块体系统非连续变形数值方法──DDA及其在地壳应力分析中的应用

介绍了块体系统非连续变形分析数值方法的基本理论及特点,讨论了DDA解算大地测量资料应解决的问题根据地质构造背景建立大华北块体网络系统,利用华北GPS网3期观测资料进行地壳应力场反演,结果与原地应力测量资料和传统网平差最小二乘配置法吻合,表明DDA具备实际应用前景。最后对研究方向做了探讨。     

交叉断层的交替活动与块体运动的实验研究

通过物理模拟证明交叉断层上会交替地发生失稳事件。两条交叉的断层在活动中既相互促进 ,又相互制约 ,即一条断层既可能使另一条断层发生闭锁而积累应变 ,又可能触发其错动。每条断层的位移速率、总位移量以及失稳事件数与断层方向和主压应力轴的夹角有关。各断层段的位移有时体现为断层围限块体的平移运动 ,而有时则体现为块体的旋转运动。发生在不同部位的失稳事件影响范围不同 ,在正应力较大的断层上失稳事件影响范围大。涉及交叉断层的较大失稳事件发生前常出现前兆性小事件。交叉断层的交替活动实际上由变形场中块体的运动所控制     

青藏块体东北缘及其周围地区现今时空运动变形特征

依据非连续变形分析(DDA)方法，考虑特定块体边界不同程度的适度侵入，利用3期GPS观测资料(1991、1999、2001年)，建立了青藏块体东北缘及其周围地区的一级块体运动模型和划分较细的、反映较小区域运动变形的较理想块体运动模型。模拟得到了研究区内北西西向大断裂间一级块体的运动变化特征、研究区主应变率场的分布特征及青藏块体北边界断裂的分段非均匀时空运动特征。     

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。     

青藏块体东北缘及其周围地区现今时空运动变形科特征

依据非连续变形分析(DDA)方法,考虑特定块体边界不同程度的适度侵入,利用3期GPS观测资料(1991、1999、2001年),建立了青藏块体东北缘及其周围地区的一级块体运动模型和划分较细的、反映较小区域运动变形的较理想块体运动模型.模拟得到了研究区内北西西向大断裂间一级块体的运动变化特征、研究区主应变率场的分布特征及青藏块体北边界断裂的分段非均匀时空运动特征.     

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,利用经过穗主基准变换的华北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。     

据断层垂直形变确定华北活动块体边界

根据中国华北地区断层形变测量资料的系统处理结果和已知构造带的分布，给出了该区现今主要块体的活动边界，分别统计了不同区带断层垂直运动的平均速率，对其差异性进行了对比，并结合地震活动的空间分布进行了分析。结果表明，不同区带的断层活动差异性显著，断层测点分布条带与主要构造带或地震活动带一致时，其断层垂直运动的平均速率较高；在区块与条带相交或相邻的情况下，条带上比区块的断层平均活动速率明显偏高。     

空间大地测量测定板块运动的新进展及其与地质学成果的比较

阐述利用空间大地测量测定和研究板块运动的基本方法、研究成果及最新进展，并和地质学方法进行了比较，结果表明，用地质学方法与用大地测量方法建立的板块运动模型参数在整体上具有很好的一致性，但对某些板块而言两者相差甚大，超出了模型误差的范围，其中，所有大地测量得到的太平洋板块速率都大于地质模型，极位置经度都偏小。不同作者利用空间大地测量建立的板块运动模型参数也存在着一定的差异，这种差异与所利用的数据类型，板块及其边界划分方案、测站的数量与分布状态及测站取舍的原则有关，尤其是与测站的分布 变形（非刚性板块运动）测站的取舍有关。在研究区域性地壳运动时，采用不同的板块运动模型将会得到不同的背景场，从而会得到不同的区域运动图像，因此选择合适的背景场模型是至关重要的。     

跨断层位移测量与局部断层活动

跨断层微量位移测量,目的在于了解断层的活动方式。对一些实测资料的分析表明,断层附近的一定范围内,其跨断层点位间的相对位移,主要是断层两盘相对运动造成的,而介质应变在这一局部区域的影响可以忽略不计。因而通过测量资料分析断层的运动,一般可以把两盘作为不变形的刚体处理。同时,由于断层的活动往往表现为两侧块体沿断层面的相对滑     

青藏块体北缘跨断层测量资料宏观分析

本文在系统整理青藏块体北缘跨断层测量资料的基础上，进行了形变类型的划分，探讨了不同类型形变所反映的断层运动性能。     

青藏块体东北缘近期水平运动与变形

利用青藏块体东北缘地区13、1年GPS观测资料，给出了本区地壳水平运动速度场及视应变场分布图，提出了由位移观测值直接求解块体旋转和变形参数的方法，初步研究了本区构造块体运动与变形特征.结果表明：①本区存在整体性向东-东南方的运动(速率约mm/a)；②南部的甘肃-青海块体的运动较快，而北部的阿拉善块体的运动较慢，二者运动速率相差近6mm/a，祁连-海原断裂带左旋走滑运动显著.③自西向东存在北北东-北东东向压性运动；④阿拉善块体、甘肃-青海块体内部存在北西西向张性变形，阿拉善块体的整体张性变形更显著，鄂尔多斯块体西侧的块体交接地带为压性运动.     

川滇块体东边界主要断裂带运动特性及动力学机制研究

作为青藏高原东南缘的川滇块体,变形剧烈,地震频发.川滇块体的侧向挤出滑移造成了东边界的左旋剪切变形,不同的地震学者利用不同的方法得出了重要的定量结果.大地测量技术特别是GPS技术的快速发展,为断裂带形变场研究提供了高精度的观测数据,也给研究断裂带动态变化特征及其动力学机制提供了动态观测资料约束.因此,有必要综合利用块体运动模型、断裂带本身的构造变形定量分析及数值模拟方法,给出鲜水河—安宁河—则木河—小江断裂带的运动特征及应变积累特性的定量结果.     

用速度场得到的华北地区活动块体及变形

利用1992～2001年华北地区多次GPS测量得到的该地区144个测站的水平运动速率和它们的误差估计，研究了该地区的水平形变，确定了华北现今主要活动地块的运动、整体变形、局部变形和边界带的活动强度和方式，并据此估计了强震危险性.在研究中水平位移观测值被分解成3部分位移的叠加，即第一部分是整个华北地区跟随欧亚板块的运动，这一部分可由NUVAL-IA模型确定；第二部分是研究区内各次级构造块体的相对运动和变形，它可以由本文推广的QUAD方法所确定一组点的位移观测值确定；第三部分是次级块体内的局部变形和误差，这一部分的变形可以用块体的非均匀应变来描述.文中详细介绍了方法和结果.      

利用GPS观测结果对我国地壳水平形变强度的分析

介绍利用中国地壳运动观测网络区域网(包括基本网与基准网)1999年与2001年2期GPS观测所获得的中国大陆地壳水平位移速率结果, 研究块体的划分、 块体位移与块体变形, 提出了用位移(速率)离散度分析块体或局部水平变形强度的方法, 分析了中国大陆现今地壳运动的基本特征及2001年11月14日昆仑山口西8.1级大地震前的地壳水平运动。     

1966年以来华北地区一系列七级大震破裂过程的数值模拟

用非连续变形分析方法(DDA+FEM)数值模拟，在华北地区各地块相互制约的块体系统环境中，地块边界断层上发生1966年邢台地震、 1969年渤海地震、 1975年海城地震、 1976年唐山地震等不同类型破裂模式大震的破裂过程. 数值模拟结果给出每个大震释放的主应力场，最大剪应力变化等值线图，地震前后位移变化矢量图，发震断层滑移随时间变化以及走滑错距和应力降等震源参数. 这些结果与地震的震源机制，用地震波资料研究得到的震源参数,宏观等震线,地表观测的水平位移矢量图基本一致. 其中1969年渤海地震正交破裂模式的结果与宏观等震线及小震分布图像更接近. 1976年唐山地震复杂震源模式与该震早期余震分布图像更相符. 表明用DDA+FEM方法进行数值模拟研究，能较好地模拟地震破裂过程.     

玛尼昆仑山大震对青藏川滇块体系统稳定性影响数值模拟

用三维流变非连续变形与有限元相结合(DDA+FEM)的方法,在青藏川滇地区三维构造块体相互制约的大背景中,通过用GPS资料做位移速率边界约束和震源机制分布约束,计算得到研究区的初始位移场和应力场与该地区GPS测量结果和震源机制分布结果基本一致.表明青藏及其邻近地区由于受印度板块俯冲的强烈挤压及其内部物质东流的影响,现今位移速率场、构造应力场相当复杂.位移场从南边拉萨块体的北北东方向到其北面的羌塘、昆仑、柴达木块体的东部逐渐转为向东方向.     

跨断层水泥管试验的有限元分析

在考虑管道的材料非线性和几何非线性、管土相互作用的非线性和管道接口非线性的基础上,建立了由管体梁单元、三向土弹簧单元和接口单元组成的埋地非连续管道在断层位移作用下的有限元模型,并以美国密歇根大学Junhee等(2010)所做的跨断层水泥管试验为原型进行了模拟分析。有限元结果给出的水泥管最终变形、接口转角、接口位移与实验结果基本一致,表明本文提出的跨断层埋地非连续管道抗震计算的有限元分析方法具有一定的合理性。有限元结果和试验结果都表明,在逆冲断层作用下,水泥管的破坏主要是因为在管道接口处的轴向压力和弯矩的耦合作用,在断层附近的管道接口承受了较大的转动和压缩位移。本文所提出的分析方法可推广到埋地非连续管道在其它永久地面变形作用下的有限元分析。     

2008年汶川M_S8.0地震地表破裂变形定量分析——北川-映秀断裂地表破裂带

2008年汶川MS8.0地震在北川-映秀断裂产生了长达240km的同震地表破裂。通过详细的测量、基于测量标志与断裂变形的几何关系对数据的分析,给出了观测点的断裂同震地表变形的垂直位移、倾向水平缩短、走向滑动、断层上盘水平运动方向等参数。结果显示,断裂同震变形分布的空间变化很大,目前获得的最大水平位移位于虹口乡深溪沟,为4.98m,同时也是最大右旋走滑位移点,走滑量4.5m,而目前获得的最大垂直位移在其东北的支沟,为5.7~6.7m。NE向断裂水平位移多为1~2m,垂直位移多为3m左右,而小鱼洞-草坝分支断裂水平位移和垂直位移都更小,只有0.5~1.5m。擂鼓镇附近的数据则反映与断裂相关的巨型滑坡可能将重力变形叠加到构造变形中。由断层水平缩短和垂直位移计算的断层倾角表明,北川-映秀断裂是浅部陡倾的具有走滑分量的逆断层     

倾斜断层深部不均匀滑动的反演计算

根据倾斜断层走滑、倾滑及拉张运动产生的地表位移计算公式，利用Ｈａｒｒｉｓ和Ｓｅｇａｌｌ的反演方法，建立了倾斜断层具多个滑动分量的反演模型，编制了相应的计算机程序，实现了利用大地测量资料反演计算不同产状断层深部不同运动方向的滑动速率或滑动量。并以北京地区两条主要活动断层为例进行了计算，获得结果与北京地区区域应力场及断层应力场具有较好的一致性     

2008年5月12日汶川8.0级地震孕震机理研究

本文用三维流变非连续变形与有限元相结合(DDA+FEM)的方法,在青藏高原及邻近地区三维构造块体相互制约的大背景中,考虑了龙门山断裂带东西两侧地势、地壳厚度和分层的明显变化,及断裂带东侧四川盆地及鄂尔多斯块体坚硬地壳阻挡的影响,通过用GPS资料做位移速率边界约束和震源机制约束,计算得到研究区的速度场和应力场与该地区GPS测量结果和震源机制分布结果基本一致.