Genetic algorithm for fitting a mixed Bingham distribution to 3D orientations: a tool for the statistical and paleostress analyses of fracture orientations

The clustering of fracture orientations is important for tectonic studies and for geotechnical engineering. In this study, a real‐coded genetic algorithm was adopted to fitting a mixed Bingham distribution to orientation data by maximizing the log‐likelihood function of the distribution. The maximization is a difficult problem, because the function has multimodality and singularity. It was found that the algorithm was effective for this problem. Given the orientations of dilational fractures, the present method determines not only the stress axes and stress ratio of each of the fracture groups but also the maximum non‐dimensionalized fluid pressure at the time of their formation. In addition, the software calculates the 95 % error ellipses of the concentration axes. The present method found that the orientations of ore veins of the Akenobe Mine, SW Japan, should be partitioned into three clusters. It is shown that two of the groups had distinctive Zn and Sn contents, and that the ore fluids had overpressures only slightly greater than the minimum principal stress at the time of the deposition of Zn‐ and Sn‐rich veins.     

Ecology of water mite assemblages in Panama – First data on water mites (Acari,Hydrachnidia) as bioindicators in the assessment of biological integrity of neotropical streams

The ecological integrity of freshwater ecosystems is regularly examined through assessment of their macroinvertebrate assemblages. The various methods used in such biomonitoring all have one characteristic in common – the neglect of water mites. Even though this group perfectly fulfills all necessary requisites for successful bioindicators, these invertebrates are either completely ignored or lumped together as “Acari”.This study, for the first time, uses water mites (Hydrachnidia) as bioindicators in the Neotropics to compare the anthropogenic stress in 15 streams at three different levels of contamination (pristine, rural, urban). In total, 4371 water mite specimens, belonging to 31 genera and 14 families, were collected.Diversity, abundance, and richness of water mite assemblages were significantly reduced with increasing levels of contamination. These differences were clearest in the dry season. Atractidella turned out to be, by far, the most tolerant water mite genus, having the greatest abundance at the most contaminated sites. In contrast, Pseudotorrenticola was found only in pristine waters, while Hydrodroma, Limnesia, Koenikea, Torrenticola, Monatractides and the family Aturidae showed clear preferences for pristine waters.Our data show, that water mites, identified to genus level, are well suited for water quality assessment in neotropical lowland streams, clearly distinguishing different levels of contamination/anthropogenic stress.     

2008年汶川MS8.0地震前龙门山—岷山构造带的地震活动性参数与地震视应力分布

本文利用四川区域台网最近30多年的地震资料,计算了2008年四川汶川MS8.0地震前沿龙门山—岷山构造带的多个地震活动性参数(包括震级-频度关系中的a、b与a/b值,复发间隔Tr值),同时,计算了震前2年多的时间内ML≥3.5地震的视应力. 在此基础上分析了地震活动性参数值和地震视应力的空间分布与汶川主震破裂范围、MS≥5.0余震分布的关系. 主要结果表明:①汶川地震前,沿龙门山—岷山构造带的地震活动性参数与地震视应力的分布均存在显著的空间差异. 其中,龙门山断裂带中-北段的绵竹—茂县段与江油—平武段具有远低于区域平均值的显著异常低b值、低a值、相对较高a/b值以及较小复发间隔Tr值的参数值组合,反映这两个断裂段在汶川主震之前已处于高应力闭锁状态,且发生强震的概率明显高于其他段落. 这两个段落成为汶川主震破裂的中心段落和破坏严重的地段; ②汶川地震前,位于前述两断裂段之间的龙门山断裂带北川段具有较高的b值与a值、较低a/b值的参数值组合,显示出应力积累水平不高的状态. 汶川主震后,北川断裂段的余震强度与频度均偏低,缺少MS≥5.0的余震; ③地震活动性参数与视应力显示汶川地震之前龙门山断裂带南西段的应力积累水平明显低于中-北段,这种差异可能与汶川主震破裂沿断裂带中-北段呈北东向单侧扩展有关. 另外,地震活动性参数值组合也反映龙门山断裂带南西段近期发生大地震的可能性较小.     

主应力轴旋转情况下土的各向异性研究进展

从理论和实验两个方面对国内外主应力轴旋转情况下土的各向异性研究进行了对比和总结,并提出了一些研究建议。指出:在理论方面,应对屈服面方程采用应力分量表示的模型在三维空间里进行屈服面性状的描述,并考虑不同加载方向下屈服面的变化特性以及旋转硬化的问题;而实验方面,则应多以粘性土为研究对象,结合理论进行对加载方向变化时土体屈服面变化特性的实验研究以及旋转硬化规律的实验验证。     

非饱和土的固结与水力特性研究

采用平均土骨架应力代替Bishop的非饱和土的有效应力,基于分析体积变形连续性条件建立了简化的一维非饱和土固结方程,分析计算了非饱和土在固结过程中孔隙压力、平均土骨架应力、饱和度的变化情况。同时建立了耦合水力特性的非饱和土本构模型和屈服方程。算例计算结果表明本文提出的非饱和土简化固结理论和耦合水力特性的非饱和土应力应变本构模型的有效性。     

失水过程中的土壤孔隙比―含水量―吸力关系

当土体总应力状态保持不变时,基质吸力的提高是导致孔隙水排水、土样体积收缩、孔隙结构改变的根本原因,通过吸力可以将土壤收缩曲线和土水特征曲线联系起来进行比对研究。采用广义有效应力原理分析超固结土样和正常土样的失水过程,结果表明:超固结土样中存在着相应的先期固结压力的吸力值,称之为先期固结吸力ψc。当土样吸力小于ψc时,超固结土样和正常固结土样的收缩曲线、土水特征曲线不同:超固结土孔隙比随吸力提高而减小的坡度较缓,约等于土样的回弹再压缩指数,土样处于结构性收缩阶段;先期固结压力越大,土水特征曲线的进气值越高。当土样吸力高于ψc时,超固结土样和正常固结土样的收缩曲线、土水特征曲线重合。     

利用水位资料反演华北地区构造应力场变化

本文选取华北地区观测条件较好的63口水位观测井资料, 运用小波分析法去除各井水位资料中的短期高频信息, 提取出能反映水位多年动态变化的趋势信息, 并利用各井水位趋势变化数据反演出华北地区多年构造应力场变化图像, 结合其它水文资料, 探讨了华北地区近年来的构造应力场变化特征。     

霍山皖33井水位与"霍山窗"小震活动关系的初步研究

分析了霍山皖33井水位变化与"霍山窗"地震活动的关系:首先采用差分法和从属函数等方法对水位数据进行处理,提取了水位的短期异常,结果表明该井水位异常对霍山以及周边地区的中小地震有较好的反映;其次,通过对该井水位与"霍山窗"小震活动性的对比研究,发现该地区小地震在水位低值时活跃.参考该地区的环境剪应力,我们认为霍山皖33井...     

鄂尔多斯块体西南缘地区震源机制解与构造应力场特征分析

计算了2001年1月至2018年9月鄂尔多斯块体西南缘地区(33°—38°N,103°—109°E)M_L≥3.0地震的震源机制,分析了该区域震源机制解特征,在此基础上,采用平均矩张量技术反演了该区域的构造应力场特征。结果表明,研究区震源机制类型以走滑型和逆冲型为主,其空间分布基本与区域构造动力背景和断裂性质一致,少量不符合区域构造性质的震源机制则反映了局部地质构造的复杂性。区域构造变形主体为NE向压缩,NW向相对扩张,反映了青藏高原块体对鄂尔多斯块体的直接作用。     

青藏高原东南缘热流估算及与地震活动相关性分析

青藏高原东南缘地区内部构造运动强烈,是地热资源发育与地震事件频发的活动地区.大地热流记录了发生在地球深部各种作用过程的热学信息,可以作为地质构造活动和地震活动研究的有效约束,但是大范围的热流数据测量很难实现,因此,本文根据居里面深度结合放射性元素分布等计算了青藏高原东南缘的大地热流分布.首先,通过地表放射性元素的分布计算出地表产热量的分布,然后,利用相关地热参数之间的关系迭代计算出该地区地壳上下层的热导率分布,最终估算出地表热流及地下不同深度处热流值的分布.本文结果表明：（1）青藏高原东南缘的大地热流位于44~108 mW·m^-2之间,平均75 mW·m^-2,符合研究地区西南高、东北低的背景趋势,地壳内部热流值随深度的增加而降低.大部分地区地表热流异常与实际地热带分布相吻合,如川西、藏东南与滇西地区等地为地热高值区,川东和楚雄等地为热流低值区.（2）结合其他地球物理探测结果,总结了地壳内部热流与地震事件的联系：在地热梯度带地区,当两侧地层在一定深度范围内存在明显物性差异时,地震事件高发.