天山造山带及邻区孕震应力场及断裂带活动性特征的数值实验分析

天山造山带构造环境复杂,活动断裂带和强震分布广泛,且主要分布于阿尔泰山、天山、西昆仑—帕米尔弧形构造带上,尤以天山地区最为集中.迄今为止,天山造山带地区的主要断裂带的活动特征与孕震应力场特征之间的动力学机理尚未有清晰的认识.本文以GPS等实际观测数据为约束,建立有限元数值模型,计算了研究区域地壳形变、应力/应变积累速率、弹性应变能密度以及库仑应力变化率等关键因素.模拟计算结果显示地表速度场与研究区域实际GPS观测值基本一致,且主要断裂带上弹性应变能密度分布与实际地震活动性也基本吻合,验证了数值模型和结果的可靠性.结合最新的观测和数值模拟结果分析发现,研究区的断层和地震活动性主要受控于近南北向的主压应力,与主要观测特征相一致.同时,帕米尔高原北部边界带—塔什库尔干断裂（TKF）、天山造山带南边界的东侧—迈丹断裂（MDF）、兴地断裂（XDF）库仑应力增大明显,在未来强震发生的可能性较高,应予密切关注.     

压力及流体对岩石孔隙结构与黏弹性的影响规律研究:理论模型及实验观测

地质成因和构造/热应力导致地壳岩石中的孔隙结构（裂隙和粒间孔）的变化.影响岩石黏弹性的因素包括压力、孔隙度、孔隙中包含的流体和孔隙几何形状等.相对于岩石中的硬孔隙,岩石黏弹性（衰减和频散）受软孔隙（裂隙）的影响更大.本文选取三块白云岩样本,进行了不同围压和流体条件下的超声波实验测量.利用CPEM（Cracks and Pores Effective Medium,裂隙和孔隙有效介质）模型获得了岩石高、低频极限的弹性模量,并通过Zener体（标准线性体）模型将CPEM模型拓展到全频带而得到CPEM-Zener模型,用该模型拟合岩石松弛和非松弛状态下的实验数据,本文得到平均裂隙纵横比和裂隙孔隙度以及纵波速度和品质因子随频率的变化关系.结果表明,饱水岩石的平均裂隙纵横比和裂隙孔隙度均高于饱油岩石,随着压差（围压和孔隙压力的差值）的增加,饱油岩石中的裂隙首先闭合.并且压差在70 MPa以内时,随着压差增大,岩石的平均裂隙纵横比和裂隙孔隙度在饱水和饱油时的差值增大,此时流体类型对于岩石裂隙的影响越来越显著,此外,对饱水岩石,平均裂隙纵横比随压差增加而增大,这可能是由于岩石中纵横比较小的裂隙会随压差增大而逐渐趋于闭合.在饱水和饱油岩石中,裂隙孔隙度和裂隙密度都随着压差增加而减小.通过对裂隙密度和压差的关系进行指数拟合,本文获得压差趋于0时的裂隙密度,且裂隙密度随孔隙度增大而增大,增大速率随压差增加而降低.针对饱水和饱油的白云岩样本,CPEM-Zener模型预测的纵波频散随压差增大而减小,此变化趋势和实验测得的逆品质因子随压差的变化关系基本一致,由此进一步验证了模型的实用性.本研究对岩石的孔隙结构和黏弹性分析以及声波测井、地震勘探的现场应用有指导意义.     

不同温压下岩石弹性波速度、衰减及各向异性与组构的关系

结合岩石组构分析 ,阐述了岩石弹性波传播速度和衰减以及它们的各向异性与岩石组构之间的关系。在不同温压条件下对具有很强晶格优选方位的岩石样品的研究表明 ,随着围压的增加 ,波速和Q值均增大 ,但是在相互正交的 3个方向上 (垂直或平行于层理面及线理方向 )增大的速度并不相同 ,这与微裂隙的逐渐闭合密切相关。观测到的波速和Q值的各向异性具有不同的形成机理 ,波速各向异性主要与定向分布的微裂隙和主要矿物的晶格优选方位等构造因素有关 ;高围压下Q值各向异性与速度各向异性正好相反 ,可能是由于定向排列的矿物晶体沿不同方向其边界之间接触程度不同造成的。对岩石组构的研究不仅可以揭示岩体的变形机制、变形的动力学过程及其有关的热力学信息 ,还可以对宏观岩石的各种物理性质 ,尤其是力学特性 ,从微观机理上加以解释。文中特别强调了岩石组构分析对研究岩石物理性质的各向异性具有十分重要的意义。     

弹性填料处理河道污水实验研究

采用弹性填料曝气生物膜法对污染的河道水体进行处理的实验研究,结果表明,在2m/h的流速、水温为16℃~18℃、气水比为1∶1的条件下,采用弹性填料的生物膜处理系统运转正常,不易发生堵塞或系统短流,系统此时的水力停留时间为3.5h左右,污水中的COD和NH3-N去除率稳定,其均值分别为49.4%和19.1%。     

2.5维各向异性介质中地震波场数值模拟

这里实现了在2.5维各向异性介质中地震波传播的数值模拟。首先从2.5维一阶速度-应力弹性各向异性波动方程出发,得出了该方程的拟谱法数值解法;然后通过对Marmousi速度模型进行数值模拟,表明了拟谱法的有效性;最后计算并分析了均匀和混合各向异性介质中波的传播快照和理论模拟的地震记录,进一步认识了波在各向异性介质中的传播规律。     

地震层析成像技术在岩体完整性测试中的应用

地震波层析成像借鉴了医学上X射线断面扫描的基本原理,利用地震波穿过地质体后走时及能量的改变等物理信息,通过数学处理重建地质体内部图像,从而得到所研究地质体的岩性及构造分布。本文利用这种方法,在一个钻孔中利用电火花震源激了弹性波,在另一个钻孔布设多个检波点同时接收,拾取弹性波初至时间,将接收到的数据利用SIRT方法进行反演迭代计算,最终形成一个弹性波速度谱图,然后利用岩土体的弹性波速度差异推断岩体完整性分布。与其它测试方法比较,该方法分辨率高,空间位置准确,在工程物探、岩土工程勘察中具有较好的应用前景。     

冻融循环对盐渍土黏聚力影响的试验研究

通过室内试验,测试了冻融循环对不同含盐量和不同含盐类别盐渍土黏聚力的影响规律。从结晶体位置变化、微观结构、盐类性质及未冻结水含量三个方面分析了冻融循环对盐渍土黏聚力的作用机理。研究结果表明,在含水率一定的情况下,无论是向土中加入Na2SO4,或者是CaCl2,经冻融循环后黏聚力都随冻融次数的增加而减小,且第1次和第2次循环为主要减小阶段;加入CaCl2后黏聚力的减小程度比加入等量Na2SO4后小;冻融循环过程中结晶体析出时位置的变化是土体黏聚力和干密度减小的主要原因;经SEM图片分析,大孔隙占总孔隙面积的比例随冻融次数的增加而减小;盐渍土中CaCl2溶液的含量对冻融循环中黏聚力的变化有重要影响。     

根据2001年Mw 78可可西里强震InSAR同震测量结果反演东昆仑断裂两侧地壳弹性介质差异

利用2001年 Mw 78 可可西里强震InSAR同震测量结果，反演了青藏高原北部东昆仑断裂两侧地壳弹性介质差异.InSAR测量结果显示断层南侧的同震位移比北侧的大20％～30%.根据人工地震反射剖面建立岩石圈模型，以断层两侧杨氏模量差异和震源破裂深度为反演变量，通过有限元方法模拟实测得到的同震位移剖面.反演得到最佳断层破裂深度为20～22km，断层南侧杨氏模量相对北侧比值为81%～92%.结果表明，断层两侧弹性介质性质存在明显差异，由于构造运动作用，断层南部地壳不及北部地壳坚硬.前人利用地震层析成像和大地电磁测深等手段推断青藏高原内昆仑山断裂以南可可西里－羌塘地块地壳内广泛发育低速高导层，我们通过形变场力学分析得到与此相一致的结果.     

起伏地表条件下地震波场数值模拟有限积分变换有限差分方法

针对起伏地表条件下的地震波数值模拟问题,提出将起伏的地表映射到一个规则的长方形网格坐标系中,并在此基础上推导出变换域中的波动方程。根据导出来的波动方程应用有限余弦变换有限差分方法进行地震波场的数值模拟,以解决起伏地表条件下的数值模拟。