震前应力积累与加卸载相应比预测效力研究

余怀忠 程 佳万永革

1）中国地震台网中心，北京100045

2）防震减灾科技学院，河北三河 101601

加卸载响应比理论是近年来关于震源区介质破坏演化物理过程的重要发现，其研究极有可能为地震预报开辟一条物理预报的新路。当震源区介质处于稳定状态时，对加载和卸载的响应几乎是相同的，而当介质处于不稳定状态时，其响应就会发生明显的变化，这一现象可以被用作为地震发生的重要前兆。在地震预测实践时，一定时时窗和空时窗内释放的地震能量通常被用作为响应量，加载和卸载过程可根据日月潮汐力在地震破裂面上引起的库仑破坏应力变化 ΔCFS判断。按照加卸载响应比的定义，震前震源区地壳介质的应力场状态可能与加卸载响应比的预测效力直接相关。

为了研究震前应力场分布对加卸载响应比预测效力的影响，我们尝试使用最优的地震临界区域计算加卸载响应比，换句话说，选择更容易造成地震破裂的震前应力积累区域取代传统圆形区域计算加卸载响应比。为了重现这种地震破裂过程中的应力释放模式，同时也为了确定震前应力积累较高的区域，我们采用将滑平量沿地震断层反向滑平的方法，计算震前库仑应力场分布，实现将地震断层的应力状态还原到地震应力释放之前的目的。

利用这一算法我们对美国南加州近年来发生的强震，以及中国大陆发生的几次灾害性地震进行了回顾性研究。研究表明使用库仑应力算法得到的加卸载响应比时时序列，前兆变化相对于圆形区域算法更为明显，且对目标地震的平置、震级预测更为明确。为了更清楚的了解加卸载响应比时时序列随震前应力场的变化，我们进一步计算了汶川地震发生前震源区域的加卸载响应比空时分布，对比不同阶段的加卸载响应比空时分布，发现在库仑应力增加区域内加卸载响应比的演化规律更为明显：大部分时时其分布保持了较低值，直到地震发生前出现明显增加。

震前加卸载响应比的异常变化充分表现出其周围区域的高库仑应力积累。正因为所选择的临界区域是为了研究地震断层上的目标地震而特别设定的区域，那些发生在库仑应力增加区域以外的地震事件并没有被纳入加卸载响应比的计算，加卸载响应比的临界敏感性也因此得到了提高。另一方面，对于圆形区域算法而言，由于其统一的选择计算加卸载响应比的临界区域，因而对目标地震的敏感性会降低。相应地，可以被用来对更大震级范围内的地震进行预测，但是预测的效果会降低。因此，更胜于圆形区域，震前引起加卸载响应比异常变化的库仑应力增加区域可能为地震的发生定义了一个天然的临界区域。库仑应力算法的这一独特性质，可以针对不同地区的活动构造特征对未来地震发生的地点和大小提供信息和约束。