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第33卷第1期 北京工业大学学报 VoIl33No．1 2007年1月 JOURNAI。0FBEIJINGUNIVERSITYoFTECHNoLoGY Jan．2007 临震次声异常产生的机理研究 秦 飞1，郑 菲2，李均之3，夏雅琴3，陈维升3 (1．北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京100022； 2．成都理工大学工程技术学院，四川乐山 614007；3．北京工业大学地震研究所，北京100022) 摘要：为研究观测到的震前次声异常，提出了强地震发生前次声波异常信号产生的机理模型．该模型采用膨 胀扩容孕震理论，将大气对流层与地质体作为一个动力学系统，采用瞬态有限元模拟方法计算分析了孕震末期 地表变形及其产生的次声波和频率．结果表明，该模型的确能在空气中产生次声波，且次声波的主要频率是孕 震体膨胀一收缩时间周期的倒数；孕震体收缩变形阶段产生的声压波幅远大于膨胀阶段． 关键词：地震；次声波；有限元 中图分类号：P315 文献标识码：A 文章编号：0254—0037(2007)01一0104一04 目前地震预报主要采用前兆预报法，即通过观测和分析各种异常信号做出短期、中期或长期地震预 报．在各种前兆信号中，次声异常信号出现在强震发生前几天…，而且与地震相关性强[2|，对于临震预报 具有重要意义．为研究临震次声异常产生的机理，文献[3]提出次声异常与震前地质结构的动力学行为有 关，并通过分析日本地震板块论述了所提机理模型的合理性．作者尝试将文献[3]的机理模型加以推广， 通过采用膨胀扩容模型模拟次声波的产生过程，建立更为通用的临震次声异常产生的机理模型． 震前次声异常信号 波观测资料的频谱分析表明，其频率一般在10。3Hz量级，如此低的频率使其传播更远，有利于远距离观测． 2孕震一次声模型 2．1孕震一次声模型 临震次声信号出现在强震前几天，说明它可能与孕震末期行为有关[4]．国内外学者提出的孕震模型 比较有代表性的有膨胀扩容模型[5|、包体模型[6|、流变包体模型[7]等．膨胀扩容模型认为，由于地质运动 造成局部岩石损伤并在地质体内形成处于膨胀一收缩运动的孕震体．孕震体在膨胀一收缩后期会导致其上 部岩层发生破断并引发地震． 孕震体的膨胀一收缩运动会引起地表运动，地表运动与空气相互作用产生次声波．不失一般性，同时为 简单起见，作者采用圆形孕震体，建立了地质体(包含孕震体)和空气耦合作用的分析模型，如图2所示．图中 孕震体直径为D，处于基岩I中，基岩厚度为^1；Ⅱ为覆盖层，其厚度为^2；Ⅲ为大气对流层，其厚度为^3． 孕震体处于震源之下、莫霍界面之上．选取中国大陆平均情况，震源平均深度为17km，莫霍界面平均 J． 深度为33km，因此将孕震体放置在地下25km处【8 1997年，马钦忠等[9]采用均匀膨胀圆台体模型，通过对圆台体施加温度载荷模拟震源所产生的应力 收稿日期：2006—01—11． 作者简介：秦飞(1965一)，男，河南新郑人，副教授 万方数据 第1期 秦 飞等：临震次声异常产生的机理研究 105 场、应变场和孕震末期的地表隆起．作者亦采用通过改变孕震体温度模拟孕震体膨胀一收缩效应．设孕震 体外温度恒为O℃，体内温度￡从0℃升高到￡o，然后再降至0℃，完成1个膨胀一收缩周期，时间周期为 丁。．因为是等效处理，所以不考虑热传导和热辐射效应． Ⅲ对流层 Ⅱ覆盖层! I基岩 观测时间 观测时间 17 孕≯ (a)日本北海道地区发生地震前 (b1日本本州地区发生地震前