地震断层形态研究综述

随着我国工程建设事业的不断发展,一大批土木工程基础设施正不断向地下深部、深海和中西部地区延伸转移,如地铁工程、跨海跨湾工程铁路和铁路工程(如川藏铁路)等都具有里程长、规模大的显著特点,在我国特殊的地震地质构造背景下,会不可避免地遇到地表或地下深部地震断层的作用。断层的作用方式与断层破裂的形态关系密切,研究不同场地的地表断层形态对工程结构抗断层错断设计有重要意义。本文归纳了不同场地条件下地震地表断层的形态和断层的空间展布特征,总结了地震断层形态的研究现状,分析了影响地震断层形态的因素,探讨了当前研究工作的不足与今后的研究方向,以期能为相关研究工作提供参考。     

断层三维扩展过程的实验研究

实验研究三维断层的形成和扩展对于理解实际断层作用过程具有重要意义．在双轴压缩条件下开展了断层三维扩展过程的实验研究,利用多通道数字化高密度应变观测和基于可见光图像分析的数字散斑相关测量技术对岩石样品应变场的详细结构进行了动态观测和分析,同时利用多通道声发射全波形三维定位系统对样品内部微破裂的发育过程进行了观测．实验结果表明,断层在三维空间的扩展模式与二维明显不同,表现出更复杂的空间展布形态和变形机制．断层的三维扩展过程可以划分为3个基本阶段：第一裂纹扩展阶段——翼裂纹扩展阶段、转换阶段——花瓣裂纹活动阶段和第二裂纹扩展阶段——贝壳断面形成阶段．不同阶段具有不同的主导裂纹扩展方式,并对应不同的变形场和微破裂分布．其中,花瓣裂纹活动阶段在三维断层的发育过程中至关紧要,它是从表面似二维扩展向三维扩展转换的关键,也是三维断层扩展区别于二维断层的核心所在。     

基于波动方程三维表面多次波预测方法研究

与传统的二维表面多次波预测算法相比,基于波动方程的全三维表面多次波预测方法无需对地下介质做简单近似,其更符合地震波在地下介质中传播的真实状况,是地震资料处理中解决多次波预测问题的强有力工具.本文从三维多次波预测的基本理论出发,给出了全三维多次波预测算法的预测矩阵表示、计算方法以及实现条件,采用GPU(图形处理器)加速全三维表面多次波预测,较传统的CPU串行计算,GPU并行预测表面多次波的计算效率约提高165倍.文中分别利用二维和三维表面多次波预测算法对理论模拟的含表面多次波的三维地震数据进行多次波预测计算,对比分析结果表明,相比于二维算法,文中所述的基于波动方程的全三维表面多次波预测效果明显改善,其计算精度更高,辅以合理有效的自适应相减算法,可获得高精度的地震勘探资料表面多次波压制数据.     

三维地质建模与可视化方法研究

设计了超体元实体模型、断层数学模型及褶皱几何模型, 以表达复杂地质构造的空间几何形态; 建立了面向应用的三维地质建模的体系结构, 提出以空间数据处理为基础、以实体建模技术为核心、以模型应用为目的的设计理念, 丰富和发展了三维地质建模的理论与方法. 根据这一理论方法, 提出基于特征的驾驭式可视化设计思路, 通过将数据库、图形库、知识库与三维动态模拟的系统集成, 直观、形象、准确地把握空间地质数据的局部特征与整体构架.     

基于机器学习的长宁地震三维断层面几何特征建模

结合长宁地区大量的地震精定位数据和其它研究成果,利用监督分类和聚类分析等机器学习算法,基于地震簇的形态特征和地震震源机制解,编写了一套自动化提取三维破裂面形态特征的程序,获取了长宁地区地震破裂面的精细结构,可为相关研究提供可参考的发震构造模型。结果显示通过聚类分析最终获取了四个地震簇,结合对应的震源机制解节面信息,最终拟合出四条破裂面,其中：长宁背斜上的破裂面沿狮子滩背斜下部的高速体呈NW-SE方向展布,破裂面平直,倾角较陡,倾向SE;建武向斜内部的三条破裂面,主要分布在向斜两翼,规模较小,走向分别为NW,NNE和NNW,从外部包围了建武向斜核部的高速体,破裂面的展布方向与该地区三个主要震源机制解节面的产状一致,其中新城镇附近的NNW向破裂面切割深度较深,约为20 km,且倾向ENE,倾角约为70°。此外,结合地质构造背景和速度结构等反演结果推断,地震破裂面主要存在于先期形成的构造薄弱带或断裂带,例如背斜的核部和向斜的翼部因节理面贯通所形成的薄弱带以及高速体周围的软弱带,在构造应力的加载和工业开采下更容易微破裂成核,形成典型的发震构造。     

基于数据规则化和稀疏反演的三维表面多次波压制方法

表面多次波是海洋地震勘探中的主要问题.目前,二维数据驱动的表面多次波压制技术(SRME)已经比较成熟,并且已经成为工业界压制海洋表面多次波的主流方法.但是由于二维SRME算法没有考虑横测线方向上多次波的贡献,导致在处理实际三维海洋资料时存在比较大的误差.将二维SRME算法扩展到三维空间后可以得到三维SRME算法,但是由于目前实际采集的三维海洋资料的观测系统存在拖缆漂移,而且横测线方向采样过于稀疏,直接应用三维SRME算法无法准确预测表面多次波.本文提出的通过数据规则化配合稀疏反演的三维表面多次波压制方法能够解决这种实际资料和三维SRME算法之间的矛盾.本文通过研究数据规则化与反规则化技术,使得数据分布满足三维SRME的要求;通过研究稀疏反演技术,有效解决了横测线方向采样稀疏对于多次波预测的影响,三维实际海洋资料的应用结果验证了方法的有效性和可行性.     

三维初始破裂的理论与实验研究及其在解释断层现象中的意义

简述了受压表面(半椭圆)裂纹的三维破裂实验结果,并对三维破裂的应力判据理论进行了研究。对弥合初始破裂的方法进行了改进。指出Palaniswamy和Knauss提出的极值(EV)方法存在重要缺陷,主要是只考虑了两个欧拉角(2EA),忽略了第三个欧拉角的变化。如果将三个欧拉角(3EA)全部考虑进去,其弥合效果会有质的变化,能够弥合成实验观测到的曲面,而不是平面。提出了法向矢量法(NSDV),并证明和3欧拉角法(3EA)等效。证明法向矢量法(NSDV)可以进一步优化为求最大主应力的主面集合法(CFPDP)。用主面集合法的计算结果可以很好地弥合已有的三维破裂实验中观察到的初始破裂曲面。主面集合法可以用于椭圆裂纹模型弥合埋深断层的滑动段破裂。三维破裂研究的结果,可以用来解释地震断层中大量的跨尺度破碎现象,解释板缘断层在低剪切力作用下地震的发生以及孕震过程中EDA(张性扩容各向异性)裂隙引起的介质各向异性机理。     

三维地质空间插值重构方法的对比研究

钻孔数据是工程地质、水文地质、钻井测井和地震勘探等各项地质工作开展的基础资料.钻孔数据能够提供地质(地层)构造和矿产资源的分布信息,完整准确地表达复杂地质现象的边界条件及地质体内含的各种地质构造,直观地再现地质单元的空间展布及相互关系,最大限度地提高地质分析的直观性和准确性.     

一种随机有限断层的三维地震动模拟方法——鲁甸地震为例

传统随机有限断层方法只能模拟水平单向地震动,不能完全满足工程抗震设计对三维(两个水平向及竖向)地震动需求.文中在传统方法的基础上发展了一种可模拟三维地震动的随机有限断层方法,利用水平向和/或垂直向P、SV、SH波在频域上的经验表达并结合随机相位合成三维地震动加速度时程.为验证方法的可靠性,模拟了2014年云南鲁甸地震的...     

工业CT图像亚体素表面检测算法研究

针对ICT图像序列,研究了基于Facet模型和基于矩的亚体素表面检测算法,并通过引入基于Otsu的阈值分割预处理环节,大大减少了待处理体素的数目,在很大程度上提高了原始算法的处理速度。最后在对航空发动机叶片仿真数据的实验中,对比了算法处理效果,结果表明两算法检测精度均可达1/5个像素以内,预处理环节的引入可将原始算法速度提高约4倍。     

三维激光扫描技术与断层面形貌量化分析在基岩区古地震研究中的应用

由于对第四纪地层的严重依赖,传统古地震探槽研究方法在基岩区难以发挥作用,导致无法获取基岩区断层的强震活动历史。本研究以山西地堑系的交城断裂为目标断裂,以断裂北段2处基岩断层面为研究对象,通过三维激光扫描技术获取基岩断层面高精度形貌,基于变差函数法结合滑动窗口操作量化断层表面形貌特征,开展在基岩区提取断裂古地震信息的实例研究。结果显示,2处基岩断层面的形貌在高度上具有明显的分段特征,指示了断层面在地震事件作用下的分段出露过程。这种断层面形貌分段特征可以用来识别古地震事件和同震位移量。在思西村基岩断层面上,识别出由老到新的3次古地震事件,同震倾滑位移量依次为2.0 m、1.9 m和2.3 m,在上兰镇基岩断层面上,识别出由老到新的3次古地震事件,同震倾滑位移量依次为1.4 m、2.5 m和2.0 m,指示了交城断裂北、中段具有产生同震位移量大于2 m、震级大于7.5级的破裂型地震的能力。上述研究成果表明,基于三维激光扫描和形貌量化分析方法开展基岩断层面古地震研究,可以准确而高效地识别古地震事件次数和同震位移量,扩展古地震的研究对象,拓宽古地震的研究空间。在未来的研究中,可以适时地开展宇宙成因核素测年以测定断层面的暴露年龄,获得发震年代,给予地震序列年龄框架。     

逆冲型地震地表破裂带宽度与活断层“避让带”的分析研究

综合分析大量汶川地震地表破裂带宽度资料与其它逆冲型断层历史地震地表破裂带宽度数据,采用统计分析方法,计算得出逆冲型活断层“避让带”的有效宽度约为30 m,并给出活断层上盘的避让宽度约20～ 22.5 m,下盘的避让宽度约为7.5～10 m.研究结果可为建筑工程避让逆冲型断层和其他类型断层提供参考依据.     

磁共振用于医学成像与地面找水方法的技术对比研究

目的 医学核磁共振与地面核磁共振找水是核磁共振技术应用的不同领域。本文通过对二者在方法原理、技术、应用等方面的对比研究，提出了地面核磁共振找水工作建议。