由GPS资料讨论中国大陆块体运动与应变模型的建立及检验

目前很多文献基于弹性力学假设,以小形变、均匀应变场为前提,利用GPS资料建立了中国大陆块体的整体旋转与均匀应变模型,并对模型进行了相关检验.但上述对模型的检验侧重从模型的拟合效果上进行分析和比较,忽略了对模型的适用性和假设条件合理性的检验.实际上,不同块体由于自身构造和外部条件的不同,其运动状况与应变状态并不完全一致,模型的适用性需进一步的验证.本文提出了两步检验方法对所建立的模型在中国大陆6个主要块体上进行了检验：第一步对应变参数进行显著性检验,第二步对应变均匀性进行检验,结果表明：根据所用数据精度,华南块体的刚性程度在95% 的置信水平上可以认为显著的,建立模型时不必考虑内部形变;其他块体内部形变显著,整体旋转与均匀应变模型并不能反映真实的地壳运动状态,必须考虑其形变的不均匀性.     

基于GPS速度场采用RELSM模型分析青藏块体东北缘的形变—应变特征

利用青藏块体东北缘地区1999～2001年GPS观测获得的地壳水平运动速率场,通过对该地区进行块体划分,将该地区划分为9个块体,应用块体的整体旋转线性应变模型(RELSM)估计了各个块体的旋转与应变参数,以及计算了该地区内143个GPS站点的应变参数,以此分析了该地区的应变场的基本特征,结果表明:①阿拉善块体s较稳定,其旋转角为0.630×10-8,运动速率为0.688 mm/a,②相比其他块体,共和块体旋转角最大达到了6.589×10-8 ,运动速率达到了7.296 mm/a,③应变高值区主要集中在祁连山断裂,海原断裂等,在这些地区最大剪应变率达到了7.5×10-8、面膨胀率达到了-2.5×10-8、主压应变达到了-6×10-8.     

用块体应变能预测强震位置与震级的研究

综合地质构造、岩体力学性质、应力应变状态及其演化历史等各种因素将其统归为应变能积累特征对强震活动进行研究。对利用形变空间特征变化判断强震震源区位置的方法进行了讨论并确认其可行性,提出估算块体应变能的方法。由新构造划分块体边界、地壳测深确定底面进而确定块体体积、形变测量确定年平均应变速率、地壳速度构造确定弹性常数、历史强震确定能量积累起点(起始时间),由此估算块体积累总应变能,进而依据能量估算地震震级。最后以实例论述应变能积累特点对强震位置和震级预测的良好效果以及对地震安全性评价的重要意义。     

曲线坐标系下的块体运动与应变模型研究

本文建立了顾及地球扁率和局部切标架随点变化特性的椭球坐标系下的刚体运动模型和块体运动与应变模型,以及球坐标系下顾及局部切标架随点变化特性的严密的块体运动与应变模型,分析了球坐标系下块体运动与应变模型及椭球坐标系下的块体运动与应变模型间的差异;通过计算具体讨论了地球扁率和曲线坐标系的局部切标架随点变化特性对欧拉矢量与应变张量的影响.结果表明：地球扁率对刚体欧拉矢量和应变参数的影响甚小,具体计算时可以不予考虑,但曲线坐标系的局部切标架随点变化特性对两者的影响较大,在建模过程中需要顾及,常用的Savage模型需要修正.     

巴颜喀拉块体东缘形变及九寨沟地震孕震环境数值分析

2017年8月8日四川发生九寨沟M7.0地震,是继2008年汶川M8.0地震后发生在巴颜喀拉块体东部的又一强震.现今GPS速度观测数据显示,2008年汶川地震前后的1999-2007年和2011-2016年两个时间段内巴颜喀拉块体东部地表速度场存在明显的差异.本文以实际GPS速度观测资料为约束,构建三维有限元地球动力学模型,分别计算分析了两个时段内震源区及周边现今地壳形变、弹性应变能和应力积累特征,进一步探讨汶川地震的发生对九寨沟地区变形及应力的影响.数值模拟结果显示,汶川地震之后（2011-2016年）巴颜喀拉块体东部的地壳形变、弹性应变能积累及应力积累速率均明显大于震前,增加量值达1.5~3倍;九寨沟地震发震断裂上库仑应力增长率在1999-2007年约为0.7 kPa·a^-1,2011-2016年间增至1.2 kPa·a^-1.上述结果表明,现今巴颜喀拉块体东部地壳应力积累过程有利于左旋走滑型九寨沟地震的发生,汶川地震的发生调整了区域应力状态,加速了九寨沟地震的孕育过程.

     

武都分量钻孔应变在汶川MS8.0级地震前的异常变化分析

通过对武都应变台多年应变资料的处理分析后发现,在汶川8.0级地震发生前,武都台应变有显著的前兆异常变化,它与昆仑山口西8.1级地震前出现的异常有很高的相似度.昆仑山口西地震和汶川地震前都有“α-β-γ”形变阶段,在不同的前兆异常阶段,异常形态有明显的差异,而且各具特点.尤其在β1阶段,EW道、面应变、差应变的异常变化（中期异常）都出现在震前2-3年,持续时间约1年多,而且异常都非常显著.本文详细分析了武都台应变在各个阶段的前兆异常变化特征,并就其原因进行了初步分析.     

基于重力观测的巴颜喀拉块体强震震级模拟分析

以内蒙古乌加河地震台的连续重力观测资料为基础,应用PET重力仪采样率较高的特点,分析了PET相对重力仪与JCZ-1甚宽带地震仪的波形相关关系及同震形变物理特征。通过模拟分析乌加河地震台PET相对重力仪记录到巴颜喀拉块体周围发生的6次7级以上强地震的同震P波、S波及面波与震中距离、震级的相关关系,得出一般震级模型、地应力波模型和S波P波幅度比模型公式。通过计算3种震级模型理论震级与实际震级的误差及相关系数R值,得到理论震级与实测震级标准误差达到0.04,R值达到0.99,验证了模型的可靠性。对比分析理论震级与实际震级的误差与R值,揭示同震形变波形蕴含地球动力特征的物理机制。      

基于B/S的钻孔应变数据可视化分析平台

随着四分量钻孔应变观测数据的积累和观测可靠性的提升,提高钻孔应变观测数据的处理分析和可视效率是当前钻孔应变观测研究的重要任务。钻孔应变观测数据在超宽频带内具有高分辨率,使得钻孔应变观测对地震和地震预报研究具有重要意义。利用正应力花瓣图表示法来显示地应力的变化,不仅有助于定性分析台站所处地点的相对地应力变化,也可以定量读取在某时刻任一方向上观测到的正应力。本文通过这种方法与数据可视化技术结合,以图表数据结合地图展示作为平台主体,搭建了基于B/S体系结构的四分量钻孔应变数据可视化分析平台。该平台可以直观展示钻孔应变仪记录的地应力时空变化,实现钻孔应变数据的可视化分析与多用户共享访问。     

GPS应变率场解算方法的对比分析及其可靠性研究

利用GPS速度场资料进行应变率场计算存在多种不同的计算方法,虽然理论上速度场与应变率为简单的偏导关系,但由于GPS观测为点测量方式,如何构建逼近真实的速度场进而计算可靠的应变率场就有其复杂的一面,因此实际计算中不同研究者即使利用相同的数据也很难得到相同的结果,究竟如何评价不同计算方法的可靠性和适用性就显得尤为重要.     

利用最小二乘配置在球面上整体解算GPS应变场的方法及应用

通过对位移与应变微分公式的分析,给出了球坐标系下应用最小二乘配置法由GPS数据整体解算应变场的方法.首先,对模拟数据的理论应变场与采用全部采样数据和随机抽取50%限定采样数据的应变场结果的对比分析,初步验证了最小二乘配置球面整体解应变场方法的有效性.然后,利用1999~2001和2001~2004两期中国大陆区域网GPS速度场数据给出了基于最小二乘配置球面解获得的应变率场结果,概要分析了此期间中国大陆应变率场的动态变化.最后,讨论了最小二乘配置在球面上计算应变场需要注意的问题和建议.     

基于GPS的云南地区活动地块现今运动及应变特征分析

利用GAMIT/GLOBK软件,对云南境内以及川滇交界区域2009年、2011年、2013年3期陆态网络区域网联测数据进行处理,得到欧亚框架下的测站运动速度场。将云南地区划分为4个活动地块及7个次级构造单元,以GPS速度场为约束,建立块体的整体旋转与均匀应变模型(REHSM),采用最小二乘法,得到华南、滇东、滇中、川滇菱块南段、印支、保山及腾冲地块的运动速度。对活动块体运动进行分析,认为云南地块运动方向由SSE向逐渐至SSW向变化,具有顺时针旋转特征,运动幅度由西向东、由北向南逐渐减弱,菱形块体外各块体运动速度大幅衰减。从应变率参数结果看,华南地块、滇东块体主要受SE向压应力场控制,到滇中地块转为SE—SSE向,滇西北地区应力场方向为SSE向,滇西南印支地块为NNW向,滇西南腾冲—保山地块主要受NE—NNE向应力场控制。     

四分量钻孔应变仪计算式梳理及震例应用

从四分量钻孔应变仪基本原理式的分析出发,可知首先得到的物理量是岩石面应变和切应变及主应变的方位角,然后得到的最大、最小主应变是间接结果,建议多使用面应变和切应变的表示方法。由此说明当下需要重视灵敏系数A、B的实用化研究。据此思路,以云南省昭通地区2012年彝良M 5.7地震和2014年鲁甸M 6.5地震为例,对2次震中附近几台四分量钻孔应变仪记录的观测数据进行计算,初步分析表明,基于面应变和切应变的视角进行分析,其效果多优于以元件为单位的分析,可直接得到面应变和切应变异常及特征;2个面应变测量数据间的相关系数曲线,有时会在震前数天和震时出现异常变化,此新线索值得关注。     

基于弹性参数加权统计的地震岩相预测方法

岩相信息能够反映储层岩性及流体特征,在地震储层预测中具有重要作用.常规方法主要利用与岩相信息关系密切的弹性参数定性或定量地转化为岩相信息.在实际应用中,弹性参数的获取主要基于叠前地震反演技术.而不同弹性参数的叠前地震反演精度间存在着差异,势必影响岩相的整体预测精度.本文提出对弹性参数进行加权统计来预测岩相.首先,基于贝叶斯理论,引入权重系数来调节弹性参数信息的采用量,构建出最终的目标反演函数;其次,考虑到勘探初期缺少明确的测井岩相信息,提出利用高斯混合分布函数来自动估算岩相先验概率;最后,根据输入弹性参数的取值,计算每类岩相对应的后验概率密度,将目标反演函数取最大后验概率密度时对应的岩相类别作为最终预测的岩相.新方法旨在减少弹性参数精度间的精度差异对岩相预测结果的影响,以期提高地震岩相的预测精度.模型与实际资料测试均表明该方法可行、有效且预测精度较高.

     

基于数字岩心动态应力应变模拟的非均匀孔隙介质波致流固相对运动刻画

地震波传播激发的不同尺度的流固相对运动（宏观、中观和微观）是许多沉积岩地层中地震波频散和衰减的主要原因,然而野外观测和试验测量都难以对非均匀多孔介质孔隙压力弛豫物理过程进行精细刻画.通过数字岩石物理技术,本文建立了三个典型的数字岩心分别用于表征孔隙结构、岩石骨架和斑状饱和流体引起的非均质性,利用动态应力应变模拟技术计算数字岩心的位移和孔隙流体增量图像.通过分析和比较三个数字岩心的位移和孔隙压力增量图像,细致刻画了发生于非均匀含流体多孔介质内的宏观、中观和微观尺度的流固相对运动：1）宏观尺度的波致孔隙流体流动导致波长尺度上数字岩心不同区域的孔隙压力和位移差异;2）中观尺度的流体流动发生在软层与硬层之间、气层与液层之间;3）微观尺度的流体流动发生在孔隙内部或相邻孔隙之间.数值模拟试验也证明基于数字岩心的动态应力应变模拟技术可以从微观尺度上更好的理解波致孔隙流体流动发生的物理机理,从而为建立岩石骨架、孔隙流体、孔隙结构非均质性和弹性波频散-衰减特征的映射关系奠定基础.

     

仪器标定格值变化对钻孔应变观测数据的影响

以巴南地震台钻孔应变某一时段观测资料异常变化为例,指出观测仪器元件标定格值是影响钻孔应变观测数据的重要参数,与固体潮汐幅度成反比例关系,且格值变化也可能是改变钻孔应变趋势形态的一种因素。文中分析格值与应变观测数据之间的物理机制,校正恢复异常时段观测曲线,为钻孔应变异常干扰识别工作提供参考。     

利用GPS数据探讨鄂尔多斯地块西南缘地壳动态演化特征

利用GPS大地测量数据,借助最小二乘配置方法构建位移与应变间的偏导关系,探讨了鄂尔多斯地块西南缘地震空区近10年尺度地壳运动速度场、应变场的动态演化特征,分析了研究区域较少发生地震的成因。结果表明：地壳物质流在阿拉善地块、鄂尔多斯地块与西秦岭构造区的复杂地质构造交汇处,地壳内部物质流加速东移,板块间应力积累特征不显著;六盘山断裂、陇县—宝鸡断裂带以西,显示了EW向或NE向的压应变,而沿断裂走向则以拉应变为主,表明西侧地壳物质沿鄂尔多斯地块西南缘东迁顺时针旋转的运动状态;在岐山至扶风一带,出现了面膨胀的特征,释放了地壳内部的压应力,但构造内部运动并无闭锁现象出现,这可能降低了研究区域地震孕育与发生的风险。     

气压对徐州地区三套体应变仪不同影响原因的分析

通过对徐州地区现有的3台体应变仪不同程度受到气压影响的资料进行对比分析,发现其中2个台的体应变资料受气压影响大,分析出现这种情况的主要原因可能是仪器探头与钻孔耦合得不好造成的。为了减少气压对观测资料的干扰,就需要在仪器下井时做好仪器耦合的基础工作,否则仪器产出的数据将会影响观测资料的使用,受气压严重干扰的资料甚至会误导我们对地震前兆异常的分析和判定。     

Spatial-temporal evaluation of different reference evapotranspiration methods based on the climate forecast system reanalysis data

Evapotranspiration is a major component of the interaction between land-surface processes and the atmosphere. Climate Forecast System Reanalysis (CFSR) data offer a promising database for overcoming the limitations in availability and reliability of climatological data and, hence, for understanding the evapotranspiration process. Using these data on grid-by-grid daily, seasonal and yearly scales, the present study attempts to advance the spatio-temporal evaluation of two radiation-based and three temperature-based methods for estimating potential evapotranspiration (PET) against estimates of grass reference evapotranspiration (ETo) by FAO Penman–Monteith method (FAO-PM). The analysis was performed for the period 1979–2013, considering the second largest (79 000 km²) river system in Ethiopia, that is, Omo-Gibe basin, which accommodates national parks and vast hydropower, cultivation and afforestation developments and discharges its flow to Lake Turkana in Kenya. Despite the large regional variations in climate and elevation, the results in overall emphasize the outperformance of the simple temperature method, viz. Hargreaves–Samani method, in capturing both the annual and seasonal FAO-PM estimates. Calibration of the Hargreaves–Samani equation is, however, a requisite for spectacular improvement of its performance. Accordingly, new coefficients of the equation are proposed. The annual trends in the basin's ETo increased with rising temperature and decreasing relative humidity, wind speed, and solar radiation, but with decreasing (increasing) rainfall in the upper region (the middle and lower regions). It is deduced that trends in simple methods do not necessarily reflect the true trends in ETo. Annual ETo decreases with increasing elevation and annual rainfall. The present findings are discussed in the context of a worldwide literature, thereby improving the understanding of the best performing PET methods in similar data-scarce national or transboundary rivers basin in Ethiopia, the region or worldwide. The wider implications regarding water loss from reservoirs and the rain-fed food and sugar production in the basin under study are also highlighted.     

2001～2004年陕西关中地区地壳运动及应变分析

根据2001-2004年陕西省地震局GPS测站的观测资料，做出了陕西关中地区地壳运动速率和地壳水平应变场，结果表明：①相对于稳定的欧亚板块，陕西关中东西部在不同期次地壳运动差异明显；②该区最大剪应变与面应变高值区主要分布在关中地区中部的铜川-三原-西安-咸阳一带、华县以及宝鸡一眉县附近，应变梯度较大，并且主要受面收缩影响，地震危险性相对较高。