辽河盆地新生代多期构造热演化模拟

针对辽河盆地新生代拉张多期性的特点,提出一种适用于多期拉张盆地构造热演化模拟的纯剪切模型．该模型考虑了多期拉张的继承性、横向不均匀性以及拉张速率的可变性。通过几种拉张速率模式的对比,指出拉张速率模式的选择对模拟年轻盆地热演化过程具有重要意义．最后,利用该模型模拟研究了辽河盆地新生代的构造热演化历史．     

辽河盆地新生代多期构造热演化模拟

针对辽河盆地新生代拉张多期性的特点,提出一种适用于多期拉张盆地构造热演化模拟的纯剪切模型．该模型考虑了多期拉张的继承性、横向不均匀性以及拉张速率的可变性。通过几种拉张速率模式的对比,指出拉张速率模式的选择对模拟年轻盆地热演化过程具有重要意义．最后,利用该模型模拟研究了辽河盆地新生代的构造热演化历史．     

喜马拉雅西构造结及邻区岩石圈演化三维有限元数值模拟

用数值模拟的方法探讨了自10 Ma以来喜马拉雅弧形造山带的西构造结及邻区岩石圈的形变和位移变化特征,并采用不同的流变参数和流变结构模拟了前2 Ma内的形变和应力场的演化过程,通过对不同黏性系数、本构关系和初始地壳厚度的改变在演化过程中所起的作用研究表明：（1）采用黏弹性模型时,西构造结区黏性参数的选取对西构造结及邻区隆升高度和隆升范围有重要影响,计算结果给出西构造结区地壳黏性系数应小于1023Pa·s;（2）相对刚性的塔里木盆地采用弹性结构时,对整个西构造结区域的应力和应变场均能引致明显变化;（3）力学性质稳定块体的存在并没有使应力场的传播出现明显的解耦现象.     

铲式断层形成演化的动力学机制及其数值模拟

从递进变形的观点出发，对铲式断层形成的动力学机制提出了一个新的见解，认为铲式断层是由于先存断层在变形演化过程中发生了旋转变形的结果，并用动态有限元数值模拟方法形象地再现了高角度断层逐渐演变为铲式断层的过程     

超高层建筑风致振动的现场实测与数值模拟

通过采用现场实测和数值模拟方法,对某超高层建筑的风致振动特性进行研究。在建筑物顶部布置结构振动监测系统,对常态风和台风作用下的结构振动响应进行测量,分析加速度、位移幅值和结构的自振特性。以实测动力特性为基础,建立超高层建筑的等效气动弹性模型,采用平均风剖面入口,联合ANSYS和CFX对风场与建筑物的流固耦合振动进行数值模拟,得到不同顶部风速下,建筑物不同高度处的位移时程、气动力系数时程及频谱分析、尾流旋涡脱落模式。将数值模拟结果与现有的实测结果进行对比分析,表明该方法模拟流固耦合振动是可行的,并可为实际超高层建筑的抗风设计和舒适性计算提供技术依据。     

不同掘进工艺煤与瓦斯流固耦合数值模拟研究

井下瓦斯事故严重威胁着煤矿的安全,研究煤与瓦斯耦合作用规律并采取相应措施可以有效地防止事故发生。考虑瓦斯气体的可压缩性和吸附、解吸特性,假设瓦斯气体在煤体孔隙中的流动遵循D arcy定律,建立了考虑爆破因素的煤与瓦斯流固耦合数学模型,并利用com so l对其求解。结果表明：炮掘对煤体的破坏能力大于机掘;炮掘工艺下,爆破应力对煤体应力、位移的作用大于应力耦合的作用,机掘工艺应该考虑应力耦合的作用;煤层瓦斯压力随着煤壁暴露时间的增加而发生改变,整个巷道附近的瓦斯压力有降低的趋势,呈现漏斗状分布;煤层上表面煤体竖向位移边界呈以巷道顶端为中心的＂O＂型分布,且以＂O＂型中心处的位移值最大。     

有限元等数值模拟方法在我国岩石圈构造研究中的应用与发展

本文综述了二十年来数值模拟方法在我国岩石圈构造研究中的应用与发展状况,主要涉及造山带数值模拟、俯冲带数值模拟、盆地数值模拟、上地幔小尺度对流数值模拟等几方面内容．为了研究中国大陆及其相邻地区的岩石圈三维结构．已经取得许多区域性地质调查和地球物理、地球化学等探测资料．同时以这些探测资料为基础,国内外科学家做了许多以该地区岩石圈构造与演化为研究目的数值模拟工作．可以看出,数值模拟是岩石圈构造与演化研究的有力工具．并已经取得了卓著的成就．这些成果为继续进行岩石圈构造的研究奠定了基础．     

日本海盆地弧后扩张期间构造-热演化数值模拟研究

日本海弧后系统几乎保留了完整的大陆-海洋弧后系统, 这为研究完整的大陆-海洋弧后系统提供了一个难得的机会.本文基于拉张模型, 对日本海盆地的5条OBS(ocean bottom seismographs)剖面进行构造-热演化模拟研究, 揭示盆地不同地区拉张强度及热演化的时空差异性.研究结果表明: 日本海弧后扩张时期总的拉张系数介于1.71~3.59, 其中北部的日本盆地拉张系数较大, 而东南部的大和盆地拉张系数相对较小.盆地基底热流只经历过一次热流高峰, 且达到峰值的时期有所不同.盆地东南部达到热流峰值(101~118 mW·m^-2)时期较早(约18.2~17.6Ma), 盆地北部达到热流峰值(123~137 mW·m^-2)的时期较晚(约13.8~12.5Ma).日本海弧后扩张可能是由于俯冲板块脱水导致其上覆岩石圈处于湿而热的状态, 使其强度明显弱于周围岩石圈进而促使弧后扩张的开始.太平洋板块与菲律宾海板块两者共同作用可能是造成日本海晚渐新世以来南北演化差异的动力学机制.

     

基于断层倾角分段变化的玛多地震发震断层构造应力场演化数值模拟分析

2021年M_S7.4玛多地震是发生在青藏高原巴颜喀拉块体内部的一次左旋走滑型地震,地表沿发震断层——江错断裂形成了150 km长的破裂带和分叉现象.本研究基于玛多地震主震及余震的三维空间分布特征,依据断层走向与倾角的分段变化构建了江错断层的三维精细模型,并顾及GNSS速度场、采用黏弹性本构关系、依据库仑破裂准则,利用ANSYS有限元计算并分析了江错断层面上的应力演化过程.结果表明：江错断层面西段末端浅部区域(＜10 km)、中段深部区域(＞10 km)以及东段末端区域的库仑破裂应力积累速率和等效应力要显著大于其他区域,与玛多地震主震及余震序列存在较好的空间对应关系,意味着高水平的应力积累是诱发玛多主震及余震发育的主要原因.同时,地表沿江错断层分布的高应力区与玛多地震地表破裂带位置基本一致,表明玛多地震对地表高应力区产生的扰动是导致地表破裂的原因.而在震源深度(17 km)水平面内,江错断层东段末端应力集中区的空间范围远大于该处已发余震的分布范围,暗示玛多地震序列并不会使得江错断裂东段积累的构造应力全部释放;结合模拟揭示的江错断裂断层面上应力扩展趋势,推测巴颜喀拉块体东南区域可能是未来发震的高风险区.

     

喜马拉雅东构造结周边地区主要断裂现今运动特征与数值模拟研究

本研究通过对东构造结及其周边地区主要断裂进行野外考察,通过GPS观测数据和地质、地球物理资料的综合分析,建立三维有限元模型;运用数值模拟方法对东构造结周边地区主要断裂现今运动特征进行模拟研究,取得一些初步的认识:(1)东构造结北侧和东侧地块总体上围绕构造结发生顺时针旋转,右旋走滑的东南边界断裂不是嘉黎断裂,可能是阿帕龙断裂;(2)野外考察资料、GPS观测及数值模拟结果研究表明,嘉黎断裂不是整体右旋走滑断层,西北段和东构造结顶端附近为右旋挤压性质,东南段运动性质发生了转变,由右旋走滑运动转变为左旋走滑运动;(3)数值模拟结果表明,嘉黎断裂与实皆断裂可能是不相连的,至少不是简单连通的,阿帕龙断裂与实皆断裂可能是相连的;(4)东构造结目前依然起着一定的作用,它与阿萨姆角共同影响着现今区域构造变形,许多断裂活动转换和重要构造事件都发生在它们之间或很近的区域.     

南海西南海盆构造演化的热模拟研究

南海西南海盆的张裂和海底扩张是白垩纪末至中始新世南海形成过程中最重要的构造事件.本文采用三维有限单元法对该区的热演化过程进行了模拟计算.通过对变形、温度结构的计算,研究了西南海盆张裂变形、海底扩张持续时间、地幔物质上升、地壳岩墙沿扩张中心的挤入扩张活力、岩浆活动等.计算结果表明：由于其深部动力学条件不足,海盆一次扩张持续时间在10～15Ma之间,其后地幔物质的上升活动逐渐停止,地壳失去扩张动力,使得扩张中心成为残留扩张中心的死亡裂谷,而未构成中脊或中隆带.虽然该处地幔物质上升的潜力不足,但伴随局部的断裂,尤其是盆、缘边界的拆离拉张,仍能产生相当强烈的岩浆喷溢活动,导致此区海盆成型之后的海山崛起.     

Mesozoic basin evolution and tectonic mechanism in Yanshan, China

The Mesozoic basins in Yanshan, China underwent several important tectonic transformations, including changes from a pre-Late Triassic marginal cratonic basin to a Late Triassic-Late Jurassic flexural basin and then to a late Late Jurassic-Early Cretaceous rift basin. In response to two violent intraplate deformation at Late Triassic and Late Jurassic, coarse fluvial depositional systems in Xingshikou and Tuchengzi Formations were deposited in front of thrust belts. Controlled by transform and extension faulting, fan deltas and lacustrine systems were deposited in Early Cretaceous basins. The composition of clastic debris in Late Triassic and Late Jurassic flexural basins respectively represents unroofing processes from Proterozoic to Archean and from early deposited, overlying pyroclastic rocks to basement rocks in provenance areas. Restored protobasins were gradually migrated toward nearly NEE to EW-trending from Early Jurassic to early Late Jurassic. The Early Cretaceous basins with a NNE-trending crossed over early-formed basins. The Early-Late Jurassic and Early Cretaceous basins were respectively controlled by different tectonic mechanisms.     

青藏高原现代地壳运动与活动断裂带关系的模拟实验

本文以GPS观测、大地热流测量、较高精度地形数据、全球板块相对运动的REVEL模型为基础,建立了以青藏高原现代构造活动为主要研究对象的东亚地区构造形变场有限元模型.数值模拟结果显示,青藏高原内部和周边地区走滑断裂带的活动对东亚地区地壳运动速率和方向有较大的影响,特别是对青藏高原物质向东南方向运动有显著影响;不同构造块体岩石圈强度的差异直接影响了川滇菱形地块边界断层错动性质.在考虑青藏高原地形附加重力作用和周边板块汇聚作用对现今大型断裂带运动特征控制作用的同时,岩石圈之下的橄榄岩软流圈至转换带物质对流对岩石圈的拖曳力也是必须考虑的底部边界条件.     

南黄海北部盆地中、新生代构造热演化史模拟研究

盆地深部地球动力学过程控制和影响着浅部的构造热演化过程,针对南黄海北部中、新生界断陷盆地,将地球动力学模拟技术与传统古温标法相结合,对研究区中、新生代伸展断陷期演化以来的构造热演化史进行了研究.对基于改进McKenzie模型的数值模拟的原理、方法和过程进行了探讨,包括理论与计算构造沉降趋势拟合、伸展系数计算与误差校正、模拟参数定义及一维模拟结果的三维初步应用等方面.研究表明,南黄海北部盆地中生代以来伴随裂陷拉张过程其古热流整体呈现升高趋势,至晚白垩世末到古新世期间最高可达80 mW·m^-2,古地温梯度最高可达49 ℃/km,部分单井构造沉降史模拟结果显示多期拉张特征,裂后期热流持续降低,至渐新世末到中新世热流约为65 mW·m^-2,与现今热流值相当.利用一维数值模拟获取的相应参数及热史恢复结果,对盆地的古地温场进行了三维模拟恢复,取得了较好的应用效果,研究方法和成果对于盆地构造演化、油气资源评价及成藏模拟等均有重要意义.

     

台湾地震对华南及华东地区应力场影响的数值模拟研究

利用有限元方法, 研究了台湾地震发生所产生的应力变化对华东南地区应力场调整的影响, 给出了这些地区地震发生后所产生的扰动应力场分布特征, 解释了台湾地震活动与大陆地震活动同步的问题。 研究结果认为, 台湾东部地震带地震发生所产生的应力扰动主要影响福建至广东和广西沿海地区的应力场; 如果地震发生在台湾东南角, 其扰动应力会影响到华东沿海地区; 台湾北部地震带地震发生所产生的扰动应力场除影响福建至广东沿海外, 还会影响到华东沿海地区。     

九嶷山及邻区地壳结构噪声成像及其对华南地区的构造演化启示

目前研究一般认为华南块体是由扬子块体和华夏块体在新元古代拼合形成,并同时形成位于扬子块体东南边缘的江南造山带.但是由于华南地区构造历史复杂,对于扬子块体与华夏块体的分界及构造属性仍存在较大争议.为了研究华南块体的地下速度结构及构造属性,我们利用块体交界处的九嶷山及其附近的流动和固定台网的地震波数据,采用地震背景噪声互相关方法反演研究区域2~40 s瑞利波群速度和相速度分布,并进一步得出了该区域地壳的精细三维S波速度结构.反演成像结果显示,扬子块体与华夏块体的地壳及上地幔的结构特征差异显著.10~20 km的S波速度分布图显示呈线性的、连续分布低速异常,可能为扬子块体与华夏块体的具体分界位置.结合华南地区地球化学研究结果和构造历史,该低速异常可能代表了来自上地壳的变质沉积岩,即沉积岩受到上地幔物质上涌或底侵作用的加热变质形成.成像结果对了解华南地区的构造演化历史提供了地震学约束.

     

台湾海峡及其邻区现今构造应力场数值模拟

本文将台湾海峡及其邻区划分为多个具有不同弹性参数的等厚区块,并利用基于弹性理论的有限元数值模型,以GPS观测速度和由震源机制解(FMS)得到的主应力轴方向为约束条件,计算了该研究区的现今构造应力场.结果表明:(1)最大主应力轴在台湾海峡中部和台湾岛弧中部大致为NW-SE向,在东北部呈顺时针旋转,而在南部呈逆时针旋转;(2)研究区水平位移场大致以23°N为界,南强北弱,且在北部呈顺时针旋转,南部呈逆时针旋转;(3)东沙-澎湖-北港隆起因强度大于周边盆地区而成为"阻挡带",导致在其南北出现两个反向的构造逃逸区,并且隆起东南区形变特别强烈,而其西北区则相对较弱.     

台湾海峡及其邻区现今构造应力场数值模拟

本文将台湾海峡及其邻区划分为多个具有不同弹性参数的等厚区块,并利用基于弹性理论的有限元数值模型,以GPS观测速度和由震源机制解(FMS)得到的主应力轴方向为约束条件,计算了该研究区的现今构造应力场.结果表明:(1)最大主应力轴在台湾海峡中部和台湾岛弧中部大致为NW-SE向,在东北部呈顺时针旋转,而在南部呈逆时针旋转;(2)研究区水平位移场大致以23°N为界,南强北弱,且在北部呈顺时针旋转,南部呈逆时针旋转;(3)东沙-澎湖-北港隆起因强度大于周边盆地区而成为"阻挡带",导致在其南北出现两个反向的构造逃逸区,并且隆起东南区形变特别强烈,而其西北区则相对较弱.     

南海南部边缘沉积盆地构造-热演化历史

南海南部边缘发育众多含油气盆地,具有可观的油气资源潜力.本文采用基于多期有限拉张模型的应变速率方法对南海南部边缘沉积盆地进行了构造-热演化模拟,并与南海北部边缘沉积盆地的构造-热演化历史进行了对比分析.南海南部边缘晚新生代具有明显碰撞挤压、走滑改造的痕迹,而同时期北部边缘以小规模的张性断裂活动为主,由于构造活动背景的不同,造成了南、北边缘沉积盆地构造-热演化历史的差异.