基于滑动窗口导纳技术反演西太平洋中部岩石圈的有效弹性厚度

西太平洋中部地区是西太平洋板块边缘沟-弧-盆体系构造演化的关键区域,其地质特征与构造演化一直是地学家关注的焦点问题之一。开展岩石圈有效弹性厚度的研究对于认识该区域的形成演化具有重要的科学意义。本文采用滑动窗口导纳技术,并在挠曲模型中考虑了表面荷载和内部荷载同时存在的情况,计算得到该区域的岩石圈有效弹性厚度(Te)。计算结果显示,研究区的Te值整体上为0~50 km,其变化基本上与构造单元相吻合,且与主要的构造边界密切相关。除海底火山具有相对较小的Te值(15~20 km)外,太平洋板块整体上具有较强的岩石圈强度(25~30 km)。马里亚纳海沟和菲律宾海沟的岩石圈强度从外隆起到海沟方向表现为明显的减弱,表明岩石圈由外隆起向海沟发生了弱化。帕里西维拉海盆西部相较于东部具有较弱的岩石圈强度,这可能与海盆的非对称扩张有关。卡罗琳板块的岩石圈整体上表现为相对均一的低Te值特征(<15 km)。欧里皮克海隆、卡罗琳海岭和索罗尔海槽的Te值为3 km,这可能是强烈的火山作用所导致的结果。     

饱和土体-地下综合管廊结构地震响应分析

将土体视为固-液两相介质,基于饱和土体有效应力原理,建立饱和土体-地下综合管廊结构体系相互作用动力模型:在地应力平衡的静力状态下采用Duncan-Chang非线性弹性本构模型,在地震波作用的动力状态下采用Davidenkov非线性黏弹性本构模型;考虑饱和土体黏弹性动力人工边界条件,将地震动作用转化为作用在人工边界节点上的动力荷载。模型考察不同地震波时程、地震波加速度峰值、入射角度、孔隙率以及地应力场的影响,得出如下结论:(1)地震波的卓越周期与场地卓越周期相近时引起结构上的变形最大;随着地震波加速度峰值的增大结构变形增大;随着地震波入射角度的增加结构变形增大,地震波斜入射情况下产生的行波效应使得结构变形最大。(2)土体材料的孔隙水压力是影响地震中结构变形的主要因素之一。(3)将土体材料考虑为单相介质时结构上的变形要比考虑为固-液两相介质时大得多,直接将饱和土体场地中得到的地震波等效荷载施加到单相土介质-结构动力相互作用模型上,能够得到与完全基于有效应力法一致的结果。     

四川盆地西部及邻区地壳上地幔精细结构研究

为获得四川盆地及其邻区地壳和上地幔精细结构,并据此对该区域整体构造运动初步进行动力学解释,本研究采用接收函数、线性反演与H-kappa扫描相结合的方法,获得以下结论:研究区域地壳厚度东西向差异巨大,其厚度差高达29 km。四川盆地地表具有较厚沉积层,属于刚性块体。龙门山南段与四川盆地交接地区存在某些区域的波速比较高,推测这些地区可能存在地幔物质上涌导致地壳中铁镁质成分增加。松潘-甘孜地块的地壳厚度存在58~65 km的横向变化,中下地壳存在梯形低速层,可能由于青藏高原向东俯冲过程中遭遇四川盆地刚性块体的阻挡而引起该地块的挤压变形,该区域具有较高的波速比,综合分析推测其可能存在区域性的部分熔融。      

Gakkel洋中脊基底隆起的非对称地壳结构

超慢速扩张的北冰洋Gakkel洋中脊具有六个沿扩张方向的线性基底隆起(本文编号为A—F).这些线性基底隆起在中轴两侧的地球物理场和地壳结构呈现不同程度的非对称性.本文利用Gakkel洋中脊的地形、空间重力异常(FAA)和航空磁力数据,计算了它的扩张速率、剩余地幔布格重力异常(RMBA)、地壳厚度和非均衡地形.根据中轴两侧地形和地壳厚度的对称关系,我们将六个基底隆起分为对称型和非对称型两种类型.整体上,B、D和F区基底隆起在中轴两侧的地形和地壳厚度的非对称幅值(两侧差值的绝对值)较小,其中地形的非对称幅值分别为～157m、～125m、～208m,地壳厚度的非对称幅值分别为～1km、～0.06km、～0.3km;而A、C和E区的非对称幅值较大,其中地形的非对称幅值分别为～510m、～410m、～673m,地壳厚度的非对称幅值分别为～2km、～2.5km、～1.1km.我们因此推断B、D和F区具有相对对称的地壳结构,而A、C和E区具有非对称的地壳结构.根据A、C和E区中轴两侧非均衡地形的对称关系和非对称地形的补偿状态,推测A区的非对称性可能是由岩浆分配不均所导致;而C区和E区的非对称性可能是由构造断层作用使断层下盘向上抬升变薄所导致.我们进一步推测洋中脊走向的改变可能使得构造作用更易集中于基底隆起的一侧.     

空间链接器式多维通用饱和-非饱和流模型研究

多维饱和-非饱和流方程离散后生成的系数矩阵中常存在零系数,这将影响求解过程中的存储空间和计算效率。合理的系数矩阵优化方法既能保证模拟精度,又能提高模型在大规模网格单元中的计算效率及通用性。文章在多维饱和-非饱和流有限差分法基础上,预先记录不同方向上有效单元间的连接关系,避免了零系数的计算和存储,并结合矩阵标识法建立了空间链接器式多维通用饱和-非饱和流模型。通过模拟地下水位起涨、渗流面排水等四个经典案例及田间三场长历时小雨入渗过程,验证了该模型的模拟精度及计算效率。对比结果表明:该模型在多维度、不同边界条件（包括天然降雨、渗流面等）下的模拟精度与Hydrus、VSF等成熟软件相当,计算效率略低于Hydrus软件。田间模拟结果表明:VG模型中的参数n敏感性最强,需优先率定;因模型中尚未考虑大孔隙流影响,各层土壤水分响应时间滞后于实测过程;三场降雨计算时段末期,超过80%的入渗水量仍滞蓄在表层40 cm的土壤中,仅有约4%~12%的水量已转化为潜水。本文模型有望成为传统多维饱和-非饱和流模型的重要补充。     

基于黏聚力裂缝模型的反倾层状岩质边坡倾倒破坏模拟

反倾层状岩质边坡的倾倒破坏是一种常见的地质灾害。为探究开挖条件下反倾层状岩质边坡的倾倒破坏机制以及层间剪切强度、岩层厚度因素对破坏特征的影响,利用ABAQUS有限元软件,建立黏聚力裂缝模型（Cohesive Crack Model,CCM）,基于连续-离散方法,经参数标定和对比,建立反倾层状岩质边坡CCM,采用开挖并增重的方式诱发边坡倾倒破坏。数值模拟结果与古水水电站坝前倾倒变形体离心模型试验结果基本一致,验证了CCM的正确性。进一步,基于以上参数及模型,研究了反倾层状岩质边坡的破坏演化过程和应力分布特征,并探讨层间剪切强度对边坡倾倒破坏特征的影响。结果表明:坡体前缘首先发生局部折断,后缘出现明显拉裂缝,反倾岩层由下往上依次折断直至倾倒体中部（一级破裂面）。随后,坡体前缘的表层岩层被挤出,形成二级破裂面,最后一级破裂面扩展至坡体后缘,形成连通宏观的破裂面。最后,二级破裂面扩展至坡体中部,边坡完全倾倒破坏;破裂面基本沿层间法向应力峰值位置连线发育;层间剪切强度对边坡倾倒破坏特征具有显著的影响,随着层间剪切强度的增大,岩层初始折断位置逐渐降低,垮塌范围逐渐减小,破裂面倾角增大;坡体层厚越大,一级破裂面分布越深,垮塌区范围越大,坡体滑动的整体性越强。研究成果可为反倾层状岩质边坡倾倒破坏的分析和监测提供有效计算方法及依据,为此类滑坡灾害的防治提供一定参考。     

场地类别分类方案研究

基于性能的抗震设计,要求工程师设计出具有预期抗震性能的结构,一个关键因素是地震作用的确定,这在很大程度上取决于局部场地条件。通过收集和分析北京、苏州和唐山城区956个钻孔资料,建立地表20 m和30 m深土层走时平均剪切波速VS20和VS30的关系式;现场钻探获取北京城区深105 m的典型钻孔原状土样,试验给出各类土体动剪切模量和阻尼比曲线;建立北京城区170个钻孔的场地反应计算模型,采用Nakamura提出的HVSR法和陈国兴等提出的弱震法估算场地基本周期TS值,结合国内外现行抗震规范的场地分类及一些学者对场地分类的研究成果,提出两种新的场地分类建议方案：基于等效剪切波速VSE和覆盖土层厚度H（地表至剪切波速VS ≥ 500 m/s的基岩深度）的双指标场地分类方案及基于VSE、H和TS的三指标场地分类方案。提出的场地分类方案对我国现行抗震规范场地分类方法的改进有参考价值。     

冀中坳陷中部现今热岩石圈厚度及地热学意义探讨

热岩石圈厚度是研究盆地的构造演化和板块动力学的重要参数,本文通过实测数据构建地壳分层模型,根据热传导的基本原理,计算了冀中坳陷中部的Moho面温度以及热岩石圈厚度,并探讨其地热学意义。结果表明:冀中坳陷中部的Moho面温度分布在500～600℃,西南侧整体温度较东北部高,热岩石圈厚度介于102～122km,其平面展布特征与华北克拉通热岩石圈厚度西厚东薄的特征相吻合,为华北克拉通受太平洋板块西向俯冲导致东部遭受破坏提供了依据,并且较薄的岩石圈使热流更易传导到地壳浅部,成为了该地区热异常的成因背景。     

MM5/CALMET系统对陕西大气稳定度的模拟

采用MM5/CALMET模式模拟延安、西安和汉中2015年逐时大气稳定度和混合层厚度,并与国家标准推荐的帕斯奎尔方法计算结果进行对比。结果表明:采用MM5/CALMET模式模拟大气稳定度和混合层厚度方法基本可行,模拟的大气稳定度分布与帕斯奎尔方法计算结果基本一致,平均误差在10%以内;两种方法所得混合层厚度月变化趋势相近,相关系数最高可达0.947;延安、西安和汉中3站两种方法对比结果各不相同,需要对比更多测站和更长时间的数据来进行结果订正,方可应用于大气污染预测和环境气象业务中。     

早期的硫化物饱和并不妨碍斑岩Cu-Au矿的形成北大核心CSCD

斑岩型铜(金和钼)矿床提供了世界上约75%的Cu、50%的Mo和20%的Au的产量。该类型矿床通常与汇聚板块边缘的下地壳以及中性火山-侵入岩浆体系相关。然而,尽管经过近十年的研究,目前对造成富矿岩浆体系和贫矿岩浆体系的控制因素仍然不完全清楚。一些研究认为,富矿岩浆比贫瘠岩浆更加富集金属成矿元素,而另一些研究则指出,斑岩型铜矿可以通过正常岩浆形成,并指出岩浆的硫含量、氧逸度、水含量或者上地壳岩浆房的规模都能决定其成矿。