利用黏弹性有限元模型研究挪威北海北部地区末次冰期以来的冰后回弹和应力演化

挪威北海北部在末次冰期存在较大范围的冰盖,其冰盖的加载和卸载会对地表变形和内部应力调整产生重要影响.本文基于Maxwell黏弹性本构关系,根据初应力法自主开发了一套Maxwell黏弹性体有限元程序,它可以考虑重力和构造加载、地球介质弹性的纵向和横向不均匀性以及黏性的分层性,可以计算冰川载荷变化引起的地球表面变形及内部应力状态的变化.利用它研究了挪威北海北部1.1 Ma以来的冰川载荷变化、特别是两万多年以来冰盖的消退引起的地表冰后回弹.结果表明,自2万年以来,冰后回弹效应在冰盖载荷变化的不同阶段呈现明显的时空变化,现今地表垂直变化速率为几个毫米/年,与观测结果一致.下地壳和上地幔的黏弹性松弛效应明显,上地壳的应力状态在现今海岸线两侧存在差异性,水平和垂直正应力变化可达几十兆帕,剪应力变化有一个先增加后迅速减小至零的过程,与古地震、现今地震时空分布及应力测量结果也比较符合,研究结果有助于加深对冰后回弹的动力学过程的认识.     

利用黏弹性有限元模型研究挪威北海北部地区末次冰期以来的冰后回弹和应力演化

挪威北海北部在末次冰期存在较大范围的冰盖,其冰盖的加载和卸载会对地表变形和内部应力调整产生重要影响.本文基于Maxwell黏弹性本构关系,根据初应力法自主开发了一套Maxwell黏弹性体有限元程序,它可以考虑重力和构造加载、地球介质弹性的纵向和横向不均匀性以及黏性的分层性,可以计算冰川载荷变化引起的地球表面变形及内部应力状态的变化.利用它研究了挪威北海北部1.1 Ma以来的冰川载荷变化、特别是两万多年以来冰盖的消退引起的地表冰后回弹.结果表明,自2万年以来,冰后回弹效应在冰盖载荷变化的不同阶段呈现明显的时空变化,现今地表垂直变化速率为几个毫米/年,与观测结果一致.下地壳和上地幔的黏弹性松弛效应明显,上地壳的应力状态在现今海岸线两侧存在差异性,水平和垂直正应力变化可达几十兆帕,剪应力变化有一个先增加后迅速减小至零的过程,与古地震、现今地震时空分布及应力测量结果也比较符合,研究结果有助于加深对冰后回弹的动力学过程的认识.     

起潮力作为地球演化的一种动力的探讨

讨论了潮汐弹性位能的量级和转化及内波形成的机制．认为当地球是一个非完全弹性体（耗散体）时,在周期潮汐应力作用下,地球莫霍面上弹性位能的耗散可达３００μＷ／ｍ３的产热量,大大超过了花岗岩中放射性物质３μＷ／ｍ３的产热量．在地球内部密度有差异的化学界面上（如莫霍面）,当其两侧有物质进入弹塑性状态成为马克斯威尔体时,在界面起伏部位的倾斜面上,水平面上的潮汐剪切应力在倾斜面上的分力,使两侧的物质作反向流动,扩大了界面的起伏,形成内波．本文还用重力分异的观点讨论了莫霍面是一个化学界面的问题     

地球化学观点的地震预报研究

前言人们总以为地震是地球内部岩石急剧运动产生弹性波的物理现象,而常常不把它当作化学现象来研究。但是,传播地震波的地球介质不是均匀的弹性体,而是有空隙的岩石。如果认为地震发生全过程中,充填空隙的液体和气体（总称地下流体）一般会出现流动和变化的话,那么地...     

地球介质非弹性参数测定方法

地球介质非完全弹性参数对于研究地体稳定、地震孕育、地幔对流、大陆动力学是 非常重要的．在精确的工程勘探、油气勘探中也是一个不可缺少的参数．为了用实测的地震 体波确定非弹性参数,本文从一般线性流变体介质内波动方程出发,导出了由观测的地震波 体波波速和振幅确定一般线性流变体介质内虎克定律系数的两种具体方法及其相应的理论 公式,并给出了体波振幅法的一个模型实例．在线性近似下,这些参数可确定地球介质的非 弹性性质．     

应力诱导各向异性介质中地震波的传播

主要讨论了应力变化如何影响各向异性介质中波速度的问题。推导了一般各向异性介质在初始应力下的Christoffel方程,得到介质中3种波的相速度和初始应力的关系表达式;通过实验数据验证了单轴应力能够诱导各向异性,当施加单轴应力时,速度在沿应力的方向增加最大,在垂直应力的方向增加最小,实验结果与理论推导一致;用Christoffel方程的数值解模拟在3种对称情况下的弹性各向异性介质中初始应力对波速度的影响。数值结果表明:初始应力对各向异性介质中波传播速度的影响,随着各向异性强度的增加而增大,而且速度越慢,影响越大。     

大地震前视电阻率各向异性变化及可能原因

<正>1研究背景地震晚期孕育过程的研究已经逐步扩展至整个孕震区介质,除了直接关注断层面上的力学状态,膨胀扩散模型和微破裂模型认为,断层之外的区域会出现与高应力—应变水平积累有关的地球物理和地球化学现象（Scholz et al,1973）。岩石物理实验、原地实验、含裂隙介质电阻率模型分析表明,含水岩土介质电阻率在压应力作用下呈现下降变化,     

含孔隙、裂隙介质弹性波动的统一理论——Biot理论的推广

地球表层的岩石介质往往是即含孔隙又含裂隙,这种现象对弹性波传播产生重要影响．本文在Biot孔隙介质的波动理论基础上,利用该理论中介质在排水（干燥）条件下的弹性模量引入裂隙对弹性性质的影响,并对裂隙在弹性波动作用下的“挤喷流”（squirt flow）效应进行了具体分析,导出了一个描述孔隙、裂隙并存时的弹性波统一理论．该理论既能描述裂隙对介质弹性的影响,又能模拟挤喷效应导致的弹性波衰减和频散,并且指出,这种挤喷效应是由裂隙介质的两个最重要的参数,裂隙密度和纵横比所控制．这一统一理论的另一重要特性是该理论保持了Biot理论的基本特征,即慢速纵波的传播特征及孔隙渗透率的影响．模拟计算结果及与实际数据的对比表明,这一孔隙、裂隙弹性波动的统一理论能较好地描述实际岩石介质中弹性波的传播,从而在地球介质中地震和声波测量中比Biot理论有着更为广泛的应用前景．     

应力诱导饱和流体岩石弹性波各向异性

各向同性岩石中裂隙随机分布,施加单轴方向的压应力后,与压应力方向垂直的缝隙会优先闭合.应力作用下裂隙的闭合导致岩石呈现出横向各向异性的特征,进而影响弹性波的传播特征.前人对干燥岩石中应力引起的弹性波速度各向异性开展了大量研究,但未考虑充填流体对于应力诱导各向异性和弹性波传播的影响.弹性波通过应力作用的岩石时会诱导微孔隙结构上的"挤喷流"效应,从而造成弹性波显著的频散和衰减.在本文中,我们分析应力诱导各向异性岩石中挤喷流对弹性波传播的影响.利用硬币型裂隙模型,同时考虑挤喷流和应力诱导各向异性的影响,我们建立了应力作用下含流体岩石各向异性模型.基于本文的模型,我们研究了裂隙介质中单轴应力和充填流体对弹性波传播的影响.我们的模型成功预测了弹性波速度随应力的增加,同时表明了挤喷流造成纵波的各向异性频散更显著.     

外应力对有裂隙固体介质等效弹性各向异性的影响

本文提出一个物理模型,计算在应力作用下有裂隙固体介质的等效弹性模量通过外应力对于取向各异、分布不同的各种裂隙(其纵横比任意)裂开(或闭合)过程的影响,根据一个自符合方法计算出较低应力作用下等效弹性参数。这些计算结果既和实验数据(Nur和Simmons,1969;Rai和Hanson,1988),又和基于临界现象Landau—Ginzburg方法的另一唯象模型结果进行了卓有成效地比较.后者还包括了在大应力作用下裂隙的生长,并用非平衡态原理的序参数描述了介质的破坏,序参数的值是由热力势的极小值决定的.     

岩石应力对钻孔附近的弹性波波速的影响

目前,地球物理学界普遍采用岩石的细观力学模型来解释岩石的声弹现象(即岩石应力状态的改变会造成岩石的弹性波波速的改变),认为岩石内部的微裂隙分布和取向在加载应力的作用下会发生改变,使岩体的宏观物理性质发生变化,从而影响到岩石的弹性波波速.     

远场差异构造应力作用下包体-地层地应力分析

地应力场的不均匀分布是地球科学非常关心的问题,远场差异构造应力及介质本身的不均匀性对地应力场的不均匀分布都有重要影响.本文利用弹性力学理论,以地球科学的包体-地层系统为例,推导了边界差异构造应力条件下包体-地层系统位移场和应力场的解析表达式.将远场差异构造应力分解为均匀构造应力和偏构造应力两部分,通过边值问题的一般求解方法,分别得出了这两种情况下的理论解.通过将两部分理论解叠加,得到了边界差异构造应力条件下包体-地层系统的位移场、应力场和连接载荷.通过推导的解析解与有限元数值解进行比较,两者非常一致.通过分析包体-地层系统、材料参数、几何尺寸、远场构造应力的大小和方向等因素对包体-地层位移场和应力场分布的影响,可以用于探讨钻孔应变等包体应力(应变)计观测的地震应变阶、慢地震、地震孕育、火山喷发、地球自由振荡、地震波等现象的地球动力学机制.结果表明,远场地应力的分布主要受控于边界构造应力的大小和方向.在包体内部,应力场基本是均匀分布的;而在包体附近,由于介质差异,地应力场的不均匀性非常显著,并且有一定的优势方向,对地应力集中部位的分析为钻孔应变观测等地球动力学研究手段提供了基础理论参考.     

地震学百科知识(一)——地震波

引言地球内部介质发生微小形变时,介质会显示出弹性性质。当介质元偏离其固有位置时,介质元会发生围绕其原始位置的振动这种振动在地球内部的传播称为地震波。地震波的传播现象与声波、电磁波有相似之处,但地震波的传播是基于地球介质的弹性性质。地震波又可分为体波和面波。体波在介质内部传播,在固体内传播的地震体波分     

多层弹性半空间中的地震波（一）

为了了解地震震源和地球介质的性质,很有必要对地震波的辐射、传播和衰减问题作仔细的分析。作为一种近似,可以暂且忽略地球的曲率,把传播地震波的地球介质视为多层半空间。为简便起见,地震波的衰减问题另作考虑。这样,便需要研究多层、均匀、各向同性和完全弹性半空间中地震震源辐射的地震波传播问题。 用哈斯克尔（Haskell）矩阵法解多层介质中弹性波的传播问题是很方便的。如果     

板内应力快速积累的一种机制

要解释在很短的时间尺度内强震活动主体地区的大范围迁移现象 ,必须考虑整个岩石圈的分层流变结构和应力积累的时间过程。文中分析了应力在岩石圈中的传播情况 ,论证了板块边界对大陆内部的动态作用形式 ,推导出了在常速度边界条件下 ,双层黏弹性模型的解析解。证明在板块边界连续动态作用条件下 ,由于岩石圈的分层流变性和应力在不同流变性介质中的传播特征 ,在黏弹性模型黏滞性较大层中应力的积累时间可以大大缩短 ,从而可以较合理地解释一些短期的地质现象     

青海玉树MS7.1级地震发震应力场与非稳定发震机理的模拟

分析了玉树地区的地应力场、速度场.在此基础上,对青海玉树2010.4.14 MS7.1级地震发震机理进行了数值模拟.将围岩看成弹性体,断层看成具有应变软化特性的弹塑性体,断层和围岩组成统一的地质介质系统.在地应力、孔隙压力及边界位移的作用下,应力逐渐积累,当达到断层的摩擦破坏强度时,断层产生位移软化,断层突然滑动,能量...     

粘弹性介质中地震体波Q值的测定方法

本文以常用的几种粘弹性体模拟地球介质的粘弹性,建立了该种介质中的波动方程组;在运用合理的近似处理方法基础上,得到了基本解;提出了校正其它衰减因素的功率谱切比雪夫拟合方法,由此给出了粘性Q值的概念和算法,最后讨论了该方法的可行性。     

水平单轴应力与横波反射系数

地球物理勘探中,地下应力的估测是非常重要的.本文利用应力诱导的弱各向异性的各向异性参数,借助已有的具有水平对称轴横向各向同性介质顾及高阶小量的横波反射系数近似公式,针对下介质为各向同性受单轴应力作用情况随应力的增加求取应力精度降低的问题,从横波反射系数近似公式的推导出发,联合SH波与SV波反射系数给出新的改进的单轴应力与横波反射系数的直观表达式;计算并对比了受单轴应力作用的各向同性介质的横波近似和严格的反射系数,并利用理论得到的横波反射系数对应力进行了估值.结果表明,利用改进后横波反射系数与应力的直观表达式,当应力增加时,应力估值精度有了明显的改善,这为利用横波反射数据直观估测应力提供理论依据.     

水平层状对称各向异性介质的大地电磁资料反演

论述了某些条件下地球介质呈现出明显的电导率各向异性的情形，研讨了均匀水平层状对称各向异性介质大地电磁正、反演有关问题，试验表明所给出的反演方法是适用和有效的．给出了利用大地电磁资料了解地壳应力状态及研究膨胀各向异性地震前兆的一种途径．     

三维层状孔隙介质中弹性波的一种积分表达式I：理论

孔隙介质弹性波传播理论在地球物理勘探、地震工程和岩土动力学等领域有着广泛的应用.而孔隙介质中的弹性波受孔隙度、渗透率、流体黏滞系数等参数的影响,因此研究波场的传播特征将有助于分析和提取这些信息.本文在Biot理论的基础上,针对三维层状孔隙介质模型,利用在合成理论地震图的研究中已经被证实具有稳定、高效且适用范围较广的Luco-Apsel-Chen（LAC）广义反透射方法,给出了弹性波场的一种积分形式的半解析解,可通过数值方法高效、准确地计算层状孔隙介质中的理论波场,所以该积分形式的半解析解可为三维层状孔隙介质波场传播特征的理论数值模拟研究提供一种新的途径和手段.