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中国东北地区地震物理预测模型反演研究初探

张勇  
【摘要】: 本文选取中国东北地区作为物理预测地震研究的区域,因为我国东北地区地震活动有较好的规律性以及较明确的动力机制。自1900年开始,百年来,东北地区深震(mb≥6.0)及浅震(Ms≥5.0)有明显的成组性活动特征和时、空相关性;浅震强震组已完成了4次活跃期,目前正处于第5活跃期。东北地区中强地震发生的动力主要来源于日本海板块的俯冲,日本海俯冲带大地震迁移方向对中国东北地区浅震的空间分布产生重要影响。当迁移方向与郯庐断裂带夹角较大时(α≥70o),地震主要发生在松辽盆地及其周边;当迁移方向与郯庐断裂带夹角较小时(α70o),地震主要发生在郯庐断裂带附近。 本文建立东北地区地壳三维有限元模型作为物理预测模型,选取百年来(1900~1999年)地壳内发生的浅源中强震作为研究样本。有限元模型以东北地区地震地质条件、三维构造分区、波速结构等实际地质状况为基础,经过力学简化后使用ANSYS有限元分析软件建立;对于日本海俯冲带的俯冲位移,简化为年均位移荷载施加在模型相应位置,在其它非受力边界处建立不同刚度的弹簧单元来模拟。 经过大量试算,校核有限元模型的位移荷载输入方向,通过1942年绥化地震和1986年德都群震的震源机制分析与模型计算至相应年份的最大主压应力矢量的对比贴近度较好,认为模型可以较合理的反映出研究区域应力场状况;调整模型局部的物性参数和弹簧单元刚度,使得模型边界处应力集中现象大大减小处于较合理的受力状态;逐步计算分别至1942年通辽地震和1975年海城地震前,模型在地震发生区域都有较大的应力集中现象,且整个研究区域的最大应力值位置都位于地震发生位置附近;通过以上三方面的校核,说明有限元模型作为物理预测模型有较好的合理性。 以年为单位施加位移荷载(从1900年开始计算至1999年),采用调整地震发生附近区域模型物性参数的办法模拟实际地震发生应力释放效果,经逐步推演计算后提取Mises应力作为研究对象。通过对计算数据统计分析,提出可以把发生在不同活跃期临近位置的前后两次地震发生间隔时段的累积应力增量,作为一定区域内地震发生规律和进一步预测的定量化指标,并通过对内蒙古博克图和辽宁海城两地区的震例分析给予例证。 本文把已经发生的地震时、空规律作为已知条件,反演研究其力学规律。初步的成果为:雅鲁河断裂及阿伦河断裂地区是低应力集中区,发生5.5级以上地震的可能性不大,但地震发生频度较高,震发间隔约24年,发生双震的概率较高;海城-金州地区是高应力集中区,发生6.0级左右或更高震级地震的概率较高,震发间隔约35年;松辽盆地南北两端的通辽地区和南北河断裂以北地区也是应力集中较高的区域,发生5.9级左右地震的概率较高,但地震发生频度不高,从计算时间和累积能量来看,目前的第5活跃期内两地区发生地震的可能性较大。 对于计算规律性不理想的数据及反演研究过程本身,也可以总结出很多有价值的经验。结果表明,可以从细化有限元网格、增加更多断层、建立可调性强的动态数值模型以及定量化细致考虑地震发生时调整模型的物性参数达应力释放和恢复的程度等方面进一步深入研究。


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