地震临界震级之研究

Based on previous studies in seismology and earthquake geology fields, and our theoretical study in earthquake rupture dynamics, we propose an innovative physical model for earthquake study, i.e., the Critical Magnitude of Earthquake, which can provide an unified explaination for several independent and deversified observations in seismology and earthquake geology,exhibits important character of an scientific theory. In this proposed project, we are going to make futher efforts to improve this theory. The proposed studies include: (1) rupture dynamic simulation to a more practical though more complicated model, e.g.,the fault rupturring in a non-uniform media,the influence of the Rate- and State-dependent rupture criterion etc. (2) determining and collecting seismic source parameters, especially those dynamic parameters (such as Dc,Ts,Td,To),and try to digging emperical relations, finding further independent evidences for our theory;(3)Collecting and analyzing the seismicity data for digging more solid independent evidences; (4) re-visit the imperical formula used in Earthquake Earlier Warrning based on our Critical Magnitude Model.

根据前人对地震学和地震地质的观测证据,结合我们在震源动力学理论研究进展，我们提出了地震临界震级模型。该模型可以统一、合理地解释以往独立的、不同领域的观测结果，并且可以做出未来能够被检验的推论，展示出了一个合理的物理模型（理论）应该具备的属性。然而，该模型在许多方面仍需进一步的工作来夯实、并应用。本研究项目拟从震源破裂动力学模拟研究(基于更加符合实际地壳地震构造的介质模型),依赖滑动速率和状态的断层滑动准则对破裂动力学过程的影响；震源参数(包括震源动力学参数，Dc,Ts,Td,To等)测定、收集、统计回归，国内外不同断裂带地震活性资料收集、分类、统计回归，特征地震资料的收集、分类、统计等理论、观测多方面研究，来完善地震临界震级模型。此外，拟以地震临界震级理论为基础，探寻更好地地震预警震级预测公式，为防震减灾服务。

我们利用动力学方法研究了平面断层以及非平面断层的破裂行为以及地面震动辐射特征。我们研究发现：.（1）我们经过大量数值模拟得到在滑移弱化特征滑移量 ，成核区等效半径 ，屈服应力降以及应力降几个参数控制下的全空间破裂相图。在全空间中，走滑断层有三种破裂形态分别为超剪切破裂，亚剪切破裂和自停止破裂；而倾滑断层只有亚剪切破裂和超剪切破裂，只有走滑型断层在较高初始应力才能产生超剪切破裂。在加入自由表面的影响后，对于走滑断层而言，所有的亚剪切破裂都演变成了超剪切破裂，说明自由地表对于超剪切破裂的影响是显著的，只要断层接触地表，并且破裂能够一直向外扩展，那么最终就会发展成超剪切破裂。而对于倾滑断层，与全空间情况类似，始终没有超剪切产生。这也解释了实际观测中超剪切地震均为走滑地震的观测事实。.（2）破裂的停止和触发问题一直是地震学关心的热点和难点。尤其是对于广泛存在的阶梯断层来说，这两个问题被更紧密的联系到一起。破裂传播到发震断层末端之后,是破裂停止在主断层，还是会触发子断层继续传播，不同的情况会大大影响破裂长度，继而影响地震震级，释放能量的大小，对生产生活的破坏问题等等。我们设计了三维半空间阶梯断层模型，利用曲线网格有限差分方法开展不同正应力，剪应力，内聚力，摩擦系数等情况下的模拟探讨，发现了最大 14km 的拉张型断层破裂跳跃，远超过以往认识的 5km 的理论上限距离，与实际地震所观测到的结果吻合。.（3）对Parkfield地区的重复地震的震源时间函数及其频谱进行分析的过程中发现这些重复地震可以分为两组。一组重复地震（G1）具有相对简单的震源时间函数和光滑的频谱，而另一组重复地震（G2）其震源时间函数和频谱都很复杂，而且在频谱上会有明显的洞存在。我们利用边界积分方法通过赋予不同的动力学参数来进行断层自发动力学破裂的模拟，然后用模拟得到的震源时间函数及其频谱去拟合观测到的震源时间函数等的特征，最终获得合适的动力学参数。最终我们发现观测到的重复地震的震源时间函数和频谱特征的差异是由于动力学参数不同造成的。G1组中的地震属于自停止破裂而G2组中的是失稳破裂。.发表论文8篇，培养博士3人，硕士1人。