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.      

中国大陆构造块体的现今活动和变形

在重新对 1998年和 2 0 0 0年的中国地壳运动观测网络基准站和基本站的 2期观测资料进行预处理的基础上 ,得到了ITRF97坐标框架下 ,参考时刻分别为 1998年 9月 5日和 2 0 0 0年 6月 8日 ,分布在全国各主要构造块体上的 79个GPS站的坐标和协方差矩阵。分别以中国岩石圈动力学地图集 (马杏垣 ,1989)中的中国大陆主要构造单元 (称之为亚板块 )和张培震等 ( 2 0 0 2 )给出的中国主要活动块体为格架 ,用笔者提出的 1种推广了的QUAD方法对中国大陆的 2 0个主要构造块体逐个进行判别检验。那些现今无明显相对运动的相邻块体则被归并起来 ,从而确定了活动块体和它们的边界。采用刚体运动 +块体均匀应变 +局部变形的模型作为描述中国大陆构造块体的现今活动和变形的模型。求出了有明显相对运动块体的欧拉运动矢量和块体的整体均匀变形参数、各块体内部的不均匀局部变形以及活动边界的活动方式和强度。在此基础上 ,除了一般地指出中国大陆地壳运动西强东弱的特征之外 ,还对西部主要活动块体和边界活动强弱给出了定量比较结果 ,从而为强震危险区的判别提供了形变背景依据     

相对于一组稳定点的位移的确定方法

在分析地壳变形时,除了要确定各构造块体间的相对运动外,常常还需要确定各构造块体本身的变形状态,为此介绍了确定某一个构造块体内的变形监测点相对于该块 内一 相对稳定点位移的几种方法,并用一个例子证明这些方法可得到基本相同的结果,因而可根据资料处理不同的需要加以选用。得到的这种位移可作为各块体变形分析的基础。     

变形分解作用研究综述

变形分解作用是描述总的构造应变变形如何分解到一定意义分量的一个运动学概念。变形分解作用形成的构造应变变形分量之间的分解可以是表现在应变场的不均一性，也可以是同一应变场的，还可以是表现在构造力学性质、变形机制等的差异。因此，作为一种运动学概念，它涉及多个构造应用领域，研究者建立了多种不同的变形分解作用运动学模型并讨论其控制因素。为构造变形分解作用的研究提供了一种系统思维的研究思路，有利于更系统的认识相关地质构造之间存在的联系。综述了国内外学者对变形分解作用的研究。     

构造块体在球面上的运动及参数的确定

讨论了构造块体在球面上运动的两种运动学模型。其一称之为“完全模型”，把构造块体视为刚体，把地球近似为圆球，则块体在地表的运动可用该模型完全描述。其二称之为“平移模型”，当构造块体上的观测点不足时，通过增加约束条件，可用该模型描述块体间的相对运动。阐述了两种模型的适用范围以及确定运动参数的方法，导出了计算公式，并给出了两个算例。     

汶川8.0级地震前区域地壳运动与应变场动态特征

利用中国地壳运动观测网络GPS资料, 通过获取水平相对运动、 水平应变场分布变化等, 研究了汶川8.0级地震前的区域水平运动与应变率场变化, 以及大尺度地壳运动动态特征等。 研究结果表明, 发生汶川8.0级地震的龙门山断裂带, 由于受到其西侧巴颜喀拉地块向东运动的构造动力作用, 处于缓慢的应变积累状态。 在汶川地震前龙门山断裂带相对华南地块的差异运动小于GPS观测误差。 川滇地区应变场图像显示2004-2007年面应变率负值最高区出现在汶川8.0级地震震中区及其附近, 可能反应了局部挤压增强。 GPS基准站资料反映的大尺度北东向地壳缩短的相对运动增强, 也形成了促进龙门山断裂带发生大破裂的区域构造动力增强的背景条件。     

地震前兆时空非均匀性指标Cv值的实验检验

在双向加载条件下，对两种构造和介质不同的岩石标本进行变形实验，测量了标本表面不同部位的应变．在此基础上，利用王晓青和陈学忠等提出的描述地震前兆非均匀分布的参量————Cv值，分析了标本变形失稳过程中应变异常的分布，以期从实验角度检验Cv值方法并探讨其物理意义．研究表明，Cv值的变化与岩石变形特征的变化有关，是描述前兆分布非均匀性的一种有效指标；Cv值在失稳发生前先异常上升，然后下降，并在Cv值恢复过程中或恢复后伴随着失稳事件的发生．因此，Cv值是一种有效的预报指标．      

空间大地测量GPS揭示的汾渭盆地及其邻域现今地壳应变场变化特征

利用汾渭盆地及其邻域2001—2007年与2009—2011年高精度GPS监测资料,基于区域构造特点,采用块体运动应变模型结合数理统计假设检验法,建立了区域合理的地壳运动应变模型,基于此定量研究了区域现今地壳应变场及其变化特征,特别是2008年汶川强震对汾渭盆地区域变形特征的作用影响,同时从盆地整体上分析了盆地内多发的地裂缝灾害与区域整体构造变形特征之间的内在关系.研究结果表明:经统计检验判断,选择合理的区域地壳运动应变模型,对获取真实反映区域实际构造变形特性的应变参数具有重要的作用;2008年汶川强震对青藏东边缘地块及渭河盆地西侧局部地区应变场造成一定的影响,但是震后上述区域并没有出现显著的应变积累而是呈现出应变量值较震前减小的特征,分析其原因可能是因为此区域并不是强震造成的库仑应力显著增加区,在震后2009—2011年时间段内处于构造应力场的松弛调整期;汶川强震没有显著改变研究域现今整体的构造变形背景特征,区域地壳构造活动特征仍具有较好的继承性;基于研究域构造块体具有各向同性连续弹性变形的前提,初步推断整个汾渭盆地内多发的地裂缝灾害可能是区域NW—SE向拉张应力场作用下的地表破裂响应.     

郯庐断裂带南段与大别──胶南造山带构造复合（叠加）的显微构造证据

对那庐断裂带南段构造岩特别是中深层次韧性剪切带中的糜棱岩进行了研究自北向南于部庐断裂带主干断裂沿线选取6条有代表性的初一脆性剪切带进行地质测量,应用高分辨透射电子显微镜对构造岩中变形石英的位错结构进行观察,求得了韧性剪切作用下构造岩石所受的古差异应力和应变速率等一系列应变参数从显微构造角度提出了郊庐断裂带与大别一胶南造山带构造复合（叠加）的证据：构造岩石的一组应变参数是郊庐断裂带的产物,严格受其中的韧性剪切带控制,另一组系大别-胶南造山带与部庐断裂带复合的产物还讨论了都庐断裂带南段中深层次构造岩的变形一变质历史     

区域构造形变不均匀分布与强震地点

强震的孕育、发生涉及大尺度的地壳运动和构造形变的分布.中国大陆西部现今构造形变强烈,一些强烈活动的深大断裂的分布,把地壳分割成了若干活动地块.GPS观测获得的大范围的水平运动速度场分布具有较好的空间有序性和协调性.大区域水平相对运动和变形的协调与平衡,主要是通过一些大的断裂带(活动地块的边界带)的剧烈运动和变形来调整实现的.大区域的继承性构造运动决定了这些大的活动断裂带的相对运动与变形的性质及其空间分布趋势.强震前局部区域的相对运动和变形的异常是与大区域的地壳运动和整体变形相联系的.强震活动引起的调整总体上是维护大区域地壳运动和变形的协调与平衡的趋势.研究大断裂带构造变形的趋势背景和识别异常区段,是预测未来强震地点的重要途径.     

川滇地区应变率场分布及其变化特征研究

基于GPS多期复测资料, 利用最小二乘配置方法计算川滇地区应变参数, 分析该区域应变率场分布及其变化特征并探讨其分布与强震关系。 研究结果表明: ① 各时段应变率场空间分布的明显变化应属于大于GPS资料误差的真实地壳构造形变信息; ② 最大剪应变率及第一、 第二剪应变率的结果反映了走滑断裂对区域变形的显著控制; ③ 主应变率, 东西、 南北向应变率场动态结果反映的汶川地震孕震的空间尺度较大; ④ 在本区大致反映北东向与北西向剪切变形的第一剪应变率、 东西向应变率、 南北向应变率及最大剪应变率与6级以上地震对应较好。     

华北部分地区水平变形的力学机制--三维有限单元计算和GPS复测结果的分析

１９９５和１９９６年,对以北京为中心的华北部分地区的一个ＧＰＳ变形监测网进行了两次精密测量．两次测量的结果表明,监测地区的现今水平变形,以各主要构造块体间的相对运动为主要特征．结合区内的地质构造、地震波探测和地震活动性,研究得到了区内地壳构造分布的空间特征和在深度方向上的地壳介质分层特征,设计了三维线弹性有限单元介质模型,并在顾及和不顾及区域本底应力场作用方式的情况下,计算模拟了构造块体间的相对运动．根据计算分析结果,讨论了造成现今地壳水平变形的力学机制．     

浙北及邻近地区应力场数值模拟与地震危险区预测

根据构造地质学、地震地质学的考察和观测结果,结合构造单元、地震活动分区和研究区位置确定计算模型的范围,选定一个构造骨架,确定计算模型的边界形状和几何参数。然后参考地震震源机制解结果和新构造运动特征,选定模型边界条件,参考岩石力学实验结果,确定模型的物理参数,最后利用线弹性二维有限元程度计算了各节点位移、各单元应力应变及应变能增量。通过分析应用应场和应变能增量划分出２个地震危险区。     

华北部分地区水平变形的力学机制——三维有限单元计算和GPS复测结果的分析

1995和1996年,对以北京为中心的华北部分地区的一个GPS变形监测网进行了两次精密测量．两次测量的结果表明,监测地区的现今水平变形,以各主要构造块体间的相对运动为主要特征．结合区内的地质构造、地震波探测和地震活动性,研究得到了区内地壳构造分布的空间特征和在深度方向上的地壳介质分层特征,设计了三维线弹性有限单元介质模型,并在顾及和不顾及区域本底应力场作用方式的情况下,计算模拟了构造块体间的相对运动．根据计算分析结果,讨论了造成现今地壳水平变形的力学机制．      

描述软土不排水循环应力应变响应的拟动力关系

依据等效黏弹性理论与蠕变理论,建立了描述一般应力状态饱和软土不排水循环应力应变响应的拟动力本构关系。该关系包括三个基本参数：循环剪切模量,阻尼比与增量循环累积应变。利用循环剪切模量与阻尼比随土单元八面体剪应变的变化描述循环荷载作用下软土的不排水循环应变,依据Mises蠕变势函数与正交流动法则确定循环累积应变增量。通过饱和软土不固结不排水循环三轴压缩试验确定这些变化关系。按确定出的参数预测循环三轴拉伸与循环扭剪试验结果。预测出的循环拉伸试验剪切模量和阻尼比随八面体剪应变的变化与试验结果吻合。对于循环扭剪试验,当循环偏应力与静偏应力方向一致时,预测出的循环累积应变随循环次数的变化与试验结果基本一致;当循环偏应力与静偏应力作用方向不一致时,预测出的循环累积应变与试验结果相比偏小。     

描述软土不排水循环应力应变响应的拟动力关系

依据等效黏弹性理论与蠕变理论,建立了描述一般应力状态饱和软土不排水循环应力应变响应的拟动力本构关系。该关系包括三个基本参数：循环剪切模量,阻尼比与增量循环累积应变。利用循环剪切模量与阻尼比随土单元八面体剪应变的变化描述循环荷载作用下软土的不排水循环应变,依据Mises蠕变势函数与正交流动法则确定循环累积应变增量。通过饱和软土不固结不排水循环三轴压缩试验确定这些变化关系。按确定出的参数预测循环三轴拉伸与循环扭剪试验结果。预测出的循环拉伸试验剪切模量和阻尼比随八面体剪应变的变化与试验结果吻合。对于循环扭剪试验,当循环偏应力与静偏应力方向一致时,预测出的循环累积应变随循环次数的变化与试验结果基本一致;当循环偏应力与静偏应力作用方向不一致时,预测出的循环累积应变与试验结果相比偏小。     

华北（北部）地区的地壳水平运动特征及其模型——GPS测量结果的初？…

根据两次ＧＰＳ测量结果，研究了华北（北部）地区的现今地壳水平运动的特征。其主要特征可以用１个４块体的构造运动模型来描述。利用构造单元内的最大相对稳定点组求出了模型中的运动参数，并据此研究了构造边界带上的差异运动和应变积累方式。同时还用两种不同的方法求得了相当一致的构造块体内的局部变形。最后讨论了这种运动特征对地震危险性预测的意义。     

2014年新疆于田MS7.3地震前 地壳变形特征研究

利用1999—2007年和2009—2013年两期GPS速度场资料, 采用最小二乘配置方法分别计算了2008年和2014年新疆两次于田M_S7.3地震前新疆及周边地区的主应变率、 面应变率及最大剪应变率, 分析了该区域的变形动态特征, 并结合速度剖面分析方法给出了震源区的构造变形特征. 速度场及应变率场动态结果表明: 新疆天山地区的地壳变形特征整体表现为由南向北缩短, 相对运动速率表现为由南向北、 由西向东逐渐减小; 震源区东侧的左旋剪切变形明显大于西侧; 2008年与2014年两次于田M_S7.3地震的震源区均处于拉张与挤压变形的过渡地带, 易于强地震的发生; 2008年于田M_S7.3地震的张性兼有少量剪性破裂的发生使得阿尔金断裂的左旋剪切变形增强. GPS速度场剖面分析结果表明, 2014年于田M_S7.3地震前震源区西侧的变形宽度大于东侧, 剪切应变积累程度西侧高于东侧. 综合分析认为, 震源周边构造区应变积累的差异性有利于强震的孕育, 2008年于田M_S7.3地震对2014年于田M_S7.3地震可能有促进作用.      

GPS应变率场计算方法研究进展

基于大地测量资料获取地壳运动与应变积累定量结果一直是国内外重视的地震中长期预测的技术途径。 针对地震变形过程的准确描述问题, 国内外学者基于GPS资料, 发展了多种应变率场解算方法。 本文首先简要介绍了GPS应变率计算的基本原理, 然后系统梳理了国内外多种计算方法的优势和不足, 结果表明: 应变率计算的数学方法只考虑几何关系, 其中整体方法主要适合数据密度和分布较好条件下获取区域地壳变形分布与趋势, 局部方法主要适用于数据较为稀疏情况下描述构造块体的变形特征; 应变率计算的物理方法既考虑几何关系又考虑物理关系, 其中, 位错方法根据主要适合于研究区域存在主控断层的情况(研究区域的变形主要由少数断层控制); 数值模拟方法(如有限元法)主要适用于区域地质、 地球物理的资料比较完备的情况。     

汶川8.0级地震前区域地壳运动与变形动态过程

利用GPS等观测资料研究了2008年汶川8.0级地震前的区域地壳运动与构造变形、应变积累,以及大区域地壳运动微动态变化过程,结合同震位移场分布等分析、讨论了汶川地震前近10年区域地壳变形的表象所反映的大震孕震最后阶段的物理过程.结果表明,发生汶川8.0级地震的龙门山断裂带1999～2004年相对稳定的华南地块无明显的相对运动,2004～2007年有一定程度的相对运动显示,以右旋活动为主,年速率为1.6mm/a.龙门山断裂带西北侧的巴颜喀拉地块东部为右旋剪切为主兼有推挤的大尺度缓慢变形状态,右旋扭动变形率为2.1±0.2(10^-8/a),地壳总体缩短变形率为-0.7±0.1(10^-8/a).由GPS基准站资料计算的基线时间序列显示,2005年以来大尺度北东向地壳缩短的相对运动明显增强,青藏块体相对华南地块的北东向运动明显增强.对汶川大地震前应变积累的特殊性等问题进行了初步讨论,分析认为,汶川大地震的发生是四川盆地西缘的龙门山断裂带受到其西侧巴颜喀拉地块推挤导致大尺度、长时期、缓慢的地壳应变积累的结果.在发震前不仅龙门山断裂带为显著闭锁状态,且孕震区域可能存在地壳弹性变形趋于极限后难以发生变形的相持阶段,大尺度地壳运动与动力环境的动态变化对汶川大地震的发生有促进影响.