【摘要】：震后趨勢(shì)判定和強(qiáng)余震預(yù)測(cè)是震后搶險(xiǎn)救災(zāi)、次生災(zāi)害預(yù)防和災(zāi)后重建過(guò)程中政府和社會(huì)公眾最為關(guān)心的問(wèn)題之一,其科學(xué)基礎(chǔ)是對(duì)地震序列統(tǒng)計(jì)特征及余震活動(dòng)機(jī)理的深入了解和認(rèn)識(shí)。本論文考慮主震破裂面不均勻性、應(yīng)力加載及余震間應(yīng)力相互作用,構(gòu)建表征余震活動(dòng)過(guò)程的物理概念模型,進(jìn)而通過(guò)數(shù)值模擬方法,模擬復(fù)雜的余震活動(dòng)過(guò)程。通過(guò)G-R關(guān)系及修改的大森公式,檢測(cè)模擬輸出與實(shí)際余震活動(dòng)統(tǒng)計(jì)特征的吻合程度,以此作為進(jìn)一步調(diào)整、優(yōu)化模型參數(shù)的依據(jù)。在結(jié)果穩(wěn)定性檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上,開(kāi)展余震活動(dòng)主要影響因素研究,探究典型震例余震活動(dòng)時(shí)間演化差異的可能影響因素。假定主震破裂面上殘余凹凸體的破裂導(dǎo)致余震。殘余凹凸體在空間上隨機(jī)分布,尺度上符合自相似的分形分布,初始相對(duì)失穩(wěn)強(qiáng)度符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布,由此生成一組具有N個(gè)殘余凹凸體的數(shù)據(jù)集合。以巖石圈下部黏彈介質(zhì)震后應(yīng)力松弛或以速率強(qiáng)化區(qū)余滑過(guò)程作為導(dǎo)致殘余凹凸體破裂的直接動(dòng)力輸入,以庫(kù)侖破裂準(zhǔn)則為失穩(wěn)判據(jù),每個(gè)凹凸體的失穩(wěn)相當(dāng)于1次地震事件,考慮凹凸體失穩(wěn)對(duì)周邊區(qū)域的應(yīng)力加載,在不同的介質(zhì)環(huán)境、殘余凹凸體分布狀況、力學(xué)加載條件及破裂準(zhǔn)則條件下,模擬余震序列發(fā)生過(guò)程,生成包含時(shí)、空、強(qiáng)三要素的人工“余震”序列目錄。在應(yīng)力松弛、余滑以及應(yīng)力松弛和余滑共同作用三種不同的應(yīng)力加載條件下,分別隨機(jī)模擬100次7.0級(jí)主震所導(dǎo)致的余震活動(dòng),結(jié)果顯示:(1)單純應(yīng)力松弛作用條件下,修改的大森公式p值略低于天然地震序列的平均統(tǒng)計(jì)結(jié)果,但總體上已顯現(xiàn)出實(shí)際余震活動(dòng)的統(tǒng)計(jì)特征,表明應(yīng)力松弛應(yīng)是余震活動(dòng)的最主要?jiǎng)恿?lái)源之一,尤其是震后長(zhǎng)時(shí)期的余震衰減活動(dòng);(2)單純余滑作用下,模擬序列計(jì)算的余震活動(dòng)G-R關(guān)系b值、大森公式p值與實(shí)際余震活動(dòng)統(tǒng)計(jì)特征相符合,但余震活動(dòng)持續(xù)時(shí)間較短,因而余滑作用可能在震后早期發(fā)揮重要作用,但若需模擬較長(zhǎng)時(shí)間的余震活動(dòng),后期應(yīng)有持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的應(yīng)力加載;(3)應(yīng)力松弛與余滑共同作用條件下,模擬所得余震序列G-R關(guān)系b值、大森公式p值符合實(shí)際余震活動(dòng)的平均統(tǒng)計(jì)特征,且余震時(shí)序衰減、地震不均勻叢集等特征與天然余震活動(dòng)類(lèi)似。因而,在序列衰減初期,余滑加載可能起到主導(dǎo)作用,隨震后離逝時(shí)間的增加,應(yīng)力松弛可能發(fā)揮更重要作用。依據(jù)模擬結(jié)果,震后應(yīng)力松弛和余滑的聯(lián)合作用,是主震后余震活動(dòng)的最主要?jiǎng)恿?lái)源�；谏鲜鋈N不同的應(yīng)力加載方式,分別探討應(yīng)力松弛過(guò)程初始應(yīng)力、黏彈介質(zhì)彈性模量、黏滯系數(shù)以及與余滑作用相關(guān)的速率強(qiáng)化區(qū)域厚度、彈性模量、區(qū)域構(gòu)造滑動(dòng)速率、流變參數(shù)、主震破裂對(duì)速率強(qiáng)化區(qū)的應(yīng)力擾動(dòng)及殘余凹凸體分形維數(shù)等主震破裂面介質(zhì)及力學(xué)因素對(duì)余震活動(dòng)的影響。模擬結(jié)果表明:除分形維數(shù)外,各種因素對(duì)余震活動(dòng)持續(xù)時(shí)間、衰減快慢均有影響,其中黏滯系數(shù)、速率強(qiáng)化區(qū)域厚度、滑動(dòng)速率對(duì)余震活動(dòng)持續(xù)時(shí)間影響作用最為明顯;黏滯系數(shù)、速率強(qiáng)化區(qū)域厚度、滑動(dòng)速率、流變參數(shù)及主震對(duì)速率強(qiáng)化區(qū)應(yīng)力擾動(dòng)強(qiáng)弱對(duì)余震衰減快慢具有控制作用,其余因素影響作用相對(duì)較弱。分形維數(shù)決定了殘余凹凸體數(shù)據(jù)集合中大小殘余凹凸體的比例關(guān)系,模擬產(chǎn)生的余震是按照設(shè)定規(guī)則在其中的抽樣,因而分形維數(shù)與序列余震大小地震的G-R關(guān)系有關(guān);從模擬結(jié)果看,應(yīng)力松弛過(guò)程初始應(yīng)力大小及主震對(duì)速率強(qiáng)化區(qū)域的應(yīng)力擾動(dòng)強(qiáng)弱對(duì)序列大小地震比例有一定影響,其余諸因素影響作用不甚明顯。以1976年唐山7.8級(jí)地震、2001年昆侖山口西8.1級(jí)地震、2008年汶川8.0級(jí)地震為例,基于本文理論研究成果及三次地震的實(shí)際觀測(cè)資料,探討主要控制因素對(duì)余震活動(dòng)的影響,力圖揭示三次地震在余震活動(dòng)持續(xù)時(shí)間和衰減快慢方面表現(xiàn)出巨大差異的可能原因。唐山7.8級(jí)和昆侖山口8.1級(jí)地震震級(jí)相近、主震震源機(jī)制相似(均為走滑型地震),然而其余震活動(dòng)卻差別巨大。定性分析和數(shù)值模擬結(jié)果顯示,唐山余震活動(dòng)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)、序列衰減較慢可能源于孕震區(qū)速率強(qiáng)化區(qū)域較厚、長(zhǎng)期滑動(dòng)速率緩慢(0.12~4mm/a)、下地殼黏滯性較強(qiáng)(黏滯系數(shù)較高,~1.0×10~(19)Pa·s)、主震應(yīng)力降較低(1.2~4MPa)等因素的影響;而在昆侖山口西地震及附近區(qū)域,由于區(qū)域下地殼低密度物質(zhì)上涌造成中地殼出現(xiàn)規(guī)模不等、相互不連通、厚度較薄的速率強(qiáng)化區(qū)域,并且該區(qū)域構(gòu)造加載速率較快(10~12mm/a)、黏滯性較弱而流動(dòng)性較強(qiáng)(黏滯系數(shù)低,~5.00×10~(17)Pa·s)、主震應(yīng)力降較高(~18MPa)等諸因素,可能是導(dǎo)致昆侖山口西地震余震持續(xù)時(shí)間短、序列衰減快的主要原因。汶川8.0級(jí)地震與唐山、昆侖山口西兩次地震主震震級(jí)亦相近,但彼此間余震活動(dòng)存在較大差異。從余震活動(dòng)影響因素角度考慮,龍門(mén)山斷裂帶相對(duì)緩慢的滑動(dòng)速率(1~2mm/a)及震源區(qū)明顯增加的中下地殼厚度(10~20km),可能是控制汶川余震活動(dòng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)和衰減緩慢的重要因素;相對(duì)較高的主震應(yīng)力降(6~18MPa)是汶川地震震后短時(shí)間內(nèi)余震序列快速衰減的主要影響因素之一。以汶川地震實(shí)際研究結(jié)果為模型參數(shù),余震活動(dòng)的統(tǒng)計(jì)關(guān)系作為約束條件,模擬汶川地震序列活動(dòng),可得:汶川地區(qū)巖石圈下部黏滯系數(shù)在6.0×10~(18)-7.0×10~(19)Pa·s之間、余滑過(guò)程流變參數(shù)在0.58-0.64之間較為合理。
【圖文】：

1984；Das et al，2003）。凹凸體強(qiáng)度與其尺度及斷層粗糙程度有關(guān)（Candela et al，2011；Fang et al，2013），以凹凸體沿滑動(dòng)方向的縱橫比H/L表征斷層粗糙程度（圖1.1），不同標(biāo)度手標(biāo)本及野外斷層的實(shí)際測(cè)量結(jié)果顯示，H與L之間具有冪律的標(biāo)度關(guān)系（參見(jiàn)Brodsky et al，2016）。使斷層面兩側(cè)相互滑過(guò)所需的彈性應(yīng)變與H/L正相關(guān)，當(dāng)應(yīng)變超過(guò)彈性極限時(shí)，斷層失穩(wěn)，凹凸體被“鏟平”（Brodsky et al，2016；Marone et al，2016）。圖 1.1 斷層接觸面上凹凸體相互作用示意圖（Brodsky et al

Herrero et al，1994；Tumarkin et al，1994；Mai et al，2002；Hainzl et al，2010），這些模型考慮應(yīng)力為斷層面上空間位置的自相似隨機(jī)函數(shù)，具有標(biāo)度無(wú)關(guān)的斷層強(qiáng)度分布，子事件分維由斷層強(qiáng)度或應(yīng)力降標(biāo)度關(guān)系所控制（圖1.2左）。由于這些模型能夠產(chǎn)生與實(shí)際地震類(lèi)似的典型震源頻譜特征（圖1.2右），因而是對(duì)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地震局地質(zhì)研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：P315

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本文編號(hào)：2611332