断层局部破裂的三维动力学特性与临震前兆现象研究

研究断层局部破裂时所激发的三维弹性波现象。通过研究，确定弹性波在时空域中的分布规律，探讨在什么样的条件下，这种弹性波能为现有观测技术所测量。分析断层局部破裂所导致的应力重分布规律，探讨局部破裂和断层整体失稳之间的关系，从而解决在什么样的条件下，局部破裂所激发的弹性波能作为一种临震前兆现象。在此基础上，研究一种根据实测波动过程进行破裂区定位的方法。这一研究对于认识断层内部的物理活动环境有重要意义，是地震发生前进行临震预测的物理基础。

近震观测表明，地震破裂开始时有一个清楚的成核相，其特征是矩释放率低，成核时间与地震震级成正比。由此根据成核时间和尺度，可估算最终地震事件的大小。研究发现，地震成核相的存在是断层非均匀性的客观反映。由于岩石介质的强度不一，断层临近失稳时，强度相对较低的区域会首先发生动态破裂，导致应力重分布，并触发整个断层的失稳破坏。因此，研究成核过程中这种局部破裂所激发的三维弹性波特性，弄清楚他们与断层失稳破坏之间的关系，对于临震预测具有重要的意义。. 此项研究内容包括: (1) 研究断层局部破裂所激发的三维弹性波特性。通过研究，探讨弹性波在时空域中的分布规律。(2)分析断层局部破裂所导致的应力重分布规律，探讨在什么样的条件下，局部破裂所激发的弹性波可作为一种临震前兆现象。(3) 研究一种根据实测波动过程进行破裂区定位的方法。. 取得了如下成果：(1) 分析了半平面形断层由于断层面上弱联结的破裂所激发的弹性波，得到这一问题的短时精确解。（2）得到了横观各向同性体半平面剪切断层瞬态扩展问题的精确解。（3）建立了断层的随机模型，提出了随机动态断裂的分析方法。（4）通过有限元数值模拟，揭示了弹性波在时空域中的分布规律。（5）提出了一种利用单一测点的弹性波时域信号直接识别破裂位置、方向和大小的方法。. 理论分析和数值结果显示，断层局部破裂会激发三维弹性波，可以作为临震前兆现象。但弹性波的空间传播具有局部特性，只有在断层附近的特定地表范围才能被仪器所测量。