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.     

基于跨断层测量的鲜水河断裂带现今活动特征及其与强震关系研究

利用鲜水河断裂带30多年的跨断层观测资料,基于断层三维运动模型,采用主成分分析法,综合研究了鲜水河断裂带现今运动学特征及其与周边几次强震的关系．研究结果表明:鲜水河断裂带在观测期内(1982—2015年)以左旋走滑运动为主,各段落的活动速率都不相同,其中炉霍段、道孚段的活动速率大于乾宁段,乾宁段趋于闭锁状态;断层活动参数时间序列曲线具有较明显的线性运动特征,但在个别时段内会出现偏离直线的加速或转折变化．此外,断层三维活动参数的主成分分析结果显示,断层水平走滑量和水平张压量的主成分和综合指标在2001年、2006年、2010年和2012年分别出现趋势性转折和破趋势的异常变化,断层垂直升降量第一主成分在2013年也出现了相对小幅转折变化,这些异常变化可能与2001年昆仑山口西M_S8.1、2008年汶川M_S8.0、2010年玉树M_S7.1和2013年芦山M_S7.0等地震有关,属于这几次大震的前兆、同震或震后效应．      

郯庐断裂带中南段闭锁特征与地震危险性分析

利用华北地区1999～2007、2013～2017两期GPS水平运动速度场数据,采用块体负位错模型,分别反演了郯庐断裂带中南段不同段的断层闭锁程度和滑动亏损速率分布;结合地表应变结果,综合分析了郯庐断裂带前后两期的变形差异特征,并探讨了其与日本3·11地震间的可能关系。研究结果表明:日本地震后,郯庐断裂带中南段郯城以北的段落闭锁程度有所减弱,中南段东部地区主张应变率增强,处于拉张状态;日本大地震的发生对郯庐断裂带中南段的应变积累起到一定的缓解作用。2013～2017最新一期反演结果显示莒县以北断层闭锁程度仍较高,闭锁深度较深,为右旋挤压亏损,是1668年郯城地震的未破裂段;莒县以南到泗洪附近断层闭锁程度较低,无滑动亏损积累;泗洪以南到嘉山段断层闭锁程度较高,是历史地震的未破裂段,同时该地区小震不活跃,易于应力积累,地震危险性值得关注。     

基于钻孔应变观测约束的2016年新疆呼图壁M6.2地震的发震断层研究

利用北天山地区的钻孔应变观测资料,分析2016年呼图壁M6.2地震同震应变阶跃的张、压性特征。结合余震精定位方法等给出的震源参数,基于弹性位错理论,模拟不同震源参数下的同震应变阶跃的张、压性特征。通过对钻孔应变张、压性的模拟值与实测值进行对比分析,研究呼图壁M6.2地震的发震断层。结果表明:(1)震中附近4个四分量钻孔应变台站数据自检性能较好,且多记录到明显的同震应变阶跃,其中,呼图壁、石场、巴伦台应变阶跃较为明显,张、压性变化最大值分别达2.5×10^-8和-3.4×10^-8;(2)在地震震源参数为293°/64°/90°(走向/倾角/滑动角)、发震断层面倾向北时,钻孔应变张、压性的模拟值与实测值最为吻合,呼图壁M6.2地震的发震断层极有可能为一条倾向北的高角度逆冲型盲断层。本文结果为认识呼图壁M6.2地震的发震构造提供重要力学依据。     

汶川M_s 8.0地震大震复发周期的研究进展

汶川Ms8.0地震发生在青藏高原东缘NE向龙门山断裂带上,造成以映秀、北川为中心的长达300km的同震地表破裂带.初步研究认为,龙门山断裂带大震复发属于特征地震模式.本文在考虑地形差异影响下,用有限元数值模拟方法对汶川地震的大震复发周期进行研究.初步结果表明:龙门山断裂带大震复发周期为3908～4482a,该结果与古地震、断层滑动法、地震矩率、GPS数据确定等给出的结果具有较好的一致性,为龙门山断裂带的地震活动性及地震危险性研究提供重要的定量依据.     

山东省城市空间扩展和经济竞争力提升内在关联性分析

城市的形成和发展是一个时空过程,具有继承性,对一个城市空间扩展状态进行研究,不仅有助于正确把握城市化进程,预测和优化调整城市空间格局;而且对于提高城市效率、提升城市竞争力具有重要的指导意义.本文运用新经济地理学、城市地理学理论,从规模经济、城市用地效率和结构、城市无序蔓延等3个角度分析城市扩展与经济竞争力提升之间的内在关联性;以山东省为例,借鉴西方学者关于城市蔓延的界定和度量,构建城市综合扩展指数和采用相关分析方法进行实证研究,得出结论:①越是经济发达的城市,城市空间结构越紧凑,人口和产业相对密集;越是经济发展落后的城市,中心扩展越严重,人口和产业急需集聚;②当城市规模较小时,经济迅速增长驱动城市空间扩展加速;而达到较高城市化水平时,外延扩展程度越小的城市,经济效益越明显和经济结构越优化.文章最后提出实现城市精明增长的措施.     

基于正交各向异性理论表征断层的变形行为

总结了"介质弱化带"和"摩擦接触"这2类常见断层模型在地壳动力学数值模拟研究中的应用研究进展,再利用2者各自的特点,引入复合材料力学中各向异性理论,结合断层产状给出了针对不同走向、倾角的断层各向异性本构方程。数值模拟试验对比研究显示:基于正交各向异性本构关系的断层模型不但能够避免断层垂直方向上的形变场畸变现象,而且能够有效地刻画断层两盘相对滑动,模拟结果与基于接触摩擦断层模型的模拟结果吻合良好。该模型可以在研究区域构造复杂,接触计算收敛困难的情况下替代摩擦接触模型。     

山东省人力资本区域差异及形成机制研究

人力资本的差异主要体现在各地区人力资本的存量、质量以及人力资本丰度等方面,运用主成分分析法从影响人力资本区域差异的20个因素中提取了经济发展水平、区域流通度、科技潜力、教育培训4个综合指标.在此基础上,分析了山东省人力资本区域差异的形成机制,目的是为了进一步探寻缩小人力资本区域差异的有效途径,即加大教育投资,扶持落后地区教育事业;加强西部地区的人才流动,提高区域流通度;加快经济发展,提高区域人力资本的需求拉力;加强政府调控,平衡区域人力资本格局.     

1947年达日M7.7地震对巴颜喀拉块体边界断裂应力影响的数值模拟

1947年达日7.7级地震是发生在巴颜喀拉块体内部的一次强震,该地震在块体边界断裂带应力演化中的作用,在以往的研究中多被忽略.本文通过构建巴颜喀拉块体东部及邻区三维黏弹性有限元模型,考虑达日地震的同震位错与震后黏弹性松弛效应,分析该地震的发生引起巴颜喀拉块体边界断裂带上的库仑应力变化.结果表明:达日地震除造成达日断裂破裂段两端相邻未破裂段显著的库仑应力增加外(>1.0×10⁶ Pa),同时造成龙日坝断裂中-北段、东昆仑断裂中西段、龙门山断裂中-北段、马尔康断裂、鲜水河断裂中-南段和甘孜—玉树断裂西段同震库仑应力的增加,最大达1.4×10⁴ Pa.相反,也造成东昆仑断裂中-东段、甘孜—玉树断裂中-东段、龙日坝断裂南段、鲜水河断裂北西段和龙门山断裂南段库仑应力的减小.达日地震的发生导致后续1955年康定7.5级地震、1963年阿兰湖7.0级地震和2008年汶川8.0级地震等强震震源处累积(同震+震后)库仑应力变化分别为3.58×10³ Pa、1.16×10⁴ Pa、7.68×10³     

巴颜喀拉块体强震动力学过程数值模拟

以青藏高原为目标采用弹性体本构关系,模拟印度板块持续向北推进、挤压对巴颜喀拉块体及邻区的影响.通过降低强震发生位置处单元弹性模量的方法,模拟1900年以来发生在巴颜喀拉块体及周缘Ms≥7.0强震,计算序列中前面地震对后续强震的影响.模拟结果表明:①巴颜喀拉块体背景场应力水平大致与块体西部等效应力同等大小,自西向东逐渐递减,巴颜喀拉块体西部和中部等效应力从南向北逐渐递减,东部地区等效应力比较低;②模拟的14次地震序列中,有8次发生在前面强震所引起的等效应力增大的区域内,2次发生在等效应力增大和减小的过渡区域内,3次发生在等效应力减小的区域内;③从强震序列所引起的应力相互作用看,历史地震对1970年以来发生的地震影响结果为:历史地震加速了1973年亦基台错、1997年玛尼和2001年昆仑山口西地震的发生,昆仑山口西地震对汶川地震的影响较小,汶川地震对玉树地震的发生不具有加速触发作用.