地震预测概论习题及答案

-1-《地震预测概论》习题及答案1、归纳中国地震活动的基本特点。（P3）答：中国地震活动的特点首先是“多、大、广、浅”，即地震多、强度大、分布广、震源浅，灾害特别严重，中国是全球大陆地震和地震灾害最为严重的国家之一。其次是地震活动时空强分布不均匀，地震活动空间的不均与性，地震活动在时间分布上也不均匀。强震活动主体区域为中国西部，尤其是台湾地区、青藏高原、南北地震带、天山地区、华北地区、东北深震区。2、试述中国地震预报科学思路？（P9）答：地震预报通过两种途径进行广泛的探索，其一是关于孕震过程和地震模式的理论和实验研究。另一途径是根据在长期实践中积累的大量震例资料，总结出经验性规律推广应用于预测未来地震。中国的地震预报在上述两条科学途径上探索前进，形成了具有中国特色的地震分析预报科学思路，一是，长、中、短、临渐进式预报思路；二是，源兆与场兆相结合的思想；三是，源的过程追踪与场的动态监视相结合的思想；四是，“块、带、源、场、兆、触、震”协同的思想。3、地震序列主要可分为那几种类型？如何区分前震序列和余震序列？答：地震序列可以分为主震型（包括前-主-余型、主-余型和孤立型）、震群型和双震型。地震序列的三个基本类型即主震型(进一步还可划分为前震─主震─余震型和主震-余震型)、孤立型和震群型(包括双震型)。(1)孤立型地震指的是在一个地震序列中存在一个最大的地震，而在它之前和以后所发生的地震的能量与这一最大地震相比是微不足道的，且序列中的地震个数也很少。(2)震群型地震指的是在一个地震序列中存在有两个以上比较突出的大-2-震，且它们之间的震级相差不大，序列地震个数多。(3)主震型序列的情况则介于以上两种类型之间，序列中只存在一个突出的大震且其地震序列比孤立型要发育，但差于震群型。地震前震序列具有震级不断增大、频度上升、震中位置集中、震源深度变化小等特点；前震的b值较余震b值低；前震序列S波偏振方向变化不大，大震后失去了震前的一致性。前震序列①震级上升②频度上升③应变加速④b值低⑤h1⑥震源机制稳定⑦应力降大⑧振幅比一致⑨初动半周期小⑩U值、K值、p值是否为前兆震群⑾前震深度变化小余震序列①震级下降②频度衰减③应变转平④b值高⑤h1⑥震源机制变散⑦应力降小⑧振幅比发散⑨初动半周期小⑩余震深度比较浅4、如何认识利用地震波形变化来预测地震的物理基础？答：地震波形的变化体现了地震活动性的变化，具体来说包括P波、S波振幅比的异常、S波偏振的异常、P波初动半周期的变化以及震源机制的变化，因而通过地震波形变化可以对地震震源及地震传播的状况有所了解，对地震预测也会有帮助。震源参数①震源机制（包括小震综合节面解，矛盾符号比，S波偏振，振幅比），区域应力场增强；②震源参数（应力降、破裂半径、拐角频率，包括初动半周期、波形变化、拐角频率比、视应力、环境应力等），震源区应力状态。介质参数①介质品质因子Q值：(1)P波初动半周期；(2)频谱分析；(3)尾波(包括地震波振动持续时间之比），介质非弹性；②波速和波速比（介质的弹性系数，反映区域应力场），介质性质；-3-③S波分裂（介质的各向异性）。5、分别论述地壳形变信息提取的数学方法。（P103？）答：一是，排除干扰、压低噪声、突出信息，可称“水落石出”；二是增强信息、放大信息，使信息鹤立鸡群，即提高“信噪比”；三是，利用信息和噪声的不同特性（如频率特性等）来区别和识别信息。6、试论各种地壳变形信息在地震预报中的应用？（P114）答：一是，地面大地测量为地震长期预报提供大范围形变异常背景；二是，断层活动信息为地震短临预报提供前兆；三是，区域断层网络活动信息为孕震形变场提供活动前兆；四是，地倾斜信息为震源区附近提供短临前兆。7、举例说明岩体弹性变形能引起地下水微动态的那些变化？产生这些变化的主要原因？（P135）答：主要有地下水位的潮汐效应、地下水位的气压效应、地下水位的降雨载荷效应、地下水位的地表水体载荷效应；地下水位的潮汐效应主要是由于天体引潮力作用使地壳产生潮汐变形，其中含水层也随之变形，从而引起孔隙水压发生变化，导致井孔水位随引潮力的变化而呈反向周期变化；地下水位的气压效应主要是由于大气压力同时作用在井区大地表面与井孔水面上时，由于作用在大地表面上的力通过含水层顶板以上的覆盖层传递到含水层岩体上，在过程中力将衰减，因此导致井-含水层之间的压差并引起水流运动，当大气压力增大时，井内水向含水层流动，导致井孔水位下降；而当大气压力减小时，含水层水向井内流动，导致井孔水位上升，即气压与井孔水位出现负相关；地下水位的降雨载荷效应主要是由于降雨载荷作用于大地表面并传递到含水层中引起的；地下水位的地表水体载荷效应主要是由于江、湖、海水位变化引起的对大地表面的加载作用。8、试述水文地球化学地震前兆研究方法?(P171)答：室内模拟实验研究（压裂实验、振动实验、溶解溶滤和压溶实验）、-4-野外模拟实验研究（爆破试验、水压致裂试验）、前兆机理研究、水化前兆模式研究。9、正确理解视电阻率的基本概念、物理实质和其欧姆定律的微分表达式？答：在地下岩石电性分布不均匀（同时赋存有两种或两种以上导电性不同的岩石或矿石）或地表起伏不平的情况下，若仍向地下供入电流强度I，并测量地面任意两点M、N之间的电位差，这时，按测定均匀水平大地电阻率的方法和公式计算所获得的结果称之为视电阻率显然，它和电阻率具有相同的量纲。一般情况下，视电阻率并不代表地下某一种岩石的导电性，但视电阻率值与地下不同电性岩石(或矿体)的分布状况有关，还与所采用的装置类型、装置大小以及装置相对于电性不均匀体的位置有关。根据稳定电流场的基本性质，在地下岩石导电性分布不均匀的情况下，自供电极A供入地下的电流总是趋向于沿着电阻较小，路程较近的路径流向B极；流经不同电性体的总电流值保持恒定，表征地下电场分布的电流线呈连续的曲线，不会在地中突然消失，也不会在某处无中生有。此外，电流线间彼此相互排斥，因此，电流线不会全部集中于良导电体内，也不会所有电流线都选择同一条最短路径，而是呈体分布状态。实际上，视电阻率的变化，正是反映了电性不均匀岩石中电场的分布情况。视电阻率的微分形式设在地表水平，地下岩石导电性分布不均匀的条件下，对于测量电极距MN很小的装置来说，MN范围内的电场强度和电流密度均可视为不变的常量，则有：IVKMNs-5-这里jo为在地表水平，地下为半无限均匀岩石的条件下的正常电流密度。视电阻率的微分表示式揭示了视电阻率变化与地下电场分布之间的关系。视电阻率的性质：(1)当地下只有同一种电性的岩石存在时，按定义计算的视电阻率就等于该岩石的真电阻率值。(2)当地下有电性不同的局部地质体赋存时，在高阻扰动体上方的视电阻率值比围岩电阻率值大；在良导扰动体上方的视电阻率值比围岩电阻率值小。若在地质体上方，采用一定的装置沿地表剖面逐点观测视电阻率时，视电阻率随测点变化的曲线便能反映出地下电性不均匀体的位置和不均匀体电阻率的相对高低，上述以视电阻率等于围岩电阻率的水平直线为正常背景，故视电阻率曲线以视电阻率异常不受正常电流场分布不均匀的影响，视电阻率曲线比电位或场强曲线对地下不均匀体的赋存情况反映的更理想。(3)当地下有多种电性不同的岩石存在时，地面某点的视电阻率值是多种电性不同岩石对电流场分布总的作用结果；它与电性不均匀的分布状况及各不均匀体的真电阻率值有关，而与供入地下的电流强度I的大小无关。(4)除了地下电性不均匀体之外，起伏的地形同样会改变地面电流场的分布状况，因此地形对电阻率法的观测结果有影响，对电阻率法资料进行解释时，是一种常见的、不可忽视的干扰因素。10、震磁研究的基本特点和主要内容是什么？（P272）MNMNsjj0-6-答：震磁研究的主要特点1）以观测为基础的学科。地磁场是随着时间和空间在变化的，而地震的发生无论是其时间、地点和强度虽然在时、空上有一定的规律可循，但基本上是一种偶发性的随机事件。因此，要想捕捉震磁信息，布设一定密度，分布合理的台站，并且具有足够稳定性和精度的配套仪器是必不可少的，只有观测到地磁场在时间域、空间域和频率域中的细微变化，才有可能经过各种处理筛选而获得震磁信息。同时，由于震磁信息与正常的地磁场变化相比其幅度微小、空间范围有限的特点，因此可以说震磁信息是一种在极强的干扰背景下迭加的微弱信号。2）实验与理论依据有待深化。尽管关于震磁研究的物理实验和理论研究方面取得了许多令人信服的成果，并在此基础上提出了“压磁效应”、“感磁效应”、“动电磁效应”、“热磁效应”等诸多理论模式且都较成功地解释了一些震例，但随着震磁研究的深入，尤其是随着观测技术的提高、震例的增加和室内实验的积累，以上每种模式均遇到了困难。实践表明，地震过程远不像人们早期所想像的那样单一和典型，它的复杂性越来越被人们所认识，而伴随地震所产生的地磁变化也同样越来越显示其多样性和复杂性。震磁研究的主要内容（1）野外观测：由于震磁研究是以观测为基础的学科，因此首要的任务是获得地震前后具有一定空间密度，具有相当精度，地体环境条件明确的地磁观测资料。为此，按照较明确的理论预测布设合理的观测台网和架设配套的地磁仪器是至关重要的。（2）室内与野外实验：加强室内与野外实验获取翔实的实验数据并在此基础上进行更深入的理论研究也是提高震磁研究水平的重要方面，与此同时，强化与其他方法手段之间的综合研究是不可忽视的。-7-（3）理论分析：深入细致地认识地磁场各种长期、短期变化及扰动变化的时空特征，将其作为提取震磁信息的背景场是震磁研究中的一项主要内容，只有提高对背景场的认识水平和计算水平，才能获取足够精度的震磁信息。11、重力数据分析处理中的无限平层公式的推导？（P327）12、简述引潮力和引力之间的差别，地球表面垂直方向和水平方向的最大引潮力有多大？（P310、312）答：天体对地球质心的引力与对地面任意一点引力之差，称为天体在该点的引潮力，而引力就是天体对地球的万有引力；地球表面的垂直方向最大引潮力为241微伽，水平方向的最大引潮力为189微伽。13、产生前兆复杂性的原因何在？（P352-356）答：主要有以下六个原因，一是，地体环境与地震活动的不均匀性；二是，构造物理条件与地震活动的不均匀性；三是，地球动力学条件与地震活动动态发展的不均匀性；四是，震源物理与地震前兆的关系；五是，地震前兆具有地区差异；六是，中国大陆地震前兆的复杂性。14、滑动弱化模型的基本要点是什么？如何用滑动模型解释地震前兆的复杂性？（P367、371）答:滑动弱化模型是指沿主破裂面出现预滑动及其引生的介质强度或断层面摩擦强度降低；完整岩石三轴压缩时剪切形变带的形成及该带上的滑动转化，岩石摩擦滑动试验中的滑动弱化。不能把无震异常都归结为干扰，它们可能和有震异常具有相同的物理机制，反映相同的物理过程的真正异常，只是由于在最后的滑动弱化阶段，其震源及其邻近地区的刚度与周围岩体的刚度对比不满足失稳条件。15、汶川地震的发生对你认识地震预报有什么启示？汶川8级巨大灾害性地震-8-唐山地震后又一次巨大灾难性地震强度大、破坏广、次生灾害重、救援难震前无中期、短期、临震预报对国家、人民和地震工作者有客观交代汶川8级地震前，认为南北带中南段存在发生7级地震的危险，没有想到发生在龙门山断裂带上的汶川8级地震。按照传统方法，震前发现的前兆异常不多，变化复杂。震后按照8级地震的长时间、大尺度孕震的思路，认为存在一定的地震活动性和前兆趋势异常，并且需要深入研究。答：一是，要加强地震监测工作，尤其是台网、速报、信息等工作；二是，要加强地震预报工作，在重视基础研究的前提下开展多路探索；三是，要加强抗震设防工作，尤其是重要建筑物，农居抗震也应提上议事日程。四是，地震预报是世界难题，像汶川地震这样的主余型地震的预报就更加困难了。目前被预报的地震主要是前主余型地震，如海城地震。地震预报—科学挑战地震预报毕竟是科学难题，几十年来成绩和进步不小，但问题和困难更多，做出较好预报的地震只占总数的少数。现在的进步是局部性的，现有的认识是现象性而非本质性，准