数值模拟方法在地震预测研究中应用的初步探讨(二).PDF

数值模拟方法在地震预测研究中应用的初步探讨(二)* 邓志辉 胡勐乾 周斌 陆远忠 陶京玲 马晓静 姜辉 李红 （中国地震局地质研究所，北京100029） 摘要：在地震危险性分析和预测研究中，随着数值模拟技术的进步和对地 球动力学过程认识的不断深入，有可能发挥越来越重要的作用。数值模拟一个 区域内部的构造变形，在正常时期与观测结果应该是比较接近的，而当局部地 方处于孕震临界失稳状态时，其实测结果就有可能与模拟结果不协调，据此有 可能为地震的中期至短期预测提供有价值的信息；应用数值模拟方法研究地震 库仑应力变化，可模拟分析各种因素对库仑应力变化的大小和分布的影响，获 得更接近实际的结果；计算机模拟合成地震目录是解决建立区域地震预测概率 模型数据不足的有效方法，未来的发展方向应该是建立更接近实际的三维动力 学模型，同时考虑多场耦合作用，模拟断层活动的规律。 关键词：地震预测 数值模拟 库仑应力 发震概率模型 变形不协调 在地震危险性分析和预测研究中，随着数值模拟技术的进步和对地球动力 学过程认识的深入，研究对象不断增加，研究思路不断创新，研究问题不断深 化。本文在数值模拟方法在地震预测研究中应用的初步探讨(一)的基础上，进 一步讨论数值模拟方法在地震预测研究的变形不协调分析、库仑应力变化分析 和发震概率模型建立方面的可能应用。 1 变形不协调分析 地震孕育是一个相当长的时间过程，在相对短的观测时间段内，很难观测到 能量积累的显著变化。试验结果表明，岩石变形进入弹性屈服阶段以后，系统处 于临界失稳状态，各质点的运动将可能偏离正常的轨迹，变得复杂化。对一个区 * 中央公益性研究院所基本科研业务专项(2060302)和国家自然科学基金项目 和资助。 1 域构造变形的动力学模拟，其结果主要反映正常的应力、应变和位移等的时空变 化。如果以区域运动背境为边界条件，模拟区域内部的构造变形，在正常时期与 观测结果应该是比较接近的，而当局部地方处于孕震临界失稳状态时，其实测结 果就有可能与模拟结果不协调，据此有可能为地震的中期至短期预测提供有价值 的信息。本文以2006 年 7 月 4 日发生在华北地区的文安5.1 级地震为例说明分 析过程。 根据中国活动地块划分及活动断裂分布，结合地壳上地幔的波速结构、地震 活动和GPS 资料等，确定模型的几何边界范围是 99.8°~121.4°E，27.9°~42.3°N， 区域总面积约为 3,840,000 平方公里（图 1）。研究区域包含的断裂分布非常密 集，为了更加准确地模拟活动断裂的运动特征，模型中加入了已知的所有活动断 裂。由于断层空间分布复杂，在建模过程中充分考虑了断层的走向及延伸的几何 形态，对其局部的细节进行一定的简化。另外，华北地区的断裂大多倾角较大， 为了简化模型及工作量，将所有断层按垂直统一处理。 图 1 研究区活动断裂分布与介质分区图 ①鄂尔多斯地块；②华北平原地块；③鲁东-黄海地块；④阿拉善地块； ⑤青藏地块；⑥燕山地块；⑦华南地块；⑧地块边界带 2 根据 Zhang Peizhen 等（2003 ）对中国大陆活动地块的划分，模型的介质 参数在每一层上划分为八个区域：鄂尔多斯地块、华北平原地块、鲁东-黄海地 块、阿拉善地块、青藏地块、燕山地块、华南地块以及地块边界带部分（图 1）。 模型在沿纵向上分为水平的 4 层，包括上地壳、中地壳、下地壳以及部分上地幔 （嘉世旭等，2005 ），总厚度为 100km。利用黄忠贤等计算得到的 1°×1°中国 大陆地区地壳上地幔波速结构（Huang Zhongxian 等，2003 ），对数据进行筛 选，求出平均值，计算得到上述八个区域分别在上地壳、中地壳、下地壳及上地 幔四层上的弹性模量（表 1）。在模型中将断层处理为软弱带，取地块介质的十 分之一。地块的泊松比取 0.25，断层带