粘弹性有限元与弹簧滑块耦合模型——断层与地块相互作用的数值模拟

建立了粘弹性有限元方法和弹簧滑块的耦合模型,模拟了缓慢的大尺度地壳构造运动转化为急剧的小尺度断层失稳的时间过程,展示了地壳块体系统在板块边界作用下的相对运动,断层分配了主要的变形,导致了应力的积累,通过弹簧滑块模型模拟出服从Gutenberg-Richter定律的地震序列。断层摩擦强度的不均匀性控制了地震的发生以及块体的应力状态,地震破裂过程由成核点开始向两端扩展,伴随有应力的触发、应力释放和应力再分配的过程。断层的破裂事件释放了地壳块体的部分应力,靠近断层的地块应力受到局部破裂段的影响,而远离断层的地块应力状态受到断层整体地震活动的控制。     

地壳水平运动的弹性块体边界负位错模型与强震预测初探

强震孕育和发生与较大空间尺度和时空演变的地壳运动,尤其是活动块体及其边界带的构造变形密切相关.Matsu'ura负位错模型认为受现今地壳运动驱动下的各活动地块间的相对运动在地块边界处有可能受到部分阻碍,从而导致应力应变积聚.若视块体边界区域的地表位移为刚性块体的(平移)运动减去边界上部(由若干断层段构成,每一断层段用弹性半空间的单一矩形位错模型模拟)对块体相对运动的部分锁定在地表产生的位移.则利用地表位移观测可将区域深部的多个块体与其边界断层联系起来,其通过反演确定的块体边界断层带的相对闭锁区,对地震预报很有意义.而实际存在的地壳变形还应包含块体本身的变形.本文研究建立一种块体弹性变形及其边界负位错部分锁定的水平形变复合作用模型,即增加块体应变参量.经比较研究,此模型较原Matsu'ura负位错模型及笔者以往所作的对模型的初步改进(增加块体旋转参量)更符合地壳运动实际,拟合效果大为改善;进而求取该复合模型形变应变场的时空演化图像,并借助年均应力降(主要反映剪应力强度)与年均地震矩(反映块体边界断层段的能量积累速率)度量断层锁定能量强度,其图像表现力和时空演变定量化程度大幅提高.     

亚洲大陆内大地震的构造特征

从帕米尔到贝加尔、从川滇到华北,是亚洲大陆上两条大规模的地震活动带,它们是大陆内部的应力集中带。内陆大地震的发震构造,按其成因、形成时期和作用方式等特征,可划分为三类,即:岩石圈块体重新活动的古缝合线构造断层,块体边缘后期形成的俯冲带或冲断层,和块体边缘的横走滑断层。第四纪活动隆起构造将导致“新生”破裂。     

滇西地区壳幔解耦与腾冲火山区岩浆活动的深部构造研究

根据青藏东部边缘的深部地球物理资料,分析了滇西地区壳幔耦合和腾冲火山区岩浆活动的深部构造特征,确认了地幔各向异性与上地幔速度结构(包括P波速度和S波速度)的内在联系,指出产生这一结果的原因与以腾冲火山区为中心的地幔热物质上涌有关:上地幔顶部平均温度升高导致介质强度降低,在印支块体的侧向挤压或印缅块体的向东俯冲作用下发生韧性变形,造成滇西地区地幔各向异性的快波方向与青藏东部地壳块体的旋转方向不一致.此外,鉴于中下地壳低速层的横向非均匀性,估计韧性流动并非贯通青藏高原的东部边缘,而是被不同的构造块体和边界断裂限定在局部地区.总体而言,滇西地区下地壳的地震波速度和电阻率偏低,具备发生韧性变形的构造条件.作为地壳和上地幔之间的解耦层,它使得青藏东部地壳块体旋转产生的构造应力未能传输至上地幔.腾冲火山区的地壳结构与不同时期的岩浆活动有关,火山区东侧的高速结构代表了上新世时期火山通道内冷凝固结的岩浆侵入体或难以挥发的高密度残留物质,火山区西侧的低速结构反映了更新世以来持续至今的岩浆活动,壳内岩浆源主要分布在10～20km的深度范围内,横向尺度约为15～20km,有可能通过地壳深部的断裂与上地幔岩浆源区相连,估计腾冲火山区下方的岩浆活动将持续进行.     

GNSS在断层形变研究中的应用

大地震多发生在主要活动断裂带及其附近, 因此断层形变的监测与研究非常重要。 多年来采用跨断层短水准、 短基线、 跨断裂带综合观测剖面等手段监测断层活动, 进而研究断层活动与变形规律。 GNSS多用于大面积地壳水平运动场和主要地块活动与变形的研究, 随着GNSS数据的积累和应用研究的深入, 已有学者用GNSS从不同角度开展断层形变的监测与研究。 本文介绍和论述了GNSS在断层形变研究中已有的部分应用和新的探索, 主要介绍以下几个方面: ① GNSS用于断层走滑活动的监测与研究; ② GNSS用于断层垂直活动的监测与研究; ③ 通过研究断层两边地块变形规律并建立应变模型, 可分别依据各自模型推测断层的活动与形变, 将推测结果与跨断层观测到的实际情况进行研究与比较。 研究分析认为, 由块体推测的变形与实测变形差异越大, 说明块体相互作用越强烈。 这可能对强地震地点预测、 地震危险性判定及地震趋势预测均有重要意义。     

中国大陆现今地壳运动的GPS分析与构造变形模拟

正中国大陆位于欧亚板块东南部,受印度板块、菲律宾板块和西伯利亚—蒙古亚板块的夹持,是全球岩石圈变形和地壳运动最强烈的地区之一,也是全球大陆地震多发区。因而,研究我国大陆内部的变形,对于认识长期的岩石圈动力学过程与变形模式,了解断层的作用机制以及进行地震危险性评估都有十分重要的意义。我国于20世纪80年代末开始用GPS监测地壳形变,之后的20多年,先后在青藏高原、川滇、天山等地区陆续开展了流动GPS观测,获取了大量的GPS测站资料。随着中国地壳     

四川芦山7.0地震和汶川8.0地震震源区地壳岩石圈变形特征分析

地壳和岩石圈变形特征研究对于深入了解中强地震的深部孕震环境具有重要科学意义.本文联合P和S波远震接收函数偏移成像结果,对发生过芦山7.0地震和汶川8.0地震的龙门山断裂带及附近区域地壳和岩石圈结构进行分析.结果揭示出在青藏高原向四川盆地过渡的龙门山断裂带,Moho面和岩石圈底界面(LAB)呈现出强烈变形,特别是芦山地震和汶川地震震源区下方地壳出现了错断、下凹,岩石圈也呈现下凹变形特征.这种地壳及岩石圈变形所代表的高应力的积累可能是汶川和芦山地震发生的重要深部地球动力学背景.     

首都圈现今断层活动方式的数值模拟

利用三维有限元模型对首都圈断层水平运动方式和地壳应力场进行了模拟研究,认为该地区主要受张家口—渤海构造带左旋剪切的控制,且不同走向活动断层以左旋走滑为主.在此基础上,考虑可能发生的边界作用方式的改变,计算了相应断层活动方式变化.结果表明,如果华北平原相对于燕山块体东向运动增强会造成不同走向断层左旋运动加速;如果背景东西向挤压应力场增强会造成NW向断层左旋加速和一些NE向断层不同程度右旋滑动.     

安徽淮河构造变形带及邻近块体现代构造应力场特征

针对安徽省较特殊的构造环境及历史地震分布特点，利用直达波最大振幅比和系统聚类分析方法，在对安徽淮河中游区1974年以来近百个中小地震震源机制反演、聚类及空间合成的基础上，分析了华北断块南缘的安徽淮河构造变形带及邻近块体震源断层滑动方式、构造应力场分布及块体运动方式、应力场随时间变化等。结果显示：淮河构造变形带及其邻近块体上震源断层总体上以近走滑型或斜滑型破裂为主，但倾滑型破裂也占一定比例；该地区构造应力以水平作用为主，但也存在一定的垂向作用。其中淮北和皖中块体仍可能分别向SWW和NEE方向运动，并在淮河构造变形带上产生左旋剪切作用，呈现一定的继承性活动特征；各块(带)上主压应力P轴走向随时间的变化在总体上较为一致，而各时段之间P轴方位存在一定差异，显示安徽淮河中游区受华北和华南应力场的共同作用，但其地震活动可能主要受控于华北应力场。     

土壤气与覆盖层下断层及岩性关系的研究

0 引言 众所周知,地壳深部流体,特别是气体,其运动学特征同地壳构造活动密切相关。地球化学动力研究表明,地壳凡有结构面的地方,如块体界面、断层面等,其物质能量交换活跃,化学、物理作用强烈,往往成为地下流体外泄的通道。这使以研究土壤气体的组分含量空间变化来判定隐伏断层的存在及其走向、方位成为可能。地壳构造活动和岩石破裂运动常伴随化学作用和物理作用,因而地下流体成份及其运动形式必然发生相应的变化。在地下温度与压力差的作用下,发生变化的地下流体成份运移到地表而形成气体地球化学的异常带。一般说来,这种异常带与地下断层的存在有关。研究断层气体组分随时间的变化可能捕捉到地震孕育或断层活动的信息,因而对地震监测预报、判定地震危险区有实际意义。近几年来,国内外对断层气、土壤气的研究成为地震地球化学工作者探索地震前兆新方法的重要方向之一。我们在肥东形     

Gravelly soils that liquefied during 2008 Wenchuan,China earthquake, Ms=8.0

Field investigations following the 2008 Wenchuan earthquake (M_s=8.0) identified 118 liquefaction sites nearly all of which are underlain by gravelly sediment in the Chengdu Plain and adjacent Mianyang area. Field studies, including core drilling, dynamic penetration tests (DPT), and multiple channel analysis of surface wave velocity tests (MASW) for measurement of shear wave velocities, reveal the following: (1) Sand boils and ground fissures, indicative of liquefaction, occurred across hundreds of square kilometers affecting 120 villages, 8 schools and 5 factories. (2) The Chengdu plain is underlain by sandy gravels ranging in thickness up to 540 m; loose upper layers within the gravels beds liquefied. (3) Mean grain sizes for gravelly layers that liquefied range from 1 mm to more than 30 mm. (4) Shear wave velocities in gravels that liquefied range up to 250 m/s. (5) A 50% probability curve, developed from logistic procedures, correctly bounds all but four data points for the 47 compiled V_s data.     

The ALOMAR Rayleigh/Mie/Raman lidar: objectives, configuration, and performance

We report on the development and current capabilities of the ALOMAR Rayleigh/Mie/Raman lidar. This instrument is one of the core instruments of the international ALOMAR facility, located near Andenes in Norway at 69°N and 16°E. The major task of the instrument is to perform advanced studies of the Arctic middle atmosphere over altitudes between about 15 to 90 km on a climatological basis. These studies address questions about the thermal structure of the Arctic middle atmosphere, the dynamical processes acting therein, and of aerosols in the form of stratospheric background aerosol, polar stratospheric clouds, noctilucent clouds, and injected aerosols of volcanic or anthropogenic origin. Furthermore, the lidar is meant to work together with other remote sensing instruments, both ground- and satellite-based, and with balloon- and rocket-borne instruments performing in situ observations. The instrument is basically a twin lidar, using two independent power lasers and two tiltable receiving telescopes. The power lasers are Nd:YAG lasers emitting at wavelengths 1064, 532, and 355 nm and producing 30 pulses per second each. The power lasers are highly stabilized in both their wavelengths and the directions of their laser beams. The laser beams are emitted into the atmosphere fully coaxial with the line-of-sight of the receiving telescopes. The latter use primary mirrors of 1.8 m diameter and are tiltable within 30° off zenith. Their fields-of-view have 180 rad angular diameter. Spectral separation, filtering, and detection of the received photons are made on an optical bench which carries, among a multitude of other optical components, three double Fabry-Perot interferometers (two for 532 and one for 355 nm) and one single Fabry-Perot interferometer (for 1064 nm). A number of separate detector channels also allow registration of photons which are produced by rotational-vibrational and rotational Raman scatter on N₂ and N₂+O₂ molecules, respectively. Currently, up to 36 detector channels simultaneously record the photons collected by the telescopes. The internal and external instrument operations are automated so that this very complex instrument can be operated by a single engineer. Currently the lidar is heavily used for measurements of temperature profiles, of cloud particle properties such as their altitude, particle densities and size distributions, and of stratospheric winds. Due to its very effective spectral and spatial filtering, the lidar has unique capabilities to work in full sunlight. Under these conditions it can measure temperatures up to 65 km altitude and determine particle size distributions of overhead noctilucent clouds. Due to its very high mechanical and optical stability, it can also employed efficiently under marginal weather conditions when data on the middle atmosphere can be collected only through small breaks in the tropospheric cloud layers.     

四川荣县MS4.7、MS4.3、MS4.9地震房屋震害特征和人员伤亡分析

根据四川荣县M_S4.7、M_S4.3、M_S4.9地震现场灾害调查资料,分析房屋震害特征和人员伤亡情况,结果表明震区房屋破坏类型主要为砖混结构、砖木结构和土木结构,其中砖木结构和土木结构受损比较严重,人员伤亡主要由房屋损坏导致;造成此现象的原因主要是该地区房屋建造年代久远,房屋结构不合理、抗震性能差,短时间地震频发造成震害累积,再加上民众防震减灾意识薄弱等。     

An accessible strong-motion dataset (PGA,PGV, and site vS30) of 2022 MS6.8 Luding,China Earthquake

A M_S6.8 earthquake occurred on 5th September 2022 in Luding county, Sichuan, China, at 12: 52 Beijing Time (4:52 UTC). We complied a dataset of PGA, PGV, and site v_S30 of 73 accelerometers and 791 Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) sensors within 300 km of the epicenter. The inferred v_S30 of 820 recording sites were validated. The study results show that: (1) The maximum horizontal PGA and PGV reaches 634.1 Gal and 71.1 cm/s respectively. (2) Over 80% of records are from soil sites. (3) The v_S30 proxy model of Zhou J et al. is superior than that of Wald and Allen and performs well in the study area. The dataset was compiled in a flat file that consists the information of strong-motion instruments, the strong-motion records, and the v_S30 of the recording sites. The dataset is available at https://www.seismisite.net.     

Crustal thickness and vP/vS ratio in Shanxi Graben,China

Shanxi Graben is in the middle part of the North China Craton, from south to north. With the teleseismic data recorded by Regional Seismograph Networks and the temporary ZBnet-W Seismic Array around east part of Shanxi Graben, we measured the crustal thickness and v_P/v_S ratio beneath each station using the H-κ stack of receiver functions. The observed crustal thickness shows obvious lateral variation, increasing gradually from east to west in the Shanxi Graben. Beneath the Shanxi Graben the crust is relatively thicker than both sides of the south and the north. In addition, the v_P/v_S ratio in the north of study zone is higher than that in the south. The highest v_P/v_S ratio exists in the crust of the Xinding basin and the Datong basin. Our study also suggests that high velocity ratio might result from the strong activities of the magmation and volcanism.     

2010年新西兰MW7.0主震与2011年MW6.1余震近场强地面运动特征比较分析

2010年9月3日16时35分46秒新西兰南岛Greendale附近发生了M_W7.0地震, 震源深度约10.0 km. 2011年2月21日新西兰南岛又发生了M_W6.1地震, 为2010年M_W7.0主震后最大的一次余震, 震源深度约5.0 km, 发震断层为Christchurch南约9 km一条近东西走向逆冲的隐伏断层, 该地震造成Christchurch城内多处建筑物严重损毁. 本文分析了2010年新西兰地震事件M_W7.0主震与M_W6.1余震强地面运动的特征. 新西兰M_W6.1余震近场强地面运动整体高于M_W7.0主震. 将主震和余震的强震观测记录分别与新一代衰减关系(NGA)进行对比, 发现余震强震观测数据整体高于其震级对应的NGA. 分别选取距离主震和余震震中最近且强震观测记录最高的两个台站(GDLC台站和HVSC台站)作为参照台站, 建立动态复合震源模型(DCSM)及有限断层随机振动模型(SFFM)进行强地面运动的模拟计算, 分析两种模型的模拟结果并对比二者的优势及局限, 以便在未来工作中更好地通过模型计算强地面运动特征, 实现区域化特征快速、 实时分析及局部重点、 细致分析相结合的目标.      

2013年巴基斯坦俾路支MW7.7地震震源过程研究

利用高分辨光学影像获取的同震水平位移场资料联合远场波形数据反演获得了2013年巴基斯坦俾路支M_W7.7地震的震源过程模型.结果显示这是发生在具有弧形铲状几何形态的Hoshab断层上的一次左旋走滑为主要运动特征的强烈地震事件.推断这种具有罕见运动模式的强烈地震是斜向应力场与特殊的断层几何形态共同作用的结果.研究工作中采用大数据量均匀分布的同震位移资料参与反演计算,结果表明这种以完整图像的形式使用位移场资料的方式可以克服资料可能存在的系统误差获得可信的结果.