铲式断层形成演化的动力学机制及其数值模拟

从递进变形的观点出发，对铲式断层形成的动力学机制提出了一个新的见解，认为铲式断层是由于先存断层在变形演化过程中发生了旋转变形的结果，并用动态有限元数值模拟方法形象地再现了高角度断层逐渐演变为铲式断层的过程     

不同产状断层错动的地表重力变化和形变

根据点源位错引起的地表重力变化和形变的理论公式,应用数值算法求得半无限空间任意产状断层位错在地表的重力变化和形变．计算结果表明,产状和位错方式是决定断层的地表重力和形变效应的基本因素．铲式断层活动的地表重力和形变效应与矩形断层相比有显著差异．断层位错引起的重力变化、垂直形变、视垂直形变的图象特征相似．根据重力变化和形变的特殊图象特征,有可能从观测资料中提取断层活动引起的重力变化和形变信息,判识和估计发震断层的几何学和运动学特征．      

重力滑动过程中蠕滑和松弛因素的作用及其与地震的关系

本文根据岩体自身的力学性质及其变化,讨论了具有挤压特征的正断层的成因。认为这些断层的形成有岩体本身的重力作用,同时也有应力松弛现象。岩体中的应力松弛现象是由流变学因素和非流变学因素引起的。由于松弛后岩体沿断层面滑动过程中,仍受到一定的挤压作用,因此易于出现粘滑现象,从而易于发生地震。     

渭河盆地东南缘铲形正断层上盘活动特征

本文根据野外和力学分析，认为渭河盆地东南缘铲形正断层上盘块体沿凹曲的断层面向下滑动和旋转作用，在山前冲洪积平原区产生了同向断层、反向断层和上盘横断层。这些构造的差异活动及其在地表的表现特征，可作为铲形正断层分段的重要标志。     

南口—孙河断裂和南口山前断裂北段断层活动参数的重力反演

理论和观测实践表明,断层位错滑动会引起断层周围的局部重力场变化,利用局部重力异常可以反演断层地质活动参数.重复重力测量能获取局部重力场的动态变化,利用其测量结果反演断层的活动参数(走滑、倾滑、引张),定量化研究断层的现今运动过程,为强震孕育过程、机理研究探寻新的理论依据.     

东天山阜康断裂的变形方式与全新世滑动速率

利用实地调查资料对东天山阜康断裂的变形方式和全新世滑动速率进行分析与研究，结果表明：阜康断裂由4条低角度的南倾逆断层斜列组成，具有最新的构造活动性，端部断层活动较弱，全新世平均垂直滑动速率为0.13-0.33mm/a，中部断层活动强烈，全新世平均垂直滑动速率大于1.42mm/a；全新世断层活动方式总体上表现为稳定滑动，西段表现为多期间歇性活动，中、东段表现为持续性活动，更早时期存在直抵地表的快速错动。     

铲形正断层特征数值模拟及其与地震机制的研究

铲形正断层是伸展构造区最普遍、最基本的断层构造。本应用近年来先进的LDDA方法对断层的运动效应进行数值模拟，着重探讨了铲形正断层的几何学和运动学特征，并且依据断层带附近剪应力集中的情况，对铲形正断层与地震机制的关系进行了讨论。这些探讨对于深入认识伸展构造区地震的形成机制和动力学环境具有重要的借鉴意义。     

典型地震断层错动导致的重力变化及2022门源6.9级地震重力变化分析

重力资料在确定震源破裂模型以及寻找地震前兆信息都发挥着不可或缺的作用。为分析地震错动在地表导致的重力变化,根据Okubo位错理论公式,首先计算分析典型断层滑动(走滑、倾滑)在地表的重力变化特征：(1)垂直走滑断层引起的重力变化总体呈现出四象限对称分布,且在震中的同一方位上重力变化大小随着远离断层而逐渐缩小;相同破裂尺度和滑动量的垂直走滑断层,深度越深,震中附近的重力变化幅度越小,而自震中向远处的重力变化幅度的衰减越慢。(2)倾滑断层上盘重力变化的数值总体上比下盘重力变化的数值小;对于相同破裂尺度和滑动量的倾滑断层,破裂中心深度越深,远处的重力变化最大值越小。为分析2022年门源地震产生的重力变化,根据该地震的同震破裂模型,按照子破裂产生的重力变化叠加的方式计算震中周围的重力变化,得到：门源地震震中东北和西南方向重力降低,最大变化达-8.82μgal;而震中西北和东南方向的重力增加,最大变化达28.28μgal,重力增加的区域范围要比重力减小的区域范围小。震中附近的门源台重力增加3.40μgal,能够被重力仪器监测到,而震中周围的其他的前兆台的重力变化不足1μgal。在监测和分析该地区长...     

断层活动的重力效应

地球内部的热应力和重力是驱动地壳运动和地震活动的主要力源，而这些构造应力往往在地壳薄弱处－断层带发生作用。本文从断层在构造应力作用下有关参数发生变化这一情况出发，讨论它们的重力效应，所得结果表明，断层的几何参数和特性参数发生变化时，重力场将产生相应的变化。     

断层泥显微结构的特征与断层滑动习性的研究

天然断层中普遍存在含有粘土矿物的断层泥，大量的实验研究和野外观察证实，不同应变速度的变形作用在断层泥中留下特殊的显微构造特征。因此，我们可以根据断层泥的变形特征，来推测变形时断层的滑动方式和次序。     

介绍《嵩山构造变形》一书

在欢庆中国地质学会成立60周年之际,马杏垣、索书田、游振东和刘如琦所著《嵩山构造变形》一书已由地质出版社出版,这本专著约38万字,附有大量插图和照片。全书共分四章,论述了嵩山的重力构造与构造解析。 《嵩山构造变形》一书是二十多年来由马杏垣教授亲自带领北京、武汉地质学院近百名师生长期野外观察与室内研究的集体劳动成果。为我国构造地质学现代化提供了重要的方法和理论。我国地质界老前辈中国地质学会理事长黄汲清教授认为该书“描述精细、讨论深入,特别对重力滑动构造之阐述令人信服,确是我国地质界之重大贡献,值得我们详细阅读”。同时,国际地科联构造委员会主席Zwart教授称赞该书是“对构造分析具有现代化的研究方法     

近地表倾角和无地表破裂前期逆冲地震对汶川MS8.0地震逆冲滑动量随深度分布形态的影响

逆冲滑动是汶川地震的初始和主要震源过程,其破裂滑动量随断层深度的分布形态与多数板内逆冲强震不一致.本文用摩压比值来表征断层沿线的局部破裂危险程度,通过数值实验讨论了底部破裂源、近地表倾角和无地表破裂的前期地震等对铲形逆冲断层的破裂危险分布和破裂滑动分布的影响.有限元数值模拟结果显示,在巴颜喀拉块体对龙门山断裂带的高强度挤压下,上陡下缓近地表陡倾角的铲形断层形态使得汶川发震断层近地表对逆冲破裂和滑动有一定的阻碍作用;破裂滑动量集中于发震断层中部的前期逆冲地震是造成汶川M_S8.0地震逆冲滑动分布异于板内逆冲强震滑动分布现象的一个可行解释.     

铲形逆断层和平行逆断层体系的破裂特征——以龙门山断裂带中段为例的数值模拟

汶川地震是有地震历史记载以来首次发生在大陆内部的高角度8级逆冲强震,给板内逆冲强震研究提供了许多新的课题。论文主要开展了以下两方面的研究:(1)近地表陡倾角铲形逆断层的破裂特征研究。基于龙门山断裂带中段动力学背景建立有限元模型,系统地研究近地表陡倾角铲形逆断层(本文所称近地表陡倾角铲形断层,要求近地表倾角至少≥65°)的破裂特征,并探讨了汶川地震逆冲滑动量随深度分布形态所可能蕴含的地壳信息。对于近地表陡倾角铲形断层,在断层倾向的高强度挤压下,断层近地表部分对逆冲破裂和滑动有一定的阻碍作用;铲形断层的近地表倾角越陡,陡倾角部分的深度范围越大,断层近地表部分对逆冲破裂和滑动的阻碍作用会越明显;近地表陡倾角的铲形断层形态和巴颜喀拉块体的高强度挤压很可能是形成汶川地震逆冲滑动量随深度分布形态的重要原因,无地表破裂的前期地震并不是造成汶川地震滑动量随深度分布特征的必要条件。(2)平行逆断层体系中断层活动之间的相互影响研究。讨论了分布距离对平行逆断层地震活动规律的影响,并定量地评估了汶川地震中前山断裂同震逆冲破裂对中央断裂逆冲破裂释放的影响。同震破裂实验结果显示:在同震逆冲破裂中,前山断裂和中央断裂的破裂释放之间有一定的替代关系;汶川地震中,由于前山断裂发生同震逆冲破裂,中央断裂相应段落逆冲破裂释放很可能降低了约10%,减少的标量地震矩约为9.54×1018 N·m。平行逆断层长期挤压破裂实验结果显示:在龙门山断裂带的动力学环境和浅层构造背景下,当平行逆断层之间的距离在20km以下时,两条平行逆断层会在破裂释放上形成主次关系,距离越短,主次关系越显著;两条平行逆断层之间发生同步逆冲破裂的比例很低,受平行逆断层之间距离的影响也很小;两条平行逆断层之间发生同步地表逆冲破裂的比例更低,在龙门山动力学机制和浅层构造背景下,距离在10~20km左右时,平行逆断层之间最容易发生同步地表逆冲破裂。结合龙门山断裂带中段的实验结果显示:后山断裂的地震活动很可能相对独立;12km的距离使得中央断裂和前山断裂之间发生同步地表逆冲破裂的风险相对较高,这很可能是导致汶川地震中出现同震地表破裂的一个重要原因。     

岩石高速摩擦实验与地震物理过程

简述了最近20年来国内外岩石高速摩擦实验研究领域的进展和动态:岩石高速摩擦实验技术的发展实现了对高滑动速率、大位移的地震过程的实验模拟;其结果揭示了岩石和断层泥在地震滑动速率下的力学性状,深化了对断层滑动弱化机制、临界滑动距离、以及地震发生过程的认识和理解;实验在假玄武玻璃成因方面取得了重要进展,并提出了断层发生地震滑动可能留下的其它地质证据,可望为研究断层滑动性状与地震物理过程提供新的思路和信息.岩石高速摩擦实验今后的发展方向主要包括:发展具有加温系统和孔隙压系统的岩石高速摩擦实验装置,研究水热作用下岩石和断层泥的高速摩擦性状;室内实验和地震资料分析相结合研究断层滑动和地震机制;室内实验和野外地质调查相结合探索断层发生地震错动的地质证据等等.     

断层转动引起的空间重力变化特征

以向错理论为基础,利用经典点源位错理论的解析式,推导得出了断层三维滑动和转动引起的空间重力变化.计算并分析了简单断层三维转动引起的空间重力变化特征,并基于子断层叠加法,采用数值方法模拟计算了智利大震同震断层转动引起的空间重力变化,将计算结果与断层滑动模拟的结果进行了对比.结果表明:断层单分量转动ω_1产生的空间重力变化分布区域具有明显的不对称性,单分量转动ω_2、ω_3时均呈现沿断层倾向方向为轴的对称分布特征;当断层同时以ω_1ω_2转动时,ω_1的转动效应将打破整个重力变化分布区域的的空间对称性.当断层同时以ω_2ω_3转动时,ω_2的转动效应对转动结果起主导作用;断层转动和断层滑动在计算大震同震引起的空间重力变化时,计算结果具有相同的量级.相较于断层滑动,断层转动引起的重力变化在空间上呈显著的不均匀分布,重力变化分布区域相对更大.     

2013年MS7.0芦山地震的动力学破裂过程及其影响因素

2013年4月20日在四川芦山发生了M S7.0地震,震源运动学反演结果给出了此次地震的破裂过程和同震滑动分布.为了更好地理解造成芦山地震破裂过程的力学原因,本文综合野外地质调查、余震定位、深地震反射剖面等结果,构建芦山地震铲型断层模型,以震源运动学反演结果为约束,将震源参数与震源附近的构造应力场结合,建立断层面上滑动量和牵引力的时空分布关系,通过试错法给定震源动力学计算参数模拟芦山地震破裂传播的可能情况,进而分析讨论不同动力学计算参数对芦山地震破裂过程和同震滑动分布的影响.结果显示,初始应力是决定断层是否发生错动的关键;临界滑动弱化位移D c对破裂滑动速率有着很大的影响;成核区半径和初始应力主要影响破裂成核的快慢;局部不均匀破裂强度主要影响破裂行为和断层最终滑动量分布.利用边界积分方程法可以有效计算芦山地震铲型断层模型的动力学破裂过程,再现此次地震的主要特征.通过探究动力学参数对破裂过程影响,可解释运动学反演结果所揭示的破裂特征的力学原因,对于深入了解地震震源过程的物理本质和预测未来可能发生的地震的主要特征有着重要的参考意义.     

雁行构造力学解析与控震意义

用弹性稳定理论和非线性破裂准则研究雁行褶皱及其次生断裂的力学成因和规律, 得出剪切带在广义边界(拉剪、纯剪或压剪)力作用下的雁行褶皱雁列角与边界应力比值, 以及与雁列间隔的定量关系。作为应用实例, 研究了太行山东麓雁行褶皱构造的位移场、应力场、形变能分布、次生破裂状态以及破裂释放的能量。研究结果表明:雁行褶皱核部为最大主(压)应力、最大剪应力、形变能高值区。在该区容易产生与褶皱轴接近平行或成小角度斜交的压剪性破裂, 从而证明雁行褶皱的次生断裂是控制强烈地震的一种机制。      

库车迪那2井区主干道桥梁四号桥台地基边坡危岩体的地震稳定性分析

四号桥台是位于阿日卡尔峡谷西岸边缘的重力式桥台。通过对桥台地基岩层中发育的节理裂隙的详细勘察,可将节理归结为三种成因:①构造节理;②风化节理;③边坡重力滑动节理。其中,峡谷边坡重力滑动形成的节理是构成对桥台地基岩体稳定性的最大威胁。通过物探、钻探和现场节理裂隙注水试验,探明这组重力滑动节理发育深度达40余m。依据边坡滑移式危岩体特征,以不同地震动载荷条件进行计算和综合分析,当地震动加速度≤0.04g时,边坡危岩体处于基本稳定状态;当地震动加速度在0.05—0.12g的范围内时,边坡危岩体处于欠稳定状态;当地震动加速度≥0.13g时,边坡危岩体进入不稳定状态,随时有发生滑塌的危险。经地震危险性概率分析,四号桥台场地未来50年超越地震动加速度0.13g的概率高达40%。     

2014年云南鲁甸6.5级地震前重力变化特征与3维反演

利用西昌测网2012-2014年6期流动重力观测资料,分析了区域重力场差分动态变化和累积动态变化特征,以及近震源区测点的时序变化曲线,认为鲁甸6.5级地震前2年并没有出现明显的趋势性累积异常,而可能的前兆信号与断层滑动面两侧的测点2014-03-2014-06时段的重力点值差异性变化相关.针对此异常采用等效源模型反演至震源深度范围内的密度值变化在10-5g/cm3量级,推测该质量源在短期内的变化可能与地壳内部介质孔隙流体的充填或运移相关,在短期构造运动等动力条件下,孕震区可能由于流体物质运移、充填并诱发断层滑动,导致地震的发生.     

活动断层运动的重力场反演

阐述了断层错动引起地表地表重力变化的基本原理,给出了弹性半无限空间点源位错到矩形位错引起的重力变化的基本解析式,并将结论推广到多个断层,介绍了利用重力变化反演断层运动的基本思路。以滇西实验场作为实用实例,对１９９６年２月丽江７．１级地震发生前后场区内的活动断层运动进行了演算,给出了断层位位移解,并与已有资料相比较,结果基本一致,但误差分析结果表明本文错模型还有待于改善。