地震预测是一个公认的世界性科学难题。在我国,频发的地震给人民的生命与财产安全带来了巨大的威胁。因此对地震预测进行持续且深入的研究是减轻地震灾害损失、保护人民生命财产安全的必由之路。地震预测须依据前兆,前兆是地震前观测到的预示地震将要发生的信号。地震预测实践表明,流动重力观测是我国中期地震预测的重要手段,具备一定程度捕获地震前兆的能力。震例总结表明,强震或大震前往往出现典型的重力场变化图像(可称之为“重力前兆”):重力变化梯度带或高值与低值交替变化的四象限图像,且未来震中位于重力正负变化转换处(如重力变化零值线)或相对低值的区域。如何对这一现象做出解释,并利用其对地震进行具有物理基础的预测是目前面临的关键问题之一。申重阳等(2011)根据姚安地震前重力变化的四象限分布特征,发现孕震过程中“孕震体”先存的闭锁剪力与震源机制显示的同震剪应力具有物理上的一致性,进而提出了“闭锁剪力模式”,为解释上述典型重力变化特征提供了理论基础。那么,如何对“闭锁剪力模式”进行量化,并据此建立相应的地震预测理论与方法成为了亟需解决的关键问题。为此,本论文主要针对数十年重力观测震例总结给出的典型重力变化前兆特征,发展研究基于闭锁剪力模式的地震重力预测方法,为地震重力预测提供定量化的实用技术。论文主要研究工作及成果贡献如下:(1)基于“闭锁剪力模式”,利用定量地震学的震源动力学理论,建立了闭锁剪力模式的数学物理模型。根据构造性地震的双力偶机制,可以用一个假想的“等效位错”来描述孕震源中存有的闭锁剪力。对孕震体的“等效位错”可利用同震位错理论公式进行计算,从而进一步计算孕震体的等效地震矩(能量)。(2)利用Okubo位错理论给出了模拟与反演确定“等效位错”模型参数的方法。模型参数可分为两类——力学参数与几何参数;通过理论模拟研究给出了基于震前重力场变化图像的几何参数选取方法;对无法直接从图像获取的力学参数,考虑到流动重力观测数据中存在的粗差,选取稳健—贝叶斯最小二乘法进行反演。(3)基于上述研究,以姚安6.0地震和汶川8.0地震为例,研究了基于闭锁剪力模式的地震危险预测方法:(1)为验证模型及参数选取方案的合理性,以2008年汶川Ms8.0地震和2009年姚安Ms6.0地震为例,基于震区附近多年的流动重力数据所识别的典型重力变化图像,进行了“等效位错”模型参数的反演研究。(2)模型的正演模拟结果表明,汶川地震与姚安地震的震前重力场动态变化分别对应倾滑与走滑型“等效位错”产生的地表重力变化。通过这两个区域的震前重力场动态变化图像的特点确定了模型的几何参数的初值;并通过稳健—贝叶斯最小二乘反演得到其分别对应的力学参数。并通过模型参数计算了孕震能量。(3)将“等效位错”对应的孕震能量与实际发震情况进行对比,结果表明:汶川地震孕震能量相当于Mw8.0,接近于实际发震的矩震级Mw7.9;姚安地震孕震能量相当于Mw5.9,接近于实际发震矩震级Mw5.7。表明本文的参数选取方案具有一定的合理性与有效性。(4)震例研究结果表明,基于闭锁剪力模式的地震危险预测方法可对大陆构造性地震的震级、震源力学特性进行较好预测,并可用于圈定未来强震发生地点,经进一步完善,可成为基于重力场图像开展地震预测提供有效途径和潜在快速数值预测方案。