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介質破壞演化物理過程的重要發現，其研究極有可能為地震預報開辟一條物理預報的新路。當震源區介質處于穩定狀態時，對加載和卸載的響應幾乎是相同的，而當介質處于不穩定狀態時，其響應就會發生明顯的變化，這一現象可以被用作為地震發生的重要前兆。在地震預測實踐時，一定時時窗和空時窗內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，震前震源區地殼介質的應力場狀態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，我們嘗試使用最優的地震臨界區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域取代傳統圓形區域計算加卸載響應比。為了重現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，實現將地震斷層的應力狀態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生的強震，以及中國大陸發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生前震源區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，發現在庫侖應力增加區域內加卸載響應比的演化規律更為明顯：大部分時時其分布保持了較低值，直到地震發生前出現明顯增加。

震前加卸載響應比的異常變化充分表現出其周圍區域的高庫侖應力積累。正因為所選擇的臨界區域是為了研究地震斷層上的目標地震而特別設定的區域，那些發生在庫侖應力增加區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，對于圓形區域算法而言，由于其統一的選擇計算加卸載響應比的臨界區域，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，更勝于圓形區域，震前引起加卸載響應比異常變化的庫侖應力增加區域可能為地震的發生定義了一個天然的臨界區域。庫侖應力算法的這一獨特性質，可以針對不同地區的活動構造特征對未來地震發生的地點和大小提供信息和約束。