单断裂周围的三维应力场与形变场

用线弹性有限单元法计算含一条断裂的三维地块模型中应力的空间分布,结果表明:当地块边界受到水平均布荷载时,断层两个端点水平位移最小,垂直位移最大,应力值最高,且随距离的增加而迅速减小到近于外区应力。最小主应力、最大剪应力、位移均以断层中点呈四象限对称分布。水平主应力之和随深度线性增加。三个应力主轴常稍稍偏离垂线和水平面,但最大压应力呈水平分布。     

主应力方向与大小对断层水平活动影响的计算

计算发现,主应力方向和大小不同时,断层活动的方式不同,与主应力方向交角(θ_0)为65.2°至61.3°(β_0为24.8°至28.7°)时,断层克服摩擦阻力而滑动所需差应力△σ_0最小。△σ值越大,可滑动的断层范围(△θ=θ_1-θ_2)也越大。θ_1与θ_2以θ_0为对称,其极限为40.4°和90(β的极限为49.6°和0°)。接近或大于此极限值的断层是地震破裂断层。北京附近的这类断层是八宝山断层和南口——孙河断层,它们是重点监视目标。     

用GPS资料分析陇县-宝鸡断裂带构造应力场特征

借助GPS数据作为边界条件,运用有限元对陇县-宝鸡断裂带及其邻区进行位移场与应力场数值模拟,分析该地区现今地壳活动与构造应力场的分布特征。结果表明：1）陇县-宝鸡断裂带与岐山-马昭断裂南端渭河盆地的张应力较弱;2）鄂尔多斯地块西南缘与陇县-宝鸡断裂带接壤的SE向条带的节点应力性质、方向与陇县-宝鸡断裂带一致,显示出平行于断裂带SE走向的张性活动特征;3）最大主应力表明,陇西地块及秦岭构造区具有较高强度的张性应力;4）第二主应力表明,陇县-宝鸡断裂带南端与秦岭构造区接壤地区南侧的SEE向压性应力显著。     

固体潮应力张量对地震的触发作用

用无体力作用的平衡方程的ω型、Φ型通解与有体力作用的平衡方程的特解相迭加得到自由边界条件下的潮汐应力张量。讨论了主应力和主应力轴随深度的变化,在100公里深度范围内,主应力轴在空间的取向发生的偏转可达10°左右(θ=30°时)。 选用我国1957年以来有精确断层面解的、Ms≥5.0的70个地震的资料,研究了发震时刻对于潮汐流体静应力、潮汐最大剪应力、沿断层错动矢量的潮汐剪应力的位相分布,所得的结论是,潮汐流体静应力与地震的发震时刻没有明显关系。潮汐最大剪应力对地震有一定的触发作用;沿断层错动矢量的潮汐剪应力对地震的触发作用更明显;斜滑型地震对潮汐最大剪应力的位相有极好的相关性。     

应用GPS观测青藏高原东北缘应力场变化

采用各向同性弹性地球模型推导了地面位移场速率与地壳内任意点应力场变化的边界积分关系,同时利用青藏高原东北缘1999～2001年观测的GPS资料对观测区地壳深度为5 km和25 km的主应力和最大剪应力进行了计算分析.结果表明,青藏高原东北缘的主应力变化主要集中在祁连山断裂、海原断裂等,在1920～1954年间历史上发生过多次震级为7.0～8.5级强震的断裂附近,并具有主应力变化沿断层走向分布、最大剪应力沿断层走向交替变化等特征.     

首都圈区域应变场研究

采用分块均匀弹性介质模型对１９６６～１９７８年首都圈三角—测边网复测资料进行了分析计算，发现在两个区域有应变积累：其一为南口—孙河断层以北，南口山前断层以东，黄庄—高丽营断层以西；另一区域为南口山前断层以西。短边测距网复测资料计算结果表明，京西区１９８７年之前主应力方向为北东７２°，此后应变不断加强，主应力方向发生扰动。由区域地应变场和断层活动性两种途径分析得到的首都圈现今应力状况是一致的，两种途径得到的应力加强的地段也大体相同。对近年应力集中地段的地震危险性应予以重视。     

龙门山断裂带的性质与活动性研究

沿龙门山构造带两侧，在9个100～500m深的钻孔中进行了水压致裂地应力测量，获得了断裂带两侧地表浅部构造应力的大小、方向和分布特征。据这些实测的应力资料，用库仑摩擦滑动准则分段研究了断裂带的性质和活动性。结果表明：试验得到的摩擦强度(0．6～1．0)似乎适用于浅部断层构造，地壳浅部地应力的大小和方向与断裂的性质及活动性密切相关，应力状态与断裂带的逆冲性质相一致；在断裂带东段的广元地区．中段的平武、汶川和茂县地区，实测的最大水平主应力值达不到逆断层活动要求的临界状态；而西段与鲜水河断裂带、南北向构造带复合部位的二郎山地区，现今构造应力状态比较复杂．实测的最大水平主应力值满足逆断层活动要求的临界状态。     

应用GPS观测研究青藏高原东北缘应力场变化

采用各向同性弹性地球模型推导了地面位移场速率与地壳内任意点应力场变化的边界积分关系，同时利用青藏高原东北缘1999～2001年观测的GPS资料对观测区地壳深度为5h和25h的主应力和最大剪应力进行了计算分析。结果表明，青藏高原东北缘的主应力变化主要集中在祁连山断裂、海原断裂等，在1920～1954年间历史上发生过多次震级为7．0～8．5级强震的断裂附近，并具有主应力变化沿断层走向分布、最大剪应力沿断层走向交替变化等特征。     

走滑断裂活动导致地应力解耦的机理研究——以龙门山断裂带东北段为例

2008年汶川MS8.0地震后,沿龙门山断裂带系列水压致裂地应力测量结果表明,断裂带东北段(茂县-绵竹连线东北侧)北川、平武及广元等地浅表层最大主应力方向与区域应力场相比发生了25°~69°不等的偏转,亦称地应力解耦。初步分析认为,龙门山断裂带东北段的右旋走滑活动直接导致了区域内最大主应力方向的解耦,且最大主应力方位向偏转角度与断裂右旋走滑活动量正相关。为合理解释这一现象,探讨走滑断裂活动导致地应力解耦的机理,本文采用二维有限元数值模拟方法,选取汶川MS8.0地震断裂(龙门山中央断裂)上的同震右旋走滑位移作为边界条件,首先模拟了龙门山断裂带东北段右旋走滑活动产生的扰动应力特征,之后结合断裂带附近典型钻孔地应力测量结果,叠加该扰动应力作用,从力学机理上深入剖析断裂右旋走滑活动产生的扰动应力对区域应力场(或初始应力场)的影响,并对其附近不同构造部位最大主应力方向偏转现象进行定量解释。初步结果表明：1) 走滑断裂活动导致地应力解耦主要是通过断裂滑动产生的扰动应力对区域应力场的附加影响实现的;2) 在固定的断裂活动长度和摩擦强度情况下,走滑断裂活动导致区域最大主应力方向偏转角度基本与活动断裂走滑位移量呈正比;3) 受汶川MS8.0地震影响,龙门山断裂带大致以茂县-绵竹为界,西南侧的宝兴-映秀-汶川一带最大主应力方向偏转角度很小,基本与区域应力场一致,而东北侧的北川-平武-广元一带则发生角度不等的偏转,3个地区最大主应力方向平均偏转角度分别为65°、56°和29°,该角度与龙门山断裂带东北段同震右旋走滑位移量呈正相关。     

用GPS测量结果研究华北现今构造形变场

用华北及邻区近十多年GPS测量结果和欧亚板块的弹性运动模型研究华北地区的水平形变场和局部水平形变场 ,发现华北地区水平形变场存在比较一致的SE向运动 ,且运动方向绕顺时针方向逐渐旋转 ,从西向东运动速率逐渐增大。鄂尔多斯、华北平原和鲁东 黄海地块的运动速率分别为 4 .8mm/a、5 .0mm/a、5 .2mm/a ,运动方向分别为SE5 0°、4 0°、35°。鄂尔多斯、华北平原和鲁东 黄海地块的局部形变方向分别为SE方向、SSE方向和SSW方向 ,而华北局部形变场的形变速率大约为水平形变场的 5 0 %。应用地块的整体旋转与线性应变模型计算了华北主要断裂带两侧的相对运动和各地块内部的主应变场。华北EW向和NWW向断裂基本上为左旋走滑型 ,滑动速率从东向西逐渐减小 ;NNE向和NE向断裂基本上为右旋走滑型 ,从北向南滑动速率逐渐减小。华北地区应变场的基本格架是NEE SWW方向压缩与NNW SSE方向扩张 ,主压应变率从西向东逐渐增大而主张应变率从西向东逐渐减小。根据全区水平形变场与应变场的基本特征推测 ,华北地区构造运动与形变的主要驱动力为 :青藏高原NE方向的推挤力 ,太平洋板块向欧亚板块俯冲对华北地壳产生的西向推挤力 ,以及地壳上隆所产生的NW SE方向的扩张力     

用边界元法研究川西地区的形变场与应变场

将巴颜喀拉地块和四川地块作为研究对象,用块体边界上的GPS位移作为输入数据,应用边界元法计算得到块体边界上的应力,再用求解出的边界应力计算块体内部的位移与应变.结果发现巴颜喀拉块体南北向为张应变作用;块体西侧张应变量较大,向东逐渐减小,到龙门山东侧应变几乎减弱为零.南北向张应变向东的迅速减弱,使得龙门山断层产生闭锁,闭锁使龙门山断裂聚集起巨大的应变能,应变能的大量积累可能是导致汶川地震发生的根本原因.     

不同类型断—砂配置输导的油气特征及成藏控制作用

为研究断—砂配置在油气成藏中作用,在断裂带内部结构和输导、封闭油气特征研究的基础上,采用断—砂空间组合和实例分析方法,研究不同类型断—砂配置输导油气特征及成藏控制作用.结果表明:按照断裂和砂体位置关系可将断—砂配置分为砂体位于断裂上盘和砂体位于断裂下盘2种类型,砂体位于断裂上盘又可细分为砂体与水平面夹角大于0°、等于0°和小于0°共3种类型;油气运移方向不同,有利于油气输导的断—砂配置类型不同,当油气沿断裂垂向运移时,只有砂体位于断裂上盘,且砂体与水平面之间夹角大于0°的断—砂配置有利于油气从断裂向砂体中侧向分流输导运移.并且可在断裂附近的正向构造(断背斜、断块、断层遮挡圈闭)上形成油气藏;当油气沿砂体侧向运移时,顺向断裂与砂体的配置有利于油气从砂体向断裂中输导运移,而反向断裂与砂体的配置有利于油气聚集形成断背斜、断块和断层遮挡油气藏.     

中蒙地块的水平运动及应变特征

GPS观测结果显示中蒙块体的位移速率较小,块体各部分的位移方向存在差别,说明块体有差异活动但不显著。连续应变场的应变率参量值在10-8/a以下;主压应力轴方向为NE74.6°,与该区内的浅源强震震源机制解的P轴方向基本一致。由应变产生的贝加尔湖裂谷的裂开速率为4.71mm/a,最大主应变率为34.34×10-9/a,张应变主轴方向NW310.49°,垂直于裂谷走向;嫩江断裂带和萝北-营口断裂带为走滑兼挤压或拉张活动断裂,位移速率和应变率都较小,活动性不显著。2003年8月16日巴林左旗5.9级地震和2004年3月24日东乌珠沁旗6.4级地震均发生在由1999~2003年GPS资料得出的多种应变速率参量的相对高值带和应变率高梯度带上。     

不同临空条件的层状反倾岩质边坡倾倒变形几何特征参数影响规律

层状反倾岩质边坡是一种常见边坡类型，其变形破坏模式多样、力学机制复杂、影响因素众多。为揭示层状反倾岩质边坡不同临空条件几何特征参数对反倾边坡倾倒变形影响规律，通过3DEC并结合数理统计系统深入研究几何特征参数对倾倒变形影响。研究表明:①反倾边坡具有3个临空面时边坡变形最大，1个临空面时边坡变形最小；②变形随边坡高度、切坡角度增大而增大，随节理面与临空面夹角的增大而减小，随岩层厚度增大先增大后减小；③2个临空面夹角90°时边坡变形最大；④1个、2个临空面时节理倾角60°时位移最大，3个临空面时随节理倾角增大而增大。      

桂阳大溪岭锑矿6号矿脉的断裂控矿特征

桂阳大溪岭锑矿6号主矿脉受断裂控制明显,矿体主要赋存于断裂走向5°～20°方向区段及倾角80°～88°的陡立部位.其资源量约占全矿区锑总资源量的60%.     

辽河油田曙一区杜84块兴隆台油层构造应力场研究

根据辽河油田已有地层、构造资料，研究了杜84块构造格架、主要断裂特点，在此基础上,建立了构造应力场模拟的三维地质模型，用3D-σ软件进行了构造应力场三维有限元模拟研究。其结果表明，杜84块油层受构造应力状态为最大和中间主应力近水平，最小主应力垂直。在此应力场作用下，区内断层运动方式为正断兼水平扭动。三维有限元模拟计算结果表明，沿断层带均发生压应力和剪应力集中现象,从而有利于断层发生扭张性运动。位移分析表明，有明显的呈阶梯状组合的正断位移。据破坏率分析，在现有应力场作用下，油层所在岩体局部会产生裂缝。     

首都圈地区现今断层活动的数学模拟及地震危险性讨论

以首都圈地区现今活动断层上近２０年的位移测量资料为依据，用二维线弹性有限元对该区断层的活动特征进行了拟合，并结合有关资料讨论了该区的地震危险性。结果表明：１９７７－１９８６年间该区主压应力优势方位与华北较一致，约为Ｎ４５°－８０°Ｅ；１９８６－１９９０年其主压应力方向向北偏转，约为Ｎ５°－６０°Ｅ；１９９０年至现在其主压应力又向东偏转，角度大于第一阶段，约为Ｎ８０°－９５°Ｅ。该区的张家口－延庆一带近期有发生中强震的可能；丰镇－阳高－大同地区和凉城－古营盘地区应力较高，也应引起注意。     

应用GPS观测资料反演潜在震源参数

根据点源孕震力学模型 ,应用福建 台湾地区GPS位移速度资料反演 1999年台湾南投Mw7.6大震前的孕震参数。反演所得的震中与实际发生的地震震中相差 6 7km ,主压应力场方向为 319.9°,倾角 - 2 8.6° ,即仰角2 8.6° ,与用震源机制解得到的P轴方向和倾角分别相差 17°和 8.6° ,与菲律宾板块向亚洲板块挤压的方向是一致的。用土耳其地区GPS位移速率资料反演 1999年土耳其Mw7.6地震前的孕震参数 ,反演得到的震中与实际震中相差 70km ,主应力方位角和倾角分别为 16 2 .5°、11.5°,与震源机制解结果分别差 2 4 .5°和 1.5°。     

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场进行了数值模拟。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方向基本一致。这一应力场状态是两种动力学过程的叠加：一是印度板块和太平洋板块的挤压,其中来自印度板块的作用力最大,约为太平洋板块作用力的１．５倍;另一个是因地幔隆起而产生的ＮＷ－ＳＥ向的水平拉张力。     

南秦岭东段冷水河向斜构造解析

在系统测量褶皱、断层、节理、线理、擦痕等构造形迹位移参数的基础上,通过构造解析方法,获得了该区自古生代以来的四期构造应力场。四期应力场的方向及性质分别为:(1)以264°～290°方向挤压为主,辅以335°～15°方向拉伸的伸展期;(2)以360°～15°方向挤压为主的压缩期;(3)以50°～60°方向挤压为主的压缩期;(4)以340°～10°方向位伸为主,后辅以284°～295°方向位伸的伸展期。研究表明,四期构造应力场的特征与构造演化的表现是基本一致的。