利用对称四极横向剖面法探测走滑断层的应用

从走滑断层难以探测的实际出发,讨论了其物性特征;通过对低阻板模型的物理模拟、数值模拟以及对实地观测资料的分析,研究了对称四极纵、横向剖面法视电阻率曲线的变化特征和差异. 结果表明,横向剖面法相对纵向剖面法异常幅度明显增加,可对地震活动断层进行更为有效的探测和定位. 这一研究为走滑断层探测提供了新的思路. 同时,利用对称四极横向剖面法可以解决走滑断层难以探测这一技术难题.      

电阻率横向剖面法及其在隐伏断层探测中的应用研究

针对两盘无明显断距的城市活动断层难以探测的实际问题,根据断层带电阻率特点,提出了电阻率横向剖面法,在物理模拟和数值模拟基础上,通过现场实际断层或裂隙带的探测结果证明：电阻率横向剖面对两盘无差异断层的探测和定位较常规剖面准确,解决了两盘无明显断距断层的探测问题.     

电阻率横向剖面法在倾斜断层精确探测中的应用研究

在横向剖面法研究的基础上,选取30度和60度倾斜良导体模型,利用有限元三维数值模拟方法,对比研究横向剖面法和常规剖面法的异常特征.研究结果表明：两方法对断层的倾向都有较好反映,对倾角难以判定.为研究倾角定量化判定,本文提出了横向剖面电阻率成像方法与常规的电阻率层析成像方法对比研究,结果表明：两者均较准确的反映出断层的倾角变化,前者效果略优于后者.     

地球物理方法对城市活断层的探测与研究

采用综合地球物理方法对长春市活断层进行探测,实践证明,利用联合剖面法、高密度电法、地质雷达、瞬变电磁法、高分辨率地震和重磁方法等,在研究活断层的位置、产状与形态上均具有很好的作用,针对城区干扰因素多环境复杂等不利因素,通过采用新的数据处理方法技术,取得了理想的探测效果,为今后开展活断层的探测与研究提供了借鉴.     

走滑断层位移作用下山岭隧道非线性反应分析

为了研究穿越断层的山岭隧道结构在走滑断层位错作用下的反应,基于有限元和拟静力的基本原理,建立了隧道围岩的相互作用模型,提出了一种以围岩沿断层位错为输入荷载的跨断层隧道衬砌的反应分析方法。利用有限元分析软件ANSYS的位移荷载功能,使该反应分析方法得以实现。分析过程中以上盘为主动盘,通过给上盘施加强制位移来描述围岩的错动,采用荷载步为100步的逐步加载的方式来描述围岩错动的过程。对比研究了走滑断层工况下,加载断层位错由小到大的过程中,隧道衬砌各部分的应力反应状态。结果表明:当断层位错在20cm以下时,隧道衬砌各部分均处于安全状态;随着错动量的增大,衬砌不同部分的破坏顺序为:边墙先产生破坏,然后顶板产生破坏,最后破坏延伸至底板。     

断层气氡在不同类型覆盖层中 迁移规律的数值模拟

断层气氡浓度是探测断层位置与断层活动性的一种有效手段. 该文基于Abdoh和Pilkington提出的氡迁移二维偏微分方程与相应的边界条件, 建立内部含裂隙、 裂隙系-断层带和非均质等3种覆盖层物理模型, 在Matlab平台上运用偏微分工具箱(pdetool)与非线性求解函数(pdenonlin), 对模型求解以及模拟覆盖层中氡迁移. 通过对3种模型的模拟结果分析, 分别解释了地表氡异常点与断层带位置不同步现象, 覆盖层厚度对氡浓度曲线形状的影响, 以及土壤结构性质对氡异常强度和异常形态的影响.     

地球物理方法在城市地震活动断层精确定位中的应用

重点讨论了城市地震活动断层精确定位方法.研究结果表明：面对城市的强干扰背景,利用可控震源,采取频率扫描方法和数据处理的互相关技术,可以有效压制强振动干扰,实现城市市区的地震勘探;对于两盘无明显断距的走滑断层可以利用高分辨率地震勘探方法和电法勘探方法进行联合精确的定位;并结合实例讨论了电法勘探的精确定位方法.     

Analysis on effect of surface fault to site ground motion using finite element method

Dynamic contact theory is applied to simulate the sliding of surface fault.Finite element method is used to analyze the effect of surface fault to site ground motions.Calculated results indicate that amplification effect is obvious in the area near surface fault,especially on the site that is in the downside fault.The results show that the effect of surface fault should be considered when important structure is constructed in the site with surface fault.     

利用基于围陷波波形相关的网格搜索法确定昆仑山断裂带结构参数

提出了确定断层带结构的一种方法,它利用基于断层带围陷波波形相关的网格搜索法,以定量地确定断层带参数.该方法通过建立一系列由断层带的相关参数构建的断层带结构模型,利用有限差分方法数值模拟每组参数对应的断层带模型所产生的围陷波,并与实际观测围陷波波形进行相关分析,计算由以断层参数为多维网格坐标的相关系数变化趋势,网格搜索其峰值,最终获得最佳的一组参数,并确定断层带的结构.本文对昆仑山断裂带人工激发的围陷波进行分析,利用该方法确定了断裂带宽度和Q值参数.     

高密度电阻率法在海底金矿含水构造探测中的应用

海底金矿上覆岩层中含水直接对矿床的开采构成威胁,选择山东三山岛金矿新立矿区海底-135 m水平沿脉巷道,采用地球物理高密度电阻率法对该巷道635 m测线以下200 m深度范围内岩体中的含水构造进行了坑道探测,利用三种装置（温纳装置（Wenner）、偶极装置（Dipole-Dipole）、Schlumberger装置）进行实施,相互验证,取得了很好的探测结果.温纳、偶极和Schlumberger三种装置的视电阻率反演结果反映在测线（-135 m沿脉巷道）以下至30 m深度为一高阻层,表明自-135~-165 m的岩体中已不含水或含少量的水;测线以下30~60 m段为低阻层,反映-165~-200 m的岩体中含基岩裂隙水;测线以下大于60 m的地段为特高阻层,反映-200 m以下岩体含水性逐渐变差.该探测结果与矿区水文地质结构调查分析结论具有很好的一致性,表明了坑道高密度电阻率法探测含水构造是可行的.     

选择性滤波同位网格有限差分法在地震波数值模拟中的应用.

引入计算空气声学领域的选择性滤波同位网格有限差分算法（SFFD法）用于二维地震波数值模拟．SFFD法使用经过优化的11点DRP同位网格差分格式,对空间一阶导数进行离散近似,同时采用选择性滤波方法来消除同位网格差分所产生的格点高频振荡,它既提高了数值模拟的精度, 又保证了求解过程的稳定性．数值实验结果表明,SFFD法能够达到O(Delta;x8, Delta;t4)阶交错网格算法同样的精度,同时该方法还具有很强的适应性,能够应用于存在着强泊松比差异的介质模型中,完整地模拟地震波传播过程中各类型的波场,并且对复杂非均匀介质的适应能力也很好．此外,由于避免了交错网格算法在曲线坐标系和一般各向异性介质的数值模拟时所需进行的复杂的插值运算, SFFD法在这些问题上也有着很好的应用前景．      

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。     

Discrete Element Modeling of Stress and Strain Evolution Within and Outside a Depleting Reservoir

Stress changes within and around a depleting petroleum reservoir can lead to reservoir compaction and surface subsidence, affect drilling and productivity of oil wells, and influence seismic waves used for monitoring of reservoir performance. Currently modeling efforts are split into more or less coupled geomechanical (normally linearly elastic), fluid flow, and geophysical simulations. There is evidence (from e.g. induced seismicity) that faults may be triggered or generated as a result of reservoir depletion. The numerical technique that most adequately incorporates fracture formation is the DEM (Discrete Element Method). This paper demonstrates the feasibility of the DEM (here PFC; Particle Flow Code) to handle this problem. Using an element size of 20 m, 2-D and 3-D simulations have been performed of stress and strain evolution within and around a depleting reservoir. Within limits of elasticity, the simulations largely reproduce analytical predictions; the accuracy is however limited by the element size. When the elastic limit is exceeded, faulting is predicted, particularly near the edge of the reservoir. Simulations have also been performed to study the activation of a pre-existing fault near a depleting reservoir.     

The Application of the Acoustic Method to the Exploration of Urban Active Faults and a Comparison with the Artificial Earthquake, and Radar Methods

The depth of upper fault point is the key data for ascertaining the active age of a buried fault on a plain. The difference of depth obtained from same fault may be dozens to several hundred meters when using different geophysical methods. It can result in the absolutely opposite conclusions when judging fault activity. Because of a lack of an artificial earthquake source with wide band and high central-frequency, many kinds of methods have to be used together. The higher the frequency of the artificial earthquake wave, electromagnetic wave and sonic wave, the higher the resolution. However the attenuation is also very fast and the exploration depth is very shallow. The reverse is also true. The frequency of artificial seismic waves is in the tens of Hz. Its exploration depth is big and the resolution is poor. The frequency of radar electromagnetic waves is about a million Hz, indicating that the resolving power is better, but the exploration depth is very shallow. However, the acoustic frequency is thousands of Hz, its resolving power is better than that of the artificial earthquake method and the exploration depth is larger than that of the radar method. So it is suitable for extra-shallow exploration in the thick deposit strata of the Quaternary. The preliminary results detected using the high frequency acoustic method in extra-shallow layers indicates that previous inferences about some fault activity in the eastern part of the North China plain may need to be greatly corrected.     

龙马溪组页岩数字岩心动态法弹性等效数值建模

数字岩心是计算岩石弹性性质的一类常用方法.龙马溪组页岩具有多矿物构成、复杂微结构和强非均质等特征,常规岩石物理的弹性等效解析建模局限性较大,目前流行的静态数值等效建模方法的精度有限.本文基于高分辨率的页岩数字岩心数据,采用多阈值分割方法将数字岩心分解为黏土、石英、孔隙、TOC、长石类、黄铁矿类等六种矿物类型;利用矿物组分等效模量法计算各类矿物的弹性模量;采用二元函数分水岭方法表征不同压力下的岩石孔隙变形和颗粒接触关系变化;通过取向分布函数（ODF）定量分析矿物颗粒展布造成的各向异性特征.最后基于Biot孔弹方程,采用不分裂卷积完全匹配层（CPML）旋转交错网格有限差分法模拟不同压力下弹性波在数字岩心中的传播.以未加压的数字岩心为参考模型,计算不同压力下弹性波走时的平均时间差,进而估算各压力点的数字岩心等效速度.与该岩心样品的超声实验测量速度比较,动态法数值计算结果略偏高,据此校正数值计算过程中表征岩石微结构及颗粒接触关系随压力变化的二元函数,有效改善动态法弹性等效数值建模精度.

     

Application of the iterative solution method with Schur complement reduction to mixed finite elements based in a tetrahedral discretization

The iterative solution method for mixed finite element methods is applied to a 3-D domain partitioned with tetrahedral elements. For the particular discretization technique of first partitioning the domain with hexahedral cells, and then subsequently partitioning cells with five tetrahedral elements, a Schur complement decomposition is devised wherein the actual number of equations solved is reduced by 80%. Although this Schur complement reduction requires a fair amount of computational overhead, its application within the iterative solution method can reduce overall solution time by about 44%, depending on closure criterion and other factors.     

基于数值模拟和地震活动性统计的混合地震预测: 在中国地震科学实验场的应用

地震数值预测是近年来最为前沿的科学研究问题之一,但是大部分地震数值预测的探索都受困于数值模拟步长的问题.本文引入混合预测方法,探索了较短预测时长的地震数值预测方法,并在中国地震科学实验场区中进行应用.该混合预测方法主要建立在活动块体理论和构造力学分析的基础上,利用数值模拟推测未来长时间的应力变化量,并引入上一次7级地震之后数十年间,中等强度地震同震应力的影响,最后通过重分类和加权,在应力变化量上叠加年尺度小地震活动异常的统计,从而实现区域地震危险程度的混合评估.基于该方法,我们将地震数值预测的预测时间尺度缩短到年尺度,以年为单位滚动预测了中国地震科学实验场自2021—2030年或更长时间段内可能出现中强地震的区域.2022年芦山6.1级地震、2021年漾濞6.4级地震、2021年泸州6.0级地震和2022年泸定6.8级地震均发生在危险性较高的区域,而2022年马尔康6.0级地震则不在预测区域内.本文展示的混合预测尝试为地震数值预测研究提供了一个可供参考的例证,也为解决数值预测步长控制难的问题提供了一个可能的探索途径.