有限单元法在首都圈地区跨断层水准测量监测能力初步评价中的应用

以首都圈地区布设在不同断层上的24处跨断层水准观测为研究对象, 建立了地壳分层结构、 含不同倾角断层的三维有限元模型, 模拟计算了断层倾角和走向对跨断层水准观测结果的影响, 并结合跨断层水准测量资料、 震例研究及R值预测评分, 对首都圈地区跨断层水准测量监测能力进行了初步评价。 结果表明: ① 跨断层水准观测能力一定程度上受倾角和走向因素的共同影响; ② 跨断层水准布设于倾角30°~70°且走向与地面水平最大位移方向近垂直时具有较好的映震效能; ③ 首都圈跨断层水准监测体系总体而言具备较强的监测能力。     

首都圈跨断层流动形变观测资料映震能力及场地监测能力分析

首都圈最早建立跨断层流动形变监测网始于20世纪60年代末,主要布设在北京周围广大地区,覆盖了主要活动断裂带.在过去的40多年里,首都圈地区及附近发生了多次强震,如1976年唐山7.8级、1989年大同6.1级和1998年张北6.2级地震等.本文首先对首都圈地区的跨断层流动形变观测资料进行了映震能力分析,然后探讨了监测场...     

首都圈跨断层形变反映的断层活动方式及其成因探讨

本文深入分析了首都圈10个跨断层形变场地的流动观测资料, 计算了断层水平滑动量。 结果表明, 首都圈断层形变反映的断层活动非常复杂。 其中: NW走向的施庄断裂左旋滑动量与时间呈线性关系, 在观测期内左旋滑动速率约为0.08 mm/a; NW走向的墙子路断裂观测期内以左旋滑动为主, 但水平滑动量较施庄断裂小; NE走向的断层在观测期内的活动方式多以左旋滑动为主, 水平滑动量随时间无明显变化规律。 在对断层活动观测结果详细分析的基础上, 利用平面弹性有限元模型对首都圈的断层活动进行了模拟研究, 认为该地区主要受张家口—渤海构造带左旋剪切的控制, 且不同走向活动断层以左旋走滑为主。     

首都圈断层活动及其与地震关系探讨

对首都圈地区10处跨断层流动观测场地40多年来的观测资料进行了系统研究,计算了断层水平扭错量、水平张压量和垂直升降量。结合首都圈地区地质构造特征和该区1970年以来的区域地震活动特征,分析了首都圈地区现今断层活动特征及其与地震的关系。结果表明,首都圈地区断层活动较复杂,目前总体活动水平与往期相比并不高,大多数断层左旋活动增强,右旋活动相对减弱;张性活动也有逐渐增强的趋势;断层垂直活动量小于水平活动量,地壳运动仍以水平运动为主;断层活动与地震活动存在一定的关系,强震前断层活动明显增强,并具有一定的异常特征。     

用主成分分析方法综合分析首都圈跨断层形变资料

基于主成分分析方法,对大同6.1、张北6.2和文安5.1级地震前后首都圈地区的跨断层形变资料进行了综合分析,计算了断层垂直形变速率及其各个主成分和能够反映断层总体活动水平的综合指标W.结果表明,主成分分析方法能够最大限度地保留原始信息,去除相关干扰信息,有助于对前兆资料的分析研究;综合指标W可以较好地反映前兆资料的异常变化,能够代表一个地区前兆观测资料的总体映震水平;首都圈跨断层流动形变资料对大同6.1、张北6.2、文安5.1级地震都有较好的映震能力,从中可以捕捉到中强地震孕育、发展、发生过程中的前兆异常信息.     

实验室断层滑动的测线相关性及其对跨断层场地的启示

通过实验室断层滑动实验,对跨断层与未跨断层观测测线之间的相关性进行分析,将所得结果与实际野外跨断层场地的相应结果进行对比分析。结果表明,实验室跨断层与未跨断层测线之间的相关性都为弱相关关系,跨断层测线之间的相关性都表现为强相关关系,野外大部分场地的跨断层测线与未跨断层测线以及两条跨断层测线之间的相关性都很高。分析认为可能是野外跨断层场地测距较短导致上述结果。该研究工作从理论上进一步增加了对野外跨断层场地基本情况的认识与了解。     

利用跨断层资料研究首都圈地区断层活动特征及地震危险性

本文针对首都圈的跨断层形变资料（1984-2016年）,利用11个场地的基线和水准观测资料,计算了断层三维活动量,以此来分析首都圈断层现今的活动特征。同时计算了断层形变协调比序列,分析其与首都圈中强地震的关系。结果表明:首都圈的断层活动有明显的区域特征,受张家口-渤海断裂带影响的西北地区的断层以左旋张性活动为主,而中部和东部断层表现为右旋压性特征。断层协调比结果显示在首都圈及其邻区出现中强地震前后,协调比会出现发散现象,这种现象可以作为今后首都圈及邻近地区中强地震危险性分析的一种依据。     

基于粒子滤波的唐山台跨断层数据分析

基于游丽兰等给出的跨断层单测线动态系统模型,采用残差重采样粒子滤波算法对唐山台跨断层水准(基线)观测数据和降水量、气温等辅助观测数据进行综合处理。假设跨断层形变观测量仅受辅助观测项的影响,可以根据残差重采样粒子滤波结果获得环境因子(降水量、气温)对唐山台跨断层形变观测量的影响和断层运动情况。     

河南豫北地区跨断层形变预报方法检验及效能评估

基于河南省豫北地区跨断层形变观测资料,在排除观测时段相关干扰的基础上,选取2002—2019年观测场地周边200 km范围内中等强度地震,依据震例对应规则,使用不同类别异常提取方法进行预报方法的检验和效能评估,并通过对比分析R值检验结果,总结适用于该地区跨断层形变观测的最佳预报方法。     

浅析山西临汾中心地震台定点水准测段高差的变化特征

叙述了山西临汾中心地震台定点水准观测场地及所跨断层的简况，利用1987年至2000年的观测资料对跨断层的2个测段高差变化进行了分析，结果表明，BM4-BM1测段能反映所监测断层的变化。     

地震活动性总体参量Rt在首都圈地区地震预测中的应用

为了比较全面的反映首都圈地区地震活动性的各方面特征,利用地震活动性总体状态参量Rt值方法,跟踪并分析首都囤地区ML≥5．1地震前的地震活动状态。研究结果表明,当Rt〉0．60时,首都圈地区地震活动状态稳定;当Rt≤0．60时,则表明首都圈地区地震活动处于不稳定状态。同时,对Rt值的地震预测能力进行了检验评估。     

首都圈中强震前后视应力时空演化过程研究*

选用首都圈数字遥测地震台网地震波形资料,利用近震源Brune模式计算首都圈地区2002年至今M_L≥2.0地震的视应力值,探讨了震源参数的标度关系,最终选取2.0≤M_L≤2.9地震对首都圈地区2002年以来中强地震前视应力的时空异常变化特征进行详细分析。研究结果表明:首都圈中强地震前,多次地震出现显著的视应力高值异常,且地震多发生在视应力高值异常区域附近。同时与波速比计算结果进行了对比分析,印证了异常存在具有一定的客观性。由此可见,分析识别首都圈地区的应力状态可以为该地区中强震的危险性提供判定依据。     

利用ArcView绘制综合等震线图的简便方法

ArcView是一种地理信息系统软件,具有可视化、浏览、查询和分析空间数据的能力。利用ArcView的菜单命令,本文提出一种绘制综合等震线图的简便方法,并以首都圈地区综合等震线图的绘制为例,说明新方法的易用性。     

Shear-wave splitting in the crust beneath the southeast Capital area of North China

This study focuses on the southeast Capital area of North China (38.5–39.85° N, 115.5–118.5° E). Shear-wave splitting parameters at 20 seismic stations are obtained by a systematic analysis method applied to data recorded by the Capital Area Seismograph Network (CASN) between the years 2002 and 2005. Although some differences in the results are observed, the average fast-wave polarization is N88.2° W ± 40.7° and the average normalized slow wave time delay is 3.55 ± 2.93 ms/km. The average polarization is consistent with the regional maximum horizontal compressive stress and also with the maximum principal strain derived from global positioning system measurements in North China. In spite of the uneven distribution of faults around the array stations that likely introduce some amount of scatter in the shear-wave splitting measurements, site-dependent polarizations of fast shear wave are clearly observed: in the northern half of the study area, the polarizations at CASN stations show E–W direction, whereas in the southern half the polarizations exhibit a variety of possible azimuths, thus suggesting dissimilar stress field and tectonic frame in both areas. Comparing the splitting results with those previously obtained in the northwest part of the region, we find a difference in polarization of about 20° between the southeast and northwest parts of the Capital area; also, in the southeast Capital area the average time delay is smaller than in the northwest Capital area, thus making clear that the magnitude of crustal seismic anisotropy is not the same in the two zones. Being the shear-wave splitting polarizations in the southeast Capital area, which lies on the basin, clearly different from the observed polarizations in the northwest Capital area, where uplifts and basin converge, it is quite evident that the shear-wave splitting results are consequence of the tectonics and stress field affecting the two regions.     

SKS splitting beneath Capital area of China

Based on the polarization analysis of teleseismic SKS waveform data recorded at 49 seismic stations in Capital Area Seismograph Network,the SKS fast-wave direction and the delay time between the fast and slow shear waves at each station were determined by using the grid searching method of minimum transverse energy and the stacking analysis method,and then we acquired the image of upper mantle anisotropy in Capital area.In the study area,the fast-wave polarization direction is basically WNW-ESE,and the delay time falls into the interval from 0.56 s to 1.56 s.The results imply that the upper mantle anisotropy in Capital area is mainly caused by the subduc-tion of the Pacific plate to Eurasian plate.The subduction has resulted in the asthenospheric material deformation in Capital area,and made the alignment of upper mantle peridotite lattice parallel to the deformation direction.And the collision between the Indian and Eurasian plates made the crust of western China thickening and uplifting and material eastwards extruding,and then caused the upper mantle flow eastwards,and made the upper mantle de-formation direction parallel to the fast-wave direction.The deformation model of the crust and upper mantle is possibly vertically coherent deformation by comparing the fast-wave polarization direction with the direction of lithospheric extension and the GPS velocity direction.     

Crustal seismic anisotropy in southeastern Capital area, China

Shear-wave splitting parameters of 24 stations in southeastern Capital area of North China (38.5°N~39.85°N, 115.5°E ~118.5°E) are obtained with systematic analysis method of shear-wave splitting (SAM) based on the data recorded by Capital Area Seismograph Network (CASN) from 2002 to 2005. The results show that the average polarization of fast shear-wave in southeastern Capital area is consistent with regional maximum horizontal prin- cipal compressive stress in the area, and is also consistent with maximum horizontal principal compressive strain from GPS in North China. The average shear-wave splitting in southeastern Capital area (in basin) is different from that in northwestern Capital area where uplifts and basin exist, which means that tectonics can be related to shear-wave splitting results. Research also shows that the distribution of faults around stations can obviously affect the shear-wave splitting results, and complicated distribution of faults can result in much more scatter of shear-wave splitting. Moreover, in the north and south of the studied area (southeastern Capital area), the polariza- tions of fast shear-wave are not very consistent, which may be related to differences in tectonic and stress for the two areas.     

首都圈地区精细地壳结构——基于重力场的反演

本文以地质与地球物理资料作为约束条件,利用小波多尺度分析方法,对首都圈地区重力场进行了有效分离,应用Parker位场界面反演法及变密度模型对莫霍界面进行了反演分析,并构建了两条地壳密度结构剖面模型,对该区精细地壳结构进行了深入研究.研究结果表明首都圈地区受多期构造运动的改造,形成坳、隆相邻,盆、山相间,密度非均匀性,壳内结构与莫霍面埋深相差比较大的地壳分块构造格局.受华北克拉通岩石圈伸展、减薄以及岩浆的上涌底侵作用,首都圈地区莫霍面起伏比较大,莫霍面区域构造方向呈NE-NNE方向,在盆地向太行山、燕山过渡地带形成了莫霍面陡变带;盆地内部莫霍面形成东西向排列、高低起伏的框架,最大起伏约5 km,但平均地壳厚度比较小,北京、唐山地区地壳厚度最小约29 km,武清凹陷地壳厚度最大约34 km.在重力均衡调整作用下,西部太行山区地壳厚度较大,但地壳密度小于华北裂谷盆地内部;中上地壳重力场特征与地表地形及地貌特征具有很大的相关性.受新生代裂谷作用影响,首都圈中上地壳结构非常复杂,形成了NNE方向为主体的构造单元,断层多下延至中地壳;下地壳发生明显的褶曲构造,表现出高低密度异常相间排列的典型特征;首都圈地区地壳密度具有明显的非均匀性.研究认为首都圈地区地震的发生与上地幔顶部及软流层物质的上涌有一定关系.     

首都圈地区横波分裂与地壳应力场特征

利用宽频带流动地震台阵和首都圈固定台网记录到的近震波形数据,研究了首都圈地区（386°N～410°N,〖JP〗1150°E～1197°E）的横波分裂,给出了快波偏振优势方向的场分布,讨论了首都圈地区的应力场特征. 在此基础上,采用二维线弹性有限元数值模拟方法,探讨了断层不均匀滑动对区域构造应力场的影响. 结果表明：（1）首都圈地区的应力场整体特征表现为NE向的背景应力场和受张家口-蓬莱断裂带控制的NW向的局部应力场;（2）在研究区域的西半部分和中部,最大主压应力方向为NE60°～70°,在唐山大震区及其东部区域,最大主压应力方向近WE向;（3）首都圈地区的局部应力场最大主压应力方向比较一致,基本上都与张家口-蓬莱断裂带走向平行,为120°～130°;〖JP2〗（4）首都圈区域内断层的存在及其郴均匀滑动是研究区内出现大量局部应力场的一个重要原因,张家口-〖JP〗蓬莱断裂带对首都圈局部应力场起着重要的控制作用.      

首都圈地区SKS波分裂研究

通过分析首都圈数字地震台网的49个宽频带和甚宽带台站的远震SKS波形资料,采用最小切向能量的网格搜索法和叠加分析方法,求得每一个台站的SKS快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,获得了首都圈地区上地幔各向异性图象.首都圈地区的各向异性快波方向基本上呈WNW-ESE方向,快、慢波时间延迟为0.56-1.56 s.研究表明,首都圈地区上地幔存在明显的各向异性,引起各向异性的主要原因是研究区受太平洋板块俯冲作用下软流圈物质变形,使得上地幔橄榄岩等晶体的晶格优势取向沿物质流动方向.另外,中国大陆受印度板块与欧亚板块的强烈碰撞,大陆西部地壳增厚隆起,同时造成物质东向挤出,使得首都圈地区上地幔物质沿快波方向变形.通过研究区各向异性快波方向和伸展运动方向与GPS测量得到的速度场对比分析,首都圈地区壳幔变形可能具有垂直连贯变形特征.