断层围陷波观测和应用

断层围陷波的观测特点是利用密集的地震台阵,横跨断层布设测线。可以利用爆炸震源也可以利用余震进行观测,本文分别介绍了实际观测的例子。对大地震破裂带内部的观测,测线位置通常布设在地表破裂带明显、已开挖了地震探槽、断层陡坎出露等地震地质的典型地段。利用爆炸震源激发观测断层围陷波,震源位置应尽量选择在断层带上,震源炸药量大约500kg,测线位置与震源的距离大约5—15km。断层围陷波在新破裂带和老的断层中都能形成和传播,因此该方法可以用于大震破裂带研究,也可以用于城市活断层探测。     

跨断层水泥管试验的有限元分析

在考虑管道的材料非线性和几何非线性、管土相互作用的非线性和管道接口非线性的基础上,建立了由管体梁单元、三向土弹簧单元和接口单元组成的埋地非连续管道在断层位移作用下的有限元模型,并以美国密歇根大学Junhee等(2010)所做的跨断层水泥管试验为原型进行了模拟分析。有限元结果给出的水泥管最终变形、接口转角、接口位移与实验结果基本一致,表明本文提出的跨断层埋地非连续管道抗震计算的有限元分析方法具有一定的合理性。有限元结果和试验结果都表明,在逆冲断层作用下,水泥管的破坏主要是因为在管道接口处的轴向压力和弯矩的耦合作用,在断层附近的管道接口承受了较大的转动和压缩位移。本文所提出的分析方法可推广到埋地非连续管道在其它永久地面变形作用下的有限元分析。     

南海共轭大陆边缘的构造对比及差异伸展模式

南海陆缘的伸展模式虽被广泛研究,但目前为止仍存在争议.本文基于最新的高质量多道地震数据、水深数据及其他地球物理资料,开展南海共轭陆缘构造不对称性的对比研究,并在此基础上探讨南海陆缘的伸展模式.揭示了南海陆缘在地形地貌、基底构造和陆缘断裂发育等方面具有空间差异性.在南北方向,北部陆缘基底呈现向海方向的阶梯状下降,而南部陆缘主要发育宽阔的掀斜断块基底,深度变化不大.两侧的断裂发育也具有不同的特点,在南部陆缘识别出大型拆离断层体系;在东西方向,南海东部和西南次海盆的陆缘分别发育了不同的构造单元.提出一种差异伸展模式解释南海陆缘空间差异的成因,认为拆离断层在南海新生代演化过程中发挥了重要的作用.以拆离断层为界,古华南陆缘上地壳主要发生单剪变形,而下地壳和上地幔则以塑性纯剪变形为主,上下两部分的形变区域在横向上具有不同的偏移距离,使得位于下板块的南部陆缘发育了不同的构造单元.南海东部较大的偏移距离导致边缘高原(礼乐滩)的发育,而西部较小的偏移距离则形成外部隆起(郑和隆起).现今南海的演化过程可能受到古南海关闭不同时性的影响.     

汶川地震剪切滑动面微-纳米级颗粒的特征、形成机制及地震意义

在2008年汶川5.12大地震同震主地表破裂带—北川-映秀破裂带中,多处断层滑动面上可见到具有强烈变形特征的薄层断层泥.在地表垂直位移量较大的西南段和东北段,选取八角庙、和尚坪和沙坝探槽中的断层泥为研究对象,利用立体镜和扫描电镜对断层泥的组构特征和Y剪切面上的微-纳米级颗粒进行形态和结构研究.观测研究结果显示,汶川5.12大地震的同震断层泥发育有明显的Y和R剪切和平直擦痕.断层滑动摩擦面磨损、研磨、粉末化则是汶川同震断层泥中微-纳米级颗粒形成的主要途径.地震断层滑动会产生摩擦热,但并不排除热分解在断层泥滑动面上纳米粒子形成过程中的重要作用.断层摩擦滑动面上普遍存有微-纳米单体及其复合体两类颗粒,微-纳米颗粒形态有球状、蚕虫状、饼状和块状等.其主要结构是散布状和堆积状结构,但也有少量条带状和层状结构,而结构单元之间常有空隙,显现松散接触.在条带状和层状结构中,仅有异化的单体颗粒,而在散布状和堆积状结构中除了主要是由单体颗粒异化形成的蚕虫状,块状和圆饼状形态的复体颗粒外,还有未变形的单体球状颗粒.Y剪切面上微-纳米颗粒的散布状、堆积状、条带状和层状结构都是在相同的地震快速变形过程中极端不平衡条件下形成的.条带状和层状结构是塑性变形,而散布状和堆积状则是脆性变形,不连续的动态摩擦(断层粘滑)是松散结构形成的主要机制.汶川地震同震断层滑动面微-纳米级颗粒的结构是地震断层滑动留下的地质形迹(不是假玄武玻璃),是地震断层滑动的记录,它可作为判定古地震断层的一种标准.     

复杂断层网络环境下地下洞室群三维地质分析与应用

断层构造是制约地下工程设计与施工的关键因素。综合考虑复杂地质构造与地下洞室群结构的耦合关系,采用三维地质建模方法建立实现了地层体、断层体与地下洞室群结构的统一模型。基于三维模型提出了断层复杂度的概念,为水利水电工程地下厂房洞室群的选址方案分析提供了一种新的手段。针对地下围岩稳定性问题,提出基于断层与断层、断层与开挖面相互切割的曲面块体识别方法,搜索地下厂房洞室群内可能的失稳区域。上述方法已成功应用在某水电工程地下厂房洞室群分析中,在设计方案优化分析中取得了良好的效果。     

四川盆地熊坡背斜构造特征及其成因机制

基于地震剖面解释、数字高程模型、历史地震、测年数据及钻孔等资料,分析了四川盆地熊坡背斜的构造特征、运动学特征及其成因机制。结果显示：(1)熊坡背斜与蒲江-新津断裂空间展布上具有较强的一致性,表现出断层传播褶皱模型,变形显著,缩短量为7.2 km,缩短率约为30％;(2)熊坡背斜隆起于(1.0±0.2) MaB.P.之后,且中更新世早期及晚更新世曾发生过强烈活动,使背斜两侧第四系厚度产生明显差异;(3)蒲江-新津断裂现今地震活动明显且小震频繁,曾有Ms=5.0～5.9的地震历史记录;(4)来自龙门山与扬子克拉通的挤压应力以及断层-滑脱作用是形成熊坡背斜的主要应力机制。熊坡背斜并非均匀应力下连续变形的产物,而是由于断裂活动时发生快速抬升而形成的。     

滕北煤田武所屯井田武所屯断层新认识

根据武所屯煤矿煤16井下钻探和物探等资料,通过分析、对比地层岩性和厚度,对武所屯断层存在与否及其性质进行了探讨。结果表明:在武所屯下组煤16101工作面以西至井田边界,所探查范围内未见武所屯逆断层。对此存在三种解释:该断层垂向上自三灰向下逐步尖灭,未切割至煤16;原断层的走向不正确或前人认识有误;武所屯逆断层不存在。通过进一步查阅以往资料,并经过物探对比和剖面分析等手段,综合分析认为,在赵坡井田与武所屯井田之间的武所屯逆断层不存在,原地质资料认识有误。该研究结果对矿井增储、延长服务年限有重要意义。      

断层转折褶皱剪切裂缝发育模式探讨

围绕库车前陆盆地内某典型断层转折褶皱剖面,实测统计该剖面不同构造部位的剪切裂缝,分析断层转折褶皱中剪切裂缝的发育规律,进而建立断层转折褶皱剪切裂缝的发育模式。统计结果表明,研究区剪切裂缝有2种类型,一类是与岩层面高角度相交的高角度缝,广泛发育在构造各个部位;另一类是与层面近于平行的顺层裂缝,主要发育在断层面附近,并随岩层的变形,产状发生改变。远离断层面,剪切裂缝发育程度整体上呈减小趋势,下盘裂缝发育强度的减小大于上盘,上盘裂缝发育强度整体大于下盘。褶皱内层剪切裂缝较外层发育,褶皱两翼裂缝发育强度大于褶皱枢纽。断层产状的改变,会引起上盘运动状态的改变,使得在上盘活动轴面附近出现应力集中,局部剪切裂缝发育强度出现增大现象。断层转折褶皱剪切裂缝的发育模式可以分为3个阶段,断层形成前主要发育与层面高角度相交的区域性剪切裂缝;断层形成初期,断层面附近两盘牵引变形不明显,上盘穿过断坡下部破折点处活动轴面的部分会产生新的剪切裂缝,即与岩层高角度相交剪切缝和与断层面低角度相交剪切缝;牵引构造明显时,断层面附近两盘弯曲部位会产生顺层剪切裂缝,两翼的裂缝发育强度大于枢纽。      

应用数字散斑相关方法实验研究雁列断层变形破坏过程

以数字散斑相关方法（DSCM）为观测手段,对雁列断层结构的破坏过程进行了实验研究,观测和分析了变形破坏过程中模型表面的变形场演化过程.断层结构由一块含两条平行割缝的大理岩平板模拟,模型试件在双轴试验机上加载;DSCM观测系统在加载过程中记录试件表面的散斑图像,然后分析得到模型表面待测区域各记录时刻的位移场及应变场.全场连续的变形数据清晰地反映了雁列断层结构的变形破坏过程的各种细节.实验结果显示,变形最初集中在断层带周围,然后迁移到雁列区,最后雁列区贯通,结构发生滑动导致整个结构发生失稳破坏.对变形破坏过程中的变形场进行统计分析发现,一种描述变形局部化特征的统计指标—Cv值,可以作为一个雁列断层破坏的前兆指标.     

利用断层围陷波研究昆仑山口西8.1级地震破裂面

利用横跨地表破裂带的小点距的地震测线, 对2001年11月14日昆仑山口西8.1级地震进行了断层围陷波的观测实验. 经过数字滤波和频谱分析等技术, 由地震记录图中分离出了断层围陷波. 资料处理结果表明: ① 无论是人工地震震源还是天然地震震源, 只要位于断层带内或紧靠断层带, 均能激发断层围陷波; ② 断层围陷波的能量主要集中于断层带内, 其振幅随测点与断层带距离的增加而急剧衰减; ③ 断层围陷波的优势频率与断层的宽度及断层带内介质的速度有关, 断层带越宽, 或断层带内部介质速度越低, 则观测到的断层围陷波的优势频率越低; ④ 断层围陷波存在着频散现象; ⑤ 根据昆仑山口西地震测线断层围陷波的观测结果, 可推断该处破裂面宽度为300 m左右, 远远大于地表破裂带的宽度.