基于人工合成地震目录的地震发生概率初步分析
发布时间：2021-10-31 19:56
统计分析历史地震数据和记录的区域地震活动而得到区域地震复发间隔及地震发生概率是地震危险性分析的关键环节,其结果的好坏强烈依赖于使用的地震目录数据的完整性.而现有的地震目录往往记录时间较短或不完备.因此如果能够用基于物理的数值模拟方法形成更长时间尺度的人工合成地震目录,并且模拟结果能够与变形、地震活动等观测数据吻合,这样的人工合成地震目录有助于我们进一步理解地震活动特点以及分析地震危险性.文章以青藏高原东北缘为例,建立区域的三维黏弹塑性有限元模型,模拟了区域断层系统的地震循环和地震序列的时空演化,获得了万年时间尺度的人工合成地震目录.在模型满足区域地球动力学背景的基础上,根据模拟的人工合成地震目录分析了青藏高原东北缘各断层上不同位置、不同震级的地震复发特征,以及长期平均的地震发生概率,为区域地震危险性评估提供参考,为基于物理的地震数值预报工作提供基础.
【文章来源】：中国科学:地球科学. 2020,50(07)北大核心CSCD
【文章页数】：15 页
【部分图文】：
青藏高原东北缘地区构造背景
初始应力条件对地球动力学数值模拟是非常重要的(Zhu和Zhang,2013;祝爱玉等,2015),而由于地球介质的复杂性和内部的不可入性(陈运泰,2009),初始应力又是难以确定和约束的.在地震循环过程中,地壳的应力状态主要有构造加载、地震卸载和震后应力调整阶段,而这几个阶段均是在背景应力场的基础上发生的,且这几个阶段导致的应力变化,对于背景应力场来说,是一个相对小的量(比如,平均的上地壳背景应力场或构造应力场的剪切应力一般有几十个MPa,而地震导致的平均剪切应力变化一般为几个MPa,甚至更小(Kanamori和Anderson,1975).本研究的动力学模型中,模型的初始时刻是静岩应力场(Luo和Liu,2010;孙云强和罗纲,2018).随着构造的持续加载,应力逐渐积累,并在模型时间约五万年左右达到稳态加载的状态(应力状态随时间、加载而处于相对稳定变化的状态.从材料的弹塑性角度,即模型进入塑性变形且达到了稳定加载的状态).这个稳态加载的状态就是模型模拟的背景应力场.模型进入稳态加载之后的震间速度场可以与观测的震间GPS速度场进行比较(孙云强和罗纲,2018),其应力场可以与地震的震源机制进行对比(孙云强等,2019),并且对比结果都较好.在模型结果与观测数据资料的对比结果较好的时候,我们可以认为模型能较好地反映区域的地质构造运动情况及符合区域的地球动力学背景(石耀霖等,2018),从而我们可以计算得到区域的人工合成地震目录.
在背景应力场的基础上,我们模拟了区域的地震循环和地震序列的时空演化,人工合成了区域几万年的地震目录(图4).我们通过计算这个人工合成的地震目录是否满足震级-频度关系(G-R关系)来检验其合理性.震级-频度关系表示地震震级与地震发生的累积次数存在线性的负相关关系(Gutenberg和Richter,1944),是地震活动普遍遵循的最重要的统计关系之一(Gutenberg和Richter,1944;Wiemer和Wyss,2000;Schorlemmer和Wiemer,2005;Parsons,2007),因此人工合成地震目录是否满足这个关系可以作为检验其是否正确、完备、合理的一个重要标准.图5为我们根据人工合成的地震目录(图4)计算得到的震级-频度关系,可以看到模型计算的地震活动在震级大于Mw5.5(最小完备震级Mc=5.5)的时候是满足G-R关系的,用最小二乘法计算b=1.01(图5a).我们也用中国地震台网中心提供的区域2008～2017年的统一正式目录(仪器观测地震目录)计算了区域的b值,结果显示,Mc=1.2,b=0.96(图5b).可见由人工合成地震目录与仪器记录地震目录计算得到的区域b值是比较一致的,并且b值大小都近似于全球的平均b值1.0(Nuannin等,2005;El-Isa和Eaton,2014).因此可以认为我们计算的人工地震目录反映了区域的地震活动情况.4.3 模型断层系统的地震复发特征
【参考文献】：
期刊论文
[1]青藏高原东北缘断层系统的大地震迁移概率及断层滑动速度的分段特征[J]. 孙云强,罗纲,尹力,石耀霖. 地球物理学报. 2019(05)
[2]青藏高原东缘岩石圈结构对现今地表垂向运动影响的数值分析[J]. 庞亚瑾,程惠红,张怀,石耀霖. 地球物理学报. 2019(04)
[3]青藏高原东缘中下地壳流与地壳变形[J]. 尹力,罗纲,孙云强. 地球物理学报. 2018(10)
[4]关于我国地震数值预报路线图的设想——汶川地震十周年反思[J]. 石耀霖,孙云强,罗纲,董培育,张怀. 科学通报. 2018(19)
[5]青藏高原东北缘地震时空迁移的有限元数值模拟[J]. 孙云强,罗纲. 地球物理学报. 2018(06)
[6]关于推进数值地震预测的思考[J]. 黄辅琼,张晓东,曹则贤,李建平,李世海. 国际地震动态. 2017(04)
[7]安宁河-则木河-小江断裂带应力状态分段特征的数值模拟研究[J]. 祝爱玉,张东宁,蒋长胜. 中国科学:地球科学. 2015(12)
[8]中国大陆的活动断裂、地震灾害及其动力过程[J]. 张培震,邓起东,张竹琪,李海兵. 中国科学:地球科学. 2013(10)
[9]新版地震区划图地震活动性模型与参数确定[J]. 潘华,高孟潭,谢富仁. 震灾防御技术. 2013(01)
[10]深地震反射剖面揭示的海原断裂带深部几何形态与地壳形变[J]. 王海燕,高锐,尹安,熊小松,匡朝阳,李文辉,黄薇漪. 地球物理学报. 2012(12)
博士论文
[1]川滇地区地震危险性预测模型[D]. 程佳.中国地震局地质研究所 2017
本文编号：3468757
【文章来源】：中国科学:地球科学. 2020,50(07)北大核心CSCD
【文章页数】：15 页
【部分图文】：
青藏高原东北缘地区构造背景
初始应力条件对地球动力学数值模拟是非常重要的(Zhu和Zhang,2013;祝爱玉等,2015),而由于地球介质的复杂性和内部的不可入性(陈运泰,2009),初始应力又是难以确定和约束的.在地震循环过程中,地壳的应力状态主要有构造加载、地震卸载和震后应力调整阶段,而这几个阶段均是在背景应力场的基础上发生的,且这几个阶段导致的应力变化,对于背景应力场来说,是一个相对小的量(比如,平均的上地壳背景应力场或构造应力场的剪切应力一般有几十个MPa,而地震导致的平均剪切应力变化一般为几个MPa,甚至更小(Kanamori和Anderson,1975).本研究的动力学模型中,模型的初始时刻是静岩应力场(Luo和Liu,2010;孙云强和罗纲,2018).随着构造的持续加载,应力逐渐积累,并在模型时间约五万年左右达到稳态加载的状态(应力状态随时间、加载而处于相对稳定变化的状态.从材料的弹塑性角度,即模型进入塑性变形且达到了稳定加载的状态).这个稳态加载的状态就是模型模拟的背景应力场.模型进入稳态加载之后的震间速度场可以与观测的震间GPS速度场进行比较(孙云强和罗纲,2018),其应力场可以与地震的震源机制进行对比(孙云强等,2019),并且对比结果都较好.在模型结果与观测数据资料的对比结果较好的时候,我们可以认为模型能较好地反映区域的地质构造运动情况及符合区域的地球动力学背景(石耀霖等,2018),从而我们可以计算得到区域的人工合成地震目录.
在背景应力场的基础上,我们模拟了区域的地震循环和地震序列的时空演化,人工合成了区域几万年的地震目录(图4).我们通过计算这个人工合成的地震目录是否满足震级-频度关系(G-R关系)来检验其合理性.震级-频度关系表示地震震级与地震发生的累积次数存在线性的负相关关系(Gutenberg和Richter,1944),是地震活动普遍遵循的最重要的统计关系之一(Gutenberg和Richter,1944;Wiemer和Wyss,2000;Schorlemmer和Wiemer,2005;Parsons,2007),因此人工合成地震目录是否满足这个关系可以作为检验其是否正确、完备、合理的一个重要标准.图5为我们根据人工合成的地震目录(图4)计算得到的震级-频度关系,可以看到模型计算的地震活动在震级大于Mw5.5(最小完备震级Mc=5.5)的时候是满足G-R关系的,用最小二乘法计算b=1.01(图5a).我们也用中国地震台网中心提供的区域2008～2017年的统一正式目录(仪器观测地震目录)计算了区域的b值,结果显示,Mc=1.2,b=0.96(图5b).可见由人工合成地震目录与仪器记录地震目录计算得到的区域b值是比较一致的,并且b值大小都近似于全球的平均b值1.0(Nuannin等,2005;El-Isa和Eaton,2014).因此可以认为我们计算的人工地震目录反映了区域的地震活动情况.4.3 模型断层系统的地震复发特征
【参考文献】：
期刊论文
[1]青藏高原东北缘断层系统的大地震迁移概率及断层滑动速度的分段特征[J]. 孙云强,罗纲,尹力,石耀霖. 地球物理学报. 2019(05)
[2]青藏高原东缘岩石圈结构对现今地表垂向运动影响的数值分析[J]. 庞亚瑾,程惠红,张怀,石耀霖. 地球物理学报. 2019(04)
[3]青藏高原东缘中下地壳流与地壳变形[J]. 尹力,罗纲,孙云强. 地球物理学报. 2018(10)
[4]关于我国地震数值预报路线图的设想——汶川地震十周年反思[J]. 石耀霖,孙云强,罗纲,董培育,张怀. 科学通报. 2018(19)
[5]青藏高原东北缘地震时空迁移的有限元数值模拟[J]. 孙云强,罗纲. 地球物理学报. 2018(06)
[6]关于推进数值地震预测的思考[J]. 黄辅琼,张晓东,曹则贤,李建平,李世海. 国际地震动态. 2017(04)
[7]安宁河-则木河-小江断裂带应力状态分段特征的数值模拟研究[J]. 祝爱玉,张东宁,蒋长胜. 中国科学:地球科学. 2015(12)
[8]中国大陆的活动断裂、地震灾害及其动力过程[J]. 张培震,邓起东,张竹琪,李海兵. 中国科学:地球科学. 2013(10)
[9]新版地震区划图地震活动性模型与参数确定[J]. 潘华,高孟潭,谢富仁. 震灾防御技术. 2013(01)
[10]深地震反射剖面揭示的海原断裂带深部几何形态与地壳形变[J]. 王海燕,高锐,尹安,熊小松,匡朝阳,李文辉,黄薇漪. 地球物理学报. 2012(12)
博士论文
[1]川滇地区地震危险性预测模型[D]. 程佳.中国地震局地质研究所 2017
本文编号：3468757
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