应用非连续性模型模拟断层活动对青藏高原应力应变场的影响

在青藏高原的运动变形过程中,断层活动起着至关重要的作用.本文利用有限元数值模拟的方法,分别计算了在GPS做边界约束下青藏高原及周边区域的连续体模型和含断层的不连续体模型的运动状态和应力场分布.从连续性模型和非连续体模型的差异发现,断层存在与否很大程度上影响了青藏高原现代运动场的分布.主要体现在,断层的滑移运动（1）增加了青藏高原东西两侧的拉张趋势;（2）加大了青藏高原物质东移的速度;（3）改变了塔里木和柴达木盆地的运动状态.模拟结果显示,非连续模型的运动场分布与GPS观测结果吻合程度大大高于连续体模型结果,表明断层活动在青藏高原的运动学和动力学过程中起着重要的作用,在研究青藏高原的动力学机制中,必须考虑断层作用的影响.     

利用跨断层资料研究首都圈地区断层活动特征及地震危险性

本文针对首都圈的跨断层形变资料（1984-2016年）,利用11个场地的基线和水准观测资料,计算了断层三维活动量,以此来分析首都圈断层现今的活动特征。同时计算了断层形变协调比序列,分析其与首都圈中强地震的关系。结果表明:首都圈的断层活动有明显的区域特征,受张家口-渤海断裂带影响的西北地区的断层以左旋张性活动为主,而中部和东部断层表现为右旋压性特征。断层协调比结果显示在首都圈及其邻区出现中强地震前后,协调比会出现发散现象,这种现象可以作为今后首都圈及邻近地区中强地震危险性分析的一种依据。     

断层两侧块体宽度不等时断层的不稳定性分析

以断裂力学和断裂动力学原理为基础,采用复变函数方法,定量讨论了当断层两侧块体尺寸（宽度）不等时,断层体（即合断层的岩石块体）的稳定性．着重考虑断层两侧块体宽度（或高度）以及断裂传播速度对上述不稳定性的效应．这些分析结果对震源观测中发现的低应力降现象做了完好的解释,也对板块构造理论涉及该方面的内容做出补充．     

断层两侧块体宽度不等时断层的不稳定性分析

以断裂力学和断裂动力学原理为基础,采用复变函数方法,定量讨论了当断层两侧块体尺寸（宽度）不等时,断层体（即合断层的岩石块体）的稳定性．着重考虑断层两侧块体宽度（或高度）以及断裂传播速度对上述不稳定性的效应．这些分析结果对震源观测中发现的低应力降现象做了完好的解释,也对板块构造理论涉及该方面的内容做出补充．     

1997年玛尼地震对青藏川滇地区构造块体系统稳定性影响的三维DDA+FEM方法数值模拟

本文用三维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.在此基础上进一步数值模拟1997年玛尼7.9级大震的发生过程,研究大震引起研究区各块体边界断层应力状态变化的特征.（1）发震断层两侧发生左旋走滑错动,最大水平位错大约7 m;（2）深部位错面上位错分布与用地震波资料震源反演的结果类似;（3）最大差应力变化等值线图与由星载D\|INSAR技术获取的地表形变场图像相似;（4）地表垂直位移表明地震断层面略向北逆冲.计算模拟得到了玛尼地震发生引起青藏川滇地区构造块体系统各边界断层上库仑破裂应力变化的分布,表明玛尼大震的发生除了使其发震断层的两端库仑破裂应力增大,应力进一步集中外,位于上地壳层上东昆仑断裂中段的2001年昆仑山8.1大震（H=11 km）发震断层段的库仑破裂应力增加约2 MPa,位于中地壳层上喀拉昆仑断裂带中的2008年改则6.9级地震（H=30 km）发震断层段的库仑破裂应力也增加约0.7 MPa,可见这两个已接近破裂强度地段的失稳对发生大震起了一定促进作用.研究结果也表明：作者发展的三维DDA+FEM方法能有效地用于大震活动与各构造块体相互作用关系的研究.     

基于Volxer的矿床地质CT图示方法

矿床地质3D图示方法能够将复杂的地质构造、矿体形态以三维的形式表现出来,可有效地应用于矿产资源勘查、勘探开发生产管理、地质灾害治理等地质科学的多个领域.以某铜钼矿为例,基于Volxer 软件研究一种三维矿床地质CT图示方法.建立三维地质模型,多角度和多层面地展现矿床地质特征.     

昌马地震应力场及发震机制研究

本文利用前人大量的地质、地球物理资料，建立了昌马盆地的立体地质模型，利用三维有限元法研究了１９３２年昌马７．６级地震前后应力场的变化及其昌马地震成因机制，结果表明：（１）震源断层走向与利用主压应力推测的断裂走向相差６５°，可能是由于地壳浅部旋转的主压应力与深部北东方向的主压应力所产生的力矩使块体发生旋转所致，其枢纽点即为震源所在；同时，该旋转也导致了地震断层和震源断层在力学性质和几何性质上的不同。（２）昌马地震是在闭锁、贯通和块体旋转联合作用下形成的。（３）区域应力场与局部应力场不一致、应力松弛单元的出现可能与地震的孕育、发生有关。（４）断裂活动的不均一性与平面最大剪应力分布不均匀成正相关，且各断裂均以相对左旋走滑兼挤压为特征，但是其走滑量的分布是不均匀的。     

综合电磁法在矿区深部成矿机制中的应用研究——以皖南乌溪多金属矿区为例

乌溪矿区介于长江中下游多金属成矿带与华南成矿带之间,是江南造山带上的一个找矿新区.本文在这一找矿新区开展了有效的电磁方法综合勘探,试图对该区深部成矿机制进行研究.我们收集了该区的地质地球化学资料,从地质地球化学资料中分析了区域成矿背景;我们还采集了区域出露的主要岩石类型,在实验室开展物性测定,在此基础上选择了三种电磁方法开展研究区的野外测量.通过地面高精度磁测、激发极化法和可控源音频大地电磁法（CSAMT）三种地球物理方法,开展了研究区的磁化率、极化率和电阻率的分布特征研究.深入分析了地质、地球化学和地球物理三种资料与成矿的关系,相互约束,探讨成矿模型、成矿机制和成矿的可能性,推测可能的矿体赋存位置和深度范围.在地球物理研究结果基础上,结合地质和地球化学背景资料,构建了研究区的成矿动力学模型,推测了研究区成矿机制,揭示了矿区的成矿潜力.综合所得结果布设了钻孔,钻探结果揭示了研究区深部存在强烈矿化蚀变和强蚀变斑岩,初步确认为斑岩型矿床,与CSAMT剖面的解释结果基本一致,也与推测的测区内深部成矿机制相吻合.钻孔结果和地球物理结果的一致性以及对已构建的成矿动力学模型的支持,充分证明了综合电磁方法在斑岩型多金属矿床的发现和预测中的重要作用,同时斑岩型矿床的确认进一步印证了华南成矿带与俯冲作用形成的成矿带的相似性,从而推动整个华南地区的成矿地质研究.     

汶川地震断裂带粒度分布特征：对地震碎裂机制的约束

断层岩的粒度分布包含岩石破裂机制、摩擦性质和地震能量分配等重要信息。筛分-称重和激光测量是分析断层岩三维粒度的2种有效方法,但每一种方法的测量范围仅有3个量级,难以全面反映断层岩的粒度分布特征。利用上述2种方法对汶川地震断层滑动带上的断层岩（简称断层岩）的粒度分布进行了测量,粒径测量范围从0.2μm至16mm,跨度达到5个数量级。结果显示：1）存在临界粒径d_c（0.95～1.90μm）。粒度大于和小于d_c的颗粒满足不同的颗粒数（N_d）-粒径（d）分布关系,表明该断层岩的粒径分布不具有自相似性特征。2）利用粒度大于d_c的颗粒计算出的分形维数与断层岩类型有很好的相关性,即断层带边缘的角砾岩的平均分形维数为2.6,核部压碎角砾岩的平均分形维数约为3.0,中心断层泥的分形维数约为3.5。粒径小于d_c的颗粒的分形维数为1.7～2.1。分形维数的突变反映出断层破裂机制的复杂性,即在不同的粒度域,岩石的破裂机制不尽相同。3）依据粒度分析结果,估算出汶川地震断层泥的单位破裂能（E_s）为0.63MJ/m2。     

具有分形结构强度分布的二维地震断层模拟

提出一种二维地震断层破裂模式,这是在一维弹簧-滑块模式的基础上建立的．利用这种断层的二维向量模型,研究了地震断层的动力学平面-应变的破裂问题．形象、直观地模拟了具有均匀或不均匀破裂强度分布的二维地震断层的破裂成核、扩展、传播直至停止的动力学全过程．阐明了在均匀预应力条件下,断层将获得足够的动量以克服破裂传播路径上的高强度障碍体．破裂锋面亦可绕过孤立的障碍体继续向前传播．整个模拟过程表明：断层破裂过程的停止条件对模拟地震破裂的全过程起着重要作用;我们还研究了断层面上破裂强度分布不均匀条件下断层的动态破裂过程,模拟了具有分形结构强度分布的二维地震断层产生的地震序列．它具有类似自然界地震现象的某些特征．这些特征主要取决于断层面上破裂强度的分布及初始应力降的大小．建立在实验和观测基础上的断层破裂过程模拟研究,为解释地震活动性统计规律的某些特征提供了物理基础.     

为什么1999年台湾集集地震的同震滑移在破裂平面上表现为向西北方向增大？

1999年集集地震使台湾中西部褶皱逆冲带内的车笼铺逆序逆断层（简称CTF断层）发生了破裂。该破裂的一个重要特征为：计算出的滑移量自车笼铺断层的底部至近地表，沿板块自南东向北西会聚方向，呈现由小到大接近线性增加的趋势。根据长周期和地震周期两个不同时间尺度上应力和位移的研究结果，对同震滑移分布规律的成因给出了一个新的解释模式。在最近的0．5百万年内，造山带前缘的聚合速率被前锋带3条主要的逆断层——彰化断层（简称Ch．F断层）、车笼铺断层和双塘断层（简称Sh．F断层）——来调节。根据先前已发表的平衡地质剖面研究成果，我们估算了彰化断层和车笼铺断层分布调节5％～30％、30％～50％造山带前缘长周期的滑移量。上述长期聚合速率的差异以及震间和震后位移模拟结果表明，车笼铺断层与震间应力载荷方向斜交和彰化断层、车笼铺断层深部递增的无震蠕变，这两个因素共同影响着同震滑移独特的线性分布特征。许多早期对滑移量分布特征及其成因的解释主要考虑到了物质属性、软弱层的滑动作用、场地效应、断层几何学以及地震波动力学等因素的影响。至于各因素对滑移量分布特征的影响程度仍不太清楚。考虑到车笼铺断层倾角的影响，采用了应力集中区的动力学模型来解释同震滑移的总体分布特征。值得一提的是，最近的研究表明集集地震前应力在空间上的不均匀分布可能对同震滑移的分布起到重要的作用。地震活动性分析结果表明，历史大地震不能够解释应力分布的不均。根据我们的研究方法，认为Oglesby和Day（2001）提出的车笼铺断层北面存在一高应力集中区，反映了因车笼铺断层斜交引起的震间耦合在纬向上的变化规律。     

近场强地面运动的三维模拟：由破裂方向性推断盆地边缘效应

神户地震造成严重破坏的地区呈狭窄的带状分布是１９９５年兵县南部（神户）地震非常显著的特征。形成强地面运动放大的过程至今未见阐述。通过构造一个掩埋于靠近盆地的走滑断层的一个Ｍ＝７地震的动力学破裂过程,我们模拟了由破裂方向性产生的盆地边缘效应。通过三维有限差分法计算了频率达１Ｈｚ的速度的地面运动地震图。峰值地面速度曲线的状态显示,当断层与盆地边缘平行时,峰值地面运动在沿盆地边缘一个宽度在几公里范围的狭     

隐伏和出露地表断层近断层地表运动特征的研究进展

本文介绍了在强震地震学研究方面国内外目前所关注的重要问题：隐伏断层和出露地表断层在地震发生时近断层地表运动特征存在着明显的差异。根据近几十年全球发生的中强地震的地表运动参数的统计分析所得的结果表明,由隐伏断层所造成的近断层地表运动强度（速度、加速度）大于出露地表断层所产生的地表运动强度,虽然发生在出露地表断层的地震往往可造成较大的近断层地表位移,但是当地震矩震级（MW）达到 7.5 级以上的时候,近断层地表加速度和速度在近源区却出现了饱和现象。对该问题的深入研究有着十分重要的科学意义和工程应用价值。本文着重介绍了当前国际上对该问题的研究现状,并且建议在此基础上利用三维有限差分断层动力学模型,模拟断层的动态破裂过程以及近断层地表运动的特征。     

地震断层滑动对地质形变的测绘研究

传统断层自主剖分技术进行地震断层滑动对地质形变的测绘研究时,未考虑走滑位移量、倾滑位移量和张开位移量对地质形变测绘研究的影响,无法对差异断层转动角下的地质形变情况实施有效测绘,提出基于矩形位错模型的地质形变的测绘研究方法,采用矩形断层位错模型通过点源位错公式,获取地震断层滑动时地质形变的走滑位移量、倾滑位移量和张开位移量;基于地震矩形断层三维滑动对地表产生的位移进行测绘时,获取各位移量同地面形成的三维位移场,采用二维高斯-勒让德求积计算断层三维位移场转动形成的地表位移,实现地质形变的测绘研究。实验结果表明,所提方法可对不同矩形断层转动角下的地质变形情况进行准确测绘,实际应用价值高。     

云南普洱-宁洱地区变形及应力场的有限元模拟

为研究普洱-宁洱地区强震频发与构造应力场和变形场的相关性,以1997—2007年GPS数据计算得到的云南普洱-宁洱块体年运动量为边界约束,建立云南普洱-宁洱地区包含红河断层及澜沧江断层等10个断层的三维摩擦接触有限元模型,计算在GPS年运动速率约束下棋盘式构造格局的变形位移场、应变场及应力场分布,并将计算结果与GPS计算结果进行比较。通过计算发现:普洱-宁洱断层群会使澜沧江及红河断层包围区域变形及应力场更复杂,普洱-宁洱地区复杂变形及应力场可能是该地区中强地震频发的主要原因;镇远-普洱断层可能是影响普洱-宁洱地区变形及应力场的主要断层;普洱-宁洱地区走向共轭断层交汇处,存在较大变形及应力值;变形场与应力场会随断层走向变化而发生变化,在断层走向变化剧烈部位有较大值。     

强地面运动数值模拟中三维物理模型的建立方法——以昆明盆地为例

基于活动断层的地震危害性综合评价可为城市规划和工程建设提供科学依据, 强地面运动数值模拟则是进行地震危害性预测和评价的重要方法, 而建立以第四系为主体的符合真实地层结构的三维物理模型是保证数值模拟结果可靠性的必要条件之一. 本文以昆明盆地为例, 综合利用地震地质、钻孔、地形地貌、DEM、地震勘探、波速测试等资料,以剪切波速为主要分层指标,参考地层层序, 结合ArcGIS等多种软件和相关的编程技术,采用将相邻介质分界面（层网）在深度方向上逐层叠加的方法建立三维物理模型;详细阐述了建立三维物理模型的主要技术思路和实现过程, 同时建立三维物理模型的数据库,为强地面运动数值模拟提供模型数据和参数. 文中还针对不同类型的探测、实验数据,总结了相应的技术处理方法和需要注意的问题.      

台湾集集地震近场地震动的上盘效应

1999年9月21日（当地时间）台湾集集7.6级地震是一个逆断层型地震．用回归分析法对台湾集集地震的加速度峰值数据进行分析，得出了这次地震的水平与垂直向的加速度峰值衰减关系．从残差分布上看，位于断层上盘和下盘上的加速度峰值与从衰减关系所得到的结果相比存在不同的系统偏差，断层上盘地表的加速度峰值较高，而下盘地表的加速度峰值较低．从这次地震的加速度峰值分布等值线图上也可以看出，加速度峰值的分布相对于断层呈现明显的不对称性，上盘衰减较慢而下盘衰减较快．在近断层强地面运动研究、地震危险性分析、设定地震研究与震害预测等工作中，应考虑可能地震的震源机制特点，以便使所用的衰减模型更能反映不同地震环境地区的地震动分布特征．      

三维起伏地表条件下地震波走时计算的不等距迎风差分法

三维起伏地表条件下的地震波走时计算技术是研究三维起伏地表地区很多地震数据处理技术的基础性工具.为了获得适应于任意三维起伏地表且计算精度高的走时算法,提出三维不等距迎风差分法.该方法采用不等距网格剖分三维起伏地表模型,通过在迎风差分格式中引入不等距差分格式、Huygens原理及Fermat原理来建立地表附近的局部走时计算公式,并通过在窄带技术中设定新的网格节点类型来获得三维起伏地表条件下算法的整体实现步骤.精度及算例分析表明:三维不等距迎风差分法具有很高的计算精度且能够适应于任意三维起伏地表模型.     

三维起伏地表条件下地震波走时计算的不等距迎风差分法

三维起伏地表条件下的地震波走时计算技术是研究三维起伏地表地区很多地震数据处理技术的基础性工具.为了获得适应于任意三维起伏地表且计算精度高的走时算法,提出三维不等距迎风差分法.该方法采用不等距网格剖分三维起伏地表模型,通过在迎风差分格式中引入不等距差分格式、Huygens原理及Fermat原理来建立地表附近的局部走时计算公式,并通过在窄带技术中设定新的网格节点类型来获得三维起伏地表条件下算法的整体实现步骤.精度及算例分析表明:三维不等距迎风差分法具有很高的计算精度且能够适应于任意三维起伏地表模型.     

地震场源应变前兆的区别及其在地震预报中的应用

本文以组合模式基础，用三维有限元方法计算了两个模型，主要研究结论是：（１）在发生大地震前，调整单元首先破裂，其应变随时间变化曲线呈准“λ”型；（２）在调整单元破裂后，积累单元破裂，其应变随时间变化曲线呈“λ”型；（３）在断层垂直方向上应变衰减很快，而沿断层走向方向上衰减很慢；（４）场区各单元的情况很复杂，其应变随时间变化的曲线呈非“λ”型。最后本文列举了一些有关“λ”型的震例，并利用结论（１）解释了几种前兆现象。