坚固体模型近地表形变场、应力场时空分布动态模拟研究

基于坚固体孕震模式，参考板内地震孕育特征和华北地区的地质构造特征，建立了4层地壳结构模型，对近地表形变场和应力场的时空分布特征进行了动态模拟研究，结果表明，在地震孕育的中长期阶段，坚固体近地表部位的形变相对稳定，出现研究，结果表明，在地震孕育的中长期阶段，坚固体近地表部位的形变相对稳定，出现形变空区，在孕震的中短期阶段，坚固体近地表部位的形变出现快速增长的态势，平均应力明显增强，这是各种前兆异常出现有规律的迁移变化，即从外国地区逐渐向强震震源区迁移、集中的内在机理。     

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.     

震前多种前兆异常形态特征及预测意义

对1970年以来华北地区31次M_S≥5.0地震前多种前兆异常形态特征进行了系统研究, 结果认为: ① 在强震前短临阶段, 普遍存在垂直形变和水位异常形态的四象限性分布, 且这种象限分布特征与主震震源机制解具有一定的相关性。 即在压缩区, 垂直形变上升, 水位亦上升。 在膨胀区, 垂直形变和水位都下降; ② 地倾斜异常在近源区与远源区具有明显的差异, 其中多数强震前表现为距离震中近的台站向与震中相反的方向倾斜, 而远离震中的台站, 其倾斜方向指向震中; ③ 地电阻率异常形态以下降为主; 多数水化异常(气体)表现为短期上升而临震转平或下降; 电磁波通常为短临异常。 基于上述前兆异常形态特征, 特别是垂直形变和水位异常形态的四象限分布特点, 提出了根据前兆场异常特征判断发震地点和孕震状态的思路。     

两类热弹性问题的准静态解及其地震前兆场的时空分布特征.

控制内陆浅源地震孕育及发生的应力场可视为基本应力场与变化应力场的叠加，后者往往起着重要的作用．本文讨论两类与地热有关的产生变化应力场的问题:一类是局部高温区问题，包括载热流体侵入竖直或水平裂隙的情况和存在静态局部高温区的情况；另一类是断层在稳态扩展中出现位移间断的同时也释放热能的情况．将它们理想化为热弹性理论的三维准静态问题，并给出各自的解．求得其在地表附近某平面上所产生的若干地震前兆附加场的近似表达式，如温度场、体应变及地下水位场、垂直形变及地倾斜矢量场．讨论它们在该平面上的时空分布特征，并就诸情况进行对比．为综合利用它们的前兆观测资料，探索阶段性的地震前兆信息提供某些可能的理论基础．      

华北地区地震异常前兆信息场演化特征及其与地震关系的研究

在对地震异常前兆信息量先前研究的基础上,进一步给出了描述各种地震异常前兆信息量的普适性综合数学表达式.从大量震例资料入手,再次研究了地震异常延续有效性的问题,进而建立了地震异常持续有效时间与延续有效时间的数学关系式.收集整理了1980～1997年华北地区水化、形变、地磁、应力、水位、地电等371个观测项目、上百万个前兆观测数据,对每一观测项目逐一计算了它们的地震异常前兆信息量.研究了华北地区近20年的地震异常前兆信息场的演化特征及其与地震的关系,建立了华北地区Ms≥5地震的中短期综合预报指标体系,经R值评分检验,表明该地震综合预报指标体系在中短期地震预测中具有一定效果.     

层状介质中膨胀圆台体震源模型的应力场、应变场及位移场计算

用两层介质中存在的一膨胀圆台体作为模型以便模拟地幔物质上涌孕震的力源模式．计算了层状介质结构条件下结构底部膨胀圆台模拟力源在不同横向、纵向尺度以及不同锥角时的应力场、应变场及位移场的变化．结果表明，介质中及地表附近的应力场、应变场、位移场不仅与上涌力源的几何参数和物理参数有关，而且也受到层状介质结构参数的制约和影响．这种数值模拟不仅为解释上地幔物质向地壳下部侵入的现象提供了一种有意义的方法，而且表明对于考虑地幔物质上涌孕震过程有关的前兆场分布而言，必须认真考虑介质结构不均匀性问题．     

张北6.2级地震近震区前兆异常特征及时空演化研究

１９９８年１月１０日发生在张北的６．２级强震,是华北地区自１９８９年大同６．１级震群后的又一次较为显地震。在汇总首都圈及其周围地区各种前兆异常的基础上,研究了近震区（２００ｋｍ范围内）前兆异常的空间、时间演化特征。结果表明,前兆异常的发展过程存在较明显的阶段性和成组性,反映了震前区域应力场的增加过程。还对这些肖兆异常的机制进行了探讨 。     

弹塑性坚固体孕震模型的力学性质研究

对硬包体模型进行了三维弹塑性有限元分析。随着载荷的不断增加,探讨了位移场、应力场和可恢复的弹性变形势能场。所得结果对研究孕震过程、前兆机制等有一定价值     

弹塑性坚固体孕震模型的力学性质

对硬包体模型进行了三维弹塑性有限元分析。随着载荷的不断增加,探讨了位移场、应力场和可恢复的弹性变形势能场。所得结论对研究孕震过程、前兆机制等有一定价值。     

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。     

华北盆地强震的震源模型兼论强震和盆地的成因

华北盆地自第三纪以来产生不均匀沉降,形成众多凹陷和隆起.传统的热张裂模型或是拉一分模型均不适用于华北盆地.我们根据反射和折射地震探测以及地震体波层析成象的结果,说明震源区附近存在Moho界面断裂,而且有明显的迹象表明,上地幔高温物质（低速度）向地壳下部入侵.因此,作者提出华北盆地强震以及凹陷形成的新模型,即在水平板块构造应力场的背景中,上地幔热物质向地壳下部入侵,它所产生的扰动应力场不仅在横向是不均匀的,而且在垂向也是不均匀的.它能够在地壳上部产生足够大的伸张应力场,同时在地壳中部或下部产生水平切应力场.这个新模型也能解释华北盆地的地壳厚度没有减薄,而地面热流又较大的现象. 由于地壳中力学性质随深度而改变,所以强震可能是由中部地壳的塑性形变以及上部地壳的脆性断层所组成的,即所谓两层破裂的震源模型.     

2016年阿克陶MS 6.7地震地表破裂特征和帕米尔现代构造应力场初步分析

帕米尔高原位于地中海－喜马拉雅地震带上,晚新生代以来随着印度板块向欧亚板块持续不断地挤压汇聚,其构造运动是欧亚大陆最强烈的地区。高原腹地发育一系列近SN向正断层,包括近SN向的塔什库尔干正断层所处的帕米尔中部现代区域的构造应力场以EW向水平拉张为主。2016年11月25日发生的阿克陶M_S 6.7级地震的发震构造为塔什库尔干断层分支的NWW向木吉盆地北缘断层,其具有右旋走滑兼正断性质。地震在震中附近产生同震地表形变带,全长约1km,呈近SN－NNE向水平拉伸,发育近EW—NWW向的张裂缝,为地震破裂的产物,张裂缝的最大水平拉伸位移量和最大垂直位移量分别为46cm和16cm。地表破裂带中的NE和NW向张剪裂缝只是连接贯通这些雁列的张裂缝,其水平相对位移量取决于张裂缝的水平拉伸量和张裂缝之间的几何关系。地表形变带表现的拉张性质与帕米尔高原腹地区域现代应力场最大主压应力为垂直向基本一致,可能与深部热物质上涌造成的上地壳拉伸有关。而地表形变带呈近SN向水平拉张,与区域近EW向拉张应力场之间存在显著差异,这可能是木吉盆地北缘右旋走滑正断层阶区局部应力场调整的结果。     

Coseismic and postseismic subsurface displacements and strains for a vertical strike-slip fault in a three-layer elastic medium

A three-layer elastic-gravitational fault displacement model using dislocation theory has been developed and used to examine the effect of layering of earth elastic moduli on surface and subsurface displacement fields for a vertical strike-slip fault. The model has been used to examine the effect of depth variation of elastic properties at coseismic and postseismic time scales. For pure strike-slip motion the effect of gravity on coseismic and postseismic horizontal deformation is negligible. For coseismic deformation the model predicts that (for constant Poisson's ratio) an increase in elastic moduli with depth attenuates the displacements within the upper layers with respect to displacement distribution for a uniform half-space, while an inclusion of a soft layer between the top layer and lower half-space amplifies upper layer displacements. The effect of variation in Poisson's ratio on surface and subsurface displacements has also been examined.The effect of postseismic stress relaxation on surface and subsurface displacements for a three-layer model has been calculated and compared with that of a uniformly relaxed half-space model. Layer 1 is assumed to correspond to the upper crust, layer 2 the lower crust and layer 3 the upper mantle. The effect of postseismic stress relaxation within a uniform half-space and within just the lower crust and upper mantle has been examined. Stress relaxation within the whole half-space decreases the amplitude and shortens the wavelength of displacements, while stress relaxation within the lower two layers increases the amplitude and broadens the wavelength of displacements. The difference between uniform and layered postseismic relaxation is particularly pronounced at the base of the crust.Coseismic and postseismic normal and volumetric strains for a vertical strike-slip fault have also been examined. For a uniformly relaxed half-space model, an increase in normal strains is shown with respect to the coseismic elastic solution, whereas the postseismic volumetric strain is effectively zero. For a three-layer model with stress relaxation in the lower layers only, the normal and volumetric strains within the top elastic layer resemble coseismic strains, while in the lower layers which suffer a rigidity decrease, the postseismic volumetric strain is effectively zero.     

唐山7.8级强震孕育条件及前兆场时空演化的三维数值模拟计算与分析

首先对由深部地震测深剖面观测综合归纳出一个华北地区岩石圈１２层三维非均匀实际模型在承受和不承受来自底面的上拱力条件下的应力场进行了数值模拟计算，并根据计算结果对唐山地震孕震条件及长期前兆进行分析研究。     

中国大陆强震构造环境统计分析

基于近10年活断层研究资料和第四代全国抗震设防区划图的成果,对中国大陆有史以来6级以上强震的构造环境进行了统计研究。探讨了各地震区强震的震源区构造类型、发震构造活动方式,分析了各类地震的地表破裂带长度和极震区长轴方位特征,以及强震震源区的区域构造应力场、地球物理场(包括重力异常、壳幔高导层异常、大地热流密度)和现代地壳垂直形变场等特征。     

三维黏弹性数值模拟华北盆地地震空间分布与构造应力积累关系

华北盆地为我国板内地震多发区域,历史以来相继发生多次破坏性大地震.前人地震勘探与震源定位结果揭示了华北地震的空间分布特征:横向上,华北地震基本发生在地壳的薄弱地带(Moho面上隆),或者地壳厚度的急剧变化带;纵向上,华北地震在地壳一定深度范围内呈现成层分布特征;主震一般在上地壳底部9~15 km深度范围,余震多发生在大约深5~25 km的上地壳与中地壳范围内,在中地壳下层与下地壳中仅有少量或者鲜见有余震发生.为研究解释华北盆地地震空间分布的以上特征,本文建立了华北盆地岩石圈三维黏弹性有限元模型.震源机制和GPS反映华北盆地处于NNE最大主压应力方向挤压,因此对模型边界施以恒定的位移速率边界条件;数值模拟华北岩石圈各层位在数百年以上长期匀速构造挤压作用下的应力积累特征,分析了华北地震空间分布与构造应力积累速率的关系,探讨了地壳结构与地壳分层流变性质对地壳应力积累的影响.计算结果表明,Moho面的隆起与地壳各层位岩石介质的黏滞系数是华北盆地地震孕育的重要因素.华北盆地在构造挤压的持续作用下,Moho面隆起处产生明显应力集中现象.该区域应力在长时期的积累过程中,在脆性的上地壳与中地壳上层,应力表现近于线性增长趋势,上地壳底部较其它深度有最大的应力增长率,其主震可以在应力积累至岩石破裂强度时发生;在脆、韧性转换的中地壳下层,应力增长速率次之,华北地震的大部分余震可能在该层位为主震所触发;而在柔性的下地壳应力增长近于指数形式,稳定状态之后其应力增长速率近于零,而鲜有地震发生.地壳各层位的应力增长率差异与地震成层分布的现象揭示了华北地壳的分层流变性质:脆性(上地壳)-较弱脆性(中地壳上层)-较弱韧性(中地壳下层)-较强韧性(下地壳)-韧性(岩石圈上地幔)的分层流变结构.     

华北地区深、浅部应力状态的差异及其成因研究

在分析一评价各种应力资料的基础上,从三维空间分析应力图象的差异性,并从边界条件和岩石圈介质的不均一性出发,提出华北地块构造应力双层模式。多面手用有限元方法进进了模拟,计算结果与实际资料相当吻合,即以１０ｋｍ左右深度的滑脱面为分界,其下存在一个比较一致的以近水平的北东－北东东的最大压应力为特征的挤压应力场,而滑脱成之上的浅 地块内主应力方向的一致性很差,总体上反映出多方向伸展的格局。计算得到的剪应力     

Differential Tectonic Stress Pattern Between the Deep and Shallow Crust in North China and Its Possible Genesis

This paper approaches the neotectonic stress field based on the data of foeal mechanismsolution,ground stress measurement,tectonic mechanical analysis and geodetic surveying,and finds out that the orientations of the maximum principal comproessive sterss patterns arequite discordant with different methods and the stress patterns are widely differnt betweenthose in the shallow and deep part of the crust in North China.Based on the analysis ofabove-mentioned data,we established a duplex model by considering the diversities of theStress patterns in 3-dimentional spaces,the boundary conditions and the lithospheric media,and made an inverse calculation by using the finite element method.The calculated results fitwell with the reality in North China,i.e.the stress patterns in lower crust which is below thedetachment interface at the deptp of 10 km from ground surface are relatively consistent withnearly horizontal state and NE-ENE trending of the maximum principal compressive stressaxes,whereas the stress patt