根据观测的应力方向利用有限单元方法反演板块边界作用力

提出了两种在作二维线弹性问题有限单元分析时根据区域内部应力方向观测结果反演区域边界作用力的方法,即约束反演法和应力张量拟合法.用边界受力的圆盘问题对方法的有效性作了检验.应用所提出的反演方法,根据中国东部及附近地区的主压应力轴方向观测结果,采用二维线弹性有限单元模型,反演出了周围板块边界作用力的相对大小.结果表明,为了在总体上拟合观测资料,菲律宾海板块沿琉球岛弧对中国东部的挤压力不可能太大;台湾地区受到的指向北西方向的挤压力很强;太平洋板块向北西西方向的挤压与北部西伯利亚地台的抵挡,二者的联合作用可以成为我国华北和东北地区主压应力轴取北东东方向的原因.在反演出的边界力作用下,长江流域和东南沿海之间出现一片低剪应力区,正好与少震区的位置大体一致.     

用遗传有限单元反演法研究东亚部分地区现今构造应力场的力源和影响因素

利用遗传有限单元反演法对东亚部分地区构造应力场进行二维平面应力模型拟合反演运算,得到了影响该地区现今构造应力场分布的边界作用力相对值和方向．其中,陆陆碰撞边界的挤压作用力最强;洋壳俯冲边界的挤压边界力较弱;活动边缘海盆地存在拉张边界力作用．     

用遗传有限单元反演法研究东亚部分地区现今构造应力场的力源和影响因素

利用遗传有限单元反演法对东亚部分地区构造应力场进行二维平面应力模型拟合反演运算,得到了影响该地区现今构造应力场分布的边界作用力相对值和方向．其中,陆陆碰撞边界的挤压作用力最强;洋壳俯冲边界的挤压边界力较弱;活动边缘海盆地存在拉张边界力作用．      

弹性板块运动模型研究进展

传统板块构造理论认为板块是一个刚体,实际上板块是可变形的.板块内部几年到几十年时间尺度的变形主要是弹性变形,因此应当用弹性模型描述板块运动.推导了板块的弹性运动方程,由空间大地测量新的观测成果建立了菲律宾海、太平洋和澳大利亚板块的弹性运动模型.发现三个板块内部都存在明显的水平形变.板内应变场的空间变化有明显的规律：板块边界附近的应变率最大,从边界向内部逐渐减小;在板块扩散边界附近,主张应变率大于主压应变率,主张应变轴基本上与边界的扩张方向一致;在俯冲边界附近,主压应变率大于主张应变率,主压应变轴基本上与板块的俯冲方向一致;在走滑兼有俯冲性质的边界附近,最大剪应变的方向与边界断裂的走向基本一致.由GPS观测得到的主压应变轴与由震源机制解得到的主压应力轴方向具有很好的一致性.板内的应力－应变场基本上遵循广义胡克定律.     

1982年卢龙MemＳsub6.1地震余震序列震源机制的矩张量反演

用矩张量反演的方法，通过对1982年10月19日河北卢龙MＳ6.1地震的余震序列的震源机制求解，认为卢龙盆地的主压应力轴方位角为N74deg;E，近东西向；而盆地的北边变为N43deg;E；在盆地中心有些部位主压应力轴转为北西方向，与盆地周边的主压应力轴方位几乎垂直. 这说明在卢龙地震中构造的不同部位地壳应力方位很不一致，反映出卢龙地区构造活动的复杂性. 一方面，由于卢龙位处中国大陆东部，受到来自东部的日本海盆地在太平洋板块驱动力作用下的挤压；另一方面，卢龙又夹持在燕山地块与华北板块之间，因而受块体边界的限制也是很明显的.      

中国大陆现今应变场动态

根据2004年和2007年GPS复测资料,计算出中国大陆的水平主应变数据,显示出各亚板块的主压应变轴方向与震源机制解的P轴和用地质方法得到的主压应力轴基本一致,表明在区域上和长时期中,地壳的构造应力场是相对稳定的．中国大陆西部的青藏亚板块和新疆亚板块的主压应力轴,为南北向及北北东-南南西向,受欧亚板块和印度板块相互碰撞而产生的作用力的控制;东部的黑龙江亚板块和华北亚板块的主压应变轴,为北东东-南西西向,显示出受欧亚板块与北美板块、太平洋板块碰撞俯冲产生的作用力影响,同时也受青藏亚板块和新疆亚板块侧向作用力的影响;华南亚板块的主压应变轴,为北西西-南东东向,反映出受菲律滨海板块与欧亚板块碰撞产生的作用力影响,同时也受青藏亚板块侧向作用力的影响．通过比较2004-2007年与2001-2004年的主压应变轴方向,反映出两个时间段各亚板块的主压应力作用方向基本一致,只是主应力轴方向集中程度有一定差别．前后两个时间段不同单元的面应变率显示,压性变化为主的数量减少,张性变化为主的数量有所增多．      

川滇地块的震源机制解特征及其地球动力学解释

美国哈佛大学1977——2004年的矩心矩张量结果显示, 我国川西北次级地块、 滇中次级地块的西部及滇中次级地块的东部的应力场特征有明显的差别. 应用滑动矢量拟合法, 反演了这三个区域的应力场特征: 川西北次级地块以近南北向的水平主张应力轴和西倾的主压应力轴为特征; 滇中次级地块的西部以倾向北东东的主张应力轴以及近南北的水平中等主应力轴为特征; 滇中次级地块的东部以南西西——北东东向的水平主张应力轴以及北北西——南南东向的水平主压应力轴为特征. 有限元模拟结果清楚地显示出, 川滇地块在阿萨姆楔附近受到来自印度板块的强烈挤压, 随着远离阿萨姆楔, 这种挤压应力逐渐衰减; 同时, 该地区的主张应力方向明显地形成了围绕阿萨姆楔的环线. 其中, 内部物质性质均匀、 地表和底部边界自由、 侧部边界采用GPS观测约束的弹性有限元模拟显示, 在川西北次级地块, 模拟结果与震源机制解结果相一致; 在滇中次级地块, 模拟结果所显示的图象与震源机制解观测结果有差别, 不仅没有显示出与大面积的东部地区的震源机制解相一致的特征, 反而显示出与该地区西部震源机制解相一致的特征. 通过调节地块内部物质的弹性常数, 可以实现在滇中次级地块东部部分地区出现与震源机制      

中国大陆及邻区构造应力场成因的研究

利用震源机制解等资料, 运用伪三维遗传有限单元法反演了中国大陆及邻区构造应力场的成因. 反演结果显示, 板块边界力对中国大陆应力场起主导作用, 中国大陆及邻区受到印度洋板块、菲律宾海板块以及太平洋板块的共同推挤作用. 其中印度洋板块的作用力最大, 力的作用方向为北北东向; 菲律宾海板块作用力次之, 方向为北西向; 太平洋板块对中国大陆的作用方向为南西西向. 中国大陆及邻区除受到三大板块的边界力作用外, 还受到局部地区的地形扩展力和下部地壳对上部地壳的拖曳力作用, 其大小对应力场的影响不容忽视. 青藏高原东部地区的下部地壳对上部地壳有拖曳力作用. 青藏高原四周的地形扩展力方向垂直于等高线, 指向高原外侧; 中国大陆地形二级阶梯的东缘, 即从大兴安岭、太行山脉、巫山到雪峰山一线, 也有地形扩展力的作用, 其作用力的方向与地势落差方向一致.     

南北地震带南段地震构造运动特征

本文使用地震资料研究了青藏高原与华南块体边界南北地震带南段的地震类型及其构造运动的区域特征.发现金沙江上游东侧与鲜水河南侧之间的正断层型地震活动区,存在南北向扩张的地震构造运动;金沙江下游东侧正断层型地震活动区存在东西向扩张的地震构造运动.在龙门山断裂及其西北相邻地震带是一个逆断层型地震活动区.其他地区多为走滑型地震.南北地震带南段东西两区域地震应力场主压应力P轴方向呈现区域性差异.南北地震带南段西部区域的应力场主压应力P轴的方向大部都沿北东-南西方向分布,这与青藏高原地区的主压应力P轴的方向分布一致.南北地震带南段东部区域的主压应力P轴的方向大部都沿北西-南东方向分布,与华南地区的应力场大致相同.南北地震带南段东、西两区主压应力P轴方向所呈现出的不连续性分布特征,表明了南北地震带南段东部区域的地震孕力场可能是另有一个北西-南东方向分布的孕震力源的应力场.它可能与台湾纵谷断层地区菲律宾海板块北西向挤压的构造应力场有关.     

中国大陆应变应力场研究

根据1999～2009年网络工程GPS观测资料计算得到的应变率参数,研究了中国大陆地壳的应变应力场及其地壳现今的水平活动特征。结果表明,中国大陆地壳西部青藏亚板块的压应力主方向围绕藏南和阿萨姆构造结向北、东、南依次辐射撒开。新疆亚板块自西向东由近SN向变为NE向。中国大陆东部地壳的压应力主方向自北向南由NEE变为近EW向,再变为SEE向。中国大陆主压应力作用强度西部显著大于东部。中国大陆地壳西部强于东部,南部强于北部,现今西部地壳以挤压、走滑为主,东部地壳既有挤压、走滑,也有拉张。     

伽师震源区中等强度地震矩张量反演及其应力场特征

使用区域数字地震台站记录的宽频带长周期波形资料,在时间域反演了1997~2004年伽师震源区52次中等强度地震的矩张量.反演结果揭示,在小尺度的伽师震源区内,震源机制解的P轴、T轴和N轴呈现出明显的分区特征.本文进一步把伽师震源区分为东区和西区,分别反演了东区与西区的应力场.应力场反演结果表明,东区的应力场主压应力轴走向为321°,基本水平.最大主张应力走向68°,倾角40°.截至2004年7月,伽师震源区西部的应力场一直较为稳定,最大主压应力方向为12°,最大主张应力方向282°,二者都基本水平,中等主应力轴基本直立.自西向东,伽师震源区最大主压应力轴逆时针旋转了49°,并且西区张应力的水平作用较为显著,东区压应力的水平作用显著.应力场的这种非均匀变化特征与GPS观测得到的地壳运动速率的空间分布以及塔里木盆地边界附近的地形地貌特征有很好的一致性.震源区深部结构的陡变以及位于震源区东部边界规模较大的NW走向的普昌断裂和色力布亚隐伏断裂可能对产生这种横向非均匀的局部应力场起了重要的作用.     

云南地区中小地震震源机制及构造应力场研究

利用云南数字地震台网记录的区域波形资料， 通过波形反演确定了发生在云南地区的33次中小地震的震源机制. 结果表明，在川滇菱形块体内部及边界附近的地震以走滑为主，由震源机制得到的主压应力方向从北到南由北北西-南南东方向转向近南北向，张应力轴方向则主要表现为北东东-南西西或北东 南西向；在青藏高原东部地区，主压应力方向从青藏高原内部向外成放射状展布，张应力方向大多与该地区的弧形构造平行. 在28N附近地区，主压应力轴和张应力轴方向都存在较大的变化，其分界线似与龙门山断裂向西南方向的延长线相对应. 川滇菱形块体之外的地震的主压应力轴和张应力轴方向与块体内部的方向存在一定的差异. 通过与哈佛大学中强地震震源机制结果的对比发现，云南地区中小地震震源机制的反演结果与强震震源机制的结果有较好的一致性，表明中小地震的震源机制可用于该地区区域构造应力场的研究.      

中国及邻区现代构造应力场的数值模拟

我国及邻区的现代构造应力场作为一平面应力问题用有限单元法进行了计算。将本区地壳看成是一不均匀的弹性板,根据各地区杨氏模量E、泊松比v和地壳厚度T的不同,组成12种材料区。全区被分成288个三角形单元。考虑了五种应力和位移边界条件,这些边界条件分别反映了印度洋板块、太平洋板块及菲律宾海板块对我国及邻区施加应力的相对大小。将计算得到的最大剪应力值与强震分布进行对比,将最大主压应力方向与震源机制解的最大主压应力方向进行对比,选择一种和实际符合得最好的边界条件作为可取的模式。结果表明:来自印度洋板块的作用力最大,大约是来自太平洋板块和菲律宾海板块作用力的两倍。     

中国及其邻区周围板块作用力的研究

给出了如何根据观测的应力方向，利用平滑方法处理为在规则格点上均匀分布的数据的过程，并利用新编的中国及其邻区地震震源机制解推断的观测应力方向，反演了周围板块作用力的相对大小．结果表明，在周围三大板块中，以印度板块的作用力最大；其次是太平洋板块；而在菲律宾海板块边界上，作用力大小差异较大，其中又以与台湾相邻的边界段受力最大，琉球岛弧受力最小．     

福建及沿海地区地震活动力源探讨

综合地震震源机制解和地壳形变观测资料的研究, 求得福建及其沿海地区现代震源应力场, 认为这与台湾地区、 台湾海峡应力场相互衔接, 主压应力轴优势方位为NW-SE向, 力轴仰角较小, 应力场近于水平挤压, 形变场反映近期福建沿海亦受北西方向, 接近与海岸垂直的挤压力。 进一步分析该区域内的断裂构造特征和地震活动强度由东至西逐渐减弱的规律, 认为菲律宾海板块与欧亚板块的相互作用力不仅是台湾强震力源所在, 而且其影响向西扩展, 福建及其沿海地区地震活动主要力源仍然是来自这两大板块的相互作用力。     

南海及邻域现代构造应力场的数值模拟

将南海及邻域的现代构造应力问题视为弹性板的平面应力问题,用有限元法对现代构造应力场进行计算。以海沟俯冲带为主要边界,全区离散成1130个单元和612个节点。根据各单元的地壳厚度、P波速度、密度以及泊松比将区内地壳分成5种类型。考虑了4种外力作用方式,这些外力分别反映了印澳板块和菲律宾海板块对研究区的作用力大小和方向。将计算得出的最大主压应力方向与震源机制解的P轴方向进行比较,选择一种和后者符合最好的边界条件和计算结果作为可取模式,并分析了南海及邻域现代构造应力场的分布格局。     

中国大陆岩石层动力学数值模型的边界条件

利用粘弹性蠕变本构关系的有限元方法,建立了中国大陆岩石层应力场及应变场的动力学模型;以中国大陆岩石层应力场的水平向最大主压应力方向的最新研究成果,以及块体水平运动的方向及速率为约束条件,用试错法得到了模型边界作用力的大小;同时分析了青藏高原重力势能对中国大陆岩石层运动格局的影响．数值模拟试验结果显示,印度洋板块对欧亚大陆的挤压作用及岩石层底部的突然剥离,是导致青藏高原目前快速抬升及正断层发育的动力源．青藏高原物质的水平侧向扩展是形成中国大陆现代构造特征的主要动力因素．模型东部所受到的边界挤压作用,主要来自太平洋板块的俯冲作用,菲律宾板块对欧亚板块的挤压作用可能非常微弱．      

由空间大地测量得到的太平洋板块现今构造运动与板内形变应变场

推导了板块的弹性运动方程.根据太平洋板块(PCFC)上空间大地测量的观测结果,建立了PCFC的弹性运动模型,该模型与板块实际运动状态的符合程度明显地优于刚体运动模型.研究表明：PCFC现今旋转的角速度比过去3Ma的平均值大0037°/Ma;在PCFC内部存在明显的水平形变,在15°S以北和2045°E以西地区存在一致的向西形变,北西与南西方向的形变速率分别为08～35 mm/a与10～34 mm/a;在板块的东南区存在一致的向东形变,北东与南东方向的形变速率分别为15～18 mm/a与28～91 mm/a.PCFC内部水平应变场的空间变化是有规律的,在PCFC的西北部,主压应变轴为NW-SE方向,主压应变率大于主张应变率;在PCFC的东南部,主压应变轴为NE-SW方向,主张应变率大于主压应变率;PCFC的东南边界是扩张边界,边界附近的主张应变率最大（平均为151×10-9/a）,主张应变轴基本上与洋中脊的扩张方向一致;PCFC的西北边界是俯冲边界,边界附近的主压应变率最大（平均为075×10-9/a）,主压应变轴基本上与太平洋板块的俯冲方向一致.     

中国周边板块的相互作用及其对中国应力场的影响——（Ⅱ）印度板块的影响

本文利用地震资料并结合地质资料,讨论了印度板块与欧亚板块在中国周边的相互作用及其对中国应力场的影响,指出两板块在喜马拉雅山前断裂地区碰撞,碰撞边界向西延续到35°N,74°E附近,其主要挤压方向为NNE,并形成SE方向的物质流动.帕米尔地区有强烈的构造运动,并存在俯冲带形态的构造.在26.5°N,97°E附近,板块边界的走向发生突变,并形成东倾的缅甸山弧俯冲带,但印度板块挤压造成的主压应力方向为NNE向.在安达曼-尼科巴-苏门答腊-爪哇岛弧,印度板块俯冲于欧亚板块之下,在中国南海一带形成NNW向或近Ns向的主压应力.     

中国周边板块的相互作用及其对中国应力场的影响——(Ⅱ)印度板块的影响

本文利用地震资料并结合地质资料,讨论了印度板块与欧亚板块在中国周边的相互作用及其对中国应力场的影响,指出两板块在喜马拉雅山前断裂地区碰撞,碰撞边界向西延续到35°N,74°E附近,其主要挤压方向为NNE,并形成SE方向的物质流动.帕米尔地区有强烈的构造运动,并存在俯冲带形态的构造.在26.5°N,97°E附近,板块边界的走向发生突变,并形成东倾的缅甸山弧俯冲带,但印度板块挤压造成的主压应力方向为NNE向.在安达曼—尼科巴—苏门答腊—爪哇岛弧,印度板块俯冲于欧亚板块之下,在中国南海一带形成NNW向或近Ns向的主压应力.