【摘要】：地震預(yù)測是一個(gè)公認(rèn)的世界性科學(xué)難題。在我國,頻發(fā)的地震給人民的生命與財(cái)產(chǎn)安全帶來了巨大的威脅。因此對地震預(yù)測進(jìn)行持續(xù)且深入的研究是減輕地震災(zāi)害損失、保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全的必由之路。地震預(yù)測須依據(jù)前兆,前兆是地震前觀測到的預(yù)示地震將要發(fā)生的信號。地震預(yù)測實(shí)踐表明,流動(dòng)重力觀測是我國中期地震預(yù)測的重要手段,具備一定程度捕獲地震前兆的能力。震例總結(jié)表明,強(qiáng)震或大震前往往出現(xiàn)典型的重力場變化圖像(可稱之為“重力前兆”):重力變化梯度帶或高值與低值交替變化的四象限圖像,且未來震中位于重力正負(fù)變化轉(zhuǎn)換處(如重力變化零值線)或相對低值的區(qū)域。如何對這一現(xiàn)象做出解釋,并利用其對地震進(jìn)行具有物理基礎(chǔ)的預(yù)測是目前面臨的關(guān)鍵問題之一。申重陽等(2011)根據(jù)姚安地震前重力變化的四象限分布特征,發(fā)現(xiàn)孕震過程中“孕震體”先存的閉鎖剪力與震源機(jī)制顯示的同震剪應(yīng)力具有物理上的一致性,進(jìn)而提出了“閉鎖剪力模式”,為解釋上述典型重力變化特征提供了理論基礎(chǔ)。那么,如何對“閉鎖剪力模式”進(jìn)行量化,并據(jù)此建立相應(yīng)的地震預(yù)測理論與方法成為了亟需解決的關(guān)鍵問題。為此,本論文主要針對數(shù)十年重力觀測震例總結(jié)給出的典型重力變化前兆特征,發(fā)展研究基于閉鎖剪力模式的地震重力預(yù)測方法,為地震重力預(yù)測提供定量化的實(shí)用技術(shù)。論文主要研究工作及成果貢獻(xiàn)如下:(1)基于“閉鎖剪力模式”,利用定量地震學(xué)的震源動(dòng)力學(xué)理論,建立了閉鎖剪力模式的數(shù)學(xué)物理模型。根據(jù)構(gòu)造性地震的雙力偶機(jī)制,可以用一個(gè)假想的“等效位錯(cuò)”來描述孕震源中存有的閉鎖剪力。對孕震體的“等效位錯(cuò)”可利用同震位錯(cuò)理論公式進(jìn)行計(jì)算,從而進(jìn)一步計(jì)算孕震體的等效地震矩(能量)。(2)利用Okubo位錯(cuò)理論給出了模擬與反演確定“等效位錯(cuò)”模型參數(shù)的方法。模型參數(shù)可分為兩類——力學(xué)參數(shù)與幾何參數(shù);通過理論模擬研究給出了基于震前重力場變化圖像的幾何參數(shù)選取方法;對無法直接從圖像獲取的力學(xué)參數(shù),考慮到流動(dòng)重力觀測數(shù)據(jù)中存在的粗差,選取穩(wěn)健—貝葉斯最小二乘法進(jìn)行反演。(3)基于上述研究,以姚安6.0地震和汶川8.0地震為例,研究了基于閉鎖剪力模式的地震危險(xiǎn)預(yù)測方法:(1)為驗(yàn)證模型及參數(shù)選取方案的合理性,以2008年汶川Ms8.0地震和2009年姚安Ms6.0地震為例,基于震區(qū)附近多年的流動(dòng)重力數(shù)據(jù)所識別的典型重力變化圖像,進(jìn)行了“等效位錯(cuò)”模型參數(shù)的反演研究。(2)模型的正演模擬結(jié)果表明,汶川地震與姚安地震的震前重力場動(dòng)態(tài)變化分別對應(yīng)傾滑與走滑型“等效位錯(cuò)”產(chǎn)生的地表重力變化。通過這兩個(gè)區(qū)域的震前重力場動(dòng)態(tài)變化圖像的特點(diǎn)確定了模型的幾何參數(shù)的初值;并通過穩(wěn)健—貝葉斯最小二乘反演得到其分別對應(yīng)的力學(xué)參數(shù)。并通過模型參數(shù)計(jì)算了孕震能量。(3)將“等效位錯(cuò)”對應(yīng)的孕震能量與實(shí)際發(fā)震情況進(jìn)行對比,結(jié)果表明:汶川地震孕震能量相當(dāng)于Mw8.0,接近于實(shí)際發(fā)震的矩震級Mw7.9;姚安地震孕震能量相當(dāng)于Mw5.9,接近于實(shí)際發(fā)震矩震級Mw5.7。表明本文的參數(shù)選取方案具有一定的合理性與有效性。(4)震例研究結(jié)果表明,基于閉鎖剪力模式的地震危險(xiǎn)預(yù)測方法可對大陸構(gòu)造性地震的震級、震源力學(xué)特性進(jìn)行較好預(yù)測,并可用于圈定未來強(qiáng)震發(fā)生地點(diǎn),經(jīng)進(jìn)一步完善,可成為基于重力場圖像開展地震預(yù)測提供有效途徑和潛在快速數(shù)值預(yù)測方案。
【學(xué)位授予單位】：中國地震局地震研究所
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P315.7
【圖文】：

黃浩哲：基于閉鎖剪力模式的地震危險(xiǎn)預(yù)測重力方法研究像，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氣含量減少、水溫降低[13]。⑥重力變化，如 1地震前后的重力測量發(fā)現(xiàn)均存在重力變化[14]；1965 至 1967 年，在日動(dòng)期間，Kisslinger[15]對重力進(jìn)行了觀測，發(fā)現(xiàn)在地震前后，均存在；在 1976 年唐山地震前后，李瑞浩發(fā)現(xiàn)震前重力場呈現(xiàn)上升再下降象，并提出了對應(yīng)的孕震機(jī)理[16]。流動(dòng)重力監(jiān)測網(wǎng)自 20 世紀(jì) 60 年代起，范圍遍布全國，每年觀測一大多已積累了 20-30 年的重復(fù)測量數(shù)據(jù)，是目前我國地震中期預(yù)測的截止 2017 年底，已形成覆蓋全國的 101 個(gè)絕對重力點(diǎn)、約 4000 個(gè)點(diǎn)和 80 個(gè)連續(xù)重力臺站的中國地震重力監(jiān)測網(wǎng)（圖 1.1），獲取中國化資料，為地震災(zāi)害監(jiān)測預(yù)測提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。其中重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)（及新疆）開展每年 2 期觀測，一般地區(qū)開展每年 1 期觀測。

這與地震的發(fā)生有著千絲萬縷的聯(lián)系。年唐山 Ms7.8 級地震等[19]于1976年唐山地震前后對震中以北始于黃莊終于樂亭次重力測量�？紤]水準(zhǔn)測量的結(jié)果可知，地表高程變化所產(chǎn)力測量結(jié)果相去甚遠(yuǎn)，因此高程變化并不是影響重力變化的程引起的重力變化小于自由空氣效應(yīng)，過于微弱，同樣不經(jīng)過陳運(yùn)泰等人的細(xì)致分析，提出了地殼和上地幔內(nèi)的質(zhì)力變化的猜想。李瑞浩等[16]分析了從 1971 年起至 1979 年唐山地區(qū)附近的重力觀測數(shù)據(jù)，并進(jìn)行重力差分變化研究。正之后，發(fā)現(xiàn)①震前五至三年，震區(qū)附近的重力場出現(xiàn)明顯緩慢上升的趨勢，這可能是莫霍面上隆的結(jié)果；②震前三度進(jìn)一步加快，這可能與震前的濡滑效應(yīng)有關(guān)；③震前一化突然開始出現(xiàn)負(fù)變化，即重力場的上升趨勢進(jìn)一步減緩度恢復(fù)到震前五至三年的水平，這可能說明該區(qū)域回復(fù)到中。這一結(jié)果說明了震前重力變化可能在時(shí)間進(jìn)程上滿足某

在震前，整個(gè)區(qū)域均存在明顯的重力變化，但震中附近區(qū)域平均 30 Gal）要遠(yuǎn)小于某些遠(yuǎn)離震中的區(qū)域（其峰值為 123 Gal）化的方向上，震中區(qū)域也與遠(yuǎn)離震中的區(qū)域有所不同。即震前震中呈現(xiàn)負(fù)異常，在震后變化速率依舊不變；遠(yuǎn)離震中的區(qū)域震前重力，這一異常在震后變化速率降低。這一研究表明震前重力場在空間現(xiàn)出一定的異常。08 年于田 Ms7.3 級地震重陽等[21]分析了于田 Ms7.3 級地震震前從 1998 年起至 2007 年共計(jì)流動(dòng)重力網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)，并從重力場差分變化圖像中發(fā)現(xiàn)震中北部存重力變化區(qū)，震中南部和東部存有一個(gè)下降的重力變化區(qū)；空間上震中分界的一個(gè)大范圍的重力變化梯度帶，最大重力變化達(dá)到了 200進(jìn)程的角度來說，震前重力場變化呈現(xiàn)與唐山地震相似的先緩慢增長，進(jìn)而增長速度減慢的過程。這一研究表明，重力數(shù)據(jù)中包含了信息，且持續(xù)越是長久越是巨大的重力變化可能反映了越是強(qiáng)大的

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2787023