"地震数值模拟的数据库应用平台"项目成果介绍

利用计算机模拟复杂的系统和过程,是当今世界科技发展的新潮流,在地学领域,数值模拟已经渗透到地学研究的各个重大领域。本项目提出建立一个用于地震模拟和预报的数据库应用平台,以地壳动力学研究和强震机理研究为应用核心,将地震地质研究、地形变研究、地应力研究、地球内部结构研究等多种相关的学科手段的观测资料、实验结果和理论分析有机地结合起来,实现技术和数据资源的共享。利用这些信息构建比较合理的地球模型和尽可能多的约束条件,并在有限元分析系统上进行地壳形变和地震过程的数值模拟。     

第22章：数字地震信号分析

日益丰富和完善的地震数据在过去几十年里促进了地震学的长足发展。我们收集、处理和分析地震数据的能力借助于电子和数字计算机的发展得到迅速提高。几十年前地震图主要是模拟记录。现在除了一些基本的用途外，模拟记录由于其动态范围低、记录系统的时间精度差以及数据处理不方便等因素而很少使用了。     

应用低频信号提高高速玄武岩下的成像质量

针对高速玄武岩屏蔽层下深层成像困难的实际问题,采用波动方程波场数值模拟技术,根据玄武岩地层的特点,设计三个相应的简单高速玄武岩模型,通过对深层反射地震信号能量的分析,说明了低频地震信号既具有较强的穿透薄高速玄武岩屏蔽层的能力,也具有减弱因粗糙表面所产生的绕射噪音的能力。一个完整的2D玄武岩模型的模拟试验证明了利用低频信号可以提高高速玄武岩屏蔽层下深层成像的质量,实际资料的低通滤波处理也取得了预期的效果。     

陕西渭北东部岩溶热水运移数值模型研究

地下热水资源定量评价是地热资源开发利用中的重要环节.在地下热水系统中,地下水流场和温度场相互影响,因而在研究地下热水运移时须同时考虑地下热水的流动和热量的运移.本文建立三维不稳定地下水流-热运移耦合模型,模拟陕西渭北东部岩溶地下热水运移特征.针对研究区多组断层纵横交错而且对岩溶水运移起着控制作用的特点,模型中将断层剖分为条带以更好地刻画其水力学特征.利用水化学测试结果估算地下水-地表水转化量,为模型边界流量的确定提供依据.结合地下水测年数据进行模型校正与参数识别,提高了模型仿真性.     

大别山区域低温剥露作用: 基于(U-Th)/He和裂变径迹年代学数据的模拟

大别山高温剥露作用研究已相当成熟, 而白垩纪特别是晚白垩世以来的区域低温剥露研究还比较薄弱, 低温年代学即是解决这一问题的重要途径之一. 本文依据大别山现有岩浆岩与变质岩的磷灰石、锆石裂变径迹和(U-Th)/He数据, 综合考虑热传导、热对流、地形及放射性热产生等因素对地温场造成的影响, 应用Mancktelow法和Braun法, 系统地对整个区域的低温年代学测年结果进行剥露速率计算, 获得了大别山白垩纪以来尤其是晚白垩世以来的剥露速率等值线图以及区域差异剥露趋势. 大别山白垩纪以来天堂寨地区及郯庐断裂带南部剥露速率(0.08~ 0.10 km/Ma)大于大别山其他地区(0.04~0.07 km/Ma). 这种区域差异剥露可能与NNE向断裂系区域差异走滑引发的构造推隆作用有关.     

锡矿山锑矿床成矿流体的热场与运移的数值模拟

根据湘中盆地的水文地质单元和锡矿山锑矿床的成矿模式, 利用流体运移的热-重力驱动模型, 在湘中盆地以锡矿山为中心, 选取了4条具代表性的剖面进行了数值模拟, 这4个剖面分别是: 锡矿山-大界垴剖面(AO)、锡矿山-大乘山剖面(BO)、锡矿山-龙山剖面(CO)、锡矿山-大丰山剖面(DO). 模拟研究表明:在整个盆地具有相同的大气降水和相同的入渗率条件下, 锡矿山锑矿床的成矿流体大部分来自于BO和CO两个剖面方向, 即锡矿山锑矿床的成矿流体主要来自于大乘山和龙山地区. 研究同时表明: 来自于大乘山和龙山地区的成矿热液向锡矿山地区运移平均速度为0.2~0.4 m/a.     

南海的发育机制研究: 相似模拟证据

实验研究表明, 整体北东走向的初始断裂的位置大致在珠一和珠二凹陷之间的隆起带下通过, 由北北东-近东西-北东东三段组成; 南海在早期的张开可能伴随约15°的顺时针旋转, 后期存在一期南东向的扩张伸展, 从而使西南次海盆张开; 廷贾断裂可能是南沙盘的西侧边界, 而卢帕尔断裂则可能是印支盘的东侧边界, 之间为印支地块与南沙地块发生块体分离产生的NW走向的裂陷带, 模拟实验中沿着这一北西向沉降带内的北西走向断裂上见到张剪花状构造, 部分东倾的断裂上见反转逆冲, 在地理位置和构造特点上与曾母盆地具有一定的可比性. 南海地区刚性构造块体的存在改变了部分断裂和裂陷带的走向, 使变形不均匀分配, 改变了局部构造样式, 南海及陆缘的裂解可能受到了古南海俯冲拖曳和/或印藏碰撞引起的地幔流动的控制和影响.     

线性同相轴波场分离的高分辨率τ-p变换法

基于最小二乘τ-p变换和τ-p域模型稀疏分布的假设，本文给出高分辨率τ-p变换的推导及其模型空间域的离散采样公式，同时给出了保振幅线性同相轴波场分离的算法流程.在求解本文给出的高分辨率τ-p正变换时，由于待求解的矩阵不具备最小平方法所具有的Toeplitz结构，故采用Cholesky分解法进行计算.本文模拟了井间地震和阵列声波测井中的Stoneley上下行波的分离算法过程，高分辨率正反τ-p变换且滤波所得结果显示本文算法误差小和保振幅的特点.对于在τ-p域距离很近或时间域同相轴近于水平的线性波场，高分辨率算法的聚焦作用使得所分离波场畸变小，体现本文算法精度高的优点.理论模型试算表明本文给出的高分辨率τ-p变换线性波场分离算法具有稳定性、精度高和保振幅的特点.     

地震强地面运动的特征描述

描述强地面运动特征的现行观点和发展趋势。过去十几年中,有赖于强地面运动观测数据的积累,得到一些改进的地面运动经验模型。然而,这些模型具有很大的不确定性,因为“震级-距离-土类型“”的参数化相对实际过于简单。其他一些对强地面运动有重要影响的参数,例如:近断层地区的破裂方向性、地壳波导效应、盆地响应等,没有在这些模型中得到反应。建立在地震学理论基础上,并包含了这些附加条件的地面运动数值模型已经得到开发,它们被记录到的地面运动验证是有效的,并且被用来评估过去地震的地面运动,以及对未来地震的地面运动进行预测。     

中尺度自适应模式对一次沙尘暴天气数值模拟及诊断分析

以实况资料作初始场，利用中尺度自适应模式对西北地区2000年4月12日强沙尘暴的天气形势和风场进行了数值模拟，对此分析得出西部地区沙尘暴的形成、发展机制和中小尺度系统对于沙尘暴发生发展的触发和指示作用。由于模式的输出结果是每3小时一次，比常规资料更能表现出沙尘暴的内在机制及时间和空间尺度较短的系统。结果表明：在沙尘暴发生前河西走廊西部就出现偏西大风，高空急流对沙尘暴发生区有很好的指示作用，强沙尘暴发生在200hPa高空急流入口区右倒，上升运动区内；高空急流发生变异时，导致对流层中下部锋区加强和大气层结不稳定，为中尺度系统的发生、发展和沙尘暴的产生提供了适宜的大尺度环流背景；西北地区干暖舌的形成和维持对沙尘暴的发生区有很好的指示作用，当冷锋过境时，干暖区是沙尘暴发生的最有利的环境。