青藏高原东北缘海原-六盘山断裂带现今地壳应力环境的数值分析

海原-六盘山断裂是青藏高原东北缘的大型边界断裂带,是中国大陆典型的地震危险区。地壳构造加载特征的定量研究有助于分析区域孕震环境,参考青藏高原东北缘GPS形变和岩石圈精细结构等资料,本文建立海原-六盘山断裂带周缘的三维岩石圈分层模型,分析现今构造加载作用下区域地壳形变和应力演化特征。数值计算结果显示:青藏高原东北缘现今处于以北东-南西向的水平挤压为主导和北西-南东向的水平引张的变形特征。青藏高原东北缘中-下地壳流变性质影响上覆脆性地壳应力环境,中地壳较低粘滞系数对应的模型地壳应力计算值与研究区实际地壳应力场相近。海原断裂中-西段构造加载作用显著,具有相对较高的库仑应力积累和最大剪应力分布;而六盘山断裂周缘地壳应力和最大剪应力小于海原断裂带。构造应力积累的空间分布差异说明六盘山断裂具有较弱的构造孕震环境,而研究区走滑型断裂的孕震加载作用显著。尽管六盘山处于较低的应力状态,但仍不能轻易忽视其长期存在的强震空区所暗示的发震潜力。     

华北地区主要断裂带的现今运动特征

用中国地壳网络观测中心提供的华北地区最新GPS观测数据, 研究了华北地区主要断裂带的现今运动特征, 得到NE走向断裂带由北至南存在由挤压转变为拉张、右旋走滑速率增大的特征, NW走向断裂带以左旋挤压变形为主, 走滑速率NW向断裂带大于NE走向断裂带, 据此认为华北地区煤层气开发的有利区块位于南部地区。     

海原断裂的古地震及特征地震破裂的分级性讨论

海原断裂高湾子地点三维探槽揭露了全新世5次事件的位移量。由老至新走滑位移量分别为：5．6±2．3,1．5±1．1,1．5±1．2,2±1和7±0．5m。古地震对比反映出,晚第四纪以来断裂带发生的14次事件中,仅有2～3次事件为贯穿全断裂的破裂事件,说明古地震并不都具有1920年海原大地震的强度。特征地震和段落存在分级性。破裂分级的现象不是孤立的,但多发生在走滑断裂上。     

青藏高原中段现今构造应力场的数值模拟

将地壳岩石看成粘性流体,对青藏高原中段进行了构造应力场和速度场的有限元模拟。模拟结果表明:青藏高原总体向北和向东位移,向北的位移速度是南部最大,由南向北逐渐减小;向东的位移速度以唐古拉断裂附近最大,南北两侧逐渐减小,形成"挤出"现象。最大主应力方向在南部以NNW向为主,北部以NNE向为主,总体为近SN向。将模拟结果与构造勘察、地震活动和GPS测量结果进行了对比,它们具有很好的一致性,良好地揭示了青藏高原构造活动规律、断层活动强度和东向位移的驱动机理,青藏高原现今活动是印度板块向北推挤和深部物质东流共同作用的结果。      

正交各向异性介质中地震记录的有限差分数值模拟

本文首先介绍了正交各向异性介质弹性波动方程的建立过程,然后讨论了高阶有限差分算法的实现原理、算法的稳定性和收敛性以及吸收边界条件的选取,并对正交各向异性介质作了正演模拟。通过波场快照、共炮点地震记录和ＶＳＰ模拟记录等正演分析,结果表明该算法在模拟各向异性介质中弹性波的传播是有效的     

以海原断裂甘肃老虎山段为例浅析走滑断裂古地震记录的完整性——兼论古地震研究中的若干问题

在简单介绍海原断裂老虎山段松山探槽点古地震工作的基础上,分析了制约走滑断裂上古地震记录完整性的因素。松山探槽点跨断裂开挖的2个探槽揭示颜色和粒度不同的地层互层的沉积序列呈近水平面状展布。在断裂带内地层发生错断、旋转和拖曳等变形现象。多个层位上的这种变形表明该点揭示了6次古地震事件。炭屑的~(14)C年龄限定了6次事件均发生在距今3500～3900年以来,其中最新的4次事件从老到新分别为0～410aAD、890～1000年之后不久、1440～1640 aAD和1990年景泰-天祝Mw5.8级历史地震。该序列及其他例子表明连续的、高沉积速率的微构造环境是走滑断裂上探槽选取的重要原则。     

印度-澳大利亚板块应力场数值模拟及其动力学分析

印度-澳大利亚板块的边界类型和性质十分复杂。本文采用伪三维有限元方法,利用WSM2000观测应力场数据的应力取向和应力状态作为主要约束,建立了印度-澳大利亚板块岩石层三维模型,对印度-澳大利亚板块构造应力场进行了数值模拟,进而探讨印度-澳大利亚板块所受边界力对板块内部应力场的影响。结果显示,印度-澳大利亚板块的构造应力场主要受到两个因素的控制:①软流层静压推力;②来自碰撞带的阻力,包括喜马拉雅、巴布亚新几内亚、新西兰和印度-澳大利亚板块与欧亚板块的西北边界。而来自俯冲消减带的拉张作用力对板内应力场的作用相对较小。      

石窟围岩地震变形破坏机制的数值模拟分析

针对石窟文物的特点,阐述了影响石窟围岩变形稳定性的主要因素和动力有限元分析方法。以敦煌莫高窟的2个典型工段为实例,通过对不同峰值加速度、频谱、持续时间的动荷载作用下石窟围岩位移场、应力场分布特征的数值模拟计算,揭示了岩土体及其附属构筑物在地震作用下的动态响应和变化规律,指出了窟体防护加固的重点部位。分析结果表明,随着地震动峰值加速度(PGA)、反应谱特征周期和地震动持续时间的增大,洞窟的位移和应力值明显增大,应力集中区的范围扩大,围岩损伤的可能性增加,稳定性降低。应力分布与洞窟数量、组合特性、几何形状和尺寸密切相关,并控制了石窟围岩的震害特征。其成果为石窟文物的科学保护和岩体抗震加固与减灾提供理论基础和实践依据。     

敦-密断裂左行走滑三维有限元模拟

敦-密断布列亚裂带是郯庐断裂北段的重要分支之一, 具有左行走滑剪切性质, 其走滑位移量的大小一直存在很大争议。应用ANSYS三维有限元模拟软件, 对研究区地质体建立理想模型, 并采用分段施力和连续施力两种方法进行构造几何学错移的数值模拟, 探讨敦22密断裂带的走滑位移量。模拟结果表明: 采用分段施力方式得到的累计走滑位移量为273.8 km, 连续施力方式得到的位移量为406.8 km, 说明在不考虑外界阻力影响及地质体内部形变吸收的位移量时, 郯庐断裂由南到北具有整体统一的走滑位移量。综合考虑布列亚-佳木斯地块的阻挡及地质体内部的韧性变形和逆冲推覆构造对走滑位移量的吸收等地质因素, 认为敦-密断裂带实际位移量应比模拟数值小, 也证实了郯庐断裂走滑位移量可能存在由南至北逐渐递减的规律。     

济阳坳陷罗家地区各向异性页岩储层全波场地震响应模拟及分析

济阳坳陷罗家地区页岩储层的固有各向异性及水平层理发育使得储层呈现VTI（vertical transversely isotropy）各向异性,而VTI各向异性背景下垂直裂缝的发育使得储层进一步呈现等效正交各向异性特征。本文以正交各向异性介质作为罗家页岩油储层模型,在岩石物理建模中应用Backus平均理论将测井尺度的VTI各向异性粗化至地震尺度,并利用Schoenberg理论在VTI各向异性背景中引入垂直裂缝,进而得到正交各向异性等效介质模型,同时考虑裂缝尺度和流体填充等因素。之后,应用各向异性反射率法进行全波场地震正演模拟,计算正交各向异性页岩油储层AVAZ（amplitude versus azimuth）响应,通过振幅的方位特征进行储层裂缝识别。计算结果表明,PP波、PSV波和PSH波方位振幅响应各不相同,且方位振幅分布图的拟合形状可反映裂缝的发育方向,为页岩油储层中裂缝的地震识别提供依据。     

与时俱进,发展中国大地构造学

郯庐断裂带的起源时间与型式仍然存在着很大的分歧。最近在大别山东缘早白垩世左旋走滑韧性剪切带中 ,发现了早期左旋走滑韧性剪切带。其中三处早期糜棱岩中白云母分别给出了( 188.7± 0 .7)Ma、( 189.7± 0 .6 )Ma、( 192 .5± 0 .7)Ma的40 Ar/ 3 9Ar坪年龄 ,指示了同造山走滑热事件。前陆沉积与变形构造也表明该断裂带在华北与华南板块碰撞中就发生了活动。郯庐断裂带内的造山期构造及旁侧的前陆沉积与变形构造特征 ,指示断裂带同造山运动为转换断层型式 ,并将大别—苏鲁造山带左行错移了约 35 0km ,同时苏鲁造山带发生逆时针旋转。在早白垩世滨太平洋构造活动中 ,该断裂进一步向北延伸 ,发生了约 2 0 0km的左行平移。因而 ,该断裂带起源于华北与华南板块的碰撞之中 ,其同造山运动与这两大板块的碰撞过程相伴生     

跨断层与GPS地壳形变数据联合反演鲜水河断裂地震危险性

为了探索GPS和跨断层地壳形变数据联合反演效果,本文以鲜水河断裂为研究对象,利用1999~2007期,2009~2013期和2013~2017期中国大陆GPS水平速度场数据,使用贝叶斯反演方法,以跨断层数据为先验条件,估算了川滇菱形块体东边界（主要为鲜水河断裂）的断层运动速率。发现增加跨断层数据后,反演图像的近场和远场速率区别更加显著,不同期次的断层活动速率表现出明显的差异。但是,本方法在震前效果并不明显,尤其是在汶川地震前部分跨断层场地的逆向走滑特征很难表现出来,对于地震预测预报也很难起到优势作用,但从反演效果上来看,可以更直观的反映断层在近场和远场上的速率差异以及地震后断层运动速率的分段特征。最终根据上述研究方法认为鲜水河断裂带在汶川地震后,经过多年的应力调整,目前左旋走滑速率已经基本恢复到震前状态,鲜水河断裂南段持续拉张趋势,川滇菱形块体的顺时针旋转作用持续加强,鲜水河断裂的道孚段和磨西段存均在一定的走滑速率亏损,应注意这两个地区的地震危险性,以及这两个地区地震危险的关联性。     

怒江断裂带邦达断裂中段全新世活动证据及其古地震记录

活动断裂带常是大地震的发震构造,并诱发地质灾害,产生黏滑位错和蠕滑变形,并形成断裂破碎带,进而对城市和工程安全直接造成威胁。因此,厘定活动断裂的空间几何展布、活动性对工程地质研究和防灾减灾具有重要的指导意义。通过遥感解译、错断地貌、槽探和14C测年,对怒江断裂带邦达断裂中段的发育分布特征与活动性进行了调查研究。结果表明：邦达断裂中段在1457±51 a BP/1598±47 a BP 发生过古地震事件,为引发中强地震的全新世活动断裂。断裂活动主要受控于川滇菱形块体的南向逃逸挤出和印度板块NEE向直接挤压作用,表现为走滑兼有逆冲分量的高角度活动断裂。该研究为了解怒江断裂带邦达断裂中段活动性和工程抗震设防提供了基础资料。     

怒江断裂带邦达断裂中段全新世活动证据及其古地震记录

活动断裂带常是大地震的发震构造,并诱发地质灾害,产生黏滑位错和蠕滑变形,并形成断裂破碎带,进而对城市和工程安全直接造成威胁。因此,厘定活动断裂的空间几何展布、活动性对工程地质研究和防灾减灾具有重要的指导意义。通过遥感解译、错断地貌、槽探和14C测年,对怒江断裂带邦达断裂中段的发育分布特征与活动性进行了调查研究。结果表明：邦达断裂中段在1457±51 a BP/1598±47 a BP 发生过古地震事件,为引发中强地震的全新世活动断裂。断裂活动主要受控于川滇菱形块体的南向逃逸挤出和印度板块NEE向直接挤压作用,表现为走滑兼有逆冲分量的高角度活动断裂。该研究为了解怒江断裂带邦达断裂中段活动性和工程抗震设防提供了基础资料。     

遗传算法在边坡数值计算中的应用

改进了进化方向的遗传算法与有限元数值法，结合并研制了相应的软件。应用该软件对多类型岩土边坡进行弹性模量、内聚力、内摩擦角等参数反演分析，显示误差很小，收敛速度也很快，这说明改进进化方向遗传算法这种新型的优化算法在多类型岩土参数优化估计中具有独特的优势。     

断层保护煤柱合理留设的数值模拟分析

考虑某典型煤矿特殊地质条件,采用ANSYS建立二维有限元模型,对于断层存在情况下煤柱的合理留设进行了数值模拟计算。分析了留设不同断层保护煤柱情况下开采对工作面前方煤柱及断层的影响,并对开采区顶板的支承压力进行了模拟,提出了断层保护煤柱的合理留设长度,为实际开采提供了可靠的科学依据。     

青藏高原巴塘断裂带地震滑坡危险性预测研究

全新世以来青藏高原东部巴塘断裂带活动强烈,地形地貌和地质构造复杂,历史地震频发,并诱发大量滑坡灾害。基于巴塘断裂带地震滑坡长期防控的需要,在分析区域地质灾害成灾背景和发育分布特征的基础上,采用Newmark模型完成了巴塘断裂带50年超越概率10%的潜在地震滑坡危险性预测评价,并完成地震滑坡危险性区划。结果表明：巴塘断裂带及其临近的金沙江断裂带区域、金沙江及其支流沿岸具有较高的潜在地震滑坡危险性,地震滑坡危险区具有沿断裂带和大江大河等峡谷区分布的总体趋势,受活动断裂和地形地貌影响显著;距离断层越近、坡度越大的斜坡,地震滑坡危险性越高;规划建设中的川藏铁路经巴塘县德达乡、白玉县沙马乡,向西北延伸,跨越金沙江,可以穿越较少的地震滑坡危险区,金沙江水电工程规划建设需加强潜在地震滑坡危害研判及防控。巴塘断裂带潜在地震滑坡危险性评价结果可为区域城镇开发和重大工程规划建设的地震滑坡长期防控提供科学参考。     

俯斜式混凝土重力挡土墙强震反应数值模拟

首先,介绍了基于OpenSees独立开发的一套用于挡土墙-土地震反应相互作用有限元分析计算软件RW_2DPS.据此建立了俯斜式混凝土重力挡土墙-土强震相互作用有限元模型.模型中,引入非线性有限元计算方法,选用多屈服面弹塑性本构模型模拟砂土的动力属性,应用零长度接触单元模拟墙与土体之间的接触特性,且采用一致耗能阻尼边界与速度边界条件.最后,输入随机地震动,进行挡土墙-土强震反应分析,并重点探讨墙背地震土压力和水平地震惯性力沿挡土墙高度分布规律.结果表明,墙背动土压力峰值出现在距挡土墙底约1/3墙高处;挡土墙背加速度具有放大效应,加速度峰值出现在挡土墙顶部;不同地震动作用下,加速度放大系数沿墙高分布规律不同,动土压力沿墙高变化规律基本一致.