台湾地震对华南及华东地区应力场影响的数值模拟研究

台湾是我国地震发生最为频繁的一个地区,一些地震学者研究过中国周边地区地震与中国大陆地震活动的关系,有研究认为台湾地区强震活动与大陆中强地震活动具有同期活跃的特点,这种板内地震与板缘地震同步活跃的特点表明,二地区可能具有同一个动力来源,可能是由于板缘地震所引起的应力调整对板内地震孕育所作出的贡献.     

南北地震带应力场演变的数值模拟研究

应用有限元方法,考虑主要地质构造情况,就粘弹介质状态下南北地震带及其相邻区域的应力场时空演变过程进行了数值模拟研究．计算了10万零10年累积载荷作用下模型的应力场演变,发现在周边板块不断推挤作用下,当整个南北带的应力松弛趋于稳定后,带上应力场的总体扰动大小取决于印度-澳大利亚板块、菲律宾板块和太平洋板块的共同作用．南北地震带上呈现出的“地震南北呼应”现象,就是区域应力场达到平衡态后,整个南北带对外载荷(板块边界力)作用的总体反应．     

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。     

应力扰动对地震周期和地震矩影响的数值模拟

利用二维有限元数值模型,结合断层滑移弱化摩擦准则对断层滑动规律以及应力扰动对其影响进行了研究．数值计算结果表明,在均匀应力分布情况下, 平面断层滑动显示出典型的特征地震规律,断层面上的应力扰动对断层滑动规律产生影响,压应力增加明显延迟地震的发生时间,并增加地震释放的能量．应力扰动发生在地震破裂临界区时的影响比在震前滑移区时的影响显著．当发生在地震滑移区时,若应力扰动足够大,则压应力增大会造成地震发生时部分动力断层被暂时锁住,使得地震释放的能量变小,但可增加后续地震的能量; 而压应力减小则可导致地震规律产生更加复杂的变化,会即时触发地震．如果应力扰动发生在一个地震周期的早期,则触发的地震较小,但可导致随后的地震提前发生; 如果应力扰动发生在一个地震周期的后期,则会触发大地震．当应力扰动位于震前滑移区或破裂临界区时,小的扰动也可能产生类似的效果．应力扰动产生越晚,这种影响也越明显．应力扰动发生在破裂临界区的影响最明显．应力扰动的影响一般主要集中在应力发生扰动后的1—2个地震周期内．后续地震基本恢复无应力扰动时的特征地震规律．      

地震前兆复杂性的数值模拟研究

本文选用向各异性的准弹性介质模型和震源组合模型，应用有限元数模拟方法，研究了短阶临阶段地震前兆的复杂性。给出：临震异常的显现程度取决于观测点距发震构造的贴近程度。观测点赵接近发震构造，异常越明显。在时间分布上，异常先在外围出现后在震中区出现，呈现为异常从外转播的特征。此外，对于在同一观测点上的多手段（多种物理量）观测，由于不同物理量各自依赖于孕震过程中不同的变化因子，因此，同一观测点上的不同物理量     

四川大岗山水库蓄水对地震活动影响的数值模拟研究

水库地震问题是我国西南地区大型水电工程建设所面临的重要科学问题.四川大岗山水库处于龙门山断裂、鲜水河断裂和安宁河断裂等几条大型断裂的交汇区域, 属于地震高烈度区域.库区的地震观测显示在水库达到正常蓄水位后, 库区周边地震表现为丛集增强的特征, 在鲜水河断裂南段磨西断裂的西侧地震活动性明显增强, 而在龙门山断裂带南段即大渡河断裂的东侧, 地震活动性则有一定的降低.大岗山水库蓄水过程是否以及如何影响该区域断层的活动性呢？本研究依据四川大岗山水库的实际构造地质特征及高精度数字高程模型数据, 建立了该区三维孔隙弹性数值模型, 并利用有限元的方法计算了水库蓄水过程造成的附加应力对该区域断层的库仑应力影响.从断层和水库主要水体的空间分布来看, 大岗山库区的主蓄水区域位于磨西断裂的下盘以及大渡河断裂的上盘.因此, 水库蓄水的弹性载荷效应造成磨西断裂的活动更加活跃并抑制了大渡河断裂的活动.数值模型的计算结果表明, 在库水的重力作用和水渗流引起孔隙压力增加的叠加影响下, 磨西断裂以西地区库仑应力变化量为正值, 5 km深度最大增加45 kPa; 库水的弹性效应使得大渡河以东区域库仑应力变化量为负值, 最大降低约-12 kPa.这与该区域蓄水前后的地震活动性变化一致.进一步的计算结果表明, 当水库蓄水维持在正常水位时, 随着蓄水时间持续增长, 渗流造成的孔隙压力增加会使得整个库区库仑应力变化量趋于正值, 从而导致该区地震活动性整体增强.

     

数值模拟方法在应力场演化及地震科学中的研究进展

本文对数值模拟方法(主要针对有限单元法)在应力场演化及地震科学中的应用和发展做了回顾与总结,主要包括构造应力场模拟、地震活动性模拟、地震危险性模拟等部分,并对数值模拟方法的发展趋势、方法的优势及其所存在的主要问题做了探讨.     

雁列断层应力场影响因素数值模拟分析

利用有限元法,建立具有黏弹性力学参数的断层接触对,采用对比分析的方法,通过改变雁列断层的几何间距和黏滞系数,分析影响雁列断层构造应力场的因素和分布状态,模拟出雁列断层在失稳过程中,地震所产生的应力降和应力应变等以及第一、第二、第三主应力与断层之间的角度关系等。     

华南地震同菲律宾,台湾地震的相关性

本文对比了1913—1987年发生的华南地震、台湾地震和菲律宾地震,发现三者有比较好的对应关系。一般地,菲律宾群岛先发生7—8级大地震序列,其后台湾诸岛发生6—7级强烈地震,最后华南地区发生5—6级较强地震。对1913年以来的十二个活动期进行了统计分析,得到复相关系数R=0.98,能够在很高的显著性水平上通过F检验。地震活动在时间序列上的相关性表明,我国华南地震活动可能主要受菲律宾海板块俯冲运动的控制。     

中国东部地区地震活动与构造应力场关系的有限元数值模拟

运用有限元数值模拟方法结合板块构造边界条件和板内构造分布特征对中国大陆东部地区的基本构造应力场进行数值模拟,根据研究区受周边板块作用的情况分析板块边界作用力的变化对内部应力场的影响。对比有限元数值模拟结果解释了中国大陆东部地区地震活动空间分布的特点。     

华东地区视应力场的研究

我们应用华东地区1970年以来记录到的地震资料，运用视应力的定义，对华东地区视应力大小进行了估计，并对华东地区1970年以来发生5级以上12次地震进行了分析，总结震前视应力场的变化情况，为我们地震危险区的判定及地震趋势的预测具有一定的参考价值。     

华南地区地震活动特征与台湾强震影响

以M_S5.5以上地震是否发生为标记, 划分华南地区的活跃和平静时段, 结果显示与华南地区2级以上地震频次的应力调制时间过程变化趋势有很好的一致性。 另外, 在活跃和平静时段华南地区的震级频次特点显著不同。 华南地区在中强震发生前有4级左右地震频繁活动和小震群频发的特点。 华南地区的中强震与云南地区7级地震的发生相关。 统计20世纪以来台湾强震与华南中强震的对应关系, 台湾西带6级强震后1年内华南中强震的对应率近0.5, 地区影响似有由东至西逐渐减弱的趋势。 台湾7级地震后2年内华南中强震的对应率只有0.3, 对应地区除台湾海峡、 福建和广东东部地震外, 也有几次对应广西和北部湾地区的地震, 与6级相比, 台湾7级强震影响范围大。     

华南地区和广西自治区地震活动周期性变化特征和未来趋势预测

应用基于Morlet小波变换的一种新的定量划分地震活跃期或平静期的分析方法,研究了华南和广西地区1900～2003年间浅源地震年释放能量的时间序列,对研究区中强地震活动的周期性特征有了新的认识。研究发现,华南地区的地震具有17a,3a和8a三个活动主周期,广西地区的地震具有29a,11a和16a三个活动主周期。根据目前中强震活动具有的周期性,结合历史地震活动情况,对研究区未来几年的地震活动趋势进行了预测。     

华东地区态矢量的研究

态矢量来源于统计物理学,是对连续场进行粗粒化描述的方法。尹祥础等把该方法移植到地震学中用以定量刻画地震活动性的演化,取得较好的结果。作者对华东地区1970年以来发生5级以上12次地震进行了分析,总结震前态矢量的变化情况,发现震前态矢量均有显著变化,为本地区地震趋势预测提供一定的参考价值。     

Numerical simulation study of temperature change over East China in the past millennium

Despite many studies on reconstructing the climate changes over the last millennium in China,the cause of the China’s climate change remains unclear.We used the UVic Earth System Climate Model(UVic Model),an Earth system model of intermediate complexity,to investigate the contributions of climate forcings(e.g.solar insolation variability,anomalous volcanic aerosols,greenhouse gas,solar orbital change,land cover changes,and anthropogenic sulfate aerosols) to surface air temperature over East China in the past millennium.The simulation of the UVic Model could reproduce the three main characteristic periods(e.g.the Medieval Warm Period(MWP),the Little Ice Age(LIA),and the 20th Century Warming Period(20CWP)) of the northern hemisphere and East China,which were consistent with the corresponding reconstructed air temperatures at century scales.The simulation result reflected that the air temperature anomalies of East China were larger than those of the global air temperature during the MWP and the first half of 20CWP and were lower than those during the LIA.The surface air temperature of East China over the past millennium has been divided into three periods in the MWP,four in the LIA,and one in the 20CWP.The MWP of East China was caused primarily by solar insolation and secondarily by volcanic aerosols.The variation of the LIA was dominated by the individual sizes of the contribution of solar insolation variability,greenhouse gas,and volcano aerosols.Greenhouse gas and volcano aerosols were the main forcings of the third and fourth periods of the LIA,respectively.We examined the nonlinear responses among the natural and anthropogenic forcings in terms of surface air temperature over East China.The nonlinear responses between the solar orbit change and anomalous volcano aerosols and those between the greenhouse gases and land cover change(or anthropogenic sulfate aerosols) all contributed approximately 0.2℃ by the end of 20th century.However,the output of the energy-moisture balance atmospheric model from UVic showed no obvious nonlinear responses between anthropogenic and natural forcings.The nonlinear responses among all the climate forcings(both anthropogenic and natural forcings) contributed to a temperature increase of approximately 0.27℃ at the end of the 20th century,accounting for approximately half of the warming during this period;the remainder was due to the climate forcings themselves.     

断层对地下水渗流场特征影响的数值模拟

断层的存在影响着地下流场的运移和分布。 该文建立了一个理想地区的地下含水系统模型, 应用Modflow软件, 考虑断层倾向、 走向、 渗透系数等因素的影响, 采用数值模拟方法研究并探讨了断层对模拟区渗流场水头分布的影响特征。 研究结果表明: ① 倾向不同的断层, 以垂直断层对流场水头值的影响最为显著; ② 不同走向断层对流场的影响, 主要受断层走向与流线夹角的控制, 夹角越大, 对流场的影响越显著; ③ 断层的导水性质对模拟区流场水头值分布的影响较大, 断层表现为导水或阻水性质, 主要取决于断层渗透率与周围介质渗透率的关系; ④ 断层附近的流场梯度变化较大, 距离断层越近, 流场受断层的影响就越明显, 随着离断层距离的增大, 影响效应逐步减弱。 这项研究结果有助于深入认识断层对地下流体动态的影响, 以及对地震前兆特征的解释。     

Numerical study on the summer upwelling system in the northern continental shelf of the South China Sea

A three-dimensional baroclinic nonlinear numerical model is employed to investigate the summer upwelling in the northern continental shelf of the South China Sea (NCSCS) and the mechanisms of the local winds inducing the coastal upwelling, associated with the QuikSCAT wind data. First, the persistent signals of the summer upwelling are illustrated by the climatological the Advanced Very High-Resolution Radiometer (AVHRR) Sea Surface Temperature (SST) image over 1985–2006 and field observations in 2006 summer. Then, after the successful simulation of the summer upwelling in the NCSCS, four numerical experiments are conducted to explore the different effects of local winds, including the wind stress and wind stress curl, on the coastal upwelling in two typical strong summer upwelling regions of the NCSCS. The modeled results indicate that the summer upwelling is a seasonal common phenomenon during June–September in the NCSCS with the spatial extent of a basin-scale. Typical continental shelf upwelling characteristics are clearly shown in the coastal surface and subsurface water, such as low temperature, high salinity and high potential density in the east of the Hainan Island, the east of the Leizhou Peninsula and the southeast of the Zhanjiang Bay (noted as the Qiongdong-QD), and the inshore areas from the Shantou Coast to the Nanri Islands of the Fujian Coast (noted as the Yuedong-YD). The analysis of the QuikSCAT wind data and modeled upwelling index suggests that the local winds play significant roles in causing the coastal upwelling, but the alongshore wind stress and wind stress curl have different contributions to the upwelling in the Qiongdong (QDU) and the coastal upwelling in the Yuedong (YDU), respectively. Furthermore, model results from the numerical experiments show that in the YD the stable alongshore wind stress is a very important dynamic factor to induce the coastal upwelling but the wind stress curl has little contribution and even unfavorable to the YDU. However, in the QD the coastal upwelling is strongly linked to the local wind stress curl. It is also found that not only the offshore Ekman transport driven by the alongshore wind stress, the wind stress curl-induced Ekman pumping also plays a crucial effect on the QDU. Generally, the wind stress curl even has more contributions to the QDU than the alongshore wind stress.     

华东沿海地震海啸模拟

利用数字地震资料及海洋地震地质基础数据, 基于Matlab平台在Windows系统下重新编译Philip liu等人编写的海啸模拟源程序, 将分层静态位移解结果与已建立的海啸传播初始场快速融合, 用交错网格蛙跳差分方法求解笛卡尔坐标系下非线性浅水波方程, 模拟华东沿海地区地震海啸传播过程, 对华东沿海地区可能遭受海啸袭击的危险做出评估, 结果显示华东沿海地区是发生地震海啸影响较弱地区。     

华南地区流体地震预测指标建立、应用和反思

为提高华南地区流体地震预测水平和实效,在中国震例及日常工作经验积累的基础上建立华南地区流体地震预测指标体系,并在日常震情跟踪工作中进行检验,以2019年广西北流5.2级地震为例,对该指标体系的异常与干扰及会商机制等进行反思。结果表明:①指标体系中的空间指标、地球化学指标存在应用的局限性;基于M_L4.5震例基础上建立的震级强度指标在震级的判定上存在一定的偏差;②任何单一的预测指标用于地震预测时,都应根据不同区域特点,并结合多测项及其它学科资料进行综合判定,才能得到更为准确的判定结果;③空间分析不能只关注一条断裂带,应从更大的区域范围对成组断裂带进行分析;④地震异常和干扰有时是共生或伴生关系,不能因周围有干扰就直接否定其构造成因;异常分析不能仅局限在省域范围,应加强片区内各省学科间的交流协作,搭建一个可以充分勾通、交流的平台。     

南黄海南部与东海北部之间的深部构造

针对南黄海南部与东海之间的深部构造，根据前一段地球物理研究的结果，与有关文献进行对比探讨，发现其差异．在重力和三维地震层析成像结果基础上，探讨分析了该海域的深部构造，给出分布在南黄海南部与东海北部之间的苏浙-济州岛构造带的分布位置、形态特征，并讨论了该构造带的性质、与周边构造体系和构造演化的关系．并指出这一构造由于朝鲜半岛西缘断裂带的存在而并未延伸进入朝鲜半岛．