北京地区区域应力场及地壳稳定性研究

作者根据北京地区的地震、地质构造、挽近地壳活动等特征,建立了数学模拟模型,并从研究现代地震活动的构造力学条件入手,计算了北京地区现今构造应力场及区内断裂活动性增加时现今构造应力场的调整值,在此基础上建立综合调整影响场。最后根据综合调整影响场分析和比较了北京地区区域地壳的相对稳定程度和北京市地壳的相对稳定程度,指出南口—孙河断裂活动性增加对北京市的地壳稳定性具有较大的影响。     

构造应力场研究与实践

由李四光教授开创的构造应力场研究自20世纪20年代至今已经历70多年。回顾其研究过程,展望未来发展,可以分为两个研究时期:①开创研究时期(1926-1966).主要运用构造形迹力学性质及组合规律分析推断构造应力状态,重点研究构造体系及其典型构造型式的构造应力场。②实测研究时期(1966-).最初通过实测地应力、地形变、断层位移以及现今构造活动的各种相关资料,配合模拟实验研究现今构造应力场;尔后对地质时期古构造应力场进行研究,主要采用应力、应变矿物进行应力状态定量或半定量分析,并配合模拟实验进行研究。实测研究时期可分为3个研究阶段:实测平面构造应力场研究阶段。主要以进行平面构造应力场研究为主;实测三维构造应力场研究阶段。以三维构造应力场研究为主并对构造应力场学科进行研究总结;深部构造应力场研究阶段。未来将会开展对地壳整体及地壳深部进行全面的构造应力场研究。构造应力场研究对认识地壳运动问题具有深远意义,在地质找矿、地质环境与灾害、工程建设中均可发挥积极的作用。      

GPS技术应用于中国地壳运动研究的方法及初步结果

文中主要就中国利用GPS等空间测地资料研究地壳运动、构造变形 ,以及用于地震预测探索方面 ,从方法技术和近年来取得的一些初步结果进行了概要性论述。介绍了利用GPS技术资料研究地壳水平运动速度场、水平应变场、建立地壳运动模型等方法研究的进展。由GPS观测给出的地壳水平运动初步结果表明 :中国大陆现时水平运动在全球参考系中为整体向东 ,并兼有顺时针扭转运动。西部地区构造形变强烈 ,整个青藏块体及其边界带 ,以及新疆西部是应变值最高的区域 ,水平应变场主压应变优势分布方向为近NE向 ,空间差异显著 ,反映了印度板块碰撞推挤和青藏块体强烈构造运动的影响。中国大陆东部水平运动的差异性不显著。强震分布于地壳运动的大小、方向显著变化的区域 ,大地震通常发生在水平剪应变高值区或其边缘 ,尤其是与区域主干断裂的构造活动背景相一致的剪应变率高值区。     

青藏高原构造变形与热应力场

自新生代以来,青藏高原构造变形的特点表现为强烈的SN向挤压、逆冲、推覆构造,在后期出现伸展拉张构造。这些构造的形成除了与印度板块推挤有关外,尚与地壳深部温度变化引起的热应力有关。该文计算了由于地壳温度升高引起的热应力场及位移场,指出热应力场及位移场的基本特点,分析了他们在青藏高原构造变形中的作用。考虑到印度板块的推挤、重力和热应力场的共同作用,可以较好地解释青藏高原构造变形的特点及动力学机制。      

北半球陆壳现今构造应力场分布模式——基于有限元分析

北半球大陆现今地貌形态是板块作用的产物,其动力学机制相当复杂,而目前尚无统一的应力分布模式。采用三维弹性有限元模型,综合考虑构造边界与地壳结构的影响,并以震源机制解作为验证手段,正演出北半球陆壳现今构造应力场。结果显示,板块边界力对区域构造应力场起主导作用,而地壳深部莫霍面与均衡面的深度差会伴生垂向构造力使局部地区应力性质发生改变。受地壳结构的影响,板块的汇聚边界、转换边界仍可存在高张应力值,地壳内部构造活动强烈地区往往差应力值较大。北半球现今地应力场是地壳长期演化的一个瞬时状态,三维弹性球壳模型模拟结果可靠,可以作为北半球陆壳构造应力场分析的定量参考模型。     

东亚构造块体运动模型及其推论

利用地震滑动矢量、转换断层走向和洋中脊扩张速率反演出太平洋、菲律宾、北美、鄂霍茨克、阿穆利亚、南中国和日本本州块体相邻板块间的相对欧拉矢量,该结果与利用最近20年内空间技术实测速度场、国际地球参考架ITRF2000速度场、中国地壳运动GPS监测网以及日本GPS地球观测网(GEONet)的速度场等建立东亚构造块体运动模型基本一致,反映东亚构造块体现今运动特征,基于模型分析东亚构造块体相对运动,进一步揭示东亚构造块体现今运动规律。     

遥感信息场分层解析与构造应力场定量研究

遥感图像显现的地质构造形迹是地史以来地壳运动的最终结果,包含有历次构造变形的特征信息。因此,构造复合区不同期次构造应力场的图像解析,可将宏观构造(褶皱和断裂)和与其密切相关的微观构造(遥感大节理)有机联系起来进行构造变形组合的分解,即分不同构造层次(期次)建立其变形场,然后通过构造变形场特征的综合分析研究反演各时期应力场。环形构造及相关的环状、放射状遥感大节理与地下隐伏构造隆起在空间上有一定对应关系。本文根据弹性力学理论,提出了在遥感构造信息场分层解析基础上将有关构造信息有机组合量化,建立隐伏构造隆起的自然模型,以此数据定量计算构造应力场的理论与方法,并给出了应用实例。     

中国大陆现今构造应力场的回归分析研究

叙述了应用有限元方法和回归分析理论,依据实际应力观测资料,结合中国大陆构造地质资料反演中国大陆现今构造应力场的研究成果。计算中考虑了地壳结构在纵向上和横向上的非均匀性和现今活动断层的影响,采用接触分析方法模拟了板块边界的作用。计算结果表明,通过回归分析得到中国大陆现今构造应力场特征与实际观测结果是一致的:(1) 在中国大陆现今水平最大主压应力轴走向以青藏高原为中心,呈辐射状分布;(2) 在中国大陆现今水平最大主压应力总体表现为由西向东逐渐降低的趋势;(3) 中国大陆东南的台湾海峡区域水平最大主压应力有局部升高的现象。     

有关我国新构造运动起始时间的探讨

几十年来许多研究者从地貌、最新沉积和构造等方面,对中国的新构造运动进行了大量研究,但至今大家对新构造运动的含义却有着非常不同的认识。其关键问题是对新构造运动起始时间的看法差异很大,时间跨度从始新世晚期（40 Ma）到中更新世（0.73 Ma）,因此严重影响了新构造运动研究的深入和发展。现拟从动力条件方面探讨中国新构造运动的起始时间。通过分析中国现今地壳水平运动和现代构造应力场压应力轴的分布特征及其形成的动力条件,得出它们具有连续性和统一性,而二者分布方向较好的一致性表明,印度板块与欧亚板块碰撞推挤是形成中国现今地壳运动和现代构造应力场的主要动力。然而在古近纪时中国东部和西部处于两种截然不同的大地构造环境,西部挤压、东部拉张。直到中新世中期青藏高原东部的川滇、巴颜喀拉-松潘等地块被侧向挤出,它们自北而南往北东-南东方向滑移并推挤中国大陆东部的地壳块体向前运动,才开始把中国西部和东部逐渐联成一个构造运动的统一体。这不仅得到中国东部一系列相应构造事件的印证,而且还从导致中国新生代地质构造发育的动力学环境变化方面进行了讨论。中国新构造运动开始于中新世中期,即距今约15～10 Ma.     

煤瓦斯突出研究方法探索

构造应力、能量集中与采动应力叠加,是煤瓦斯突出的根本原因,是现今构造活动的表现,由现今地壳失稳所致,属于地质力学问题。借鉴李四光倡导的地震地质工作经验,从现今活动构造体系研究入手,采用岩石力学与构造应力场的研究思路方法、技术,结合地壳稳定性评价实践经验,探索煤瓦斯突出减灾防灾的基本思路。     

Summary of the Lithospheric Dynamics in China

This paper presents a summary of the explanatory notes for the 1: 4, 000.000 scale"Lithgspheric Dynamics Map of China and Adjacent Seas". Which gives an outline of the geological and geophysical processes that are presently active or were once active during the Cenozoic. The focus is concentrated on intraplate phenomena and on explaining them in terms of fundamental plate tectonic processes.The lithosphere in China is very heterogeneous. Its dynamics can be described in terms of the relative motions of 8 active subplates and related 17 tectonic blocks, and the characteristics of neotectonic deformation. The present-day movement and deformation of the lithosphere in China, their relationship with the deep-seated processes, and the lateral heterogeneity, mass difference and stress state within it that will tend to cause crustal movement in the future are illustrated.The intraplate tectonics and stress field are mainly controlled by the heterogeneity of the lithosphere and the mode of interaction between subplates and their boundary conditions. The collision of the Indian plate with the Eurasian plate began and proceeded along the Tethys ocean side, which has produced a strong compressional stress in western China and brought about a high shear stress in the regions round the eastern and western corners of the Himalaya block. However, the eastern part of China is directly influenced by the western Pacific plate boundaries. The minimum principal stress here is tensional. which makes the shear stress high, it may be the cause of the high seismicity in North China and maritime region of southeastern China.     

中国岩石圈动力学概要

本文是1:400万“中国及邻近海域岩石圈动力学图”说明书的节要。它对我国现今活动着或在新生代活动过的地质和地球物理作用过程作了综合概括,重点是板内现象,并从板块构造作用基本过程上对它们加以解释。 中国的岩石圈很不均匀。其动力学涉及8个活动亚板块和有关的17个构造块体的性质、它们的相对运动和构造应力场、以及新构造变形的特征。阐明了我国岩石圈现今运动和变形     

断裂多期活动及其研究意义

本文从断层多期活动的客观存在出发,在理论和实验两个方面论述了断层多期活动的必然性,并提出了对断裂多期活动研究的方法、途径和意义。      

Linking stress field deflection to basement structures in southern Ontario: Results from numerical modelling

Analysis of stress measurement data from the near-surface to crustal depths in southern Ontario show a misalignment between the direction of tectonic loading and the orientation of the major horizontal principal stress. The compressive stress field instead appears to be oriented sub-parallel to the major terrane boundaries such as the Grenville Front, the Central Metasedimentary Belt boundary zone and the Elzevir Frontenac boundary zone. This suggests that the stress field has been modified by these deep crustal scale deformation zones. In order to test this hypothesis, a geomechanical model was constructed using the three-dimensional discontinuum stress analysis code 3DEC. The model consists of a 45 km thick crust of southern Ontario in which the major crustal scale deformation zones are represented as discrete faults. Lateral velocity boundary conditions were applied to the sides of the model in the direction of tectonic loading in order to generate the horizontal compressive stress field. Modelling results show that for low strength (low friction angle and cohesion), fault slip causes the stress field to rotate toward the strike of the faults, consistent with the observed direction of misalignment with the tectonic loading direction. Observed distortions to the regional stress field may be explained by this relatively simple mechanism of slip on deep first-order structures in response to the neotectonic driving forces.     

Prediction of the present-day stress field in the Australian continental crust using 3D geomechanical–numerical models

The Australian continent has an enigmatic present-day stress pattern with considerable regional variability in maximum horizontal stress (S_Hmax) orientations. Previous attempts to estimate the Australian S_Hmax orientation with geomechanical–numerical models indicate that plate boundary forces provide the major controls on the contemporary stress orientations. However, these models do not satisfactorily predict the observed stress orientation in major basins throughout eastern Australia, where the knowledge of the present-day crustal stresses is of vital importance for development and management of different types of geo-reservoirs. In addition, a new comprehensive stress-data compilation in Australia, which contains 2150 data records and is the key dataset for model calibration, provides motivation to construct a new geomechanical–numerical model for Australia. Herein, we present a 3D geomechanical–numerical model that predicts both the S_Hmax orientation and the relative stress magnitudes throughout the Australian continent. Our best-fit model, with mean absolute deviation of 15°, is in good agreement with observed S_Hmax orientations and the stress regime in most areas, and shows a much better fit in areas where the stress pattern was unable to be predicted by previous published attempts. Interestingly, the best-fit model requires a significant push from the western boundary of Australian continental model, which is possible supporting evidence for the east–west-oriented mantle drag postulated by state-of-the-art global convection models, or may be generated by the excess of gravitational potential energy from Tibetan Plateau, transferred through the Indo-Australian Plate. Hence, our modelling results provide a good first-order prediction of the stress field for areas where no stress information is currently available and can be used to derive initial and boundary conditions for local and reservoir-scale 3D geomechanical models across Australia.     

兰州地区新生代构造应力场演化特征

节理统计、断层、褶皱和震源机制解析等研究表明,兰州地区第三纪以来的构造应力场主压应力轴倾角在陡－缓交替过程中逐渐变陡,作用方向由ＳＮ向,ＮＷ－ＳＥ向转变为ＮＥ－ＳＷ向。第三纪时期构造应力场的逆时针运动是地块在该时期作逆时针旋转运动的结果,早－中晚新世之间出现了青藏高原构造作用的重要转型。进入到ＥＷ向伸展机制下的构造变形时期,研究区地壳运动以抬升为主,但抬升运动与水平运动之间有机地结合在一起的。经过     

挤压和剪切构造环境下深埋隧道岩爆的对比研究

地质构造是影响岩爆的一个重要因素,本文以大瑞铁路高黎贡山深埋隧道为例,在野外地质调查、实测地应力分析、室内岩石力学测试分析的基础上,采用ANSYS软件模拟了在现今构造地应力场中,在褶皱和走滑断层等不同构造部位的岩体中进行隧道开挖所引起的应力重分布特征,对在复杂地质构造地区挤压和剪切构造环境下深埋隧道的岩爆特征进行了深入...     

鄂尔多斯地块南缘地应力测量研究

利用水压致裂法得到的地应力测试数据对鄂尔多斯地块南缘地壳浅部地应力分布规律及断层活动性进行研究。结果表明:（1）两个水平主应力随深度线性增长,应力梯度分别为0.032和0.021,在测量深度域内水平和垂直应力的关系为S_H > S_h > S_V,该应力状态有利于断层发生逆断层活动,与1556年华山大地震的发震正断层的性质不同;（2）研究区的最大水平主应力方向为北南-北北西向,与区域速度矢量场方向一致,与其他资料解译的区域构造应力方向有一些差异,主要是受鄂尔多斯地块周缘断层活动的影响;（3）利用Mohr-Coulomb准则及Byerlee定律,摩擦系数取0.6~1.0,对研究区的地应力状态进行分析,发现鄂尔多斯地块南缘的测点未达到或超过地壳破裂极限状态,不存在断层失稳或地震等其他形式的地壳活动,处于较稳定地壳应力状态;（4）实测数据为该区补充了新的地应力测量资料,研究结果为该区工程设计及建设、构造应力场数值模拟提供了边界条件,对于该区地质灾害评价、地壳稳定性以及大陆动力学的研究具有重要意义。      

太行-翼辽区NNW向构造体系——“华北系”的新厘定

本文在前人零星的遥感图象信息基础上,于“七、五”期间在太行—冀辽区(河北—辽宁)开展了野外实地考察和研究,发现等距相间的大量NNW向主干压性或压扭性构造带,以及彼此有成生联系的、力学性质不同的各向配套构造,如朝阳、滦河和紫荆关—怀安等三大构造带比较突出,它们共同显示了EWE—WSW或近EW向的构造应力场特征,由此将新第三纪以来,第四纪达到顶峰而形成的NNW向构造体系厘定为“华北系”。“华北系”的建立,目前在我国东部尚属首次。