唐山地震孕育过程的数学模拟——(二)地震孕育过程的数学模拟

选择北纬38°—41°30′,东径114°20′—120°20′范围为模拟地区,其中包括12条断层和一个硬块体,假定断层为不抗拉介质,在压应力作用下能承受剪应力。采用物理非线性有限单元法,模拟上述地区在压应力作用下的地震孕育过程。为了简化计算,化为平面应变问题。数学模拟结果与地形变和震源机制等资料较吻合,本文的主要结果为:(1)唐山地震孕育过程中区域应力场的时间变化。(2)唐山地震孕育体的形成过程。(3)震前主应力轴的旋转。(4)唐山地震的初始破裂区。(5)地温变化在大震发生中的突变性作用。     

宁夏及其邻区地震活动带与小区域构造应力场

本文利用宁夏及其邻区地震台网记录的18099个初动符号,以单个地震震源机制解和小震综合解的平均解,求得7个小区的区域构造应力场。全区主压应力场的平均方位为39°左右。各小区的平均主压应力方位为:西(吉)、海(原)、固(原)地区60°;银川平原及石咀山地区42°;石咀山以北、以西地区26°;(中)卫、(中)宁地区17°。各区均以来自西南方向的压应力为主。并认为当弱震活动带走向与主压应力方位成25°—30°夹角时,未来在这些条带上发生中强地震的可能性较大     

沈阳及其附近地区小震复合震源机制解

在收集了沈阳及其附近地区 (12 1°30′～ 12 4°30′E ,4 1°～ 4 3°N)已有地震震源机制解成果的基础上 ,利用MAPSIS系统提供的P波初动求解方法 ,求解了 1974年 12月～ 2 0 0 1年 12月期间 ,该区域小震复合震源机制解 (平均解 )。结果表明 ,研究区主压应力轴P轴集中分布在NEE SWW方向 ,主张应力轴T轴集中分布在NNW SSE方向 ,这与本地区区域应力场的方向一致。     

由震源机制解推断苏鲁皖豫地区的现代构造应力场

根据1973—1979年苏、鲁、皖、豫地区37个中小地震(M=2.1—6.0)震源机制结果的统计分析,得到地震应力场的优势分布:主压应力轴约76°,主张应力轴约344°。表明本区处于北东东向水平压应力和北北西向水平张应力的现代构造应力场作用之中。结合部分中小地震等震线长轴方向及晚第三纪以来断裂走向的优势分布均为北北东向这一特点,推测现今地震破裂具有继承性。最后讨论了本区现代构造应力场与其北部和南部的不同关系     

陕西北秦岭中段构造应力场的初步研究

于华北板块南缘的北秦岭中段,在系统测量微断层的位移参数的基础上,通过采用滑动矢量拟合法,获得了该区自新生代以来的三期构造应力场的平均应力张量。三期应力场的方向及性质分别为:(1)以280°—310°方向拉伸为主的松弛期;(2)以305°—336°方向挤压为主的压缩期;(3)以294°—340°方向拉伸为主、辅以21°—68°方向挤压的现代扩张期。研究表明,最新一期即第三期构造应力场的特征与华北板块的区域构造应力场特征是基本一致的     

青藏高原东北部东西向构造及其地震活动和构造力学模式研究

本文通过对重力和航磁资料解译,研究了青藏高原东北部东西向构造特征。在该区域存在6条大型东西向构造带,它们的共同特点是:(1)东西向延伸超过1000km,南北宽约60km;(2)越向深部东西向构造越明显;(3)两条相邻构造带的间距为1°20'',显示等间距分布特征;(4)在大型东西向的构造带之外还有次级东西向构造带存在。青藏高原东北部强震活动与东西向构造有密切的关系,这是由于在北东向主压应力作用下东西向构造左旋剪切运动的结果。     

云南耿马7.2级地震地表破裂带研究

根据野外考察的实际资料,本文介绍了耿马7.2级地震地表破裂带的展布,结构要素及组合、位移分布等情况。同时依据位错资料对破裂带的应力活动及断裂两盘的运动状态进行了初步分析。认为本次地震发震构造以右旋走滑为主兼具张性,主压应力优势方位为N5°—10°E。断层两盘相对运动的总体方向为N55°W左右,断层运动的滑移角在30°—40°之间     

北京及其晋冀交界地区现代构造活动和形变场特征

综合近期垂直形变、部分地区水平形变以及跨断裂的测量资料,说明北京及其晋冀交界地区区域应力场以北西—北北西为主张应力和北东—北东东为主压应力方向,并有深部构造的上拱作用,在几种力的联合作用下,燕山折断带山区继续抬升,断陷盆地和北京平原相对下降,区内大部分北东向断裂表现为张扭性,北西向具有反扭特征。短基线资料表明近期水平形变大于垂直形变,张应变大于压应变。上述地区大致位于北纬39°40′—40°50′、东经176°50′—113°10′,包括北京及其西北部分的一系列盆地,直至晋冀交界地区。这个地区从1969年以来,被有些单位列为可能发生强震的危险区,其中地壳形变手段即是划分该危险区的依据之一。     

新疆北天山西段构造应力场分析

利用地表构造形迹、地震震源机制解、现代水系展布的优势方向以及激光全息光弹模拟等综合分析方法,研究了北天山西段(东经82°～86°)地壳构造应力场的基本特征。指出,该区构造应力场的主压应力方向为近南北向。通过激光全息光弹实验获得模型的等差线及等和线条纹图,从而求解各点的主张应力σ_1主压应力σ_2和最大剪应力τ_max的相对值并绘制相应的等值线图,结果发现:实验区σ_1值普遍偏低,σ_2值明显偏大,说明本区处于整体受压状态。τ_max值的分布较均匀,仅在一些断裂的交汇部位和端点剪应力值较高。分析结果认为:萨尔萨拉西南、独山子——安集海断裂西端、乌苏林场西南、阿尔夏特一带、婆罗科努达坂东南都是围压很高的剪应力集中区。这些地区易积累大量的应变能而产生突发式剪切破裂和粘滑引起强烈地震,是在地震预报中值得注意的地震危险地段。     

唐山大震前后震区构造应力场的光弹性模拟实验

本文根据唐山震区的地质构造模拟制作光弹模型,以N60°E方向加压进行唐山震前应力场的光弹性模拟实验。用打孔的方法模拟强震的应力释放。实验结果表明:1.在N60°E方向压缩时,唐山—丰南一带、滦县、野鸡坨和卢龙等地区是最大剪应力集中区,与唐山7.8级、滦县7.1级地震及强余震的震中分布基本吻合。说明唐山大震及余震的发生是近东西向压应力场作用的结果。2.当唐山7.8级地震应力释放后,震前具有高应力背景值的其它地区,应力进一步加强。说明唐山地震的发生导致了应力场的重新调整,增强了强余震发震的动力条件。3.实验结果证明,在断裂带两侧、端部或几条断裂的复合部位,其主应力方向与区域应力场的总体方向比较,大致有10°～25°的偏转。强震的应力释放导致震中区附近的主应力方向与震前相比也发生约10°～20°的偏差。     

腾冲地区构造地貌特征与火山活动的关系

通过对腾冲地区 (2 4°4 0′～ 2 5°30′N ,98°15′～ 98°4 5′E)构造地貌的分析 ,认为上新世以来本区存在的局部张应力环境是火山活动产生的重要因素。在对盆地发育过程和全新世火山活动分期对比研究基础上 ,探讨了该区新生代地壳活动的发展阶段 ,认为全新世以来 ,腾冲地区仍处于强烈活动阶段。     

青藏高原东北部东西向构造及其地震活动和构造力学模式研究

本文通过对重力和航磁资料解译,研究了青藏高原东北部东西向构造特征。在该区域存在6条大型东西向构造带,它们的共同特点是:(1)东西向延伸超过1000km,南北宽约60km;(2)越向深部东西向构造越明显;(3)两条相邻构造带的间距为1°20′,显示等间距分布特征;(4)在大型东西向的构造带之外还有次级东西向构造带存在。青藏高原东北部强震活动与东西向构造有密切的关系,这是由于在北东向主压应力作用下东西向构造左旋剪切运动的结果。     

华北油田任北油藏注水地震控制试验

任北油藏位于河北省中部任丘市区的东侧,它是华北油田的一部分,是为任西大断裂与任丘四号断裂所夹持的扇形地带,其主要开采层为奥陶系碳酸盐岩,属层状油藏,地层倾向北东向。开采区内主要分布有北东向和北西向两组陡倾正断层,断距一般小于150米。该区从1986年9月起连续发生地震活动,震中大多分布在油田建设公司(简称:油建)附近,大约在北纬38°42′—38°44′与东经116°08′—116°11′范围内(图1—3)。     

利用GPS观测结果研究华北地区现今构造应力场

根据１９９２年和１９９５年两期ＧＰＳ测量结果所获得的位移场和应变场,结合丰富的地质资料,利用有限元方法对华北地区现今构造应力进行了模拟。计算结果表明;华北地区现今构造应力场主压应力方向为ＮＥＥ,其边界力除受ＮＥ５５°－ＳＷ２３５°方向的压应力作用外,同时还受到ＳＥ１２０°－ＮＷ３００°方向的拉张力作用,其中ＮＥ－ＳＷ的压应力量值较大,约为ＳＥ－ＮＷ向拉应力的两倍,这个结果与震源机制解所获得的应力场     

用震源机制解确定东北地区地壳应力场

利用中、强震震源机制资料和区域小震平均解给出了中国东北地区地壳应力场的分布。由多个震源机制的平均结果得到,东北南部地区(42°30’以南)主压应力方向为NE70°。东北中部地区(吉林省和黑龙江省东南部)主压应力方向近似NE100°,它与深源地震震源机制解P轴一致,可能该区应力场分布受深源地震影响,东北北部地区(黑龙江省和内蒙北部)主压应力方向为NE58°。东北地区浅源地震震源机制解P轴仰角大多数小于30°,表明该区以水平应力为主。由震源机制结果也讨论了中国东北地区地震断层活动状况。     

“应力窗口”的数学模拟

本文采用二维平面应变问题的有限单元法,对唐山地震前华北冀中断块坳陷地区的“应力窗口”进行了数值模拟。初步讨论了模拟区的应力集中部位与介质杨氏模量、压应力值、主压应力取向、边界约束条件变化的关系,根据模拟区地震活动与唐山大震前“应力窗口”的时空分布特征,粗略地模拟了邢台余震区“应力窗口”显示、消失的过程。     

1962年3月19日新丰江6.1级水库诱发地震时的构造应力

对1962年3月19日新丰江MS6.1水库诱发地震震源附近的花岗岩质构造岩,进行三轴强度实验。根据实验结果,利用摩尔强度理论探讨该地震发震时的构造应力。研究表明:①1962年3月19日新丰江MS6.1水库诱发地震发生时,构造应力在震源处岩体断裂面上应力集中部位的剪应力已高达164MPa,为该处抗剪强度的97%;其它走向、倾向相似的无应力集中的断裂面上的剪应力(构造应力)约为18MPa。②在近代构造应力场中,新丰江岩体中只有走向在N30°±50°W范围内的断裂,才存在破裂的可能。     

利用小震与强震震源机制解反演首都圈现今构造应力场

由于首都圈地区近年来布设了较为密集的地震台网,使得较小地震震源机制的求解成为可能。本文收集了首都圈地区近５０年来大震震源机制以及2002—2004年中小震震源机制解,采用对不同震级地震进行加权处理的网格搜索法将强震与小震结合对首都圈地区的现今地壳应力场进行反演。得到了较为精确的首都圈地区各区域的构造应力场。结果表明：北京张家口区,主压应力轴 Ｎ（４３°～８６°）Ｅ向;唐山及邻区,主压应力轴 Ｎ（３８°～８６°）Ｅ向;邢台区,主压应力轴 Ｎ（７９°～８１°）Ｅ向;本文反演结果与前人结果相似,表明了研究方法的正确性,并 揭 示 了现今首都圈地区应力场的整体一致性和分区差异,对解释首都圈地区的发震背景和地球动力学研究有一定的参考意义。     

应用震源机制解分析依兰-伊通地堑北段现代构造应力场

应用震源机制解分析了依兰-伊通地堑断裂北段的汤原-萝北段的构造活动和现代构造应力场,结果表明:区域构造活动受地堑构造控制,NW向断裂是区内主要的发震构造,震源机制主压应力轴优势分布方向为NE50°~70°,仰角40°~60°。     

滦河中下游水系和新构造应力场

新构造应力场对地震形成机制、滑坡、水陆交通规划和水利工程布置都有重要的实用意义。本文根据沙氏法(A.E.Scheidegger)对滦河尤其是中下游水系格局进行了统计分析,并和土层节理、地震裂缝、地震断层面解等得出的区域构造应力场相互验证,从而得出了唐山近区的新构造应力场:最大压应力轴P_1=70°～80° P_2=50°最大张应力轴T_1=340° T_2=320°