震前應力積累與加卸載相應比預測效力研究

余懷忠 程 佳萬永革

1）中國地震臺網(wǎng)中心，北京100045

2）防震減災科技學院，河北三河 101601

加卸載響應比理論是近年來關于震源區(qū)介質(zhì)破壞演化物理過程的重要發(fā)現(xiàn)，其研究極有可能為地震預報開辟一條物理預報的新路。當震源區(qū)介質(zhì)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，對加載和卸載的響應幾乎是相同的，而當介質(zhì)處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，其響應就會發(fā)生明顯的變化，這一現(xiàn)象可以被用作為地震發(fā)生的重要前兆。在地震預測實踐時，一定時時窗和空時窗內(nèi)釋放的地震能量通常被用作為響應量，加載和卸載過程可根據(jù)日月潮汐力在地震破裂面上引起的庫侖破壞應力變化 ΔCFS判斷。按照加卸載響應比的定義，震前震源區(qū)地殼介質(zhì)的應力場狀態(tài)可能與加卸載響應比的預測效力直接相關。

為了研究震前應力場分布對加卸載響應比預測效力的影響，我們嘗試使用最優(yōu)的地震臨界區(qū)域計算加卸載響應比，換句話說，選擇更容易造成地震破裂的震前應力積累區(qū)域取代傳統(tǒng)圓形區(qū)域計算加卸載響應比。為了重現(xiàn)這種地震破裂過程中的應力釋放模式，同時也為了確定震前應力積累較高的區(qū)域，我們采用將滑平量沿地震斷層反向滑平的方法，計算震前庫侖應力場分布，實現(xiàn)將地震斷層的應力狀態(tài)還原到地震應力釋放之前的目的。

利用這一算法我們對美國南加州近年來發(fā)生的強震，以及中國大陸發(fā)生的幾次災害性地震進行了回顧性研究。研究表明使用庫侖應力算法得到的加卸載響應比時時序列，前兆變化相對于圓形區(qū)域算法更為明顯，且對目標地震的平置、震級預測更為明確。為了更清楚的了解加卸載響應比時時序列隨震前應力場的變化，我們進一步計算了汶川地震發(fā)生前震源區(qū)域的加卸載響應比空時分布，對比不同階段的加卸載響應比空時分布，發(fā)現(xiàn)在庫侖應力增加區(qū)域內(nèi)加卸載響應比的演化規(guī)律更為明顯：大部分時時其分布保持了較低值，直到地震發(fā)生前出現(xiàn)明顯增加。

震前加卸載響應比的異常變化充分表現(xiàn)出其周圍區(qū)域的高庫侖應力積累。正因為所選擇的臨界區(qū)域是為了研究地震斷層上的目標地震而特別設定的區(qū)域，那些發(fā)生在庫侖應力增加區(qū)域以外的地震事件并沒有被納入加卸載響應比的計算，加卸載響應比的臨界敏感性也因此得到了提高。另一方面，對于圓形區(qū)域算法而言，由于其統(tǒng)一的選擇計算加卸載響應比的臨界區(qū)域，因而對目標地震的敏感性會降低。相應地，可以被用來對更大震級范圍內(nèi)的地震進行預測，但是預測的效果會降低。因此，更勝于圓形區(qū)域，震前引起加卸載響應比異常變化的庫侖應力增加區(qū)域可能為地震的發(fā)生定義了一個天然的臨界區(qū)域。庫侖應力算法的這一獨特性質(zhì)，可以針對不同地區(qū)的活動構(gòu)造特征對未來地震發(fā)生的地點和大小提供信息和約束。