浙北及邻近地区应力场数值模拟与地震危险区预测

根据构造地质学、地震地质学的考察和观测结果,结合构造单元、地震活动分区和研究区位置确定计算模型的范围,选定一个构造骨架,确定计算模型的边界形状和几何参数。然后参考地震震源机制解结果和新构造运动特征,选定模型边界条件,参考岩石力学实验结果,确定模型的物理参数,最后利用线弹性二维有限元程度计算了各节点位移、各单元应力应变及应变能增量。通过分析应用应场和应变能增量划分出２个地震危险区。     

应力扰动对地震周期和地震矩影响的数值模拟

利用二维有限元数值模型,结合断层滑移弱化摩擦准则对断层滑动规律以及应力扰动对其影响进行了研究．数值计算结果表明,在均匀应力分布情况下, 平面断层滑动显示出典型的特征地震规律,断层面上的应力扰动对断层滑动规律产生影响,压应力增加明显延迟地震的发生时间,并增加地震释放的能量．应力扰动发生在地震破裂临界区时的影响比在震前滑移区时的影响显著．当发生在地震滑移区时,若应力扰动足够大,则压应力增大会造成地震发生时部分动力断层被暂时锁住,使得地震释放的能量变小,但可增加后续地震的能量; 而压应力减小则可导致地震规律产生更加复杂的变化,会即时触发地震．如果应力扰动发生在一个地震周期的早期,则触发的地震较小,但可导致随后的地震提前发生; 如果应力扰动发生在一个地震周期的后期,则会触发大地震．当应力扰动位于震前滑移区或破裂临界区时,小的扰动也可能产生类似的效果．应力扰动产生越晚,这种影响也越明显．应力扰动发生在破裂临界区的影响最明显．应力扰动的影响一般主要集中在应力发生扰动后的1—2个地震周期内．后续地震基本恢复无应力扰动时的特征地震规律．      

地震剪切破裂的三维断裂力学有限元分析—1966年邢台地震的数值模拟

以往用断裂力学方法研究地震的发生，绝大多数是针对二维问题或三维椭圆盘断层，而真实的断层是三维的。本文运用线性断裂力学理论，以Ｋｏｓｔｒｏｖ的Ｇｒｉｆｆｉｔｈ静肪表面能为断裂准则，对地震剪切破裂进行了三维有限元分析。在断裂面前缘，我们采用了由２０点等参单元退化而成的１５点元，非奇异单元用２０点元，证明了１５点元能反映应力的奇异性，推导了局部会标系下的应力强度因子的有限元解，并编制了大型的三维线弹性断     

地震前兆复杂性的数值模拟研究

本文选用向各异性的准弹性介质模型和震源组合模型，应用有限元数模拟方法，研究了短阶临阶段地震前兆的复杂性。给出：临震异常的显现程度取决于观测点距发震构造的贴近程度。观测点赵接近发震构造，异常越明显。在时间分布上，异常先在外围出现后在震中区出现，呈现为异常从外转播的特征。此外，对于在同一观测点上的多手段（多种物理量）观测，由于不同物理量各自依赖于孕震过程中不同的变化因子，因此，同一观测点上的不同物理量     

兰州盆地最大潜在地震变形数值模拟

在分析兰州盆地及周边地震构造环境、深部地球物理特征及盆地结构构造特征的基础上,建立了马衔山北缘断层西段发震的三维地震构造模型.采用三维有限元方法计算了该断层段未来发生MS7.0地震在兰州盆地的变形影响.计算结果表明:地震产生的变形及地震应力在兰州盆地区内已有很大程度的衰减,在量值上从盆地西侧到盆地东侧总位移值从1.25 m降至0.3 m;盆地内部最大地震应力则基本保持在0.02 MPa左右,只在盆地边缘及高阶地前缘局部点达到0.2 MPa.地震应变在东、西盆地有明显的分异,但量值总体保持在10-5,只在局部异常点达到10-4,不会在盆地区内形成地表裂缝等破坏,对建筑结构的永久变形影响也较小.但应注意盆地边缘地貌单元分界处与断层附近的局部异常影响及其可能触发的次生灾害.     

三维有限元数值模拟在宁夏大坝电厂地震安全性评价中的应用

本文综合考虑了宁夏大坝电厂周围２５０ｋｍ范围内的地质、地球物理方面的有关资料，建立了三维有限元模型。利用该模型模拟了该区域的构造应力场，进而对大坝电厂厂址区及附近进行了地震危险性分析。在分析工作中结合安全度的定义提出了危险系数的概念及潜在震源区划分的定量－定性标志。经过分析，作者认为大坝电厂附近构造稳定性较好。     

地震复杂性成因的数值模拟

以最简单的弹簧滑块模型为理论基础,由完全确定性的动力学公式出发,采用细胞自动机技术,研究模拟地震序列时、空、强复杂性的成因。当中公有非线性动力学因素时,模拟序列的时空强特征十分复杂,当引入弹性结构的不均匀性,模拟大事件的空间和强度特征明显受控于断层的不均匀性。由模拟结果推测认为地震的复杂性是由于地球的不均匀性和断层破裂的非线性动力学相互作用而引起的。     

土层地震反应的数值模拟

利用土层地震反应分析的一维模型,系统地讨论了波动数值模拟时域算法的基本概念,首先阐明了模拟上层下卧基岩的精确辐射条件与多次透射公式之间的关系,给出了实现精确辐射条件的简化方法,然后将此边界条件与土层有限元运动方程结合,提出了半无限土层地震反应的一种解耦的有限元算法,本文还进行了这一算法的数值模拟试验,讨论了时域算法较之常用的频域算法的优点,复阻尼和粘性阻尼影响的差异以及研究与复阻尼理论对应的时域,     

中国东部地区地震活动与构造应力场关系的有限元数值模拟

运用有限元数值模拟方法结合板块构造边界条件和板内构造分布特征对中国大陆东部地区的基本构造应力场进行数值模拟,根据研究区受周边板块作用的情况分析板块边界作用力的变化对内部应力场的影响。对比有限元数值模拟结果解释了中国大陆东部地区地震活动空间分布的特点。     

四川大岗山水库蓄水对地震活动影响的数值模拟研究

水库地震问题是我国西南地区大型水电工程建设所面临的重要科学问题.四川大岗山水库处于龙门山断裂、鲜水河断裂和安宁河断裂等几条大型断裂的交汇区域, 属于地震高烈度区域.库区的地震观测显示在水库达到正常蓄水位后, 库区周边地震表现为丛集增强的特征, 在鲜水河断裂南段磨西断裂的西侧地震活动性明显增强, 而在龙门山断裂带南段即大渡河断裂的东侧, 地震活动性则有一定的降低.大岗山水库蓄水过程是否以及如何影响该区域断层的活动性呢？本研究依据四川大岗山水库的实际构造地质特征及高精度数字高程模型数据, 建立了该区三维孔隙弹性数值模型, 并利用有限元的方法计算了水库蓄水过程造成的附加应力对该区域断层的库仑应力影响.从断层和水库主要水体的空间分布来看, 大岗山库区的主蓄水区域位于磨西断裂的下盘以及大渡河断裂的上盘.因此, 水库蓄水的弹性载荷效应造成磨西断裂的活动更加活跃并抑制了大渡河断裂的活动.数值模型的计算结果表明, 在库水的重力作用和水渗流引起孔隙压力增加的叠加影响下, 磨西断裂以西地区库仑应力变化量为正值, 5 km深度最大增加45 kPa; 库水的弹性效应使得大渡河以东区域库仑应力变化量为负值, 最大降低约-12 kPa.这与该区域蓄水前后的地震活动性变化一致.进一步的计算结果表明, 当水库蓄水维持在正常水位时, 随着蓄水时间持续增长, 渗流造成的孔隙压力增加会使得整个库区库仑应力变化量趋于正值, 从而导致该区地震活动性整体增强.

     

Meshing effects of the 3-D FEM numerical modeling in seismo-electromagnetics: An application in selectivity of seismic electric signal (SES)

We investigated how density and quality of mesh around interest domain affect electromagnetic (EM) responses of 3D Earth layered media using finite element method (FEM). Effect of different mesh shapes was also investigated using a method of mixing structured and unstructured mesh. As a case study, we estimated the effects of meshing on selectivity phenomenon of seismic electric signal (SES). Our results suggest that the relative errors resulting from mesh effects may not be negligible, which may lead to some unconvincing explanation of the SES selectivity based on the numerical modeling results.     

大尺度断层活动性数值模拟及地震学类比

本文建立了大尺度断层（100～1000 km）的二维模型,利用ANSYS有限元软件平台,采用接触模式,模拟了百年时间尺度走滑断层的位错运动.结果表明,不同的断层力学参数,特别在断层强度非均匀分布的状态下,断层位错运动存在明显的非均匀时、空分布的特征.然而,不同模型的断层位错运动还显示出一些共同的特征,即断层位错运动表现为闭锁期、准静态预滑期和瞬间滑动,以及与之相应的应力（应变）的积累、调整和释放等等.这些结果也与实验室内小尺度的岩石物理实验相类似.与此同时,模拟结果与实际地震活动表现出的重复性和准周期特征较为相似.模拟发现,对于参数分布较为复杂的断层模型,其数值模拟提示的地震过程相对复杂得多.对于一个近尺度近1000 km,在接触面上设置了两个剪切强度相对较大区域的断层模型而言,模拟对应地震活动显示,其模拟地震断层位错分段发生,其高强度的区域基本控制了断层的地震位错运动.整个断层的模拟地震位错呈现出了地震触发、震中迁移、大震重复等与实际地震活动性相似的特征.     

碳酸盐岩洞穴型储层双侧向测井数值模拟和响应特征(英文)

洞穴型碳酸盐岩地层具有显著的非均质性和测井预测难度大的特点,如何利用双侧向测井对识洞穴进行准确识别与定量评价,是当前的一个研究难点与热点。利用数值模拟方法计算电测井响应,可为洞穴识别与评价提供理论依据。本文根据双侧向测井原理,采用有限元素法,研究了球状洞穴模型的测井响应特征,并考察了不同尺寸的洞穴对电测井响应的影响;然后,系统研究了不同充填程度的洞穴模型的测井响应,得出了电阻率与充填程度之间的关系;最后,研究了洞穴中充填泥质、灰质、砾岩和砂泥岩薄互层等多种充填物的测井响应特征。研究结果对碳酸盐岩洞穴型储层的识别与评价具有较高的应用价值和研究意义。     

有限元方法在地震孕育过程与前兆机理研究中的应用进展

有限元方法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个、 且按一定方式相互联结在一起的单元的组合体。 有限元方法是目前应用最为广泛的数值模拟方法, 由于能够将复杂介质的力学本构关系及边界条件问题转化成为常规问题的计算程序, 所以越来越多的地震学者将其应用于地震成因与前兆机理研究中。 该文着重介绍了有限元数值分析方法及其模拟在地震孕育过程与前兆机理研究中的应用进展, 并提出开展小尺度规模如岩石中矿物颗粒之间的力学行为的有限元模拟研究等几点建议。     

基于电场矢量波动方程的三维可控源电磁法有限单元法数值模拟

从可控源电磁法的基本原理出发,推导了基于电场矢量波动方程的三维边值问题,利用广义变分原理,把边值问题转换为变分问题,并引入散度条件,避免了伪解的出现,使有限元计算在理论上更加完备.在准静态近似条件下,把水平电偶极子在空中和大地的远区电场闭合表达式作为有限元计算中的区域外边界条件,解决了边界条件加载的困难;把应用于地震模拟中的伪delta函数引入到可控源电磁法中的三维有限元模拟中,消除了源点的奇异性,提高了方程组的稳定性.通过对均匀大地和层状介质模型的模拟,检验了程序的正确性,并对典型的地质体模型进行了数值模拟,分析了其变化规律.     

气温变化对唐山地震台跨断层形变观测的影响

利用三维热一弹性模型有限元方法,模拟了唐山地震台及其周边地区在地表温度呈不同幅度的周期性变化的情况下,对台站短基线观测的影响,并对由于地表温度变化产生的应变进行了估算.计算结果表明,由于温度差异造成的观测桩距离的年变化幅度达到2mm左右,这与目前台站观测数据的年变化幅度基本一致,表明台站观测数据包含了温度的重要影响.另外,台站各基线桩的位移序列相对于温度变化滞后了1 ～1.5个月的时间.同时发现,台站短基线各测段的实际观测数据存在着同步的趋势性变化,这不是稳定年变化的温度变化能解释的,因此这种趋势变化可能与局部应力场调整或者断层活动有关.     

地幔柱与岩石圈相互作用过程的数值模拟

地幔柱的研究是地球科学研究的热点之一.本文主要集中研究地幔柱与岩石圈的相互作用过程.基于质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程,通过有限元数值方法可以计算得到地幔柱与岩石圈相互作用的温度场、速度场和有效黏度等的时空图.本文的流变本构模型主要基于非牛顿流体的有效黏度模型,通过数值模拟计算分析了地幔柱与岩石圈相互作用过程,着重讨论了地壳流变结构对此过程的影响.数值模拟结果显示,地幔柱与岩石圈的相互作用分为三个阶段:地幔柱上升期,时间持续到0.2 Ma,平均速度为2.75 m·a-1,地幔柱顶部地形开始向上隆起;地幔柱与岩石圈纵向作用期,时间从0.2 Ma到0.26 Ma,地幔柱上升的平均速度为0.83 m·a-1,地表地形隆升达到最大值;地幔柱与岩石圈横向作用期,0.26 Ma以后,岩石圈开始剪切变形,地幔柱水平运动速度为0.47 m·a-1,当剪切变形达到一定程度,岩石圈底部开始出现拆沉作用.当下地壳流变强度比较小时,上地壳的流变结构控制着地幔柱顶部地表地形隆起程度,流变强度越大,隆升高度越小;而下地壳的流变结构控制着地幔柱两侧地表地形的下沉幅度,下地壳流变强度越小,下沉幅度越大.最后,讨论了数值模拟对峨眉山大火成岩省地幔柱发展演化的应用.     

地幔柱与岩石圈相互作用过程中熔融问题的数值模拟

地幔柱是最可能形成大火成岩省的原因之一,同时地幔柱与岩石圈的相互作用也极大的影响着岩石圈的构造演化.本文主要集中研究地幔柱与岩石圈相互作用过程中熔融相关的问题.利用开源程序Ellipsis3D,基于质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和岩石流变本构关系,以及不同的熔融损耗关系,通过有限元数值方法模拟得到地幔柱与岩石圈相互作用过程中熔融程度的动态变化.数值模拟结果显示,地幔柱与岩石圈相互作用的熔融相关过程分为三个阶段：地幔柱的初融阶段,地幔柱自身熔融占主导,减压熔融为主因;地幔柱与岩石圈的纵向作用阶段,岩石圈地幔开始熔融,地幔柱以减压熔融为主,岩石圈地幔以升温熔融为主;地幔柱的横向展平阶段,随着地幔柱的扩展岩石圈地幔熔融范围增加,以升温熔融为主,地幔柱自身熔融程度减小.最后基于数值模拟结果及现场资料对峨嵋山大火成岩省地幔柱的发展演化以及峨眉山大火成岩省的形成进行了讨论.

     

基于递归高通滤波的经验模态分解及其在地震信号分析中的应用

将地震信号分解成包含频谱互不重叠的单主周期的分量有利于地震信号的分析.分析了经验模态分解(EMD)中模态混叠的内在原因和已有的解决方法,梳理了解决模态混叠的思路框架,进而提出了一种新的基于输入递归高通滤波的EMD算法.首先用递归高通滤波器将信号预分解成频率由高到低的多个分量,实现信号的等价带通滤波,再用EMD对各带通分量按频率高低逐级递归筛分,获得完备的经验模态分量.通过合成信号和地震信号的仿真实验表明,该算法较好地克服了模态混叠,获得了频谱互不重叠的单主周期分量,并成功用于震相分离和分析,为地震信号分析提供了一种新思路.