GNSS在断层形变研究中的应用

Great earthquakes often occur along or near active fault belts. Thus, monitoring and research on fault deformation are quite important. Methods such as short-leveling, short- baseline and integrated monitoring profile across fault belts have been used to monitor fault activities for many years. GNSS observations are mainly used to obtain the horizontal velocity field in large areas and to study the activities and deformation of major blocks. GNSS technology has been used to monitor and study the deformation of faults from a different aspects, In this paper, some applications and new explorations of GNSS are discussed. They are： （1） Research and monitoring of strike-slip activities of faults with GNSS. （2） Research and monitoring of vertical activities of faults with GNSS. （3） Investigating the laws of deformation of blocks on the sides of fault zone and setting up strain models to deduce the activities and deformation of faults with respective models and compare the deduced results with the actual measurements across fault. It is concluded that a larger discrepancy between the deduced and the observed deformation indicates a stronger interaction between the blocks, which can be important for predicting the location of a strong earthquake and assessing seismic hazard, as well as the seismicity trend.     

岷县漳县6.6级地震前地震活动能量场分析

运用随机函数理论将地震释放能量作为地震活动场的基本要素,采用自然正交函数展开方法系统研究了2013年岷县漳县6.6级地震前震中区域地震活动能量场的时空特征。结果表明：地震前能量场的前4个主要特征值对应的典型能量场时间因子出现明显上升变化,可能是中短期时间异常特征;而主要典型场的空间等值线形成局部能量高值异常危险区,可能是中短期空间异常特征。最后分析不同时间段研究区域均值能量场空间变化图像,显示出岷县漳县6.6级地震前震中确实存在长期的能量场高值危险区背景,短期的能量场均值异常显著变化;宁夏南部及邻区也存在长期的能量场高值危险区背景,只是短期的能量场均值异常不明显,未来几年或稍长时间也存在发生强震的可能。     

初始主应力方向对饱和粉土循环剪切特性的影响

利用“土工静力 动力液压 三轴扭转多功能剪切仪”,针对采用初始成样含水率为0和10%夯击法制备重塑饱和粉土试样,在初始平均主应力为100 kPa,初始中主应力系数为0.5,初始偏应力比为0.433,初始主应力方向角分别为0°、30°、45°的条件下完成非均等固结,然后保持平均主应力和中主应力系数恒定进行不排水循环扭剪实验。着重探讨初始成样含水率和初始主应力方向对粉土动力剪切变形、强度及孔压变化等特性的影响。实验结果表明：初始主应力方向对重塑粉土的变形与强度特性的影响程度有所不同;初始成样含水率对饱和重塑粉土的动力变形及强度特性具有显著影响。     

汶川M8.0地震前后山西地震带水平形变场变化特征研究

通过分析汶川M8.0地震前后山西地震带GPS速度场以及由此计算得到的现今构造应变率场,结果显示：（1）汶川M8.0地震后,山西地震带各区域的运动方向均不同程度向西偏转,太原盆地及其以北的区域由1999—2007年的SW或SSW向转为SWW向,且运动速率由平均约2 mm/a增加到约4 mm/a,太原盆地以南的区域由之前的SSE向转为SW向。（2）汶川M8.0地震后,山西地震带的应变率场显著增强,大同盆地、太原盆地北段和临汾盆地西南段形成了三个压性应变集中区,2010年在这三个区域内分别发生了大同M4.5、阳曲M4.6和河津M4.8地震,可能由于这种压性应变积累的区域应力场环境有利于山西地震带中强地震的孕育和发生。（3）2009—11年,受日本M9.0地震的影响,山西地震带向西运动的速率有所减弱,应变率场张性变化明显,太原盆地及其以北区域平均速率下降为约2~3 mm/a,太原盆地以南的区域由SW向转为整体向南运动的格局,有恢复到1999—2007年背景运动状态的迹象。     

一股高原南下弱冷空气触发准静止锋对流过程分析

利用卫星和自动站等非常规观测资料,通过对指示性特征云系追踪分析,进行弱冷空气活动的中、远距离检测,用地面中尺度变压场的演变特征对弱冷空气进行近距离检测,构成了弱冷空气活动的无缝检测,分析2011年6月7日一股弱冷空气从青藏高原南下入侵广西致使锋生加强和对流发生发展过程。研究表明:（1） 青藏高原小槽后的弱冷空气移过高原后,经云贵高原南下入侵广西,使广西境内原处于锋消减弱的准静止锋锋生加强,触发锋面对流而产生强降雨;（2） 暖湿空气在准静止锋前堆积形成中尺度负变压区,弱冷空气入侵后准静止锋锋生加强南移,锋面抬升中尺度负变压区中的暖湿空气触发对流运动,是一种锋面抬升触发对流机制;（3） 弱冷空气无缝检测方法具有提前时效、以及中尺度负变压区形成超前于对流发生约3 h是这次强降雨过程的一个明显特征。      

间断有限元方法的数值频散分析及其波场模拟

数值求解波动方程是大尺度正演波场模拟、基于波动方程的地震偏移和反演成像的关键.本文针对求解二维声波方程的Runge-Kutta 间断有限元（RKDG）方法的数值频散问题,从理论推导和数值分析的角度进行了深入研究,并将其与近似解析离散化方法（Optimal Nearly Analytic Discrete Method,简称ONAD 方法）、Lax-Wendroff 修正方法、交错网格（Staggered-Grid,简称SG）方法的数值频散进行了比较研究.结果表明：RKDG方法以及近似解析离散化方法在压制数值频散方面要好于上述其他方法,特别是空间精度为3阶的RKDG方法,即使当空间步长取波长的一半,即一个波长内取2个网格点时,最大的频散误差也不超过1.67%.同时,我们也通过波场模拟对比研究了不同数值方法的数值频散问题,进一步直观地验证了数值频散的理论分析结果.     

三维密度界面的正反演研究和应用

重力位场的界面反演是位场处理解释中的重要问题.本文将基于快速傅里叶变换的频率域界面反演方法Parker-Oldenburg公式推广到物性可随深度变化的三维情况,得出了密度可以横向、纵向任意变化的重力界面正反演公式.该方法在计算时可以合理地选取地面下某一深度作为基准面以减小界面起伏,使迭代易于收敛.理论模型试验表明该方法反演精度高,收敛速度快,在密度界面反演中具有广泛的实用价值.最后利用该方法反演华北地区莫霍面的深度,反演结果得到了地震测深数据的验证.     

2D各向异性TTI介质中地震波场的射线法和波动方程数值模拟对比

尽管射线理论是基于波动方程高频假设下的一种近似理论,两者本应相互佐证共同发展完善,然而实际上确是平行独立的.鉴于此,本文提出了一种可以相互验证波场数值模拟或射线追踪数值模拟方法正确性和有效性的佐证方法.为了实现上述目的,我们首先将用于各向同性介质中多次波预测的分区多步不规则最短路径算法推广至各向异性TTI介质中,使其具备追踪各向异性TTI介质中多次波的能力.然后,通过伪谱法波场数值模拟和分区多步不规则最短路径算法预测得到的波场快照图、单炮地震记录剖面、以及合成理论地震图的分析对比,不但可以相互验证两种算法的正确性和有效性,同时对地震波在各向异性TTI介质中的传播规律和特点有了深刻的理解和认识.结果表明:本文提出的各向异性介质中多次波射线追踪算法是正确有效的.     

航磁梯度数据与地质异常反映之间的关系

在异常选编工作中,往往需要剔除掉区域背景场的干扰,从而寻找浅部异常的一些信息,因为区域背景场往往是由一些火山岩、侵入岩所引起,当然也不排除大型矿床所引起的可能性,航磁总场是区域场和局部场的叠加,因此异常往往会因为某种方式被忽略掉.梯度数据具有压制深部异常体、突出浅部异常体信息的特点,这就为梯度数据能够方便地提取异常提供了理论支持.在中国的北部某地区进行了航磁全轴梯度测量飞行,获得了横向梯度、纵向梯度和垂向梯度数据,利用实测数据总结出梯度数据与地质体异常之间的关系,确定了异常选编原则,为今后梯度数据确定异常奠定了基础,同时分析了实测的垂向梯度数据相比于转换的垂向梯度数据在异常反映上信息更丰富.     

一年内列车荷载作用下冻土路基的应力分布

冻土路基土体的物理性质与温度有密切关系, 在不同的季节, 路基内的变形场和应力场会相应发生变化. 为了说明路基内变形场和应力场的季节性差异, 以青藏铁路某断面为例, 对冻土路基在有、无列车荷载两种工况下进行了数值模拟, 系统分析了两种工况下路基内的变形场和应力场特点. 结果表明: 路基修筑后, 在自重作用下会产生较大瞬时变形; 由于路基内温度场随时间变化, 路基内各点的位移也随时间发生变化, 且位移时程曲线与温度时程曲线大体呈负相关. 在有、无列车两种工况下路基竖向位移分布都是由道砟中心向路基内部逐渐减小, 但数值明显不同; 由列车荷载引起的最大竖向附加变形发生在路基顶面中心点, 在10月15日、1月15日、4月15日, 变形量分别为-4.94 mm、-3.24 mm、-2.56 mm. 对于路基底面中心点和地基浅层中心点, 由列车荷载引起的附加应力在10月15日最大、1月15日次之、4月15日最小, 附加应力最大达到19.48 kPa; 列车荷载主要影响路基上部土体应力分布, 对下部土体应力分布影响较小.