断层自发破裂动力过程的有限单元法模拟

断层自发破裂动力过程的研究对于认识地震过程及减轻地震灾害有着重要的科学意义.为合理地模拟断层的自发破裂过程,本文首先对经典的滑移弱化摩擦关系进行了改进,然后利用有限单元方法对破裂过程进行动态数值模拟.模拟结果表明,利用改进后的摩擦关系能够产生脉冲型（pulse-like）破裂模式,而经典的滑移弱化摩擦关系不能产生这种破裂形态.模拟结果还显示,断层自发破裂过程受初始应力场及摩擦关系影响,当初始应力场中剪应力水平较低时,容易产生脉冲型破裂;但当初始剪应力较高时,会产生裂纹型（crack-like）破裂.这个现象与在实验室里进行的岩石破裂实验结果是一致的.在相同的初始应力情况下,若滑移弱化摩擦本构关系中的动摩擦系数较大,断层将易于产生脉冲型破裂;若动摩擦系数较小,将倾向于产生裂纹型破裂.此外,本文也采用速率弱化摩擦关系对断层自发破裂过程进行了模拟,结果发现,在初始场及其他条件不变时,如果摩擦关系中的b-a值较小,容易产生脉冲型破裂;如果b-a值较大,会产生裂纹型破裂.     

断层地震孕育和发生的不稳定性模型

在以前的工作中,考虑直立走滑型断层地震,假设断层面微元破裂强度遵循Weibull概率分布,由细观力学方法推导出断层面的宏观本构关系是一个非线性函数,表现为弹性-软化塑性特征,在此基础上用稳定性理论研究了地震稳定性问题.而实际断层大多是倾斜的,为此,本文首先建立了由围岩和倾斜断层构成的平面地震力学模型,采用宏观的断层载荷-变形的全过程曲线,详细讨论了倾斜断层地震的不稳定性问题.结果表明,远场一旦施加位移,断层也同时错动,这可能与实际情况不符合.为了更好的模拟断层的初始能量累计过程,进一步对断层本构模型进行改进.考虑断层面破裂强度,采用Coulomb破裂准则,则断层表现为刚塑性本构关系,只有当断层面剪应力达到一个临界值时,断层才开始错动.研究表明,对于倾斜断层地震,与直立走滑型断层地震一样,系统刚度比β（围岩切线刚度与断层刚度最大值之比）是决定地震失稳的重要参数,只有当β<1时才会出现地震失稳,且伴随应力突跳和围岩应变能释放.当β≥1时,仅仅是断层无震滑动,不会发生地震.在远场应施以位移形式边界条件,以致地震失稳发生在平衡路径的位移转向点并伴有应力突跳.     

海原断裂带中东段地貌差异及其成因探讨

以定量化地形因子为切入点的构造地貌学方法已成为活动构造研究的有效手段,被广泛用于定性或半定量解析地貌对新构造运动的响应及其演化过程。针对海原断裂带中东段现今地貌差异,以SRTM 90m分辨率DEM为基础,利用ArcGIS软件和Matlab程序脚本,提取了海原断裂带中东段高程、坡度、地形起伏、地形侵蚀以及河流陡峭系数等地形因子。从空间分布上看,上述各项地形因子沿断裂走向均呈现 “西高东低”的整体分布特征。西段海拔高、坡度陡、起伏大、侵蚀强、抬升快,中段和东段海拔低、坡度缓、起伏小、侵蚀弱、抬升慢,此外,在断裂带的东南尾端呈略微增加趋势,达到小范围内的峰值。在此基础上,通过对比分析地形因子与年降水量、基岩岩性,初步探讨了构造与降水、岩性等因素对地形地貌的控制作用,认为不同降水条件对地貌后期改造起显著作用,基岩岩性与现今地貌之间并无显著关系,该区域地貌类型主要受构造抬升差异所控制。沿断裂带走向上的现今地貌差异表明,西段处于相对快速的构造隆升和强挤压造山构造背景,中段由于受到黄河下切及河流冲积作用影响,地貌参数记录的抬升特征并不显著,而东段则反映出大型断裂带尾端挤压调整效应。     

断层气氢浓度观测技术试验研究

In order to explore the new technology and methods for seismic underground fluid observation, a test study on measurement of hydrogen concentration in fault gas is carried out at the piedmont fault zone of Zhongtiao Mountain. Through the experiment on observation positions, gas collection devices and sampling depths, the paper presents the observation method for fault gas hydrogen concentration by using an online automatic trace hydrogen analyzer. Comparative tests are conducted on the stability and optimum conditions of this type of instrument in the field environment, and the hydrogen concentrations at different measuring points of the same fault are observed. The results show that it is technically feasible to carry out continuous hydrogen concentration on a fault zone. The method proposed in this study could be a useful tool for setting the observation points, choosing a reasonable observation depth and scientific analysis of the observed data.     

断层带震相及其应用研究现状与展望

Deep structure and material properties of faults can be understood by observing and simulating the particular phase in a fault fracture zone. This paper reviews the development of fault-zone seismic waves in the seismological domain. The present research status of fault-zone head wave and trapped wave are summarized systematically. Based on recent progress in this field, the paper discusses the prospect on the utilization of seismic wave in fault structure research.     

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.     

山西断裂带断层现今活动特征及与中强震关系浅析

断层的运动方式与滑动速率是断层活动性分析的主要内容,本文利用山西地区的10处 跨断层流动场地和4处定点台站的观测资料,计算了断层垂直升降累积量、断层垂直活动速 率,定量地给出断层现今活动性质与背景活动方式,然后采用主成分分析方法对所有的资料进 行综合分析,给出区域内断层活动的总体活动水平。结果表明：山西断裂带大多数断层活动为 张性正断层活动,南部断层累积活动量较大,中北部相对较小。断层垂直活动速率综合指标反 映出山西断裂带断层总体活动具有较好的趋势性特征,活动规律明显,并且在中强地震前出现 显著异常变化,其与山西地区及周边的5.0级以上地震有较好的对应。断层活动在2013年又 一次出现了破趋势的异常变化,本文认为对此应引起注意并加强跟踪分析。     

2014 年于田MS 7. 3 地震产生的静态库仑应力变化及对周边断层的影响

计算了2008 年以来于田地区4 次MS5. 5 以上地震产生的同震静态库仑破裂应力场变化,分析它们之间的应力触发效应、4 次地震产生的应力变化与余震分布的关系及其对周边主要断层的影响。结果表明,2011 年MS5. 5、2014 年MS7. 3 地震均处于之前地震产生的库仑破裂应力增加区,增加值分别为0. 004、0. 021MPa,说明这两次地震明显受到之前强震触发作用的影响;而2012 年MS6. 2 地震位于之前地震产生的应力影区内,对其发生有延缓作用。此次MS7. 3 地震产生的库仑破裂应力场图像与目前余震空间分布特征较为吻合;但主震破裂面上部分应力增强区几乎没有余震发生,这些地区未来存在发生强余震的可能。距此次震中最近的贡嘎错断裂中段上不同断层段库仑应力扰动值变化很大,计算结果可能会受有限断层震源模型的一定影响,依然存在较强的地震危险性。此外,贡嘎错断裂东北段、普鲁断裂中西段及龙木错-邦达错断裂带西段受2008 年以来地震的累积库仑应力增加的影响也较为明显,其应力扰动最大值均超过0. 002MPa,同样存在一定地震危险性。     

石嘴山市活断层数据库建设综述

石嘴山市活断层数据库是石嘴山市活断层一期探测与断层活动性初步鉴定项目中形成的重要成果之一,该数据库按照活动构造数据库模版建成。数据库包含6个专题数据库和一个专业数据库,记录了活断层探测与活动性鉴定过程中所获得的全部资料和成果,包括活断层地球物理勘探、地层样品年龄测试、钻孔联合地质剖面探测、槽探、断层活动性鉴定、地震地质调查以及地质填图等方面的内容;对石嘴山市活断层数据库建库规范、数据库内容及数据库的建库技术路线、数据符号化制图等方面作了简要介绍,可供城市活断层数据库建设和管理参考借鉴。     

断层厚度的地震效应和非对称地震矩张量

本文导出了具有厚度和滑动弱化区域的断层的非对称地震矩张量表示式,指出要求地震矩张量具有对称性不是一个绝对必要的限制.在非对称地震矩张量中,位错项对应于对称地震矩张量,拉力项对应于非对称地震矩张量.由于拉力项等效于单力偶,所以在非对称地震矩张量解的两个节面上,沿滑动矢量方向的力偶强度不再相同,与较大力偶相联系的节面为断层面,与较小力偶相联系的节面为辅助面.这一性质可用以从两个正交的节面中判断哪一个节面是断层面.如果忽略拉力项,会高估与位错对应的标量地震矩.只有满足相应的约束条件的非对称地震矩张量才能表示具有厚度和滑动弱化区域的断层模型,并从中分离出与位错和拉力对应的地震矩张量.