基于闭锁剪力模式的地震危险预测重力方法研究

发布时间：2020-08-09 11:00

【摘要】：地震预测是一个公认的世界性科学难题。在我国,频发的地震给人民的生命与财产安全带来了巨大的威胁。因此对地震预测进行持续且深入的研究是减轻地震灾害损失、保护人民生命财产安全的必由之路。地震预测须依据前兆,前兆是地震前观测到的预示地震将要发生的信号。地震预测实践表明,流动重力观测是我国中期地震预测的重要手段,具备一定程度捕获地震前兆的能力。震例总结表明,强震或大震前往往出现典型的重力场变化图像(可称之为“重力前兆”):重力变化梯度带或高值与低值交替变化的四象限图像,且未来震中位于重力正负变化转换处(如重力变化零值线)或相对低值的区域。如何对这一现象做出解释,并利用其对地震进行具有物理基础的预测是目前面临的关键问题之一。申重阳等(2011)根据姚安地震前重力变化的四象限分布特征,发现孕震过程中“孕震体”先存的闭锁剪力与震源机制显示的同震剪应力具有物理上的一致性,进而提出了“闭锁剪力模式”,为解释上述典型重力变化特征提供了理论基础。那么,如何对“闭锁剪力模式”进行量化,并据此建立相应的地震预测理论与方法成为了亟需解决的关键问题。为此,本论文主要针对数十年重力观测震例总结给出的典型重力变化前兆特征,发展研究基于闭锁剪力模式的地震重力预测方法,为地震重力预测提供定量化的实用技术。论文主要研究工作及成果贡献如下:(1)基于“闭锁剪力模式”,利用定量地震学的震源动力学理论,建立了闭锁剪力模式的数学物理模型。根据构造性地震的双力偶机制,可以用一个假想的“等效位错”来描述孕震源中存有的闭锁剪力。对孕震体的“等效位错”可利用同震位错理论公式进行计算,从而进一步计算孕震体的等效地震矩(能量)。(2)利用Okubo位错理论给出了模拟与反演确定“等效位错”模型参数的方法。模型参数可分为两类——力学参数与几何参数;通过理论模拟研究给出了基于震前重力场变化图像的几何参数选取方法;对无法直接从图像获取的力学参数,考虑到流动重力观测数据中存在的粗差,选取稳健—贝叶斯最小二乘法进行反演。(3)基于上述研究,以姚安6.0地震和汶川8.0地震为例,研究了基于闭锁剪力模式的地震危险预测方法:(1)为验证模型及参数选取方案的合理性,以2008年汶川Ms8.0地震和2009年姚安Ms6.0地震为例,基于震区附近多年的流动重力数据所识别的典型重力变化图像,进行了“等效位错”模型参数的反演研究。(2)模型的正演模拟结果表明,汶川地震与姚安地震的震前重力场动态变化分别对应倾滑与走滑型“等效位错”产生的地表重力变化。通过这两个区域的震前重力场动态变化图像的特点确定了模型的几何参数的初值;并通过稳健—贝叶斯最小二乘反演得到其分别对应的力学参数。并通过模型参数计算了孕震能量。(3)将“等效位错”对应的孕震能量与实际发震情况进行对比,结果表明:汶川地震孕震能量相当于Mw8.0,接近于实际发震的矩震级Mw7.9;姚安地震孕震能量相当于Mw5.9,接近于实际发震矩震级Mw5.7。表明本文的参数选取方案具有一定的合理性与有效性。(4)震例研究结果表明,基于闭锁剪力模式的地震危险预测方法可对大陆构造性地震的震级、震源力学特性进行较好预测,并可用于圈定未来强震发生地点,经进一步完善,可成为基于重力场图像开展地震预测提供有效途径和潜在快速数值预测方案。
【学位授予单位】：中国地震局地震研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P315.7
【图文】：

监测网,全图,重力

黄浩哲：基于闭锁剪力模式的地震危险预测重力方法研究像，如 1975 年海城地震的前震[12]。⑤地下水特性，如日本伊豆—大地震前地下水中的氡气含量减少、水温降低[13]。⑥重力变化，如 1地震前后的重力测量发现均存在重力变化[14]；1965 至 1967 年，在日动期间，Kisslinger[15]对重力进行了观测，发现在地震前后，均存在；在 1976 年唐山地震前后，李瑞浩发现震前重力场呈现上升再下降象，并提出了对应的孕震机理[16]。流动重力监测网自 20 世纪 60 年代起，范围遍布全国，每年观测一大多已积累了 20-30 年的重复测量数据，是目前我国地震中期预测的截止 2017 年底，已形成覆盖全国的 101 个绝对重力点、约 4000 个点和 80 个连续重力台站的中国地震重力监测网（图 1.1），获取中国化资料，为地震灾害监测预测提供了数据基础。其中重点监测区（及新疆）开展每年 2 期观测，一般地区开展每年 1 期观测。

重力变化,震前

这与地震的发生有着千丝万缕的联系。年唐山 Ms7.8 级地震等[19]于1976年唐山地震前后对震中以北始于黄庄终于乐亭次重力测量。考虑水准测量的结果可知，地表高程变化所产力测量结果相去甚远，因此高程变化并不是影响重力变化的程引起的重力变化小于自由空气效应，过于微弱，同样不经过陈运泰等人的细致分析，提出了地壳和上地幔内的质力变化的猜想。李瑞浩等[16]分析了从 1971 年起至 1979 年唐山地区附近的重力观测数据，并进行重力差分变化研究。正之后，发现①震前五至三年，震区附近的重力场出现明显缓慢上升的趋势，这可能是莫霍面上隆的结果；②震前三度进一步加快，这可能与震前的濡滑效应有关；③震前一化突然开始出现负变化，即重力场的上升趋势进一步减缓度恢复到震前五至三年的水平，这可能说明该区域回复到中。这一结果说明了震前重力变化可能在时间进程上满足某

变化图,于田,力场,变化图

在震前，整个区域均存在明显的重力变化，但震中附近区域平均 30 Gal）要远小于某些远离震中的区域（其峰值为 123 Gal）化的方向上，震中区域也与远离震中的区域有所不同。即震前震中呈现负异常，在震后变化速率依旧不变；远离震中的区域震前重力，这一异常在震后变化速率降低。这一研究表明震前重力场在空间现出一定的异常。08 年于田 Ms7.3 级地震重阳等[21]分析了于田 Ms7.3 级地震震前从 1998 年起至 2007 年共计流动重力网观测数据，并从重力场差分变化图像中发现震中北部存重力变化区，震中南部和东部存有一个下降的重力变化区；空间上震中分界的一个大范围的重力变化梯度带，最大重力变化达到了 200进程的角度来说，震前重力场变化呈现与唐山地震相似的先缓慢增长，进而增长速度减慢的过程。这一研究表明，重力数据中包含了信息，且持续越是长久越是巨大的重力变化可能反映了越是强大的

【参考文献】