利用三维细胞自动机模拟地震活动性.PDFVIP

北京大学学报（自然科学版），第 42 卷，第 2 期， 2006 年 3 月 Acta Scientiarum Naturaiium Universitatis Pekinensis ， Voi .42 ， No .2 （ Mar . 2006 ） 1 ）国家自然科学基金重点（），地震科学联合基金（ 103016 ）和北京市自然科学基金（ 8053020 ）项目资助 收稿日期： 2005-05-23 ；修回日期： 2005-09-02 利用三维细胞自动机模拟地震活动性 1 ） 朱守彪 2 ）， 3 ） 蔡永恩 3 ） 刘 杰 4 ） 石耀霖 5 ） （2）中国地震局地壳应力研究所，北京， 100085 ；3）北京大学地球与空间科学学院地球物理学系，北京， 100871 ； 4 ）中国地震局地震预测研究所，北京， 100036 ；5）中国科学院研究生院地球动力学重点实验室，北京， 100039 ） 摘 要 在由弹簧—滑块—阻尼器组成的平面网络非线性动力学模型研究的基础之上，对细胞自动机模型的演化 规则进行了修改，并将其由二维拓广到三维。设计了 100 X 100 X 40 网格的三维大型地震细胞自动机模型，生成了 13 540 个“地震”事件。结果表明，三维空间“地震”事件的时空分布与天然地震有许多类似的特征，满足震级与频度 的 G-R 关系，且有分形分布规律。由此可见，三维地震细胞自动机比二维模型更符合实际。 关键词 三维细胞自动机；地震活动性； G-R 关系；分形分布 中图分类号 P 315 .78 Modeling Seismicity by 3-D Cellular Automata ZHU Shoubiao 2 ）， 3 ） CAI Yongen 3 ） LIU Jie 4 ） SHI Yaolin 5 ） （ 2） The Institute of Crustal Dynamics ， Beijing ， 100085 ；3） Department of Geophysics ， Peking Uniuersity ， Beijing ， 100871 ； 4 ） Institute of Earthguake Prediction ， China Earthguake Administration ， Beijing ， 100036 ； 5 ） Key lab of Calculation Geodynamics ， Graduate School of Chinese Academy of Science ， Beijing ， 100039 ） Abstract Based on the research resuits of the non-iinear dynamic modei which consists of a piane network system buiit by spring- siider-damper ， ceiiuiar automata modei is deveioped from 2D to 3D ， with the evoiution ruie modified . The authors design 100 X 100 X 40 grids for 3D ceiiuiar automata modei ， and produce 13 540 synthetic seismic events . The computation resuits show that the tempo-spatiai distribution of 3D synthetic events is consistent with that of actuai naturai earthguakes ， and freguency-magnitude of synthetic seismic events meets G-R reiation . Moreover ， the synthetic events by ceiiuiar automata have fractai distribution on tempo-spatiai scaie . Compared with 2-D modei ， 3D ceiiuiar automata is more reasonabie . Key words 3D ceiiuiar automata ； Seismicity ； G-R reiation ； Seif-simiiar 0 引 言 地震是一种非常复杂的自然现象，地震活动具 有明显的非线性特征。 Bak 和 Tang （ 1989 ）［1］依据地 震是一种自组织临界现