利用非连续变形数值方法研究块体运动及其应力场初探

依据非连续变形数值分析方法 (DDA法 )的基本理论 ,提出利用地壳形变观测资料解算块体运动及其应力场的“位移载荷法”,给出了相应的计算公式。根据断裂分布格局建立华北不连续块体模型 ,利用经过重心基准变换的华北 GPS网观测资料计算了块体的运动方向 ,结果与观测资料比较吻合 ,块体视应力场的计算结果反映了本区的应力场状况。初步研究表明 ,DDA是一种值得进一步深入研究的新方法。最后对存在的问题和应用前景作了阐述。     

断层带及其周围块体系统的非连续运动变形模拟

从工程块体系统非连续变形分析的基本理论出发 ,在严谨的运动学、力学基础上 ,给出了利用大地测量数据 (包括空间大地测量 ,跨断层测量 ,形变测量等 )分析断层带及其周围块体系统非连续运动变形的基本方程和方法。此方法除具有有限单元法的优点外 ,还能根据具体情况采用各种形状的弹性块体划分 ,对不同的断层和块体间的接触、滑动、张开选取不同物理参数 ,并把系统的大位移和大变形视为小位移和小变形的迭加。文中给出了计算公式和正反分析算例。     

对青藏东北缘现今块体划分、运动及变形的初步研究

利用2维非连续变形分析方法（DDA），以位移代替围压作为边界约束力，研究青藏东北缘现今块体划分及其运动变形。根据该地区地质构造及地震活动，以GPS点测量位移作为模拟结果约束点，得出了较合理的块体划分模型和随时间演化的主应变分布图，并把应变高值区与近几年来发生的5级以上地震作对比，得出了研究区内地震危险性可能较大的区域。另外，对模拟的甘青块体与阿拉善块体的边缘带断裂左旋运动做了大概计算。     

中国大陆现时地壳水平运动特征及其驱动机制

利用1999—2007年中国大陆及邻区在ITRF2007参考框架下的1 068个GPS观测成果,以地统计分析为基础,应用运动学研究方法,分析了中国大陆及邻区地壳表层速度场的分布特征,以及印度、欧亚、菲律宾、太平洋4大板块在相互作用过程中,对中国大陆及其邻区地壳表层运动与变形分布的影响范围和程度以及驱动机制进行了分析。     

汶川地震前后川滇块体应变与断裂变形特征研究

利用1999—2007和2007—2009年GPS资料,采用块体变形模型和GPS速度剖面研究了川滇地区的分阶段变形特征,结果显示川西北-滇中-滇西南块体主压应变率方向由北向南呈顺时针方向旋转;安宁河断裂、则木河断裂存在剪切应变积累,小江断裂南段以走滑为主、北段以应变积累为主;汶川地震对丽江-小金河断裂中南段、安宁河断裂和金沙江断裂有一定影响,对则木河断裂、小江断裂和红河断裂的影响较小。     

华北地区块体及其边界的相对运动

将华北地区各块体视为刚体．它们分别是阴山一燕山、鄂尔多斯、山西、太行、冀鲁和胶辽6个块体。将各断块上由GPS空间大地测量数据计算得到的点位速度进行平均作为块体总体平动运动速度．讨论了华北地区各块体间的相对运动。华北地区各块体间的相对运动总体量级不大．一般在4mm／a以内。阴山一燕山块体与其它块体间存在近东西向的走滑运动．与其它块体间的相对运动主要表现为边界间的张性和压性。GPS观测结果显示：华北地区各块体间的相对运动存在动态变化。     

流动GPS观测资料能否用于地壳垂直形变监测？——以中国大陆为例

长期GPS连续观测可获取高精度的垂直形变速度场,但多期GPS流动观测资料能否用于地壳垂直形变监测尚不明确。本文首先对中国大陆260个陆态网络基准站和2 000个GPS流动站1999~2019年的观测资料进行高精度统一处理,获得各站点的时间序列和速度场,对筛选出的226个基准站和226个流动观测站的垂直形变速度场进行比较分析。结果表明,95%的连续GPS观测站的垂直形变速率误差小于0.5 mm/a,约50%的流动GPS观测站的垂直形变速率误差大于1 mm/a,约40%的流动站与连续站的垂直形变速率残差值大于2 mm/a,且约50%的流动GPS站点的垂直形变趋势与连续站不一致。西部地区的流动GPS观测站的垂直形变监测精度比东部高,这可能与东西部的观测环境和站点稳定性存在差异有关。对GPS连续站和流动站的垂直形变速度场的精度和残差进行分析认为,中国大陆流动GPS观测资料不适用于监测垂直形变小于2 mm/a的地区。     

中国大陆东南边缘海现时地壳运动与地震动力学综合研究

在东亚大陆动力学和西太平洋动力学背景下 ,定量研究中国大陆东南边缘海的现今区域地壳运动、动力学及地震危险性。基于 1994～ 1998年福建 -台北网、中国大陆网、台湾 -吕宋 (菲律宾 )网和东亚大陆及西太平洋的 IGS网等 4种不同空间尺度的 GPS测量结果 ,结合近 10 0年来的强震震源机制解、近 2 0余年来跨断层形变网、精密水准网、激光测距网及原地应力测量等结果 ,以及地球物理数值模拟与地质学成果 ,通过对多层次构造运动的分析、多学科结果的互验互补和整体综合研究 ,获得如下结果 :( 1)本研究区同时存在陆、海相互对进的两种地壳水平运动 :大陆东南沿海 11～ 12 mm/ a向东南、海洋对大陆 3mm/ a向西北以及台湾东海岸 53mm/ a向西北的运动 ;( 2 )台湾岛可能存在着以 2 4°N附近为其旋转轴的右旋运动 ;( 3) GPS和地形变测量求出现今区域应力场主压应力方向为 NW( NWW)向 ,与不同时间尺度的地震学和地质学结果一致 ;( 4 )观测与数值模拟共同证实 ,印度板块和菲律宾海板块对欧亚板块的联合动力作用是导致本区上述地壳运动的原因 ;前者导致的地壳运动速度比后者约大 4倍 ,但前者仅导致准均匀场 ,而后者则可产生变形局部化过程的非均匀场 ,从而为强震孕育提供动力 ;( 5)菲律宾海板块在台湾东侧对欧亚板块     

球面上的块体系统非连续变形反分析法

根据球坐标系下弹性力学的几何方程，推导出球面上块体的位移方程。在球面块体边界均由大圆弧段构成的假设下，导出了块体间距离的计算公式，给出了排除块体间相互入侵和保持合理接触的运动学约束条件及其惩罚函数形式。按最小二乘原理，建立了球面坐标系下的法方程组及其系数矩阵的具体形式。最后，对入侵判定进行了讨论并提出了解决方法。     

中国大陆地壳现今运动的GPS测量结果与初步分析

利用中国大陆及周边地区 1991～ 2 0 0 0年间一系列全球定位系统 (GPS)观测资料 ,计算了 340个GPS站点的位移速率 ,得到了统一的中国大陆现今地壳运动速率场。这些站主要集中于青藏高原及其周缘的喜马拉雅、川滇、河西走廊、阿尔金、天山 ,以及华北、福建东南沿海等主要构造活动区。固定测站速率精度优于 1mm/a ,流动测站速率精度优于 3mm/a。根据GPS结果对中国大陆现今地壳运动的状况进行了分析。     

中国大陆地壳运动与强震关系研究

利用GPS观测结果研究了中国大陆当前地壳运动的空间分布及其所揭示的大区域构造变形背景与趋势;讨论了区域水平运动、应变率场分布与强震地点的关系;通过对昆仑山口西Ms8.1等地震区域水平运动与形变的分析,研究了强震过程的区域形变场变化的主要特征;提出了识别孕震形变场以进行中长期强震地点预测的思路和途径。     

云南地区现今地壳水平运动与变形特征

利用云南地区 1999、2 0 0 0、2 0 0 1年共 10 0余个测站的GPS资料 ,获得了该区现今水平运动与形变的特征图像。研究结果认为 :①根据变形与运动特征 ,云南地区可划分为 4个运动单元 ,即滇西地区、滇东地区、滇中东北地区和滇中西南地区 ;剔除整体运动后 ,它们的优势水平运动分别为 :滇西地区以 5 .2± 0 .6mm/a向W 31°N运动 ,滇东地区以 4 .8± 1.8mm/a向E2 6°N运动 ,滇中东北地区以 5 .2± 0 .6mm/a向S4 4°E运动 ,滇中西南地区则基本不动。②相邻单元的平均差异运动分别为 :滇西地区相对滇中东北地区的运动为 10 .9± 1.1mm/a ,方向为W 39°N(张性右旋 ) ,相对滇中西南地区的运动为 5 .3± 1.3mm/a ,方向为W 4 1°N(右旋 ) ;滇中东北地区相对滇中西南地区的运动为 5 .6± 1.6mm/a ,方向为E36°S(左旋 ) ;滇东地区相对滇中东北地区的运动为 6 .2± 1.6mm/a ,方向为N3°E(左旋 )。③从断裂走滑活动看 ,红河断裂两侧的差异运动并不是由红河断裂的活动所形成的 ,而是在很广阔的空间上自西向东渐变而成的 ,跨距达数百km ;小江断裂两侧的差异运动也非完全是小江断裂本身的活动 ,差异运动的渐变空间至少在 6 0km以上。④云南地区的地壳运动方式可能是“断块活动”和“连续变形”的组合 ,或许“连续变形”     

南海及周围地区的现今构造运动

利用南海及其周围地区的GPS数据,分析南海及周围地区速度场和应变场的空间变化,以及相邻块体之间的相对运动.研究发现,南海现今仍在继续扩张,西部是从其北边缘向南沿NW-SE方向逐渐扩张的,东部是从中心向北与向南逐渐扩张的.由主张应变率计算的中央海盆近SN方向的平均扩张速率为3.1 mm/a.在南海东部(117.0°E),南北之间(11°～22°N)SN方向的扩张速率为9.3 mm/a,小于65Ma以来NNW-SSE方向13.0 mm/a的平均扩张速率.南海的扩张运动是印度板块、太平洋和菲律宾海板块与欧亚板块之间的相互作用,以及南海地区地幔物质上涌共同作用的结果.     

用GPS测量数据模拟中国大陆现今地壳水平速度场及应变场

基于连续介质力学理论,提出了直接利用ＧＰＳ测量资料建立地壳运动与形变模型的方法。把整个中国大陆视为由无穷多个微元集合而成的连续介质体,并假定每一个微元体的转动矢量服从统一的、连续的泰勒级数分布,由此引进一组待定参数,称之为地壳运动与形变参数。利用全国网１９９４年和１９９６年的两期ＧＰＳ观测数据,组成矛盾方程组,应用阻尼最小二乘方法,经迭代解算,得到所需要的地壳运动与形变参数。依据这些参数模拟地壳水平速度场及应变场,并将ＧＰＳ结果与地质、地球物理的研究成果作了对比分析,这些结果基本上一致,能相互印证。最后初步探讨了周边板块对中国大陆的作用。     

华南块体的现今构造运动与内部形变

运用华南块体及周围地区最新的GPS观测结果,研究了华南块体的现今构造运动。华南块体无论是相对于欧亚板块或相对于西伯利亚块体都存在逆时针方向的旋转。由GPS观测结果得到的华南块体相对于西伯利亚块体的现今旋转运动与由地质学和地球物理学方法得到的自晚新生代以来华南块体相对于西伯利亚的旋转运动相比,运动速率相同,但运动方向顺时针旋转了20.7°。     

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