利用非连续变形数值方法研究块体运动及其应力场初探

依据非连续变形数值分析方法 (DDA法 )的基本理论 ,提出利用地壳形变观测资料解算块体运动及其应力场的“位移载荷法”,给出了相应的计算公式。根据断裂分布格局建立华北不连续块体模型 ,利用经过重心基准变换的华北 GPS网观测资料计算了块体的运动方向 ,结果与观测资料比较吻合 ,块体视应力场的计算结果反映了本区的应力场状况。初步研究表明 ,DDA是一种值得进一步深入研究的新方法。最后对存在的问题和应用前景作了阐述。     

非连续变形正分析中的块体相互侵入问题研究

依据非连续变形正分析方法的基本理论，提出了一种考虑多块体运动系统中特定块体边界允许适量侵入的方法－－子矩阵高速法，并给出了相应的调整公式。以青藏块体东北缘及其周围地区为例，考虑特定块体边界不同程度的侵入，模拟得到：（1）考虑侵入后，的确使模拟的结果得到明显改善；（2）用子矩阵调整法考虑特定块体边界适度侵入是切实可行的。     

中国大陆及其周边块体的现时运动、变形及其动力学解释

运用块体不连续变形分析方法 ,对利用GPS测量数据解算中国大陆及其周边块体的位移进行分析。结果显示 ,除块体 2、10、13为近东西方向的运动 ,块体 15为近北东向的运动外 ,其余块体均朝南东或南东东方向运动。同时 ,各块体还以各自的角速度绕其重心旋转。整个研究区在南北方向是压缩的 ,所得的最大主应力方向与利用震源机制解与原地应力测量的结果总的来说大体一致。最后 ,对产生中国大陆及周边块体运动与变形的动力源进行了讨论     

对青藏东北缘现今块体划分、运动及变形的初步研究

利用2维非连续变形分析方法（DDA），以位移代替围压作为边界约束力，研究青藏东北缘现今块体划分及其运动变形。根据该地区地质构造及地震活动，以GPS点测量位移作为模拟结果约束点，得出了较合理的块体划分模型和随时间演化的主应变分布图，并把应变高值区与近几年来发生的5级以上地震作对比，得出了研究区内地震危险性可能较大的区域。另外，对模拟的甘青块体与阿拉善块体的边缘带断裂左旋运动做了大概计算。     

球面上的块体系统非连续变形反分析法

根据球坐标系下弹性力学的几何方程，推导出球面上块体的位移方程。在球面块体边界均由大圆弧段构成的假设下，导出了块体间距离的计算公式，给出了排除块体间相互入侵和保持合理接触的运动学约束条件及其惩罚函数形式。按最小二乘原理，建立了球面坐标系下的法方程组及其系数矩阵的具体形式。最后，对入侵判定进行了讨论并提出了解决方法。     

青藏高原东北缘断层活动变形的模拟研究

分析和讨论了位错理论模型的发展历史和应用领域，采用走滑和倾滑位错理论模型对青藏高原东北缘的多组断层活动产生的三维形变场进行了数值模拟研究，并将数值模拟结果与该地区1999～2001年间的GPS观测结果进行了对比分析。得出了甘青块体顺时针转动等一些较重要的结论和认识。     

伽师地区强震群前后地壳运动变形的数值模拟

运用 DDA( Discontinuous Deformation Analysis)方法 ,用 GPS测量资料模拟了伽师强震群前后的地壳运动及变形的演化过程。模拟结果表明 :1994～ 1998年整个研究区域以南北向压应变增大为主 ,帕米尔东北侧和南天山的应变率较大。伽师及邻近区域有明显的南北向挤压为主的应力集中。若强制应力集中块体沿最大剪应力方向 ( NEE向 )破裂 ,在伽师地区会出现显著的应力降。相对喀什的速率场表明 :帕米尔与南天山有较大的南北向相对挤压运动 ,由于帕米尔向北运动的带动使塔里木块体有微弱的右旋运动。破裂后托特拱孜断裂和柯坪断裂出现相对左旋运动 ,能量有沿着断裂向北东东方向传递的趋势。     

断层蠕滑作用下活动断裂带地应力分布研究

采用非连续变形分析(DDA)方法研究断层蠕滑过程中嘉黎活动断裂带区域应力分布的变化规律。结果表明,断层蠕滑会导致岩体中应力明显增长,随着深度的增加应力有相近的变化趋势;断层破碎带中的应力普遍低于两侧岩体中的应力;断层蠕滑会使岩体内发育大量裂隙,造成破碎岩体中应力分布不连续;断层破碎带及其两侧岩体中出现应力集中的区域在不同深度下的分布有一定的相似性。     

断层带土壤氢气浓度测量及其影响因素

利用ATG-300H型便携式测氢仪,分别在昌平地区、海原断裂带、北轮台断裂开展土壤氢气浓度测量。基于气体扩散方程,从采样器类型、测孔深度、土壤特性、断层作用等方面探讨氢气浓度测量的影响因素与机理。结果显示：1）土壤氢气浓度值受测孔闲置时间、测孔深度和采样器形状的影响较大;2）氢气浓度测值与气体扩散方程的理论解曲线吻合较好,其曲线形态主要与土壤中氢气的富集程度和土壤疏松程度密切相关;3）断层带上的氢气浓度受构造作用、断层滑动速率、断层闭锁程度、上下盘裂隙发育程度、裂隙开启或闭合状态等因素影响较大,这些因素主要影响深部氢气的向上迁移通道和在地表的富集程度。     

断层及邻区视错动变形系统分析模型

基于跨断层及邻区地壳形变资料,结合板内断层震间、同震错动变形活动、多断层错动变形活动实际,构建从单一断层震间整体视错动变形分析模型、沿断层视错动变形空间分布分析模型、同震视错动变形整体与空间分布分析模型,到多条平行断层视错动变形整体分析和沿断层视错动变形空间分布分析等系统性分析模型。实例表明,该系统分析模型可从不同角度全面揭示震间断层及邻区视错动变形活动的整体与细部特征、变形活动状态或阶段、多断层系统彼此间的关联性活动以及同震及震后调整视错动变形等。     

汶川地震前后川滇块体应变与断裂变形特征研究

利用1999—2007和2007—2009年GPS资料,采用块体变形模型和GPS速度剖面研究了川滇地区的分阶段变形特征,结果显示川西北-滇中-滇西南块体主压应变率方向由北向南呈顺时针方向旋转;安宁河断裂、则木河断裂存在剪切应变积累,小江断裂南段以走滑为主、北段以应变积累为主;汶川地震对丽江-小金河断裂中南段、安宁河断裂和金沙江断裂有一定影响,对则木河断裂、小江断裂和红河断裂的影响较小。     

青藏活动地块区运动与变形特征的数值模拟

利用二维有限元模型,以GPS测量的构造运动为约束条件,探讨了青藏活动地块在弹性应变积累过程中的运动与变形状态。模拟结果表明,青藏活动地块区在整体运动过程中,内部变形以大范围的分布为特征,其内部的应变分布和弹性应变能积累速率表明了Ⅱ级活动地块与活动边界带的显著变形差别：活动地块内部的应变和弹性应变能积累速率相对较小且分布较均匀;活动边界带上变形相对集中,应变和弹性应变能积累速率相对较高,并呈非均匀分布。这反映了青藏地块区内所含的各Ⅱ级活动地块的运动变形的整体性特征及彼此间的差异性特征,也揭示了活动地块构造通过边界带变形等方式对大陆强震的控制作用。     

华南块体的现今构造运动与内部形变

运用华南块体及周围地区最新的GPS观测结果,研究了华南块体的现今构造运动。华南块体无论是相对于欧亚板块或相对于西伯利亚块体都存在逆时针方向的旋转。由GPS观测结果得到的华南块体相对于西伯利亚块体的现今旋转运动与由地质学和地球物理学方法得到的自晚新生代以来华南块体相对于西伯利亚的旋转运动相比,运动速率相同,但运动方向顺时针旋转了20.7°。     

从江汉洞庭盆地新生代以来的构造变形探讨华南地块与周缘板块的相互关系

利用构造分析结果、震源机制解和现场应力测量资料 ,获得江汉洞庭盆地及邻区新生代 4个时段构造应力场主应力的优势分布。在此基础上 ,综合分析了华南地块在不同变形阶段的应力场体系和运动史 ,并对地块与周缘板块运动的相互作用进行了讨论。     

参考框架的一致性及其对形变分析的影响

分析了形变监测中坐标框架的不一致性对形变分析的影响 ;讨论了借助于全球站在统一的 WGS84或 ITRF坐标框架下的已知坐标将不同历元的观测结果归算到全球框架下作位移场分析时可能存在的实际参考框架的不一致性问题。并按目前的精度水平定量估计了这种不一致的大小以及对位移场的影响。最后对区域形变分析时坐标框架的处理问题提出了若干看法。     

青藏高原地区构造变形模拟分析

利用陆态网络2009-2011年GPS站点相对于欧亚大陆的速度场数据,借助二维有限元方法,并考虑研究区域内地质构造上的二级地块和活动断裂,对青藏高原地区的速度场、应变率场进行了模拟,分析了青藏高原地区的形变特征.