无破碎带断层场地对SH波的散射

在层状半空间精确动力刚度矩阵和斜线荷载动力格林函数的基础上建立间接边界元方法,在频域内求解无破碎带断层场地对入射平面SH波的散射。为方便求解,将总波场分解为自由波场和散射波场,自由波场由直接刚度法求得,断层两侧的散射波场通过在断层面上分别对两侧施加均布斜线荷载产生的动力响应来模拟,虚拟荷载的密度可通过引入断层表面的边界条件确定,最后叠加自由波场和散射波场求得总波场。以有落差断层和无落差断层模型为例进行数值计算,分析断层落差、断层倾角以及断层两侧介质的刚度比对散射效应的影响。研究表明,断层落差与波长相当时,断层对SH波的放大作用最大;地表位移幅值随着断层倾角的增大逐渐增大;若断层无落差且其两侧刚度不同时,一般刚度较小一侧地表位移幅值较大且振荡更为剧烈,波从刚度较小一侧入射时位移幅值放大尤为显著。     

汶川地震形成位移场的空间分布

采用Yoshimitsu Okada及Steketee的断裂位错模型和汶川地震现有成果,通过坐标转换和合成矢量的方法将断裂位错模型用于映秀—北川断裂、灌县—安县断裂和北川—青川断裂组成的断裂系统的错动研究中,理论上计算龙门山近断裂地区的水平位移场(包括沿走向和垂直走向方向)和垂直位移场从震源到地表的分布.模型参数源于现有的研究成果和野外实地考察,计算得到的地表位移场与先前研究成果,包括GPS实测数据,具有的近似性表明了模型的正确性.但GPS只能测定地表水平和垂直变形,对于地下变形情况及其分布却无法描述;目前对于地下变形的研究主要基于对大量仪器记录的地震资料进行反演或通过野外观测进行推测;但是反演多集中于空间较大范围,这样虽可阐述断裂运动引起的大范围位移趋势,而对于震源附近空间介质位移的描述却略显粗糙;同时,野外观测误差较大.本文通过理论模型计算汶川地震中近断裂区域(距断裂50km)内的位移及分布.由计算发现在近断裂区域内垂直位移场和垂直走向方向位移场变化趋势一样,幅值都是从震源到地表逐渐减小;沿断裂走向方向的水平位移场从震源到地表逐渐变大,同时计算还表明位移场的变化在断裂上盘比下盘剧烈,余震分布主要集中于断裂上盘,这说明余震分布和位移剧烈程度存在某种相关性.     

2008年汶川8.0级地震地表垂直和水平位移场模拟计算分析

本文采用Okada及Steketee的断裂位错模型,从理论上计算了龙门山中央主断裂和前山断裂在汶川地震中逆冲和走滑错动形成的地表位移场,包括地表垂直和水平位移场的基本特征。并将计算结果与地震科考成果进行了比较,发现计算结果与现场地表变形考察结果在变化趋势上表现出一致性。同时通过计算揭示了断裂错动过程中离断裂一定范围内的地表位移场变化情况,计算结果表明断裂错动形成的地表垂直存在较大的空间不均匀性,且主要集中于断裂的端部即映秀、北川和青川附近,并且位移场在这些地方变化都较强烈。水平位移场主要集中于北川以北的地区,水平位移场的空间变化比较均匀。     

2010年青海玉树地震同震-震后形变场特征及演化过程

基于星载合成孔径雷达差分干涉测量技术(DInSAR)和4期ENVISAT/ASAR雷达数据,获得了不同时间基线的三个同震干涉形变场和两个震后干涉形变场,并对这五个在时段上互有重叠的形变场进行了综合分析.结果表明,玉树地震同震形变场为围绕发震断层NW展布的椭圆形干涉条纹,覆盖范围约89 km×59 km.断层运动性质为左旋走滑.两盘最大视线向相对形变量至少达45 cm,最大形变出现在结古镇附近.时间基线不同的同震形变场总体上基本一致,但两盘最大相对形变量和局部形变存在差异.震后时间较长的干涉对反映的最大形变量反而减小;在震后时间较短的干涉对上于结古镇西南侧观测到的局部形变,在震后时间较长的干涉对上却没有出现.分析认为在形变量最大的结古镇附近可能出现了震后快速弹性回弹,导致随震后时间延续,形变量反而减小的现象.玉树地震震后形变主要出现在断层附近、震后不久的时段内,形变量在8 cm以下,具有与同震方向一致和相反的两种震后形变方式.在结古镇西南观测到一个与同震形变相反的局部沉降,应为震后弹性回弹.在微观震中处的断层附近观测到与同震方向一致的震后形变,可能是震后余滑.通过对地震前后不同时间基线的多个干涉对的联合对比分析,可以在一定程度上区分同震形变与震后形变,更好地研究地震引起的变形过程,特别是地震断层附近短期震后形变场的演化过程,为进一步研究断层带的岩性特征、物理力学及运动特性提供约束.     

雁列构造的几何及其应力场的数值模拟

用数值模拟方法研究了几何、力学条件不同的雁列构造模型的应力场,探讨了几何参数对应力场的影响。模拟结果表明,在几何参数不同的情况下,雁列构造中局部断层扩展引起的应力扰动场会对相邻构造产生作用。围绕断层扩展部位剪应力增量场呈八瓣式分布,平均应力增量场呈四象限分布。在较小范围内同时存在几个断层扩展区的情况下,围绕这个弱化区仍可形成上述增量场图案     

基于最大似然属性的断层识别方法及应用

断层识别是断块型油气田勘探开发的重要研究内容,尤其是在复杂断块油气田的勘探开发中,准确合理的断层识别是落实油气田构造和确定注采井网的关键因素.方差体、相干体、曲率属性等常规方法在断层识别中发挥着重要作用,但在复杂断裂发育区地震资料品质较差,常规方法分辨率较低从而无法准确识别断层组合关系.基于相似系数改进的似然属性在已知断层倾向和倾角时可以精确表征断层,但由于断层的倾向和倾角是未知的,因此可以采用断层倾向和倾角扫描的方法计算最大似然属性来表征断层.本文对比分析了相似系数和最大似然属性的原理;并将最大似然属性应用于模型正演数据和实际地震数据进行断层识别分析,结果表明,最大似然属性在剖面上更符合断层展布特征,在平面上断层组合关系更加清晰,在断层识别上具有较好的应用效果.     

九寨沟M_s7.0地震的InSAR观测及发震构造分析

2017年8月8日四川省九寨沟县发生M_s7.0地震.本文基于Sentinel-1 SAR影像,利用InSAR技术获取了此次地震的同震形变场,反演获得同震滑动分布,计算了同震位错对余震分布和周边断层的静态库仑应力变化,并对发震构造进行了分析讨论.结果表明:①InSAR同震形变场显示,九寨沟地震造成地表形变最大量级约为20 cm(雷达视线方向),同震形变存在非对称性分布特征.②同震位错以左旋走滑为主,主要发生在4~16 km深度,最大滑动量约为77 cm,位于9 km深处.反演得到的矩震级为Mw6.46.同震错动未破裂到地表.③大部分余震发生在库仑应力增加区.此次地震增加了震中周边地区一些断裂的库仑应力,如东昆仑断裂带东段、龙日坝断裂、虎牙断裂等.④东昆仑断裂东段的未来地震危险性值得关注.⑤九寨沟地震的发震断层为树正断裂,可能是虎牙断裂的北西延伸隐伏部分,此次地震是巴颜喀拉块体南东向运动受到华南块体的强烈阻挡过程中发生的一次典型构造事件.     

浑河断裂抚顺城区段现今活动性观测分析研究

本文利用布设于浑河断裂抚顺城区段东西两处形变观测场地变形观测资料,分析研究了浑河断裂抚顺城区段现今活动性,结果表明：1）浑河断裂抚顺城区段现今不存在与构造相关的运动;2）抚顺采煤沉降区外围的浑河断裂没有被活化,沉降区沉降主要由抚顺煤田采煤所致。     

2008年汶川8.0级地震地表位移场的模拟——映秀-北川断裂逆冲兼右旋走滑错动形成的地表位移场

基于Yoshimitsu Okada及Steketee的断裂位错模型,从理论上反演了汶川地震时龙门山中央主断裂中段附近区域(距离断裂30km)内由断裂逆冲兼右旋错动形成的地表位移场的空间演化,包括地表垂直和水平位移场的基本特征。模拟表明了断裂错动过程中近断裂区域地表位移场的空间演化情况,而该空间演化情况通过野外科考和有限的GPS测站数据是无法细致描述的。文中将模拟结果与野外地表破裂带的科考成果进行比较,发现两者在变化趋势上近似表现一致;且位移场在离开断裂出露处迅速衰减的特征与现有研究成果一致;同时模拟结果也表明位移场的衰减速度在下盘强于上盘。模拟结果最终表明:断裂错动形成的地表垂直位移存在较大的空间不均匀性且较大的幅值主要集中于断裂的两端,即映秀和北川附近,垂直和水平位移场在断裂端部的变化都强于断裂的中部;地表垂直位移沿走向的变化在断裂上盘强于下盘;水平位移除了在断裂两端变化比较剧烈外,在空间上分布比较均匀;总体上,除断裂端部外位移场的幅值在上盘大于下盘。     

2008年汶川地震近断裂区域变形场的空间分布

应用Yoshimitsu Okada及Steketee静态断裂位错模型及目前汶川地震研究成果,理论上反演龙门山近断裂区域在汶川地震中从震源深处至地表的变形(应变)场分布.通过矢量合成及坐标变换方法将Yoshimitsu Okada单一静态断裂位错模型应用于龙门山断裂带错裂研究中,重点研究汶川地震中因龙门山中央主断裂中、北段和山前断裂中段共同错动形成的应变场.模拟揭示了应变场平面和垂直分量的空间分布特征.研究发现:应变场垂直分量的幅值在震源深处大于地表,但在地表分布范围较大;应变场沿断裂走向分量的幅值和影响范围由震源深度至地表均逐渐增加;应变场垂直于断裂走向分量的变化情况类似于垂直向应变场;震源深度附近的大变形可能为龙门山断裂在地震中强烈挤压形成的塑性变形.研究表明从震源至地表,所有应变场分量从断裂两侧附近位置至远离断裂,幅值均迅速衰减;其中地表部分的最大变形与现有计算成果近似,变形场的变化特征与地表科考近似,断裂两盘变形方向与震后InSAR资料揭示的情况一致.     

Microstructural features of fault gouges from Tianjing-shan-Xiangshan fault zone and their geological implications

Detailed observation of the microstructural features of 11 fault gouge and 3 fault breccia samples collected from Tianjingshan-Xiangshan fault zone has revealed that fault gouge can be classified into 3 types: flow banded granular gouge, foliated gouge and massive gouge. The determination of the shape preferred orientation (SPO) of survivor grains in fault gouges indicates that the foliated gouge displays a profound SPO inclined to the shear zone boundary, similar to theP-foliation; flow banded granular gouge displays a SPO parallel to the shear zone boundary, while massive fault gouge and fault breccia display a random SPO. All these fault gouges fall in different fields of shear rate ternary diagram.     

2008年于田MW7.2地震滑动分布反演及三维同震形变场解算

基于ENVISAT ASAR升降轨数据, 利用InSAR获取2008年于田M_W7.2地震同震形变场; 采用SDM反演本次地震断层滑动分布; 使用PSCMP正演获取于田M_W7.2地震南北向模拟形变量, 并结合升降轨同震形变场, 解算三维同震形变场。 同震形变场分析表明, 2008年于田M_W7.2地震以正断为主, 且带有走滑运动特征, 破裂带走向为NNE向。 同震滑动分布反演结果显示, 断层沿走向被分为4段F1、 F2、 F3、 F4, 其滑动分布集中在0~14 km区间, 以F2、 F3段为主, 最大滑动量约5.31 m, 位于F2段深部2.76 km处; 沿破裂带走向, 左旋走滑位移与垂直位移比值有增大的趋势; 反演获得的地震矩M₀=5.58×10¹⁹N·m, 相当于矩震级M_W7.1。 三维同震形变场解算结果显示, 断层上盘整体表现为沉降, 断层下盘整体表现为隆升, 且沉降量明显大于隆升量, 表明地震以正断破裂为主; 除靠近断裂带中上部表现为向东南运动外, 上盘整体上表现为向西南运动; 断层下盘则整体表现为向东北运动, 证明破裂兼有左旋走滑运动。 滑动分布反演、 正演与三维同震形变场解算结果皆表明, 于田M_W7.2地震破裂以正断为主, 且带有一定的左旋走滑。     

滇西北地区的现代构造应力场

通过区内活断层性质、盆地生成和水系分布极向等的研究,进一步从地质上论证了该区北北西—近南北向的现代构造应力场。认为这一局部应力场是川滇菱块作南向滑移引起的地壳上部的构造变形事件。晚新生代以来的断陷盆地是这一滑移过程造成的地壳表层的拉分盆地。在地壳的下部有可能受到大区域板块北(偏东)向推挤作用的影响。中小地震和强震在深度分布、破裂特征及应力方向上的区别有可能是这种不同深度层次上应力差异作用的某些信息     

InSAR大气误差改正及其在活动断层形变监测中的应用

为了获取青藏高原东北缘老虎山断裂带精确的震间形变速率场,通过对短时间基线干涉图大气改正效果的评价,从3种外部大气数据(MERIS, ERA-Ⅰ, WRF)中确定出最优的大气改正方法,用于长时间基线干涉图中的大气信号改正;然后利用层叠法(stacking)累积平均经大气和轨道改正后的干涉图,获取了研究区的震间形变速率场.结果显示:海原断裂系统区域内,MERIS和ERA-Ⅰ的大气改正效果优于WRF;MERIS和ERA-Ⅰ的改正结果给出了相似的形变速率场,断层两盘相对形变速率为视线向2.5 mm/a,转换成平行于断层方向为6.5 mm/a,与GPS结果一致;在近断层5 km的范围内,出现了较大的形变梯度,揭示了浅层蠕滑的存在.      

垂直和倾斜断层围陷波的谱元法数值模拟及其波场特征对比

低速断层破碎带内传播的断层围陷波是断层内部信息的重要载体,研究其波场特征是反,演断层内部结构的关键。前人对围陷波的模拟主要针对垂直断层,但实际断层大部分是倾斜的。本文利用谱元法数值模拟地震波在垂直和倾斜断层区域的传播,并分别单独改变断层破碎带或断层两盘速度差异等参数,对比分析地震动在时域和频域发生的变化,研究这些参数对波场特征的影响。对比研究表明,当存在一定宽度的低速破碎带时,倾斜断层对近断层区域波场的影响和垂直断层相比在幅值分布上有比较显著的差异,尤其是当断层两盘同时还存在速度差异时;在倾斜和垂直断层破碎带上方,均能产生断层围陷波,其幅值特征差异不大,但在跨断层平面上的质点极化方式可能会存在差异:垂直断层围陷波质点极化方向表现为单一,而倾斜断层可能会出现多个方向。这些模拟结果有助于反演真实断层破碎带结构,也能够加深对近断层的强地面运动特征的认识。     

苏鲁豫皖地区地磁异常场时空近期动态演化特征

以苏鲁豫皖地区2005年至2008年四期地磁矢量场的观测数据为基础,分别建立了该区域的F、D、I三个独立分量四期的地磁异常场模型。通过对郯庐断裂带中段地磁异常场时空动态演化特征分析,发现该区域的F、D、I分量地磁异常场形态在2005年11月九江地震前后出现了较大程度的变化,甚至出现了地磁正负异常场的反转,从2007年春季至2008年春季,该区域地磁异常场分布形态基本保持稳定。     

THE 2008 AND 2009 QAIDAM,CHINA EARTHQUAKES:INSAR ANALYSIS FOR COSEISMIC DISPLACEMENTS AND INVERSION FOR FAULT MODELS

This study focuses on four moderate-sized earthquakes in the northern margin of the Qaidam Basin, northeastern Tibet Plateau, China, of which one occurred in 2008, and three in 2009, respectively. We obtain coseismic displacement fields of these four events using Envisat descending ASAR data and D-InSAR technology. The results show that the 2008 earthquake has only one deformation center and the 2009 earthquakes have three deformation centers in their fields. The maximum displacement of 2008 and 2009 earthquakes are 0.097m and 0.41m in the LOS(line of sight), respectively. We invert ground displacements of these earthquakes based on elastic dislocation models to estimate slip distribution on fault planes. For the 2008 event, using a one-segment fault model, the inversion reveals peak slip of about 0.47m occurring at a depth of 19km. For the 2009 earthquakes, the ground displacement pattern observed by InSAR can be fitted by a three-segment fault model with smallest RMS of residuals. The three sectional fault model is considered the most reliable.     

Propagation pathways and fluid transport of hydrofractures in jointed and layered rocks in geothermal fields

Palaeofluid-transporting systems, observed as networks of mineral-filled veins in deeply eroded parts of extinct geothermal fields, indicate that hydrofractures commonly supply fluids to geothermal fields. Here we examine well-exposed vein networks that occur at crustal depths of around 1.5 km below the initial surface of the Tertiary lava pile in North Iceland. The veins are located in the damage zone of a major fault zone that dissects basaltic lava flows, the most common host rocks of geothermal fields in Iceland. The lava flows contain numerous weaknesses, particularly columnar (cooling) joints and contacts. For hydrofractures to supply fluids to geothermal fields, the fractures must be able to propagate, and transport fluids, to the surface. We explore hydrofracture pathway formation using boundary-element models of hydrofractures with fluid overpressure varying linearly from 10 MPa at the fracture centre to 0 MPa at the fracture tip (or the fluid front). The hydrofractures propagate through a vertically jointed and horizontally layered pile of lava flows with a general rock-matrix Young’s modulus of 1×10¹⁰ Pa and a Poisson’s ratio of 0.25. The joints and contacts between layers are modelled as internal springs, each with a stiffness (‘strength’) of 6 MPa/m. The location and sizes of discontinuities, as well as the location of the hydrofracture tip, vary between the models. The results indicate that tensile stresses generated at the tip of an overpressured hydrofracture can open up horizontal and vertical discontinuities out to a considerable distance from the tip, and that these discontinuities eventually link up to form the hydrofracture pathway. Analytical models indicate that for a hot spring of a given yield associated with a fault, the dimensions of the fluid-transporting part of the fault are likely to be similar for a typical normal fault and a strike-slip fault. Also, a hot spring of yield 180 l/s (the maximum in the low-temperature fields of Iceland) can be supplied through a hydrofracture of aperture 3 mm and trace length 1.2 m. These dimensions are very similar to those of typical veins in the studied networks. Buoyancy, rather than excess pressure in the fluid source, appears to be the primary driving force of hydrofractures in the geothermal fields of Iceland.     

2004年苏门答腊地震粘滞性松弛效应对华南地区地壳水平活动的影响

2004年苏门答腊地震后, 不同学者根据不同观测数据(地震波、 GPS), 得到了此次地震的断层滑动模型。 反演过程中使用半无限空间模型时, 无法利用远场观测数据进行约束, 势必影响远场形变的解释。 基于Hoechner等使用的断层几何模型和GPS同震位移数据, 本研究利用球体位错理论反演方法反演了2004年苏门答腊地震断层滑动模型, 得到的矩震级为9.24, 最大滑移量为30.4 m, 由于考虑了曲率的效应, 该模型在远场同震位移的计算结果与GPS数据吻合较好。 然后, 选取了2001—2004年和2004—2007年两期的GPS水平位移速度场, 研究2004年苏门答腊地震对华南地区地壳水平活动的影响, 从两期的GPS水平位移速度场差异可以看出地震后华南块体有向西南方向的运动趋势, 华南块体受到此次地震明显的震后影响。 最后, 基于反演得到的断层模型, 利用Tanaka等提出的粘弹性球体位错理论对华南块体两期GPS水平位移速度场差异进行模拟, 得到华南块体内部粘滞性系数为2×10¹⁹ Pa·s, 当考虑地幔粘滞性松弛效应后, 两期的速度场差异的均方根值由3.2 mm减少为1.9 mm。 可见在研究2004年前后中国大陆GPS水平位移速度场时, 若继续以华南块体为基准, 需考虑此次地震的地幔粘滞性松弛效应。     

地震失稳的滑动弱化模型的有限元分析

本文采用有限元方法,对直立的、无限长的二维走滑断层上的地震不稳定性的滑动弱化模型进行分析,研究断层参数对失稳的影响,从理论上探索当断层强、弱区均有弱化现象时,断层破裂的前兆信息,进而分析摩擦应力弱化规律与地震预报的关系,讨论失稳前后位移场、应变场和应力场的演变过程。