种不同的轴向循环阈值:6、12、18 MPa,然后进行不同冲击气压条件下的动态压缩实验。探讨了不同循环阈值和冲击气压下冲击性砂岩动态力学响应特性、能量演化规律及碎块分布特征。研究结果表明:岩样动态应力−应变曲线整体划分为弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段。动态应力−应变曲线起始阶段近似直线,不存在静态单轴压缩中的裂隙压密阶段。平均动态抗压强度、平均动态弹性模量和平均动态变形模量随循环阈值增大先增大后减小;而平均动态峰值应变随循环阈值增大先减小后增大。临界阈值处岩样平均动态抗压强度、平均动态弹性模量和平均动态变形模量最大,平均动态峰值应变最小。反射能和耗散能密度随循环阈值增大先减小后增大;而透射能随循环阈值增大先增大后减小。临界阈值处岩样反射能和耗散能密度最小,透射能最大。冲击荷载下岩样呈4种破坏形态:粉碎破坏、岩块碎裂、岩块侧面剥落脱离、岩块劈裂。各冲击气压下岩样分形维数随循环阈值增大先减小后增大,随耗散能密度增加呈非线性增长。冲击性岩石致密性越好,冲击破坏时剧烈程度越弱,碎块块度越大,耗散能密度越小,分形维数越小。研究结果表明矿井基本顶周期来压小于冲击性矿柱损伤门槛值时,周期来压可提高岩层密实性,进而影响动态冲击时的破坏程度。

2020年6月26日于田MS 6.4地震前Benioff应变和地电场加卸载响应比异常研究

加卸载响应比(Load/Unload Response Ratio,LURR)是根据岩石介质本构关系的动态演化特征提出的地震预测方法。2020年6月26日新疆于田县发生6.4级地震,震前以Benioff应变为响应量观测到明显的LURR高值异常,异常出现于2019年初,持续1年后发生地震,意味着震源区介质的应力状态在2019年发生了明显改变。进一步,以地电场为响应量,计算了距震中280km的和田地电场长、短极距共6个测向的LURR异常时序曲线,结果表明:和田地电场长、短极距的NS向和NW向共4个测向在震前1~3个月出现了LURR异常逐渐增大的同步变化,这种现象可能反映了孕震区介质因微裂隙的产生和扩展导致流体在裂隙中的运移引起的动电效应。综合分析2种不同响应量的LURR异常演化特征,有助于更深入地认知地震孕育过程,更准确地评估地震活动趋势。

四川地区2019年11月5日地磁加卸载响应比异常分析

针对2019年11月5日四川地区出现的地磁加卸载响应比异常现象,通过初步异常判断、仪器运行状态检查、观测资料可靠性检查、环境干扰调查、高压直流输电情况调查、磁扰活动影响分析和台站基础数据对比,综合认为该日出现的地磁加卸载响应比的异常受外界干扰可能性很小,该日异常是地震前兆异常的可能性较大;结合地磁加卸载响应比法的震例总结和预测指标,认为此次异常出现后的约6个月,阈值线附近区域存在发生M_(S)≥5.0中强地震的可能。

江苏地磁加卸载响应比的异常标志体系

应用曾小苹等人提出的地磁加卸载响应比法 ,研究了江苏地磁台网 1 983～ 1 997年的加卸载响应比异常及其间台网内和网缘附近 MS4.6以上地震之间的关系 ,提出了适用于江苏地磁台网分析预报的标志体系 。

边坡在地震作用下的加卸载响应规律研究

将作用在边坡上的地震力视为对边坡的加卸载,应用动力有限单元法和加卸载响应比理论开展边坡的全时程动力分析,建立了地震边坡加卸载响应模型,以边坡位移、位移速度、位移加速度为响应参数讨论了地震过程中边坡加卸载响应比的变化,提出了以加卸载响应比判断地震边坡稳定性的新思路,研究结论可推广应用于所有具有周期荷载特征的边坡动力稳定性分析。

井水位固体潮加卸载响应比的地震短临前兆

从岩石的应变与应力的非线性响应分析了井水位固体潮加卸载响应比的物理机理，分析了承压井含水层对固体潮体应变的响应，给出了计算井水位固体潮加卸载响应比的两种方法，并以距菏泽５．９级地震震中较近的豫０１井为例，计算了该井水位对固体潮体应变的响应率和两种固体潮加卸载响应比．

加卸载响应比──一种新的地震预报方法

引入一个能够定量反映非线性系统不稳定程度的新参数──加卸载响应比Ｙ，这一参数可以用于地震及其它地质灾害的预测．对里氏震级４—８级地震进行后验性震例检验的结果表明，８０％以上的震例，在地震前Ｙ值均显著大于１．这一方法已预测出几次发生在中国大陆的中强地震及１９９４年１月１７日的美国洛杉矶６．６级地震．

加卸载响应比(LURR)理论的实验研究

利用大尺度岩石试件破坏声发射实验 ,对加卸载响应比 (Load UnloadResponseRatio)理论进行了实验研究。实验采用的加载条件力求能够模拟地下岩石的复杂受力过程。在加载过程中 ,岩石试件内部出现的损伤用声发射技术进行了记录。实验数据经过分析之后所得的结论与加卸载响应比理论预测的结果相符合。把加卸载响应比值Y的变化情况与声发射事件定位的过程相对比 ,也可以进一步看出岩石材料内部的损伤发展过程与加卸载响应比Y值的变化具有一致性。而高Y值的异常情况出现 ,又是在材料发生最终破坏之前 ,所以 ,可以用加卸载响应比理论定量地分析岩石试件损伤演化情况 ,从而对岩石材料的破坏及地震做出预测。实验结果再一次验证了加卸载响应比理论。

国产PVDF压电薄膜的冲击加载及卸载响应研究

对两种厚度的国产PVDF压电薄膜,用轻气炮和激波管进行了冲击加载应力 电荷曲线的标定,并与其它若干种国内外的PVDF标定曲线进行了对比和分析;采用阶梯卸载和同时测量质点速度的方法,研究了PVDF压电薄膜的冲击卸载响应特性,发现有明显的滞后效应存在。

模拟引潮力作用下的岩石破裂特征──加卸载响应比理论的实验研究之一

根据加卸载响应比理论，选用纵波速度作为响应参数，在实验室内，在模拟构造应力和引潮力的共同作用下，使岩石失稳破裂．在整个过程中测量纵波在岩石中的走时或速度，发现加卸载响应比Ｙ的值，在系统稳定时近于１；而在失稳前，逐渐增加，最大可达到１０．实验结果和理论预测曲线非常相近．认为可用纵波速度的响应比来表示岩石系统的稳定程度．

模拟引潮力作用下岩石破坏前兆的实验研究——加卸载响应比(LURR)理论和能量加速释放(AER)

大地震前加卸载响应比升高和能量加速释放这2种现象可以用来对地震进行中期预报。同时,加卸载响应比升高和能量加速释放有相同的物理机制。实验对于揭示地壳岩石的变形和破坏规律是非常重要的。在三轴应力条件下进行了岩石破坏声发射实验,声发射技术是研究岩石变形破坏微观机理的重要手段。为了模拟日月引潮力对地球的加载和卸载作用,在一常数加载率的轴向压力作用下,叠加上微小的正弦扰动,力求能够模拟地下岩石复杂的受力状态。实验过程中记录到大量的声发射信息,声发射记录包括声发射发生的时间、空间坐标和振幅,它能够反映岩石试件内部每一个损伤(微裂纹)发生的时间、地点和强度。利用声发射记录系统地分析了岩石试件破坏前能量释放及加卸载响应比的演化情况,结果显示,岩石试件宏观破坏前出现了能量加速释放及加卸载响应比剧增这2种前兆现象,从而对地震临界点理论给予了实验支持,同时也为地震预测提供了实验依据。

加卸载响应比的时空演变特征及其对地震三要素的预测意义

研究了强地震前加卸载响应比（Ｙ）的时空演变特征．对一系列震例进行了研究后发现；地震前震中周围的高Ｙ区从不同方向向地震震中区迁移、会聚．据此，提出了运用Ｙ的时空演变确定地震三要素的方法．运用此方法对滇西地区的地震趋势进行了预测．在该区发生的１９９５年７月１２日云南孟连７．３级地震的时空强三要素与我们的预测基本相符．

降雨型堆积层滑坡的加卸载响应比特征及其预测作用与意义

应用加卸载响应比理论对长江三峡库区典型降雨型堆积层滑坡的位移失稳规律、加卸载动力学作用过程与特点等进行了系统研究,确定了该类滑坡加卸载参数及加卸载响应参数,建立了加卸载响应比预测模型。以新滩滑坡分析为例,运用加卸载响应比预测模型对新滩边坡关键部位监测点A3,B3进行了加卸载响应比计算,发现该两点的加卸载响应比时序曲线均在边坡失稳前发生突变,其突变时间与边坡实际失稳时间完全吻合。证明了加卸载响应比理论是可应用于中、短期预报堆积层滑坡的一种有效方法。

加卸载响应比的数值模拟

用数值模型来模拟和验证加卸载响应比（ＬＵＲＲＬｏａｄ／Ｕｎｌｏａｄ ＲｅｓｐｏｎｓｅＲａｔｉｏ）理论．编制非均匀各向异性材料宏细观损伤破坏程序，模拟固体材料在损伤破坏时的加卸载过程，证实了加卸载响应比理论的正确性．结果表明，ＬＵＲＲ这一反映地球介质临近破坏的指标，也可以用来预测材料的破坏．同时讨论了一些参数（如均匀程度和脆性程序）对ＬＵＲＲ的影响，发现材料越呈脆性，或越均匀，ＬＵＲＲ值上升得越晚，曲线越陡．该结果对用ＬＵＲＲ指标预测地震具有一定启发．

美国加州地区地震前加卸载响应比的时空演化特征及预测意义

对美国加州地区 1 976～ 1 994年 6级以上强震的加卸载响应比的时空演化过程进行了系统分析 ,指出该地区强震前响应比在震前 3～ 4年开始大范围出现与该地区的区域构造走向一致的高 Y区 ,高 Y区以每年数十公里的速率向震中附近地区收缩 .震中附近地区的响应比异常主要呈“升—降”型特征 ,多数地震在震前 1年内响应比才升高 ,并且上升曲线较陡 .该区内正地震一般形成丛集区 ,主震发生在正地震丛集区内或边缘 .在分析美国加州地区地震与中国大陆地区地震特征异同的基础上 ,讨论了如何应用响应比的时空演变特征 ,对美国加州地区强地震三要素 (地点、时间、强度 )的中期预测进行估计的步骤与方法 .

样本条件对加卸载响应比计算结果的影响分析

基于随机 Ｐｏｉｓｓｏｎ 模型和 Ｇｕｔｅｎｂｅｒｇ Ｒｉｃｈｔｅｒ 关系， 构造在 １０ 年尺度内样本量从 ３００ 到５ ０００ 的若干组模拟地震数据，计算分析各种样本条件下的加卸载响应比 Ｙ时间进程变化。结果表明，计算样本的震级上限 Ｍ ｔ 相对于ｌｏｇ Ｎ Ｍ 关系中拟合线性外推最大震级 Ｍ Ｔ 的变化对 Ｙ的异常分布有一定影响，其影响随地震样本量从小到大而明显减小。当滑动计算时间窗内地震样本为几十个量级， Ｍ ｔ 取为 Ｍ Ｔ － １．５（或至 ２．０）时，随机出现 Ｙ 大于 ２．０ 的高值异常分布频度明显降低。而当地震样本量达到上百个以上量级， Ｍ ｔ 取为 Ｍ Ｔ － ０．０（或 ０．５）时， Ｙ大于 ２．０ 的高异常值随机出现频度即极低。在实际地震资料的 Ｙ 计算中若注意 Ｍ ｔ 的选取后，其结果的稳定性和异常的可信度将得到显著提高。