数据同化——它的缘起,含义和主要方法

我国已进入流体动力学的卫星观测世纪,数据同化（有时叫“四维同化”）,势必成为随之而来的重要课题之一。针对目前人们对这一课题尚无太多了解,从而在实际工作中产生一些混乱,笔者在本文就数据同化的必要性,它的含义,它的开创和现在研究、应用中的主要方法作一比较详细的论述。     

4D analogue modelling of transtensional pull-apart basins

Scaled sandbox models were used to investigate the 4D evolution of pull-apart basins formed above underlapping releasing stepovers in both pure strike-slip and transtensional basement fault systems. Serial sectioning and 3D volume reconstruction permitted analysis of the full 3D fault geometries. Results show that very different pull-apart basins are developed in transtension compared to pure strike-slip. Both types of models produced elongate, sigmoidal to rhomboidal pull-apart systems, but the transtensional pull-apart basins were significantly wider and uniquely developed a basin margin of en-echelon oblique-extensional faults. Dual, opposing depocentres formed in the transtensional model whereas a single, central depocentre formed in pure strike-slip. In transtension, a distinct narrow graben system formed above the principal displacement zones (PDZs). Cross-basin fault systems that linked the offset PDZs formed earlier in the transtensional models.Sequential model runs to higher PDZ displacements allowed the progressive evolution of the fault systems to be evaluated. In cross-section, transtensional pull-aparts initiated as asymmetric grabens bounded by planar oblique-extensional faults. With increasing displacement on the PDZs, basin subsidence caused these faults to become concave-upwards and lower in dip angle due to fault block collapse towards the interior of the basin. In addition, strain partitioning caused fault slip to become either predominantly extensional or strike-slip. The models compare closely with the geometries of natural pull-apart basins including the southern Dead Sea fault system and the Vienna Basin, Austria.     

张家口-渤海断裂带分段运动变形特征分析

We have collected GPS data in the period of 1999-2007 from the Crustal Motion Observation Network of China along the Zhangjiakou-Bohai fault and its adjacent regions to study the characteristics of present-day crustal horizontal motion velocities in the research zone.Strain rate components are computed in the spheric coordinate system by the least square collocation method.According to the spatial distribution of the principal strain rate,dilation rate and maximum shear strain rate derived from GPS measurements,this paper analyses the deformation of the subordinary faults of the Zhangjiakou-Bohai fault.The principal compression strain rates are apparently greater than the principal extension strain rates.The larger shear strain rate is mainly in and around the Xianghe,Wenan and Tangshan areas in Hebei Province.According to the profiles across different segments of the Zhangjiakou-Bohai fault,the three segments glong the Zhangjiakou-Bohai fault show an obviously left-lateal strike-slip and compression characteristics.By analysis of the motion characteristics of the blocks,e.g.the Yanshan block,North China Plain block,Ordos block,and Ludong-Huanghai block in and around the North China region,this paper speculates that the dynamics of the motion styles of Zhangjiakou-Bohai fault may directly come from the relative movement between the Yanshan block and the North China plain block,and the ultimate dynamics may be the results of the collison between Indian plate and Eurasian plate,and the persistent northeastward extrusion of the Indian plate.     

2016年青海门源MS6.4地震震前应变积累及同震变形特征

2016年1月21日青海省门源县发生了M_S6.4地震, 发震断裂为冷龙岭北侧断裂, 震中位置与1986年门源6.4级地震相同。 本文收集了本次地震震中及其周边区域1999—2015年GPS观测资料, 解算了GPS速度场、 跨断裂连续观测站基线时间序列和应变率场。 结果显示, 祁连山断裂带为一条宽度约60 km的连续变形带。 在断裂带南侧地壳运动以顺时针旋转为主, 运动量值没有显著差异; 跨过断裂带到达其北部之后, 地壳运动量值明显减小, 显示出该断裂带的强烈活动特征。 冷龙岭断裂左旋走滑速率为6.17±0.41 mm/a, 挤压速率为1.83±0.38 mm/a, 断层闭锁深度为22.1±3.1 km。 利用GPS连续观测站数据解算的地震同震位移显示, 震中西南侧26.8 km处的青海门源(QHME)测站记录到了明显同震位移, 其水平运动方向为北东向, 与逆冲为主的震源机制解一致。     

地震场源应变前兆的区别及其三维有限元模拟

以组合模式为基础,用三维有限元方法计算了两个模型,主要研究结论是:①在大地震发生前,调整单元首先破裂,其应变随时间变化曲线呈准"λ"型;②在调整单元破裂后,积累单元破裂,其应变随时间变化曲线呈"λ"型;③在断层垂直方向上应变衰减很快,而沿断层走向方向衰减很慢;④场区各单元的情况很复杂,其应变随时间变化的曲线呈非"λ"型。并用数值分析方法证实了组合模式的正确性,还用结论(1)解释了几种前兆现象。     

岩石磁组构可以揭示应变吗？——以华南地块早三叠世灰岩为例

一般认为磁组构能有效地反映岩石所经历的应变特征.为了研究不同类型的磁组构和不同期次应变之间的关系,对来自华南地块两个地区的早三叠世灰岩样品进行了岩石磁学、磁组构以及应变特征的对比分析.来自湖北通山县的样品经历了三期构造变形,这为解析磁组构和多期次应变提供了理想的机会.岩石磁学结果显示携磁矿物主要为磁铁矿.磁化率各向异性（AMS）和非磁滞剩磁各向异性（AAR）结果显示其最小轴与层面垂直,最大轴和中间轴分布于层面内,反映了沉积和压实作用产生的应变,而后期构造应变在磁组构中没有体现.来自广东连县的样品发育有渗透性压溶缝面理和方解石脉,说明经历了构造应变.AMS结果没有显示占优势的组构方向.AAR结果显示三轴组构,其最大轴分布于最大应力方位,与构造应变特征吻合,最初的压实组构被构造应变组构所代替.上述结果表明：（1）AAR可以很好地反映渗透性应变的特征,而AMS有时会失效;（2）应变的尺度要小于样品的尺度,磁组构才能有效地反映应变.     

不同温压条件下声发射应变能释放特征——加速模型参数物理含义的初步讨论

利用不同温、压条件下的花岗岩变形实验数据,研究声发射（AE）事件应变释放特征,探讨加速模型参数m值与温压环境的关系.常温条件下,声发射应变显示一定的加速释放特征,但m值随围压增加未显示出趋势性的变化,表明常温条件下m值与岩石强度关系不密切.围压固定时,m值随温度升高逐渐变大,声发射应变从加速释放逐渐过渡到匀速释放,这意味着不同温度条件下岩石变形过程中内部微破裂形式的差异,可能导致应变释放类型的较大差异（即m值的较大差异）.在浅表地层的温压条件下,岩石破坏前显示一定的加速释放特征,m小于1;在渐进式破坏区段,应变释放呈逐渐减弱的减速释放态势,m明显大于1;在深部温压条件下,应变释放加速特征明显,m值明显较低.此外,完整岩样破裂前声发射应变加速释放特征显著,而宏观剪裂面的黏滑之前,声发射应变基本上匀速释放.     

岩石的磁性组构及其在岩石变形分析中的应用

文本总结了对采自巴彦乌拉山韧性剪切带的部分标本进行岩石组构数据测定的分析结果,并将其与用常规应变分析方法所得结果予以比较,表明了岩石磁化率各向异性椭球体能够反映总的应变椭球体,证明岩石磁化率各向异性技术做为一种岩石组构因素的研究是有发展前景的。岩石磁性组构资料可应用于变形岩石的应变分析,特别是在通常的岩石组构分析技术太费时间和粗糙的情况下更显示了其优越性。     

基于PPP-BOTDA的膨胀土裂隙发育特征的分析与表征方法研究

为了解非饱和膨胀土在干湿循环过程中土体应变的状态、变化以及土体裂隙的发育规律,在室内设计了一个长150cm、宽10cm、高60cm的模型箱,将传感光纤分4组按不同深度埋入土中,每组传感光纤包括4种类型,采用高空间分辨率的分布式光纤应变测量技术PPP-BOTDA,对干湿循环过程中土体的应变状态进行了监测。试验发现：埋深较浅的光纤受到裂隙发育的影响,在空间上,光纤应变状态呈现不均匀的拉压分布;在时间上,随着土体含水率的降低,裂隙区域的光纤应变呈现出先压缩后拉伸的变化规律,而且光纤应变变化同总裂隙张开度具有一定的相关性;随着光纤埋藏深度的加深,由于受土体裂隙的影响减小,光纤应变分布较为均匀;吸湿过程中,土体裂隙逐渐闭合,裂隙区域光纤应变由拉伸状态转变为压缩状态,而裂隙两侧区域光纤应变逐渐转变为拉伸状态。结果表明,通过PPP-BOTDA技术可以反映膨胀土干湿过程中土体的应变状态,并对土体裂隙进行准确的定位,从而为土体变形监测及灾害评价提供了新的技术手段。     

二维应变速率正演模拟

由给定的随时间和空间变化的二维应变速率分布计算速度场,根据速度场计算二维热传导方程,得到岩石圈的热演化结构,然后计算由热扰动引起的密度变化,进而确定加载到岩石圈上的载荷,根据载荷计算挠曲方程,最终得到盆地的沉降.在此基础上讨论了热源对地表热流和沉降的影响以及岩石圈有效弹性厚度对盆地几何形态的影响.结果表明,热源对地表热流影响显著,对沉降影响不大,岩石圈有效弹性厚度则控制盆地的几何形态.二维应变速率正演为下一步的反演奠定了基础.