地震前兆信息传播分布及其探测原理-中国地震信息网.pdf

地震前兆信息传播、分布及其探测原理 1 1 1 2 3 陆坤权 *，厚美瑛 ，王 强 ，姜泽辉 ，刘寄星 1 中国科学院物理研究所软物质物理重点实验室，北京凝聚态物理国家实验 室，北京 100190 2 哈尔滨工业大学物理系，哈尔滨 150001 3 中国科学院理论物理研究所，北京 100190 关键词：地震前兆，颗粒物质，滞滑移动，力链 PACC ：9130，8270 PACS ：91.30.Px 91.30.Wx, 45.70.-n * E-mail: lukq@aphy.iphy.ac.cn 中国科学院知识创新工程项目（KJCX2-SW-W15, KKCX1-YW-03 ），国家自然科学基金（编 摘要 地壳岩石层由板块、断层和其间的断层泥构成，在研究地震前兆信息传播这类准静力学问题时，应 将其作为大尺度离散态颗粒物质体系处理。地震孕育过程中，在大地构造力驱动下，岩石层块克服所受摩 擦力和边界断层泥阻力发生滞滑移动。当岩块间断层泥受挤压后其强度增大到一定程度时，又推动下一岩 石层块滞滑移动，就这样渐次使其它岩石层块发生移动，并以力链形式分布和传递。本文给出了此模型的 物理依据和实际观测例证；通过模拟实验和分析阐述了力-移动-形变在地层中分布的表达形式和传播时间 序；说明了地震前兆信息的主要特征及其与地震发生之间的关联，以及探测有效地震前兆信息的方法原理。 同时，论述了用颗粒物理原理与连续介质观念对地震前兆认识的本质区别，解释了连续介质观点难以理解 的若干地震学问题。 1．引言 [1] ，在研究地震前兆信息传播这类准静力学问题时，不可再将地壳 以前的论文已经指出 岩石层看作均匀连续介质。我们运用颗粒物质物理原理，提出了地震前兆信息传播模型。所 提出的模型概述如下：将由岩块、断层和其间的断层泥（fault gouge ）（断层泥是指碎石和黏 土等组成的断层间填充物）构成的地壳岩石层作为大尺度的二维颗粒物质体系处理。在孕育 地震的大地构造力作用下，岩石层块克服摩擦力和边界阻力发生滞滑移动，挤压断层泥，受 挤压的断层泥强度增大到一定程度时，又推动下一岩石层块滞滑位移，就这样渐次使其它岩 石层块发生移动。依据颗粒物质中力传播规律，这种作用在岩石层块中必然以力链形式传递。 该文给出了此模型提出的依据，还介绍了一种在土层沙坑中探测地震前兆的方法及其探测原 理。本文将进一步说明颗粒物理原理与连续介质观念两者对地震前兆认识的本质区别及其原 因。通过模拟实验和分析论述地震前兆信息传播、分布规律及其特征。说明获得有效前兆信 息的途径和原理，探讨这些前兆信息与地震发生之间的关联，解释用连续介质观点难以理解 的一些地震学问题。 2 ．地震前兆研究的连续介质观点和离散态介质观点 传统地震学以连续介质理论为基础[2-4]，地球物理学家们一般将地壳岩石层作为固体连续 介质处理。他们在地震探测和以震波研究地球构造等方面，获得了大量有价值成果。地震波 2 5 的频率一般为0.1-10Hz，典型传播速度约为5km/s，即地震波波长约在10 m- 10 m 范围。地 壳岩石层块边界的断层泥的宽度一般为m 的量级，比震波波长小得多，对于震波传播不产生 重要影响。因此，将岩块、断层和其间的断层泥组成的地壳近似看作均匀连续介质，用连续 介质观念去处理地震波的传播和探测是完全合理的。另一方面，对于单个岩石层块，其应力 和应变关系，屈服和断裂过程等，固体连续介质理论无疑也适用。 然而，由岩块、断层和其间的断层泥组成的地壳岩石层是非均匀的体系，在研究和观测 地震前兆这类准静力学行为时，不可再将岩石层作为整块固体连续介质处理。岩石层块间的 断层泥由碎石和土构成，比岩石的弹性摸量小得多。当层块间断层泥受到挤压时，其形变要 比岩石严重得多，整个体系运动行为与连续介质明显不同。因此，在研究地震的前兆信息传 播和分布规律时，地壳岩石层不可再简单地用连续介质应