倾向断层中的地震：对称性被破坏的效应

对倾向断层中地城的动力学模拟表明,不对称的近源地面运动是由这类断层不对称的几何形态引起的。在初始应力大小相同的情况下,逆（冲）断层引起的地面运动要比正断层 引起的地面运动大２倍或更多。无论是在逆（冲）断层还是正断层引起的地震中,上盘的运动都比下盘的大。地震产生的应力场与地球自由表面的相互作用导致了与时间相关的正应力的立生,从而造成了正断层与逆（冲）断层之间的不对称性。断层上、下两盘的不对称性是由于     

乌鲁木齐市活断层强地面运动预测研究

介绍了基于乌鲁木齐活断层发震构造模型的强地面运动的预测结果.该项工作是在乌鲁木齐城区开展的活断层探测与地震危险性评价的基础上,设定了两个发震构造,分别为北天山山前逆冲推覆构造和博格达弧西翼逆冲推覆构造,前者可能最大地震震级为7.5级,后者为7.0级,据此建立了分析计算模型.根据地脉动观测分析结果,结合浅层地震勘探、地质图、地形图和钻孔资料,建立了地下三维速度模型,采用统计学的格林函数法、三维有限差分法和混合计算方法,对目标区的地震动进行了预测研究.预测结果表明,断层的结构、破裂方式和三维速度模型对地震动的分布具有显著的影响.沿断层前缘、盆地边缘、覆盖层较厚的地区,以及断层破裂的前方地震动比较显著.     

储层古应力场的数值模拟

根据古构造变形采用反演与正演相结合的方法,研究储层古构造应力场。开展以下研究：（１）用板模型趋势法反演与储层古构造变形面对应的驱动力和场内应力;（２）建立一个组合单元模型,用（１）中反演的远场应力作为边界条件,计算储层古构造应力场;（３）用含断层滑动模型的三维实体单元和（１）中给出的边界条件,计算储层古构造应力场;（４）对 ３ 种模型的应用及其检验     

汶川MS8.0级地震断层滑动机制研究

汶川M_S8.0级地震的发震构造为龙门山断裂带,地震地表破裂主要分布在其中的北川－映秀断裂和江油－灌县断裂上,尤其是沿前者发育了长达240 km左右的地表破裂带.通过对龙门山断裂带震后断层擦痕的测量,得到311条断层擦痕数据,利用由断层滑动资料反演构造应力张量的计算方法,得到研究区8个测点的构造应力张量数据,并获得了研究区构造应力场特征：区域现代构造应力场以近水平挤压为主,最大主应力方向（σ1）为76°～121°,平均倾角9°,应力结构以逆断型为主.受构造应力场及断层几何特征的影响,地表破裂呈现出分段性：映秀—北川段主要以NW盘逆冲为主,垂直位移明显;北川以北段为逆冲兼走滑,水平位移量与垂直位移量基本相当,或水平位移略大.     

有限差分法计算三维地形影响的电磁感应

用矩形网格的三维有限差分法计算研究地形对大地电磁测量的影响,作了3个数值模型计算:金字塔形模型、近似二维效果的山脊模型和两山峰间的峡谷模型．结果表明,用有限差分法研究三维地形的影响是可行的．      

起伏地表复杂介质波动方程有限元数值模拟方法

波动方程数值模拟是深入研究地震波传播规律的有效方法.有限差分法因其方法简单、精度高而得到了广泛的应用.但其缺点是不能准确模拟具有复杂几何形态的物性界面.因而当遇到起伏地表或复杂构造时,求解精度低.为了准确模拟起伏地形、复杂构造和复杂介质条件下的地震波场,本文采用有限元法模拟二维声波方程.用三角形单元模拟地形和速度界面;把单元内的场和波速均看作单元上的线性函数,以适应复杂介质压制边角散射;采用吸收边界条件去除来自截断边界上的反射;采用集中质量矩阵和集中阻尼矩阵使得显式时间递推无需对矩阵求逆,提高了计算效率.对模型的计算表明该方法正确有效.     

复杂介质地震波传播模拟中边界元法与有限差分法的比较研究

地震波场数值模拟是理论地球物理学和勘探地球物理学的重要研究手段.在众多数值模拟方法中边界元法和有限差分法是两种典型的地震波传播模拟计算方法.边界元法是一种半解析-半数值的边界型方法,它显式地利用边界连续条件,沿着地层边界进行离散,具有降维、高精度和自动满足远场辐射条件的优点;有限差分法是一种典型的基于微分的区域型方法,它隐式地使用边界连续条件,以空间网格形式进行离散和数值逼近,具有高效、实用和容易数值实现的优点.本文以一个半圆形均匀Valley模型和两个非均匀断裂/断层模型为例,从计算精度、计算效率、频散特性以及适用性等方面对这两种方法进行了比较研究.数值计算结果表明:边界元法可以精确地几何描述有内部断点、断面的复杂构造,能够精确地模拟内部不规则界面之间波的反射/传播;有限差分法不能以足够的精度描述几何断点和内部不规则边界.边界元法在高频时计算量大于有限差分法,有限差分法则需要更小的网格间距以压制数值频散.因此,在处理内部非均质和高频计算时,有限差分法更有效;在处理内部不规则边界、断点、大尺度等问题时,边界元法比有限差分法更有优势.     

珠江三角洲地区断块运动与应力场特征的数值模拟研究

珠江三角洲属于断块型三角洲,断块差异运动方式及受断块运动影响的应力场特征尚不明确.建立研究区的三维地质模型,采用热-力学耦合的黏弹塑性材料有限单元方法,模拟研究珠江三角洲地区近10 Ma以来的断块运动特征.结果显示:五桂山、番禺台地和伶仃洋三个块体的地表平均垂向位移受控于莫霍面起伏和断层运动,垂向位移差异与目前基底面埋深对应;应力场表现为垂向应力最大,水平应力场方向受远场边界条件控制,两个水平主应力值差异较小;应力场方向在断层附近发生了明显偏移且量值增加,在断层交汇区出现极大值.     

汶川Ms8．0级地震断层滑动机制研究

汶川Ms8.0级地震的发震构造为龙门山断裂带,地震地表破裂主要分布在其中的北川-映秀断裂和江油-灌县断裂上,尤其是沿前者发育了长达240 km左右的地表破裂带.通过对龙门山断裂带震后断层擦痕的测量,得到311条断层擦痕数据,利用由断层滑动资料反演构造应力张量的计算方法,得到研究区8个测点的构造应力张量数据,并获得了研究区构造应力场特征:区域现代构造应力场以近水平挤压为主,最大主应力方向(σ1)为76°～121°,平均倾角9°,应力结构以逆断型为主.受构造应力场及断层几何特征的影响,地表破裂呈现出分段性:映秀-北川段主要以NW盘逆冲为主,垂直位移明显;北川以北段为逆冲兼走滑,水平位移量与垂直位移量基本相当,或水平位移略大.     

汶川M_W7.9和集集M_W7.6地震前应力场转换现象及其可能的前兆意义

2008年四川汶川MW7.9地震和1999年台湾集集MW7.6地震均为挤压推覆构造环境条件下发生的板内逆断层型地震。本文对比分析了两次地震前的CMT解、震区附近的中小地震震源机制解及其反演的应力场可知,集集地震主震震源机制解与用台湾内陆中西部的CMT解反演得到逆断层类型构造应力场吻合,而震区附近中小地震具有随机发生的性质,反演得到了震前与构造应力场不一致的走向滑动类型的局部应力场,但当局部应力场变化到与构造应力场一致时,数月后发生主震;同样,用青藏高原东部的CMT解震源机制反演得到走向滑动类型的构造应力场,逆冲类型的汶川主震与构造应力场的压应力轴吻合,震区附近中小地震反演得到了与构造应力场一致的区域应力场,但震前局部应力场变化为逆冲类型应力场一致时,随即发生主震。说明逆断层型主震区附近随着震源区应力积累,在震前会出现相似的应力场转换现象,当最终转换到与发生主震的应力状态一致时,表明震源区附近应力已达到相当高的应力水平,是发生大地震的征兆,应引起进一步的关注。     

水库触发地震研究中二维与三维有限元模拟结果比较

紫坪铺水库蓄水载荷引起的库仑应力变化以及是否可以触发汶川M_S8.0地震是地学界关注的一个热点问题。 已有较多研究均建立在二维有限元模拟基础上, 然而二维与三维结果存在较大差异, 本文定量给出了该差异的大小。 首先比较了有限元方法与解析方法求解半无限空间点载荷下弹性问题结果, 确认了三维有限元计算在百万网格下具有足够的计算精度; 然后数值计算并比较了二维、 三维模型中紫坪埔水库蓄水的弹性力学及渗流效应。 结果表明, 总体上弹性加载会造成逆断层更趋安全, 而水压渗透使其趋于危险, 两者叠加仍然没有导致增加汶川地震危险性; 但现有的二维有限元模拟夸大了真实结果, 在汶川震源位置三维计算的应力大小仅为二维计算的1/3到1/4, 因此在严格的讨论中必须使用三维建模。     

Numerical simulation of the crustal stress field by using data of deep geophysical exploration in the northern part of North China

ＮｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｒｕｓｔａｌｓｔｒｅｓｆｉｅｌｄｂｙｕｓｉｎｇｄａｔａｏｆｄｅｐｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｐａｒｔｏｆＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＣＨＡＮＧＱＵＡＮＬＩＵ（刘...     

新疆精河M_W6.3地震产生的静态应力变化研究

利用精河M_W6.3地震有限断层破裂模型,计算了精河地震产生的位移场、应力场、周围主要断层上的静态库仑应力变化以及主震对余震的触发作用。结果表明:(1)精河地震产生的地表隆升最大值约为6.6cm,沉降最大值约为1.8cm;水平位移方向呈现震中南北侧向震中汇聚、震中东西侧向外"流出"的特点。(2)精河地震产生的水平面应力场展布南北侧物质主要受到指向震中的拉张力作用,东西两侧物质主要受到因震中过剩物质东西向排出而导致的东西向挤压力作用。(3)震中西侧距震中约20km的库松木契克山前断裂中段和震中东北部距震中约50km的四棵树-古尔图南断裂西段的库仑应力加载均大于0.01MPa,即2处为地震危险区。(4)在震源深度为8~12km的余震事件中,约有85.5%处于库仑应力加载区,即受到主震的的触发作用;在深度为4~8km的余震事件中,约有87%受到主震的应力触发作用。     

中国构造应力场与大震复发周期关系的数值模拟

由古地震资料推算得到的中国境内各活动断裂带上大震复发周期值存在很大差异,对于这种差异可从构造应力产生的弹性应变能分布去探讨其原因。经过对中国及邻区边界条件和受力方式进行较详细的分析后,先以最大主压应力方向为判据,用有限元数值模拟方法反演中国及邻区的板块边界力和区内的构造应力场,然后分析计算应变能随离板块边界的距离增大所呈现的衰减规律,由此换算出要达到相同应变能（一次地震）各地所需的积累时间,并将其与用古地震方法得到的一些已知断层带大震复发周期进行对比。结果表明用应力衰减图象能解释不同地区大震复发周期的显著差异     

1976年M_S7.8唐山地震断层动态破裂及近断层强地面运动特征

采用美国南加州地震委员会(SCEC)Steven Day博士提供的三维有限差分断层瞬态破裂动力学模型(3D-FDM),以1976年唐山M_S7.8地震为例,从简化的断层双侧破裂模式出发,对该地震发震断层的动态破裂过程及近断层地表运动特征进行了仿真模拟和计算.研究区域为围绕发震断层200 km×140 km×40 km(深度)的长方形块体组成,模拟计算的空间分辨率和时间分辨率分别为200 m和0.012 s,形成的空间网格节点数为1051×701×201.在DELL小型上作站上,我们实现了对源程序的移植和并行计算.同时,通过引进计算机可视化技术,对模拟数据进行了3D/4D解释分析.另外,在对源程序修改过程中,实现了对京津唐地区三维地壳速度结构的嵌入,在一定程度上增强了对地震波传播以及地面运动模拟的真实性,并讨论了地震破裂的方向性对近断层地表运动的影响.最后根据初步研究结果结合京津唐地区活动断层构造特征,对唐山M_S7.8级主震后随之而来的1976滦县M_S7.1级余震及宁河M_S6.9级余震的动态触发机制提出了新的解释.由于受主震破裂方向性作用的影响,使得主震对后续两个较大余震产生的动态应力变化的峰值在断层的走滑方向上较大,为2～3 MPa,在逆冲方向上较小,为0.1～0.2 MPa.即唐山主震的发生使得其周边的应力场有一个瞬态的应力调整,唐山主震对后续余震的发生有促发作用.     

强震活动有限元模型研究及其初步应用--以西南地区为例

在强震成组孕育与群体活动研究的基础上，本文基于有限元方法，初步建立了西南地区有限元动力学模型，并讨论了因发生地震而产生的应力变化对整个西南地区的应力调整情况。初步结果表明，许多强震均发生在应力增强区。因此，强震活动有限元模型的建立对判定未来强震危险区有一定作用。     

A hybrid absorbing boundary condition for elastic staggered‐grid modelling

We recently proposed an efficient hybrid scheme to absorb boundary reflections for acoustic wave modelling that could attain nearly perfect absorptions. This scheme uses weighted averaging of wavefields in a transition area, between the inner area and the model boundaries. In this paper we report on the extension of this scheme to 2D elastic wave modelling with displacement‐stress formulations on staggered grids using explicit finite‐difference, pseudo‐implicit finite‐difference and pseudo‐spectral methods. Numerical modelling results of elastic wave equations with hybrid absorbing boundary conditions show great improvement for modelling stability and significant absorption for boundary reflections, compared with the conventional Higdon absorbing boundary conditions, demonstrating the effectiveness of this scheme for elastic wave modelling. The modelling results also show that the hybrid scheme works well in 2D rotated staggered‐grid modelling for isotropic medium, 2D staggered‐grid modelling for vertically transversely isotropic medium and 2D rotated staggered‐grid modelling for tilted transversely isotropic medium.     

三维时间域航空电磁有理Krylov正演研究

常规的三维时间域航空电磁模拟通常采用隐式步长方法进行时间离散,需要几次矩阵分解和上百次右端源项回带,计算效率较低.为了提高正演计算效率,本文提出使用有理Krylov方法求解时间域电场扩散方程.首先使用非结构四面体网格进行空间离散,采用Nédélec矢量基函数近似四面体单元内的电场;然后基于有限元离散给出矩阵指数和矢量乘积表示的电场显式解;最后采用有理Arnoldi算法构造Krylov子空间内的正交基函数并进一步求解矩阵指数与矢量的乘积,直接得到任意时刻的电场解向量,避免步长离散过程.此外,本文还提出一种指数加权偏移参数优化方法,使得有理Arnoldi近似在瞬变衰减晚期具备更高的精度,从而降低Krylov子空间阶数并提高计算效率.通过和层状模型解析解的对比验证了有理Krylov方法的精度.针对三维异常体模型使用全局网格和局部网格剖分并和其他数值方法比较,进一步说明了有理Krylov方法的有效性.     

焉耆盆地北缘和静逆断裂-褶皱带古地震破裂方式和时间序列

古地震研究是构造地质基础研究工作之一,获得较为精细的古地震结果有利于提高对断层构造变形的样式、强度以及时间的认识。焉耆盆地是南天山东段的山间盆地,现今的构造应力场特征以挤压兼有走滑为主。盆地南北缘断裂均为全新世活动断裂,南缘开都河断裂以走滑运动为主。盆地北缘断裂向盆内扩展的新生和静逆断裂-褶皱带以逆冲运动为主,且具备发生7级以上大地震的能力。因此,对于焉耆盆地北缘和静逆断裂-褶皱带的古地震破裂方式和发生时间的研究具有重要意义。调查发现,其中的哈尔莫敦背斜南翼主逆断裂以30°左右向盆内逆冲,在河漫滩和T1阶地上形成了3排断层陡坎。在3条断层陡坎上开挖的5个探槽中,通过标志地层建立的时间序列可以确定6次古地震事件的先后关系。利用14C和光释光(OSL)测年手段获得了探槽中相关地层和坎前堆积物的沉积时代,利用逐次限定法得到了各次古地震事件的发生时间和全新世以来2ka左右的古地震复发间隔。结果显示F1断层在所有的古地震事件中都发生了破裂,F2断层只在事件E时产生了破裂,F3断层只在事件D和事件E中发生过破裂。从古地震事件上分析,事件D是一次3条断层同时破裂的事件,事件E是一次F1和F32条断层同时破裂的事件,其他事件都只在F1断层上破裂。和静逆断裂的古地震破裂同时存在必然性和不确定性。     

应力场演化与强震间相互作用的有限元模拟研究

针对川滇地区,在大量搜集前人资料和结果的基础上,建立了包括上地壳、中地壳、下地壳、上地幔等4层结构的三维有限元模型。通过反复调试,确定了其边界条件。然后计算了川滇地区背景应力场、断层蠕动产生的应力场和强震触发的应力场,以及它们的动态变化。结果表明后续地震大多发生在前面地震引发的库仑破裂应力正值区,前一地震对后续地震有一定的触发作用,强震是在较高的应力背景下成组发生的。这对判断、识别地震异常,提高地震预测水平有着很大的意义。