地震弱初始震相及其影响因素的实验研究

The fault instability initiates from a quasi-static generation, which the slip is only limited to a small scale in earthquake nucleation theory. Fault will quickly turn into sliding instability state as the sliding distance is beyond a certain critical scale. Therefore, the identification of quasi-static slip becomes a significant key of earthquake prediction. Nearby observation results from low-noise and high-dynamic range of digital seismic stations show that a typically small amplitude of weakly initial phase occurs before a fast rise of P-wave in seismic speed graphs. Because the earthquake phase may be taken as the quasi-static slip in earthquake nucleation theory, also as earthquake nucleation phase. Some think that the weakly initial phase generally initiated from seismic source, but not in propagation paths. Others suggest that the duration of the weakly initial phase is related to finally seismic magnitude. But, it induces many controversies. Another, the micro-mechanical process is still not clear for weakly initial phase. In this project, the weakly initial phase of fault instability will be investigated by stick-slip experiments of fault in laboratory. And, some newly purchased- and developed- high-performance acoustic emission systems, deformation measurement systems will be used to record elastic wave and deformation fields, and to investigate the weakly initial phase and nuclear zone. Finally, we shall obtain the mechanical process of weakly initial phase and its influences.

地震成核理论认为，断层失稳从一个准静态过程开始，此时滑动局限在一个小范围内。当滑动位移超出一个临界尺度后，很快变成失稳滑动。因此发现断层的准静态滑动，成为地震预报的关键。低噪声高动态范围的数字地震台的近震源观测结果表明，速度地震图中P波快速突跳前存在一个振幅很小的弱初始震相。因这一震相可与地震成核理论的准静态滑动对应，也被称为地震成核震相。一些研究认为，这种弱的初始震相是广泛存在的，是震源引起，而不是传播路径效应。有一些学者认为弱初始震相的持续时间与最终的地震震级有关，这一点有较大争议。另外弱初始震相的细观力学过程还不清楚。本项目计划通过室内实验研究断层失稳时的弱初始震相。使用粘滑实验模拟断层的失稳过程，用新近购买和研发的高性能声发射系统和变形场监测系统，监测弹性波和变形场，研究弱初始震相和成核区。搞清弱初始震相的力学过程和影响因素。

地震成核理论认为，断层失稳前有一个局部成核的过程，断层活动从一个局部的准静态滑动开始逐步扩大，当滑动范围超出一个临界尺度后，很快变成失稳滑动。近场地震观测表明，在P波到时前存在一个振幅很小的震相，称为弱初始震相，也称为地震成核震相，认为与地震成核过程有关。有一些学者认为弱初始震相的持续时间与最终的地震震级有关，但存在争议。本项目计划通过粘滑实验模拟地震过程，监测弹性波和变形场，并研究弱初始相。.研究目标包括以下方面：.1) 获得弱初始震相的特性和成因；.2) 获得影响初始震相的主要因素；.3) 针对关弱初始震相持续时间与最终震级关系的争议给出基于室内实验的答案；.4) 了解断层粘滑失稳的细观力学过程，争取获得有关地震可预测物理模型的新认识。.主要进展：.1) 确认地震弱初始震相存在的普遍性，并且证实地震弱初始震相来自震源，而非路径的影响。.2) 得到三种类型的地震弱初始震相，即：慢滑型、震颤型和前震型，并给出了其成因。.3) 通过对数据的分析，认为慢滑型弱震相仅能在准动态阶段看到，而震颤型和前震型弱震相则可出现在准静态阶段，有较长的预报提前时间。基于对弱震相波形数据的分析认为存在多段成核现象。.4) 经过实验证实，弱震相持续时间与震级的关系并不单纯，不能简单的根据弱震相持续时间预测震级。如震级与正应力相关，而正应力与弱初始震相提前时间无关。而震级又与断层尺度相关，断层尺度又与弱初始震相提前时间有关。.地震成核理论可作为地震预测的物理基础。本项研究通过室内实验确定地震成核的存在，以及成核震相的类型，并给出了各种类型弱震相的成因。对地震成核理论的研究和发展具有意义，也对推动地震的物理预测有所帮助。