하역 응답비 이론 - 지진 및 기타 지질 재해를 예측하기 위한 새로운 이론

Yin Xiangchu

(중국 지진 관리 분석 예측 센터, Beijing 100036)

Wang Yucang

(비선형 연속성 연구소 Mechanics, Chinese Academy of Sciences Open Laboratory of Media Mechanics(LNM), Beijing 100080)

Abstract 손상 과정의 비가역성으로 인해 지진 발생 구역의 매체가 손상되면 하중에 대한 반응이 언로드 응답과 다릅니다. 하역 응답에 대한 재하 응답의 비율 Y(Load/Unload Response Ratio, 영어로 LURR이라고 함)는 지진 발생 구역에서 매질의 손상 정도 또는 불안정성에 대한 근접성을 측정할 수 있으므로 다음과 같이 사용할 수 있습니다. 일종의 지진 예측 새로운 방법. 수백 건의 지진 사례(규모 4~8.6 범위)를 조사한 결과, 본진이 발생하기 전 기간에 Y 값이 1보다 훨씬 큰 것으로 나타났습니다. 7개의 안정된 지역(오랜 기간 동안 강한 지진이 발생하지 않았고 소규모 지진 데이터가 풍부한 지역을 의미)의 경우 Y 값은 최대 20년 동안 항상 1 주변에서 약간 변동했습니다. 최근 몇 년 동안 이 방법은 중국 본토에서 발생한 12개 이상의 중간 강도 지진, 미국의 노스리지 지진(1994.1.17, Mw=6.7), 일본의 관동 지진(1994.1.17, Mw=6.7)에 대한 성공적인 예측에 사용되었습니다. 1996.09.11, Ms=6.6).

키워드 지진 예측, 하역 응답비 이론

1 서론

지진의 물리적 본질은 무엇인가? 기계적 관점에서 볼 때, 지진 발생 지역의 매질(암석)이 손상되고 급속히 파괴(불안정)되는 과정이며, 응력과 변형 에너지의 급격한 방출을 동반합니다. 그림 1과 같이 고온, 고압 하에서 지진 발생대(단층 또는 약화대가 포함된 암반)의 구성 관계를 연구해 보겠습니다. 그림 1에서 세로 좌표는 일반화된 하중 P이고 가로 좌표는 하중 P에 대한 응답 R입니다.

먼저 응답률 X와 로딩 및 언로드 응답 비율 Y라는 두 가지 매개변수를 정의합니다.

응답률 부하 증가분, △R은 △P에 해당하는 응답 증가분을 나타냅니다.

부하 및 하역 응답 비율 Y는 다음과 같이 정의됩니다.

Proceedings of the 30th International Geological Congress Volume 5 Modern Lithosphere Movement Seismic Geology

여기: X+, X-는 각각 로딩 및 언로딩 조건에서의 응답 속도를 나타냅니다.

우리 모두 알고 있듯이 재료가 탄성 단계(그림 1의 OA 섹션)에 있는 경우 로드 시 응답률 X﹢(ΔP>0)는 언로드 시 응답률과 동일합니다. (ΔP<0) 즉, Y=1입니다. 그러나 응력이 탄성을 초과하면 X+>X-이므로 Y>1입니다. 재료가 점차 부서지는 경향이 있으므로 Y 값도 점차 증가합니다. 그림 1의 정점 T에 접근할 때 X+는 무한대에 가까워지는 반면 X-는 유한한 값으로 유지되므로 Y 값도 무한대에 가까워지는 경향이 있습니다. 따라서 정점 T는 불안정성을 예측하기 위한 전구체 지점으로 사용될 수 있습니다.

그림 1 지진 발생 지역의 구성관계

손상 역학의 관점에서 지진 증식 과정은 지진 발생 지역의 매질의 손상 과정입니다. 따라서 손상 역학의 손상 매개변수 D를 사용하여 지진 발생 과정을 정량적으로 특성화할 수 있을 것으로 기대됩니다. 피해 D는 다양한 방식으로 정의될 수 있습니다. 가장 간단한 방법은 탄성 계수(4차 텐서)의 변화로 D를 정의하는 것입니다. 단순화를 위해 D는 탄성 계수 텐서의 한 구성 요소로만 정의되는 경우도 있습니다. 예를 들어 Lamaitre에서 이에 대해 자세히 연구하고 논의했습니다. 위에 언급된 문서를 참조하시기 바라며, 이 글에서는 자세한 내용을 다루지 않겠습니다.

(3) Y 값을 계산하기 위한 응답으로 선택할 매개변수는 무엇입니까?

지각 변형, 우물 수위, 지진 활동 및 기타 소스 매개변수뿐만 아니라 기타 많은 지구물리학적 매개변수는 Y 값을 계산하는 데 사용되는 응답으로 사용됩니다. '8차 5개년 계획' 기간부터 우리는 국내외의 많은 지구물리학자와 협력하여 '8차 5개년 계획'과 '9차 5개년 계획' 연구 프로젝트에서 다학제적 연구를 수행해 왔습니다. 국가과학기술위원회와 국가지진청이 마련한 해당 프로젝트도 국립자연과학재단과 지진과학재단의 지원을 받아 비교적 많은 성과를 거두었습니다. 이 기사에서는 주로 지진 에너지에 반응하는 하중 및 하역 응답 YE를 소개합니다(다른 매개변수의 하중 및 하역 응답 비율은 이 기사에서 거의 포함되지 않으므로 여전히 YE ​​대신 Y가 사용됩니다). Y는 다음과 같이 정의됩니다.

Proceedings of the 30th International Geological Congress Volume 5 Modern Lithosphere Movement Seismic Geology

공식에서 E는 지진 에너지이며 기호는 "+"와 "입니다. -"는 각각 하중 및 하역을 나타내며, N+ 및 N-는 각각 지정된 시간 및 공간 범위 내에서 발생하는 하중 지진 및 하역 지진을 나타냅니다(이전 문헌에서는 하중 기간 및 하역 기간 동안 발생하는 지진을 때로는 양성 지진이라고도 함) ) 및 음의 지진), m은 상수이며 0, 1/3, 1/2, 2/3 및 1로 간주됩니다. m=1일 때 Y는 모든 양의 지진 에너지의 합과 음의 지진 에너지의 비율이고, m=1/2일 때 Em은 m=1/3 및 2/3일 때 Benioff 변형률입니다. 지진 발생원은 각각 선 규모와 표면 규모입니다. m=0일 때 Y=N﹢/N﹣, 즉 양수와 음수 지진 수의 비율은 1입니다. 이 기사에서는 항상 m=1/2을 사용합니다.

특정 시간과 공간 범위(예: 2° × 2°, 몇 달에서 1년)를 취하고 방정식 (5)에 따라 Y 값을 계산합니다.

시간에 따른 해당 지역의 Y값 변화를 이용하여 해당 지역의 향후 지진 발생 위험을 예측할 수 있습니다.

2 지진 사례 테스트

국내외에서 발생한 Ms=4~Ms 규모의 수백 건의 지진을 대상으로 LURR 이론을 기반으로 광범위한 지진 사례 테스트를 수행했습니다. = 8.6. 점검 결과는 만족스러웠습니다. 다음은 1970년부터 1992년까지 중국 본토에서 발생한 10건의 대지진(Ms≥7)의 지진 발생 지역에서 시간에 따른 LURR의 변화입니다(그림 2).

이 기간 동안 중국 본토에서는 규모 7 이상의 지진이 13건 발생했는데, 그 중 3건(칭하이 지진, 퉁하이 지진, 티베트 이지타이마오 지진)이 너무 커서 자료로 담을 수 없었다. 이를 사용하여 LURR을 계산할 수 없는 것 외에도 10개의 다른 주요 지진을 모두 조사했습니다. 지진 전 각 지진대에서 시간에 따른 Y의 변화가 그림 2에 표시되어 있습니다. 산지 지도에서 볼 수 있습니다. 지진 사례 10건 중 9건, 예를 들어 Y는 지진 전의 1보다 훨씬 크고, Y > 1인 시간은 약 1~3년 동안 지속됩니다.

중국 본토(4≤Ms≤8.6)의 지진 사례에 대한 비교적 체계적인 연구 외에도 우리가 얻을 수 있는 데이터를 기반으로 일본, 미국 및 기타 국가의 여러 지진 사례도 연구했습니다. . 모두 좋은 결과를 얻었습니다.

또한 비교 연구를 위해 중국 본토의 7개 지역을 선정했습니다. 이 7개 지역은 역사상 강한 지진을 경험했지만 지난 20년 동안 지진 활동이 적었고 지진도 발생하지 않았습니다. 약간 강한 지진은 지진 활동이 낮은 기간에 발생합니다. LURR(그림 3)의 변화는 그림 2와 뚜렷한 대조를 이룹니다. 7개 지역 모두에서 Y 값은 20년 이상(1970-1992) 동안 1 근처에서 약간 변동했습니다.

그림 2 1970년부터 1992년까지 중국 본토에서 규모 7 이상의 모든 주요 지진이 발생하기 전 시간에 따른 Y의 변화 곡선

a—1973.02.06 Sichuan Luhuo 지진(Ms= 7.6), b—1974.05.11 윈난성 용산 지진(Ms=7.1), c—1974.08.11 신장성 우치아 지진(Ms=7.3), d—1975.02.04 랴오닝성 해성 지진(Ms=7.3) 1976.05.29 윈난성 룽링 지진(Ms=7.4), f—1976.07.28 허베이성 당산 지진(Ms=7.8), g—1976.08.16 쓰촨성 송판 지진(Ms=7.2), 신장 지역 지진(Ms= 7.1), i - 1988.11.06 운남성 란창 지진(Ms=7.6), j - 1990.04.26 칭하이 지진(Ms=7.0)

그림 3 사이 1970년 및 1992년, 7 조용지대의 Y-t 곡선

a—탄루 단층대의 남쪽 부분(35.5°N±1°, 118°E±1°) b—산시성 북부(40.5) °N±1°, 119° E±1°), c—쓰촨 동부(31.0°N±1°, 118E±1°), d—산둥 북부(37.0°N±1°, 119°E±1°) ), e - 산동 서부(37.0°N±1°, 118°E±1°), f - 북부 허난(35.0°N±1°, 113°E±1°), g - 남부 산둥(35.0°N) ±1°, 117°E± 1°)

3 지진예측실습

최근에는 이 방법을 지진예측에 활용하려고 노력하여 중기예측에 성공하였다. 중국 본토에서 여러 차례 발생한 규모 6 이상의 지진에 대한 기간 예측입니다. 그림 6은 coda Q 값의 예 수를 응답으로 취하여 LURR-YQ를 계산하는 예를 보여줍니다. 그림 6은 미국 캘리포니아주 남부 노스리지 지진(1994.01.17, Mw=6.6) 이전 지역에서 시간에 따른 YQ의 변화를 보여주고 있으며, 이를 그림 4e와 비교하면 두 가지가 질적으로 일치함을 알 수 있다.

그림 6 미국 캘리포니아 남부 노스리지 지진의 YQ 변화도

동일한 시공간 영역에서 많은 매개변수를 사용하여 많은 LURR 값을 계산할 수 있으며, 하중-하역 응답비 이론을 활용하여 지진 예측의 정확성을 높이는 것이 불가피합니다.

요컨대, 하중-하역 응답비 이론은 지진 예측의 새로운 길을 열 수 있습니다. 현재 국내 지진학계에서는 많은 사람들이 이를 연구, 적용, 개선하고 있다[5].

최근 연구에 따르면 베이징 지역에서 체감 지진(6>M≥4 참고) 이전과 베이징 지역에서 광산 지진(M) 이전에도 Y 값이 크게 증가한 것으로 나타났습니다. >2). 이는 자연 지진 외에도 LURR 이론이 유도 지진(광산 지진, 저수지 지진[4]...) 및 기타 특정 지진 재해(예: 암석 파열, 산사태, 화산 폭발)를 예측하는 데 사용될 수 있음을 보여줍니다. .).

Fu Chengyi 교수, Keiti Aki, Qin Xinling, Wang Ren, Chen Zhangli, He Yongnian, Ge Zhizhou, Chen Xinlian, Mei Shirong, Luo Zhuoli, Zhang Guomin, Li Xuanhu, Zhang Bomin 및 E.A. Bergman, K. Hosono, Dr. H.P. Ouyang은 그들의 다양한 지원과 도움에 진심으로 감사를 표하고 싶습니다.

본 프로젝트는 중국국가자연과학재단(보조금 번호 19732006)의 지원을 받아 국가과학기술부 '제8차 5개년 계획' 및 '제9차 5개년 계획' 연구 프로젝트에 참여했습니다. 위원회 및 국가 지진학 관리국, 지진학 재단 및 중국 과학 아카데미의 LNM 공개 실험실(역학 연구소, 연속 미디어의 비선형 역학 연구소).

참고자료

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