历史大地震断层滑动模型的建立及其对同震数值计算的影响——以1920年宁夏海原MS8.5大地震为例

大地震的发生会引起区域位移场和应力场发生变化,进而改变区域内及临近断层的应力状态和地震活动性.目前,研究学者可据已有的断层滑动模型来计算分析大地震同震应力变化,同时采用库仑应力触发理论来进一步分析震后余震分布和断层危险性.然而,历史上曾经发生过不少大地震,例如,1920年的海原M_S8.5大地震,是全球范围内少见的特大地震之一.局限于无确切的地震台站地震波等资料,前人在研究历史地震的影响时往往给出一些简单的断层滑动模型,将断层面上错动量视为均匀分布.为更准确地了解历史地震对后续地震的影响,基于前人研究和一般地震滑动形态分布规律及地震反射剖面等资料,以海原M_S8.5大地震为例,探讨了如何建立海原大地震断层滑动模型,并分别搭建了简单断层滑动模型和复杂断层滑动模型的全球同震横向不均匀并行椭球型地球模型.通过对海原M_S8.5地震的同震位移场和应力场的计算,发现采用复杂断层滑动模型比简单断层滑动模型地表位错分布更切合实际.同时,进一步计算和分析了此次大地震对青藏高原东北缘近100年历史地震和周围断层的应力触发作用,得出断层滑动模型对同震计算结果的影响集中在发震断层附近而对远场影响较小.     

2001年昆仑山口西MS8.1地震对周围断层的应力影响数值分析

大地震的发生往往会引起周围区域形变场和应力场变化,且对临近断层上的应力状态也有影响.2001年11月4日,昆仑山口西发生了半个世纪以来中国最大的M_S8.1级地震.本文基于已有的滑动模型,建立了三维含地形高程的横向不均匀性椭球型地球有限元模型,采用等效体力方法,分析了此次M_S8.1地震产生的全球同震位移和应力场变化.与解析方法相比,该模型考虑了地形、Moho面起伏和地球介质横向不均匀性;与一般的有限元数值模拟相比,该模型考虑了地球曲率和椭率,合理地规避了有限块体模型假定边界位移为零所引入的误差.计算得出同震位移与GPS观测数据可以很好地吻合.据库仑破裂应力准则和震源参数,计算得出昆仑山口西M_S8.1地震的发生造成了汶川、芦山、改则和当雄地震的发震断层上库仑应力增加,对这些地震的发生起促进作用;而造成玉树和德令哈地震发震断层上的库仑应力变化为负值,在一定程度上抑制了这些断层的地震活动性.此外,计算结果显示地球地形高程、介质非均匀性和椭率对昆仑山口西M_S8.1地震同震变化计算有一定的影响,其中地形和椭率造成的同震位移场相对误差约10%.     

长江中下游浅水湖泊悬浮颗粒物吸收系数测定方法探讨

对两种水体悬浮颗粒物吸收系数测定方法及相关计算进行对比研究.通过长江中下游湖泊典型藻类的实验室培养,利用T方法和T-R方法分别对藻类颗粒物、藻类泥沙混合悬浊液进行吸收系数测定.通过颗粒物光谱吸收系数与叶绿素a之间的相关性关系,对比了两种方法的测量稳定性.通过对不同比例的藻类和无机悬浮颗粒物(ISS)的混合悬浊液进行分析,获得了不同浊度水体悬浮物吸收光谱的变化情况.结果表明,在纯藻或者泥沙含量较少的水体进行颗粒物吸收系数光谱测定时,T方法和T-R方法均可以采用,并且均具有较高的测定精度.然而,在泥沙含量相对较高的浑浊水体,应尽量选取T-R方法进行颗粒物吸收光谱的测定,以提高测定精度.长江中下游浅水湖泊由于底泥易受风浪影响发生再悬浮,因此在颗粒物吸收系数光谱测定中,当水体中ISS含量超过30 mg/L时,应选择T-R方法.     

COMPREHENSIVE ANALYSIS OF THE MACRO- AND MICRO-PHYSICAL CHARACTERISTICS OF DENSE FOG IN THE AREA SOUTH OF THE NANLING MOUNTAINS

Using the composite field observational data collected in the area south of the Nanling Mts. and numerical modeling, the seasonal features of dense fog and visibility, fog drop spectrum and physical concept of fog forming have been analyzed. The occurring frequency of low visibility（≤200 m） is very high with a mean of 24.7%, a maximum of 41.8% from the end of autumn to winter and next spring. The fog processes that occur in the area south of the Nanling Mts. in spring and winter result from the interactions of complicated micro-physical processes, the local terrain, water vapor transportation and the influencing weather system. The fog processes are arisen from advection or windward slope, which is much different from the radiation fog. Cooling condensation due to the air lifted by the local mountain plays an important role in fog formation. Windward slope of the mountain is favorable to the fog formation. Dense fog can occur at lower altitudes in the windward slope of mountain, resulting in the lower visibility. The fog is mainly of small-drop spectrum with smaller number-density than that of urban fog, and its drop spectrum has descending trend in the section of smaller diameter. The inverse relationship between fog water content and visibility is the best among several relationships of micro-variables. In addition to micro-physical processes of fog body itself, the motion of irregular climbing and crossing over hillside while the fog body is being transported by the wind are also important reasons for the fluctuation of micro-physical parameters such as fog water content.     

THE APPLICATION OF IMAGE-BASED MODELING IN PALEOEARTHQUAKE TRENCH STUDY

The geological structure exposed by paleoearthquake trenches is the key material to the right cognition of fault activity and paleoearthquake. However, paleoearthquake trenching inevitably destroys active tectonic geomorphic evidence and trench exposures are usually difficult to reserve. The conventional process of recording the delicate geological information, manually constructing photomosaics by image-editing software, is time-consuming and produces undesirable artificial distortions. Herein, we explored the process of constructing trench orthophotomosaics and the 3D image model using the Image-based Modeling technology and applied it to the Liutiaohe trench across the Tianqiaogou-Huangyangchuan Fault, Gansu Province. Based on the 3D image modeling and orthophotomosaic, we firstly constructed the control points and scale bars on cleaned trench walls and collected photos of all sections of the trench with a digital camera in the field, and then reconstructed the 3D model of the trench through the Agisoft PhotoScan, an efficient image-based modeling software, and finally yielded the 3D image model of the trench and othophotomasaics of the trench exposures. The results show that the automated workflow can produce seamless, sub-millimeter-level high-resolution photomosaics more quickly, with precision in the centimeter range, and the 3D image model is of great help to identify strata and geological structures in trenches with much lower capital and labor costs and low expertise levels compared with LiDAR, meanwhile, the 3D archive benefits the share and communication and even allows future reinterpreting the site using new insights.     

有限元模拟弹性位错的等效体力方法

计算地震位错造成的位移场和应力场,对于估计大地震引起的后续地震活动发展趋势十分重要.本文提出在弹性位错问题的有限元模拟中,用等效体力代替位错源,从而在构建几何模型时不用包含断层,却可以处理包含任意复杂断层的问题,极大降低建模的难度.使用此方法,本文计算并讨论了在球形地球模型下2011年日本Tohoku-Oki特大地震对华北地区断层的影响,结果表明此次地震使华北主要断层趋于稳定.     

邢台地区地壳各向异性特征初步研究

邢台地区处于华北平原地震带中南段, 是华北地区活跃的地震活动区。 本研究根据该地区的构造环境, 采用SAM方法研究地壳各向异性特征, 通过对邢台地区台站的数字波形进行分析, 初步得到邢台地区的剪切波分裂参数, 该地区的快剪切波平均偏振方向为73.9°±40.2°, 慢剪切波平均时间延迟为(2.74±1.54) ms/km。 结果表明, 快剪切波平均偏振方向与华北区域最大主压应力场方向基本一致, 但是受到局部断裂的制约, 部分台站下方的快剪切波的偏振方向显示为NWW方向。     

多年冻土区青藏铁路列车荷载作用下路基振动响应研究

针对多年冻土区青藏铁路列车荷载振动作用下的动稳定性,通过对北麓河和二道沟三个典型铁路路基横断面振动响应的二分量加速度观测,对比分析客运列车和货运列车引起的路基振动特性和衰减规律,研究不同防护形式路基的列车振动响应。结果表明,路基上的振动作用主要集中在40～80Hz频率范围内;防护形式对路基的列车动力响应有明显影响,热棒加碎石路基动力响应最小,其次为碎石防护路基,未采取任何防护的路基铁轨上的动力响应最大,建议对未采取防护的路基进行防护。分析结论为青藏铁路列车作用下的路基动稳定性评估提供实测依据,对多年冻土区的路基稳定性研究提供参考。     

饱和土体-地下综合管廊结构地震响应分析

将土体视为固-液两相介质,基于饱和土体有效应力原理,建立饱和土体-地下综合管廊结构体系相互作用动力模型:在地应力平衡的静力状态下采用Duncan-Chang非线性弹性本构模型,在地震波作用的动力状态下采用Davidenkov非线性黏弹性本构模型;考虑饱和土体黏弹性动力人工边界条件,将地震动作用转化为作用在人工边界节点上的动力荷载。模型考察不同地震波时程、地震波加速度峰值、入射角度、孔隙率以及地应力场的影响,得出如下结论:(1)地震波的卓越周期与场地卓越周期相近时引起结构上的变形最大;随着地震波加速度峰值的增大结构变形增大;随着地震波入射角度的增加结构变形增大,地震波斜入射情况下产生的行波效应使得结构变形最大。(2)土体材料的孔隙水压力是影响地震中结构变形的主要因素之一。(3)将土体材料考虑为单相介质时结构上的变形要比考虑为固-液两相介质时大得多,直接将饱和土体场地中得到的地震波等效荷载施加到单相土介质-结构动力相互作用模型上,能够得到与完全基于有效应力法一致的结果。