创新震源动力学方法推进地震学研究发展——北京大学张海明博士.pdfVIP

2016年第11期总第121期 w w w. m r s t a . c o m 创新震源动力学方法　推进地震学研究发展 ——北京大学张海明博士 ◎文/ 李笑晓 DOI:10.3772/j.issn.1673-6516.2016.11.003 地震能否预报？目前，这对人类仍然是一个巨大挑 致近场强地面运动中高频分量的产生，对于近震源的 战。因为在现有的科学水平下，还不可能对多数破坏性 地表建筑物来说，这将是造成其损坏的直接原因之一， 地震作出预报，但在对既往发生地震的物理过程进行充 会造成巨大的社会财产的破坏。地震破裂过程中破裂 分研究的基础上，人类还是可以从中发现某些规律，并 速度突然改变的典型表现是其由亚瑞利波速向超剪切 对未来可能发生的地震的行为作出某种程度的预测。北 波速的转化。由于这种转化伴随着马赫锥的产生，类 京大学张海明博士长期从事震源动力学，取得了多项创 似于超音速飞机突破声障过程中产生的激波，将产生 新性成果。 更为强烈的地表破坏。 张海明认为，破裂过程中出现超剪切转化需要具备 创新震源动力学研究 一定的条件，如地震断层的规模、震源区的应力状态、 在理论地震图的计算方面，针对几种特殊情况， 断层面摩擦的本构关系等。其中，地表和断层形状是影 比如远场、场源位于相同深度的情况，进行改进，极 响超剪切出现的两个重要因素。初步研究显示，对于走 大地提高了计算效率。改进了震源动力学的边界积分 滑型破裂，地表与断层破裂之间的相互作用将有助于激 方程方法，将此方法推广到可以精确地计算地表与断 发次生的超剪切破裂。只有对这些因素的影响有充分的 层面之间的耦合效应。由于这种方法的特点是依赖问 了解，才能够掌握超剪切破裂转化的机理，从而预测对 题的格林函数，而只有无限弹性空间介质才有闭合形 应的地震波辐射场特征，对建筑防震设施的设计才有指 式的解析解，因此当时的边界积分方程方法研究都是 导意义。目前，有效途径就是结合理论分析的数值模拟 基于无限空间格林函数建立的，对于地表的效应，只 研究。 能采用镜像法近似地考虑垂直断层的破裂过程，不能 在国家自然科学基金面上项目“浅源大地震复杂 处理倾斜断层的情况，具有一定的局限性。张海明博 断层系统的动力学破裂传播的研究”中，张海明团队在 士运用半无限空间的格林函数，直接建立边界积分方 前期有关运用边界积分方程方法研究震源动力学破裂过 程考虑，由于这种格林函数精确包含了地表的效应， 程研究的基础上，利用基于 Cagniard-de Hoop 方法 因此计算的断层的动力学破裂过程也自然精确地包含 求解的时间域格林函数及其空间导数，结合更适于刻画 了地表效应，这对于断层直接出露地表情况下的破裂 任意复杂断层系统几何形状的三角形的离散化方案，发 过程计算非常重要。并在此基础上研究破裂的行为， 展出一种能够精确计算半无限空间中复杂断层系统上震 发现在地表存在的情况下，走滑型破裂只要破裂能够 源动力学破裂传播过程的边界积分方程，并开展了半空 继续，总能演化成为超剪切破裂，这个发现可以很好 间时间域格林的一些相关研究。从数学的角度给出了瑞 地解释近年来发生的多个超剪切地震的现象。这一研 利波产生的机制并运用渐近分析方法解释了瑞利波的性 究获得 20