用多分量钻孔应变仪资料推算测区附加应变场方向

以福建漳州台深井观测资料为例,探讨用多分量钻孔应变仪资料推算测区附加应变场方向。依据观测资料的特征,把动态应变场分解为背景应变场和附加应变场。为了研究附加应变场主应变方向的变化特征,采用“钻孔加衬模型”公式,计算了主应变方向矢量,绘制了矢量轨迹图,结果为顺时针旋转的椭圆。在2010年3月4日台湾高雄6.7级地震前,矢量轨迹图有比正常情况更零乱、离散的现象。     

川滇地区断层形变模型与应变积累分析

用改进的断层形变模型和GPS资料对川滇地区主要断层的地表水平滑动(沿断层走向)和沿断层方向的应变进行了计算。结果显示小江断裂的中南段和楚雄断裂的东南段锁定程度较高,其它分段锁定程度偏低;沿断层方向应变积累的高值区为鲜水河的炉霍段、乾宁至色哈拉、雅拉河段,小江断裂北段与则木河断裂的交会处、东川南侧及小江断裂南段的宜良一带;鲜水河断裂及小江断裂北段下盘的应变值、应变梯度均高于上盘,而小江断裂中南段上下盘没有明显的差异;红河断裂应变水平偏低;楚雄断裂其应变的高梯度带集中在东南段小江断裂附近。     

顶管施工润滑泥浆压力引起的土体附加应力计算

顶管润滑泥浆在施工中与周围地层发生相互作用,起到支撑和填充超挖量造成的环状间隙作用以及润滑减阻的效果,然而过大的泥浆压力会对周围土体及地下结构产生附加应力。为了建立顶管施工润滑泥浆压力引起的土体附加应力计算模型,假设润滑泥浆与周围土体的相互作用形成泥膜,在考虑土拱效应的基础上,采用弹性带圆孔平板受内压平面应变模型求解土体在注浆压力作用下的应力解析公式。分析得出注浆压力引起的竖向和水平附加应力都关于管道中心对称,附加剪应力关于管道中心反对称,附加应力最大值位于隧洞内壁。      

用引潮力进行钻孔的应变-应力的原地标定

本文利用勒夫数将日、月作用于地球的引潮力位计算到潮汐形变引起的水平应力,以此作为原地标定的已知应力,用应变固体潮观测资料进行调和分析计算出面积应变的耦合系数及差应变的耦合系数,利用这些系数和仪器钢简的弹性常数计算出围岩的等效弹性常数。最后导出了求解围岩等效弹性常数的实用公式,并计算了两种钻孔应变仪所在的两个台站钻孔的围岩的等效弹性常数,其结果与实际情况基本相符。     

钻孔应变资料的可靠性分析

在钻孔应变观测中,仅用实际观测资料与理论固体潮进行对比还不能完全反映观测数据的一致性和可靠性,也无法准确确定其趋势性变化是否是应变变化,而地震前兆研究需要明确这种趋势性变化的性质。从弹性力学理论中导出并通过实测资料验证:同一钻孔中相差45°分布的四分量应变1号与3号测值之和理论上应等于2号与4号测值之和,同时还应等于1.3倍体应变测值;用四分量应变观测资料计算出η值,其绝对值越接近零资料的可靠性越好,这种方法有可能为钻孔应变观测资料的质量评价提供一种新的参考依据;有两种以上钻孔应变手段的台站可开展对比观测,只有四分量钻孔应变一种观测手段的台站要开展1号+3号与2号+4号资料的自检分析,以获取更加可靠的观测资料。     

地震前兆特征与岩样剪切应变率异常数值模拟

利用拉格朗日元法(FLAC)模拟了岩样的宏观力学行为、剪切应变率异常及演化。在峰值强度岩石的本构模型分别取线弹性模型及应变软化模型的条件下,得到如下结论：1)在弹性阶段之后,应力-时步曲线具有一定的周期性。与地震复发的周期性类似。在加载过程中,形变场由均匀逐渐向不均匀转变．最终形成交叉的剪切带网络。被该网络所包围的试样中部可视为背景空区．在空区之外,地震群比较活跃。在应变硬化阶段。可以从未来震源观测到前兆一剪切应变率异常条带。2)在中期阶段之后,空区内地震活动的开始增强明显要比空区外地震活动增强晚。地震的迁移是由外向内。3)短期阶段则相反：在硬化阶段．剪切带内外的剪切应变率的差别不很显著。试样处于相对平静状态。在软化阶段,若采用剪切应变率最大的位置作为震源．可确定震源在试样的中部。源兆和场兆都集中在老断层上。     

青藏活动地块区运动与变形特征的数值模拟

利用二维有限元模型,以GPS测量的构造运动为约束条件,探讨了青藏活动地块在弹性应变积累过程中的运动与变形状态。模拟结果表明,青藏活动地块区在整体运动过程中,内部变形以大范围的分布为特征,其内部的应变分布和弹性应变能积累速率表明了Ⅱ级活动地块与活动边界带的显著变形差别：活动地块内部的应变和弹性应变能积累速率相对较小且分布较均匀;活动边界带上变形相对集中,应变和弹性应变能积累速率相对较高,并呈非均匀分布。这反映了青藏地块区内所含的各Ⅱ级活动地块的运动变形的整体性特征及彼此间的差异性特征,也揭示了活动地块构造通过边界带变形等方式对大陆强震的控制作用。     

三维钻孔应变的力学模型

讨论了两个问题：（１）三维圆孔问题的力学模型。论证了常用的平面弹性力学圆孔问题的钻孔应变公式并不能满足三维弹性力学平衡方程。为此重新推导出三维空孔问题的解，进而可得到有底空孔、有底耦合封固、有底顶头加力等几种边界条件的钻孔应变解。（２）在边界条件上，实际地球潮汐形变应力与三维圆孔问题力学模型的应力有差异。论证了在目前钻孔应变测量的精度情况下，边界条件的这一差异不影响三维圆孔问题力学模型在应变固体潮中的应用     

对欧拉矢量附加不等式约束的RELSM模型及其应用

借鉴选权拟合思想,对区域地壳运动的整体旋转和线性应变模型中欧拉矢量部分附加不等式约束,将区域地壳运动的欧拉参数约束到由多年观测资料确定的平均欧拉参数值附近,建立附有不等式约束的整体旋转和线性应变模型。对中国大陆构造环境监测网络在环渤海区域的近几期GPS观测速度场数据进行拟合分析,结果表明,本文方法通过不等式约束可适当增强块体整体运动趋势的平滑性,获得对速度场更高的拟合精度,可进一步增强模型的物理解释能力。     

台湾集集7.6级地震前后福建沿海地区的地壳运动

对福建GPS网的5期观测数据(1995、1997、1999、2001、2003)进行了统一处理,得到4个时段(1995~1997、1997~1999、1999~2001、2001~2003)ITRF2000的站速度、福建地区的整体旋转参数和主应变参数。福建地区存在一致的南东向运动地震前(第1时段)运动速度平均为32.1mm/a;震时和震后两年时间内(第2时段)运动速度大幅度增加到38.7mm/a;震后第2个两年(第3时段)运动速度相对于第2时段大幅度减小为30.0mm/a;震后第3个两年(第4时段),运动速率相对第3时段有较大增加并超过了第1时段。福建地区的主应变场,在震前主压应变率(12.4×10-9/a)大于主张应变率(7.1×10-9/a),地壳表现为弹性压缩,主压应变轴为N70.9°W;震后应变场发生了相反的变化,主压应变轴变成了主张应变轴,主张应变率(28.9×10-9/a)大大超过主压应变率(3.7×10-9/a),地壳表现为南东方向弹性伸展,第3时段与第4时段主压应变率逐渐增加,主压应变轴也逐渐恢复到震前的方向。福建地区从1995年到2003年地壳运动速度场与应变场随时间的变化过程,反映了集集大地震发生前后区域应力场加强、弹性应变能积累,震时和震后弹性应变能快速释放与逐渐调整恢复的过程。     

川滇菱形地块的运动特征及其与地震关系的探讨

本文利用楚雄地震台1983—1986年FSQ型水管倾斜仪及SSY—Ⅱ型石英伸缩仪所观测到的形变资料,作了如下两方面的工作: 1、探讨近年来川滇菱形块体的运动特征; 2、讨论1985年以来一系列中强震与块体运动的关系。 结论是:楚雄台的倾斜、应变长期变化反映了川滇地区菱形地块的构造运动形迹;而一系列中强地震的发生,基本上集中在1984年块体加速运动之后。     

汶川 Ms8.0地震同震倾斜应变变化分析

对汶川地震震中附近450 km范围内倾斜仪、应变仪记录到的同震变化做了筛选统计,并根据弹性半无限空间矩形位错模型,分别采用远场地震波资料、近场大地测量资料反演的同震滑移分布模型,正演计算震中附近台站的同震倾斜、应变变化.通过对实际观测与模拟计算结果的比较,初步表明:实际观测的同震倾斜变化方向与模拟计算结果存在75%的一致性,实际观测的同震倾斜变化比模拟值大约1～2个量级;实际观测的同震应变方向与模拟计算结果仅有33.3%的一致性,实际观测的同震应变变化与模拟计算值相当或仅大1个数量级.     

地震应变变化的理论量级与最大传递距离关系

为了与实际观测资料对比 ,用线弹性理论位错公式算出了各种断层的地震应变变化并进行了全面、系统的分析 ,归纳了一些特点 ,阐明了理论应变变化量级与其最大传递距离的关系。分析表明 :对于一定震级的地震 ,当断层出露地面、倾角为 4 5°、并且为倾滑运动时 ,一定量级的应变变化传递的距离最长 ;其中一个主应变传递得最远 ,其次为体应变 ,再其次为最大剪应变 ,另一个主应变的最大传递距离最短 ;泊松比和断层的长宽比的变化对应变传递距离的影响极小 ,可以忽略     

昆仑山8.1级地震前中国大陆的构造应变背景

利用“网络工程”1998～2001年累积的1181个测站的GPS重复观测资料，采用双三次样条函数模型建立中国大陆水平运动模型速度场，用大地坐标在椭球面上计算各类应变场，详细分析了2001年昆仑山8．1级地震前中国大陆水平构造应变场空间分布特征。各类构造应变场的最高值都出现在喜马拉雅构造带与昆仑山地块内(地震断裂带南侧)，鲜水河—安宁河断裂带次之。分析表明，昆仑山8．1级地震正好发生在张性面膨胀应变率的高值区，第一、第二和最大剪应变率高值区边缘的突变区和最大、最小主应变率的高值区。     

基于弹性薄片格林函数的GPS应变求解方法对青藏高原东北缘三维构造变形特征的研究

基于弹性薄片格林函数的GPS三维应变求解方法,对青藏高原东北缘地区的构造变形特征进行研究。结果表明,青藏高原东北缘的应变主要集中在边界断裂上,而在断裂之间的内部块体应变分布相对较小,垂直应变最大值位于日月山断裂以东和海原断裂以南的区域,与块体旋转及物质东向运移有关,且很可能受中下地壳流的影响。本文用三维GPS应变分析为理解大陆内部构造变形动力学过程提供了新的视角。     

新增大楼对地倾斜观测的影响

根据弹性力学的基本理论 ,建立了水平矩形薄板模型 ,推导了计算此类薄板影响地倾斜的基本公式。通过该模型的模拟计算 ,分别得出了由大楼质量造成的附加引力位对观测点水平摆的偏转角度和大楼负荷产生的地倾斜 ,并针对厦门地震台的实际情况 ,讨论了大楼对地倾斜观测的影响。     

应变分析法与GPS网优化设计

本文借助于弹性力学应变分析理论，提出ＧＰＳ网应变强度分析法，建立了对应于椭球微分坐标系的“位移－应变”数学模型，分析了ＧＰＳ模拟网应变强度的分布情况，得出一些有益的结论。     

利用 ITRF2008 分析全球板块运动

基于 ITRF2008 参考架下 225 个 GPS 测站的速度场对 NNR-MORVEL56 板块运动模型中13个板块的运动参数及不确定度进行估计。在测站的筛选过程中,利用全球应变率模型 GSRMv1.2 的结果对测站第二不变应变率进行双三次二维平面插值,若测站的第二不变应变率小于10－14/a,则测站位于板块的刚性区域。考虑到冰期回弹对测站速度场的影响,基于冰期回弹模型ICE-3G(VM2),用TABOO直接对测站的水平位移速率进行定量计算,若冰期回弹引起的测站水平位移速率大于0.5 mm/a,则测站位于GIA地区,应予以剔除。分别比较本文计算结果、Altamimi计算结果和基于地质资料的MORVEL板块运动模型,结果显示本文建立的板块运动模型具有较高的精度,所采用的测站筛选准则具有可行性。简要分析了本文和Altamimi计算结果的差异以及个别板块偏差较大的原因。     

文安MS5.1地震前区域形变异常研究

对2006-07-04文安MS5.1地震前2001~2004年区域GPS站速度场和应变率场使用刚性-线弹性运动模型拟合处理的结果进行研究,获得文安MS5.1地震的1~3 a期的前兆异常。结果表明,地震发生在异常区高异常体发育的边缘梯度带的转折处。     

华北地区现今水平应变场基本特征

利用华北地区GNSS速度场资料,使用多维小波分析方法计算区域应变率场,结合研究区域的活动构造背景与震源机制解的分布,讨论剪切应变率、面膨胀率以及旋转率的分布特征。结果表明,华北地区应变率的分布与该地区长期构造背景和地震分布一致,剪切应变率、面膨胀率、旋转率高值区主要集中在块体边缘或块体边界断裂带附近,其他地区的应变率相对较小。