河西地区地壳加卸载响应比图像特征和地震研究.pdfVIP

河西地区地壳加卸载响应比 图像特征与地震研究 张伯宏江在森 710054 (西安 中国地震局第j地形变监测中心) 引言 地震预报研究和实践证明，地震是积累在一定地质构造区应力的突然释放，地震过程 是一个非线性过程。地质力学理论认为，地球自转速度的变化是地壳区域应力场发生变化 的根本原因，而影响地球自转速度变化的主要因素是日月引潮力的不断地、周期性的变 化。这种不断地、周期性给地球的加载与卸载，使地壳介质发生了一系列复杂的应力与应 变的变化。大地形变就是这种变化在地表的反映，地震过程中的非线性变化信息也蕴含在 其中。大面积精密水准测量的目的就在于划定未来地震危险区，而划定地震危险区的定量 判据的确定，一直是地震预报的难题，为了研究地震孕育过程中地壳的非线性失稳信息的 空间分布图像，以寻求划定地震危险区的定量判据，本文推导出了利用地壳垂直形变资料 计算体应变的实用公式，进而建立了用地壳垂直形变资料计算加卸载响应比的模型，结合 我国西部地区的大面积水准测量资料以及跨断层水准测量资料、地震活动资料(以河西 祁连山地区为例)，对其在地震过程中的变化特征进行了初步研究。 1方法概述 1．1加卸载响应比理论 加卸载理论(尹祥础等，1 994)认为，当一个非线性系统失稳时，会出现系统对加载与 卸载响应的差别的增大．利用系统的加载响应与卸载响应的比值可定量地描述非线性系统 趋向失稳的程度。当系统所受载荷有△』)+时引起的响应增量为△R+；当系统所受载荷有 △尸一的减少(负增量)时所引起的响应变化为△尺，把R；=参和肝一参分别称为加 载响应率和卸载响应率。定义加卸载响应比为 f垒坠1 R一筹=舞 (1) I面rJ 对于潮汐体应变，因为地下基岩一般处于受压状态，若用围压作为加卸载条件，定义 当△ro，即围压增加为加载；△尸o，即围压减小为卸载。由岩石受力实验知，当岩石应 250 力一应变关系处于线性段时，Ri二=Ri，R一1或R—l时，系统处于稳定状态；当岩石应力应 变关系处于非线性段时，尺j=Ri，尺≠l，当加载响应率群大于卸载响应率Ri时，响应 比大于1；否则，响应比小于l，系统偏离稳定状态，趋于失稳。 用加卸载响应比理论解决地学问题的关键有两个：一个是必须明确对地球的某一块体 (孕震区域)的加卸载力源。本文选用日月引潮力。另一个是对加卸载响应的选择。本文选 用潮汐引起的体积应变作为对加卸载的响应。 1．2用地壳垂直形变数据计算体积应变 在一般的空间坐标系统，物质块体的任意一点M“，y，。)的位移可分解为沿坐标轴 移不同，故位移分量是点坐标的函数，为研究该点的变形情况，在其附近取出一个无限小 的单元体．设其三个棱边的长度为dz，曲，出。在受到外力作用后，小单元体的尺寸及形状 将发生变化，整个单元体的变形，可由单元体在3个坐标面上的投影形变推演。由体积应变 的定义，单元的体积应变e可表示为 e一掣 (2) 式中∥和y分别为单元变化后和原来的体积。 如果我们能得到位移分量的函数，则式(2)可表示为 P：搴+学+掣 (2a) di o， 啦 对于我们研究的地壳垂直形变场，若把研究区划分成若干个等水平截面积的小方块， 假设其中任一小块体只在垂直向上的方向上发生体积变化，则体积变化， V‘一V一¨Ⅳ(z，y)dd一＼Ih(z，，)d口 。二 。士 式中^7(1r，y)和^“，y)分别是厂和11时刻