断层地震扩容前兆现象的地震量子模型分析

一引言通过数学物理实验方法,建立简化而实际的地震模型,来重现地震活动的基本规律,目前这方面的研究成果已有很多。如滑块模型、细胞自动机模型、非弹性单元(元件)模型等,并得到了一些有意义的结论和认识,如较好地解释了Gutenberg-Richter公式所表示的震级与频度关系及大震发生的时间间隔等。但模型的细胞(或单元)基于数学或物理假定被赋予假定的尺度与阈值,失稳条件完全依赖指定的阈值,并假定失稳后能量均匀传递给四周,这些假定也没有更多的考虑真实的震源物理规律及震源介质力学参数,因而许多结果缺少直接明朗的物理意义。     

地震活动某些特征的细胞自动机模型解释

地震活动中存在着某些规律性结果(如指数律、幂律关系),并呈现一些前兆图象特征(如空区、条带).我们用细胞自动机模型模拟地震活动的某些规律和活动图象特征,分析产生一种或几种规律或特征的动力与介质因素,所得结果可作为它们的机理解释,为利用地震活动性预报地震的方法提供物理依据.本文通过引入断层和硬块体的存在,建立介质非均匀的细胞自动机模型.模型为二维细胞阵网格,每个细胞都具有一定的能量,能量的获取是随机的,而能量的传递和损耗是确定的,模型能得到与实际地震可比拟的地震事件,这说明了地震现象本质上的复杂性可能是随机性与确定性的统一体现.模型的演化过程分为三个阶段:初始阶段、增长阶段、自组织临界状态,我们给出各阶段的判断依据,并用自组织临界理论解释了各演化阶段的特征.模型成功地解释了Gutenberg-Richter 关系,但 Gutenberg-Richter 关系不能作为自组织临界现象的证据.通过对模型各演化阶段的特征分析,我们认为模型的演化过程体现了实际地震活动的周期性或轮回性特征.强震的震兆特征与其所在的阶段密切相关.强震前地震活动有两种形式:小震—活动增强—主震、小震—活动增强—平静—主震,对地震活动图象的研究表明:如果介质结构是均一的或过于复杂的,地震活动图象均不明显,只有在介质结构不均匀性相对规整、明确的情况下,地震活动图象可出现空区、条带等图形.如果不考虑介质结构的影响,只考虑动力学因素,地震活动图象演化的普示性特征是从无序走向有序.通过对模拟地震序列的分形分析表明:地震的时空分布和强度都呈现分形结构,特别是时空分布非均匀的多分形结构特征;中强地震前时空分布的多分维 D_q 值呈明显的下降趋势.     

基于Newmark模型的概率地震滑坡危险性模型参数优化与应用:以鲁甸地震区为例

应用概率地震危险性评价模型进行地震滑坡危险性区划,是解决潜在地震诱发滑坡危险性评价中震源不确定性与诱发滑坡时空不确定性的有效方法 .通过理论分析,结合鲁甸地震区的实际情况,对基于力学原理的Newmark滑块位移模型与概率地震滑坡危险性分析方法中的参数的不确定性问题进行了分析,将斜坡岩土体地震作用下的强度衰减效应、地震加速度地形放大效应、断层破碎带效应融合到了斜坡累积位移计算模型中,进行了模型计算参数的优化.改进后的分析模型,更好地反映了高陡斜坡地形与断层破碎带对地震滑坡灾害发育的控制作用,在鲁甸地震区域滑坡应用中,优化模型中的滑坡失稳极高风险区与实际地震滑坡分布表现出了较好的一致性,在超越概率2%的滑坡失稳概率分布中,鲁甸地区包谷垴-小河断裂、鲁甸-昭通断裂带及牛栏江河谷地带地震滑坡高-极高风险区分布面积增幅十分显著.因此,在Newmark滑块位移模型中考虑地震动参数与岩土参数动态响应规律与变量间的定量关系,对于提高区域斜坡稳定性分析的可靠性具有重要意义.     

地震力学

地震力学主要是研究地震发生时主破裂的形成、类型及状况,即所谓震源物理和震源成因问题。从物理观点看,研究的基本内容是能量(应变能与动能)的激发、交换与平衡等力学问题。 地震发生时,地球内部震源区的实际破裂过程是相当复杂的。对于简化的断层模型,若只考虑静力学效果,则是以介质对一定震源状态的弹性响应为根据的。即认为地球内部断层面的形成类似于晶体物理学中的裂纹扩展问题。将震源区的破裂解释为弹性体内位移的突然错动,称为弹性位错。引用位错理论研究震源,是地震力学研究的扩充与深入。     

地震动力学与板块构造:地震灾害评估

作为地震灾害评估的理论基础,地震动力学主要研究与地震活动有关的断裂机制、破裂过程、震源辐射和由此而引起的地震波的传播及地面运动规律。对地震力学、震源辐射和能量释放等经典理论问题进行了系统研究。在此基础上,应用最新的定量地震学研究方法,以逻辑树的形式综合地震、地质和大地测量资料,提供了不同构造环境和断裂机制条件下地震灾害评估的概率分析和确定性分析实例。用于震源分析的典型构造类型包括板内地壳震源层、地壳活动断层及其速率、板块俯冲界面和俯冲板片。由于输入模型中不确定因素的存在,如输入参数的随机性和科学分析方法本身的不确定性,对分析结果的不确定性需审慎对待。通常对不同的模型或参量,包括地面衰减模型,进行加权平均可较为合理地减小结果的偏差：概率分析和确定性分析方法的结合亦为可取之有效途径。     

仿真地震图

运用动力有限元方法得到一种数值模拟的地震图。动力有限元方法在计算中涉及时间,因此它不同于传统的静态有限元方法,也不同于后来有人用过的伪动态模拟（一系列时间的静态结果,连接起来看,在一定程度上反映变化趋势）;动力学有限元是考虑了加速度和惯性影响的。借鉴理论地震图思想,提出仿真地震图概念,采取非线性动力学有限元方法,得到地学模型的仿真地震图,运用反演方法,通过对比仿真地震图与实际地震图,得出地球介质或者震源的物理图景。考虑燕山断层带、太行山山前断层带、郯庐断层带以及海岸线,建立中国中、中北部地壳有限元模型,地壳底部采用无反射边界,相当于无限延拓。在对应唐山的单元（节点）上加载一个爆炸源,在对应于兰州、西安、上海地震台的单元（节点）上,得到应力随时间变化的时间历程,也就是数值模拟的地震图。在示例中,按照反演步骤,调整了地壳模型的物理参数,并由此提出仿真地震图的原理。较之理论地震图,仿真地震图物理上更加真实。     

近断层强地震动预测中的有限断层震源模型

提出了近断层强地震动预测中建立活断层上设定地震有限断层震源模型的方法和步骤.首先,根据地震地质和地震活动性调查以及地球物理勘探等资料,确定活断层的空间方位和滑动类型; 然后,根据地震定标律确定活断层的宏观震源参数; 第三,将高强体模型与k平方滑动模型相结合,产生断层破裂面上的混合滑动分布.在此基础上,预测了与1994年Northridge地震断层类型、矩震级(M_w6.7)基本一致的设定地震的有限断层震源模型.最后,将预测的有限断层震源模型与基于地震学的、使用动力学拐角频率的地震动随机合成方法相结合,预测了1994年Northridge地震近断层12个基岩台站的加速度时程,并和实际记录进行了对比.结果表明,用上述方法和步骤建立的有限断层震源模型是可行、实用的.      

煤柱-顶板系统协同作用的脆性失稳与非线性演化机制

把坚硬顶板视为弹性梁,把煤柱视为应变软化介质并采用W e ibu ll分布描述它的损伤本构模型,本文对坚硬顶板和煤柱组成的力学系统,用突变理论方法研究了它的演化失稳过程。通过对建立的尖点突变模型的分析发现,系统失稳主要取决于系统的刚度比k与材料的均匀性或脆性指标m值,并给出了失稳的充要条件力学判据和失稳突跳量的表达式。考虑煤柱介质的粘性或蠕变性,建立了系统演化的非线性动力学模型物理预报模型,并给出了根据顶板沉降观测数据反演非线性动力学模型的方法和稳定性判别准则。对木城涧矿根据观测序列进行了动力学模型的反演分析,一个重要发现是:D值在临近失稳时陡增出现峰值而后急剧下降。根据材料损伤与声发射累计计数的对应关系,建立了系统演化过程中声发射率的动力学模型,并进行了声发射模拟分析和分维分析,发现m值与系统的演化路径对系统演化的声发射活动规律及分维特征有重要影响,单纯根据声发射监测和降维现象预报冲击地压是不可靠的。     

川西地区地震幕的数值模拟研究

川西地区位于我国南北地震带中段,地震活动非常强烈。本文通过区域活动构造格架、地震活动性及现今地应力场的研究,建立了该区弹塑性有限元模型。首先根据震源机制解、实测地应力及地形变测量等资料,对现今地应力场及力源机制进行了反演。然后通过不断调整模型的边界力量值及介质力学参数,模拟了1893年以来四个地震幕地震的迁移过程.并在此基础上,预测了未来地震幕的地震危险区。最后从断裂力学观点出发,建立了震级与地壳应变能密度和地震破裂带长度的近似关系,估计了川西未来地震幕地震危险区的最大震级。     

广东省暴雨型浅层滑坡灾害动力预警模型与气象风险预警研究

针对县级地质灾害气象风险预警面临的精度及模型建设问题,根据广东省地质灾害主要发生在坡面残坡积浅表层的突出特点,通过对典型地质灾害进行物理模拟试验和数值模拟,研究广东省浅表层斜坡失稳发生机理。研究表明：边坡在暴雨条件下,斜坡岩土体容易在浅表层首先造成失稳,影响因素主要有降雨量、降雨历时、土体类别和坡体结构等因素。由此,对研究区划分斜坡单元,按各斜坡单元的坡长、坡度、岩土类型、分层及其关键物理力学参数开展斜坡单元概化分类,并将Green-Ampt降雨入渗模型和无限边坡稳定性评价方法相结合,优化构建了动力学斜坡稳定性评价模型。结合龙川县贝岭镇流域应用实例,初步探索了坡面单元尺度下地质灾害气象风险预警斜坡失稳动力学预警技术,可为广东省开展以斜坡单元预警为主要方式的县级地质灾害气象风险预警提供支撑。     

江西九江—瑞昌地震序列特征、震源机制和断层破裂过程分析

本文根据重新定位、震源机制、地震矩张量、断层规模等结果估算了主震断层面的面积、应力降、地震波释放能量等震源动力学参数。结合震源区附近地震地质、断裂带分布、初步探讨了九江—瑞昌地震所处的地震活动带、与构造断裂带的关系,并描述了断层破裂过程的时空特征。     

考虑填土强度的加筋土挡墙动位移计算

加筋土挡墙在地震荷载作用下的位移大小对结构的抗震性能影响显著。为了计算地震荷载作用下加筋土挡墙的位移,Newmark滑块法通常被用于设计中。由于传统的Newmark滑块法在计算中忽略了填土强度的变化,因而采用单一峰值或残余强度的计算将可能导致计算得到的位移小于或大于实际位移值。在二楔块破坏模式的假定条件下,根据楔块的力学平衡条件,建立了加筋土挡墙滑动安全系数计算式,同时通过引入位移阈值考虑了填土的应变软化特点。通过将计算结果与模型试验结果对比,得到以下结论：相较于单楔块法,二楔块法更能真实地反映出墙体的实际破坏模式,且计算得到的屈服加速度系数更接近试验值;相较于采用单一峰值或残余强度计算的位移,考虑填土应变软化的计算解更接近于模型测试值。     

多种地球物理场观测数据中亚失稳现象

20100124山西河津M4.8地震前,临汾地震台宽频倾斜仪记录到与实验室岩石破裂亚失稳过程类似图像,震源及附近地区也出现多项准同步性的短临异常。本文对这次地震前震源及附近地区多种地球物理场观测数据在发震断层黏滑失稳前不同阶段的变化特征进行了探讨。结果表明：1）震前记录到的亚失稳现象并非单点单测项,而是具有多点多物理场的群体性特征;2）这些异常出现的时间与临汾宽频倾斜仪记录的亚失稳事件时间基本同步,其形态上以大幅突变为主,时间上多集中在震前45 d左右,空间上主要集中在距震中100 km的范围内,且具有随时间从外围向震中区集中的特点;3）震前不仅在多种地球物理场观测数据中记录到类似亚失稳现象,而且在震前1~6 d一些地球物理场观测仪器还记录到与发震断层失稳前预滑有关的小事件;4）震前临汾宽频倾斜仪记录到的亚失稳现象、震源及附近地区出现多项准同步性的短临异常,是在震源及附近地区的区域应力场增强、介质特性发生改变的情况下出现的,可能与河津地震有关;5）震前多种地球物理场异常随时间推移显示出协同化的特点,即沿发震断裂方向有由外围向震中迁移和集中的特点。     

跨孔地震法井间距离选择的讨论

跨孔地震波穿透测量法是在两个钻孔或平硐中分别放置震源和接收器,采用单发单收或单发多收分别构成平行射线或扇形射线的观测形式。最后根据所接收到的直达波走时资料,求出从震源到接收器射线所经路径上介质的平均速度。目前这种方法已被广泛用于工程地质探测中,如探测地质异常体和测定岩体的动力学参数。在不少情况     

基于自振频率的监测预警指标确定方法

强震、极端气候条件和人类活动是滑坡发生的主要诱发因素。这些强扰动会使滑坡的物理参数和软弱结构面力学参数发生变化,从而影响滑坡的有效预警。在监测中如何直接有效分析滑坡在地震及降雨作用下力学参数的变化,是工程中亟需解决的一大难题。提出了地震等强扰动作用下一种新的识别滑坡安全指标的快速评价方法;运用激光测振技术,测定滑坡等不良地质体的自振频率;根据结构动力学理论,基于测得的自振频率,可定量反映出内部结构参数变化。根据简化的滑坡体模型,模拟滑坡在地震或强降雨等条件下潜在滑移面的抗滑应力损失。结果表明：由自振频率可以得到滑坡在受到较大扰动情况下的应力折减系数等监测指标;非接触式的快速监测能快速实现对滑坡体的评价。激光测振技术将会在防灾、减灾和抢险救灾等工程实际中发挥重要作用。     

考虑填土强度的加筋土挡墙动位移计算

加筋土挡墙在地震荷载作用下的位移大小对结构的抗震性能影响显著。为了计算地震荷载作用下加筋土挡墙的位移,Newmark滑块法通常被用于设计中。由于传统的Newmark滑块法在计算中忽略了填土强度的变化,因而采用单一峰值或残余强度的计算将可能导致计算得到的位移小于或大于实际位移值。在二楔块破坏模式的假定条件下,根据楔块的力学平衡条件,建立了由加筋土挡墙屈服加速度系数表示的滑动安全系数计算式,同时通过引入位移阈值考虑了填土的应变软化特点。通过对计算结果与模型试验结果对比,得到以下结论:相较于单楔块法,二楔块法更能真实反映出墙体的实际破坏模式且计算出的屈服加速度系数更接近试验值;相较于采用单一峰值或残余强度计算的位移,考虑填土应变软化的计算解更接近于模型测试值。     

考虑填土强度的加筋土挡墙动位移计算

加筋土挡墙在地震荷载作用下的位移大小对结构的抗震性能影响显著。为了计算地震荷载作用下加筋土挡墙的位移,Newmark滑块法通常被用于设计中。由于传统的Newmark滑块法在计算中忽略了填土强度的变化,因而采用单一峰值或残余强度的计算将可能导致计算得到的位移小于或大于实际位移值。在二楔块破坏模式的假定条件下,根据楔块的力学平衡条件,建立了由加筋土挡墙屈服加速度系数表示的滑动安全系数计算式,同时通过引入位移阈值考虑了填土的应变软化特点。通过对计算结果与模型试验结果对比,得到以下结论:相较于单楔块法,二楔块法更能真实反映出墙体的实际破坏模式且计算出的屈服加速度系数更接近试验值;相较于采用单一峰值或残余强度计算的位移,考虑填土应变软化的计算解更接近于模型测试值。     

地震动力学:震源分布与岩石圈流变特性(英文)

地震震源分布强烈依赖于构造环境的温度和压力条件。震源机制可使大陆地壳脆性-韧性转换带(下部稳定性过渡边界)的温压条件复杂化。该过渡边界伴随速度弱化作用(有震活动)向速度强化作用(无震活动)的转化。在岩石圈流变和壳幔动力学的基础上研究了与板块边界有关的地震活动,包括板缘地震和俯冲板片地震。俯冲带板缘地震的深度分布受约于脆性摩擦动力机制,而摩擦剪切机制不能满意地解释深震活动,包括俯冲板片地震。这是因为深震震源机制可能与高压、高温条件下的固一固相变有关,而用脆性破裂或摩擦作用来解释就不近合理。以理论与实验研究为依据,本文对与震源物理和震源分布有关的岩石圈流变特性进行了较为深入的论述。     

应力松弛作用对未固结砂岩等效弹性性质的影响

未固结碎屑砂岩储层是国内外重要的油气储层类型之一,其物理本质是由离散颗粒组成的软凝聚态物质.在地震勘探中通常使用Hertz-Mindlin等效介质模型来计算未固结砂岩的地震弹性特征,但该模型在使用中通常会得到明显偏高的剪切模量值.基于3D离散元技术,对颗粒介质在单轴压缩与纯剪两种过程中的力学响应进行离散元数值模拟,从微...     

粒状介质三维复杂应力加载离散元数值试验方法

实际荷载条件下（如交通、地震荷载）,粒状岩土材料常受到三维复杂应力路径作用。目前,多数粒状岩土材料的本构理论和模型都基于简单应力路径加载条件下的物理试验提出,在更加复杂应力路径下的适用性则需要进一步验证。但受机械控制的限制,物理试验中无法实现很多客观存在的三维复杂应力路径加载。为了能够再现并分析三维复杂应力路径下粒状介质的力学响应,提出了一种离散元数值试验方法,该方法采用球形数值试样,通过直接控制试样边界应力达到对3个主应力大小和方向的任意控制,从而可以实现诸多物理试验中无法实现的复杂应力路径。通过与目前常见的一些物理试验进行定性对比,论证了该数值试验方法通过高精度的加载控制和测量能够再现已有物理试验现象。在此基础上,进一步开展了应力主轴的三维旋转,分析了在这种实际存在却无法通过物理试验再现的加载条件下粒状介质的变形规律,初步显示了提出的数值试验方法在深入研究三维复杂应力路径下粒状介质力学响应方面所拥有的能力和优势。