利用宽角反射/折射地震剖面揭示芦山M_S7.0地震震区深部孕震环境

2013年4月芦山地震发生后,中国地震局迅速成立了芦山地震科学考察指挥部,要求查明芦山地震的深部构造环境和孕震背景.为此,中国地震局地球物理勘探中心于2013年9月至11月在芦山震源区布设了一条长约410km的人工地震高分辨宽角反射/折射探测剖面,获得了信噪比较高的人工地震探测数据,采用地震射线走时正演拟合构建了该区的地壳及上地幔二维P波速度结构模型,结果显示:扬子块体和松潘—甘孜块体显示出迥异的速度结构特征,地壳厚度由南向北逐渐加厚.沉积盖层在四川盆地厚达7.8km,而进入松潘—甘孜块体沉积层最薄处只有几百米厚,几乎出露地表;在中上地壳,扬子块体平均速度比松潘—甘孜块体高0.2km·s-1,在盆地与高原耦合部位(构造转换带)以北深度大约20km左右有一厚度为8.0km的软弱层(低速层),该层内的速度为5.80km·s-1,明显低于周围介质的平均速度6.00~6.10km·s-1;构造转换带内,震相显示紊乱、不清晰、不能连续对比,由地表至上地幔顶部壳内界面不连续、速度结构异常紊乱且呈现低速异常特征;在中下地壳,沿剖面速度呈现正梯度垂向增大变化;壳内界面在扬子块体内部起伏变化不大,但在构造转换带以北呈现急速加深的趋势,特别是Moho界面起伏变化较为明显,界面深度在距离50km范围内由扬子块体的36.2km迅速变化至松潘—甘孜块体下方的45.8km,形成一陡变带.芦山MS7.0级地震震源位置位于二维速度结构异常紊乱和界面起伏变化的地带,研究表明,壳内界面及速度结构差异、起伏变化的特征与该区域的地震活动性关系密切.     

沙丘动力学数值模拟研究方法综述(Ⅱ):沙丘形成演变模拟

沙丘形成与发育过程强烈依赖于初始动力条件及地表特性。沙丘动力学数值模拟方法可以充分考虑其形成所依赖的这些初始条件,实现对沙丘场形成演变及沙丘间的相互作用过程和未来发展进行定量模拟和预测,是研究沙丘的一种及其有效途径。本文主要介绍了沙丘形成发育动力学数值模拟研究工作所采用的方法及所取得的主要成就。     

旱麻岗沙漠风沙地貌发育与演化

旱麻岗沙漠位于腾格里沙漠南部,是腾格里沙漠的重要组成部分。目前对该沙漠几乎没有研究。旱麻岗沙漠最主要的地貌是风沙地貌和流水地貌,且近似南北方向平行相间排列。该沙漠主要的沙丘类型有新月形沙丘链、反向沙丘和灌丛沙丘,其中新月形沙丘链和反向沙丘分布在海拔相对高的区域,且呈条带状分布,而灌丛沙丘主要分布在冲沟内。旱麻岗沙漠的起沙风主要为西北风,其次为东南风。风能环境属于低等风能环境,合成输沙方向为282°~331°,方向变率为中等变率。流动沙丘表面平均粒径最大,其次为结皮下层和结皮表层;分选性与平均粒径有相似的规律。石羊河流域、祁连山东端的冲积-洪积物和湖相沉积为旱麻岗沙漠的形成与演化提供了重要的沙源。根据野外考察,结合以往研究成果,该沙漠的形成与演化可以概括为以下几个阶段:大湖期;湖水干涸期,在退水过程形成近似平行排列的小冲沟;沙漠形成与扩张期,流动沙丘覆盖整个区域;沙漠萎缩期,降雨量增加,沙漠萎缩,平行排列的冲沟宽度和深度增加,冲沟内的流沙随流水冲向下游,而冲沟间的沙丘仍然保留在原来的位置,形成现代的地貌格局。     

南黄海太阳沙西侧潮流脊槽的沉积物分布特征和沉积环境演变

对南黄海太阳沙西侧潮流脊槽区进行了底质调查,采用密集站位的振动活塞柱状沉积物采样器取样。根据粒度分析结果,比较精细地研究了厚度约2～3 m浅表层沉积物的空间分布特征。结果表明:表层沉积物中,细砂主要分布在潮流脊和岸滩上,其它较细的沉积类型主要分布于潮流槽内,呈显“脊砂槽泥”的沉积地貌基本特征。同时,沙脊上的表层细砂的分布范围明显与沙脊至海岸的距离有关,除了潮流的影响外,主要与外侧沙脊的消浪作用有关。另外,根据表层沉积物分布的沉积地貌特征,探讨了潮流脊槽的沉积环境演变。     

2014年云南鲁甸地震和景谷地震的震害对比研究

2014年8月3日云南鲁甸发生MS6.5地震,10月7日云南景谷发生MS6.6地震。这2次地震的震级、地震类型、震源深度等相差不大,但地震所造成的人员伤亡、房屋建筑损毁程度、地震地质灾害等却相差很大。在地震现场调查资料的基础上,对比分析地震造成的崩塌、滑坡、地裂缝、砂土液化、房屋建筑损毁等灾害轻重差别的主要原因。研究表明,鲁甸地震灾区地质构造复杂,地层破碎,人口密度大,房屋建筑抗震性能差;而景谷地震灾区地质环境较好,植被茂密,人口密度低,相比同量级地震的加速度小,房屋建筑结构抗震性能较好。总体而言,鲁甸MS6.5地震的震害比景谷MS6.6地震要严重得多。     

单、双向振动条件下饱和粉砂变形特性对比试验研究

由于仪器水平的限制,关于土体的动力特性的研究目前多采用单向激振方式替代双向激振方式。而这两种激振方式在试验原理方面存在明显不同。很多研究表明,应力路径对土的响应有着不可忽视的影响,这两种方式相替代的合理性尚待证明。本文利用DSC2000多功能动三轴试验系统,选取尾矿砂分别在单向及双向振动条件下进行一系列饱和土的动力特性试验,对比两种激振方式作用下土体的滞回曲线以及骨干曲线的差异,分析土体在这两种振动方式下产生差异的原因,并应用双曲线模型对骨干曲线进行拟合,最后给出在进行土体变形特性试验时以单向激振方式替代双向激振方式的适用条件。     

微生物沉积碳酸钙固化珊瑚砂的试验研究

向珊瑚砂中注入巴斯德芽孢杆菌菌液、氯化钙和尿素的混合液,利用微生物沉积碳酸钙固化珊瑚砂;并对珊瑚砂固化体进行了渗透、强度及微观结构等试验。试验结果表明,巴斯德芽孢杆菌的活性随时间呈衰减趋势,但衰减速度缓慢,能较好地满足珊瑚砂固化的需要。随着菌液、氯化钙和尿素的混合液注入次数的增加,珊瑚砂柱渗透性逐步降低,最终渗透性降低了1～2个数量级。微生物固化后的珊瑚砂柱应力-应变曲线大致可分为3段,即应力随应变缓慢增加段、快速增加段以及突降段。试样发生压裂脆性破坏,无侧限抗压强度最高达到14 MPa左右。抗压强度随干密度增加而增大,随渗透性降低而增大。微生物固化后珊瑚砂颗粒被生成的碳酸钙完整的包裹,孔隙间极少见生成的碳酸钙,与普通硅砂微生物固化后的微观结构不同,较好地解释了渗透性降低不多的原因。     

砂土中刚性短桩的p-y模型案例研究

基于Winkler地基模型的p-y曲线法在水平受荷桩的分析与设计中应用非常广泛。该方法最初主要针对海洋石油气平台,基于试桩桩径主要不超过1.2 m、长径比大于20的现场水平荷载试验结果,推导了半经验半理论方法。在过去的十年间,快速发展的风能行业（尤其海洋风机）所采用的桩基础尺寸已经远远超出了当初提出现有p-y模型时的试桩尺寸。目前普遍认为,针对大直径（如桩径 6 m）水平受荷桩的设计,现有p-y模型的可靠性值得商榷和进一步研究。通过两组水平受荷桩基试验实测结果,对当前API规范建议的砂土中p-y模型及其他研究者提出的修正方法进行了案例研究。研究结果表明：不同的p-y模型计算得到的桩身弯矩差异较小,可忽略不计;桩头变形主要受p-y曲线初始刚度值及曲线表达式影响;确定地基刚度常量时,除依据砂土地基的密实度与内摩擦角外,还应考虑地基形成历史。最后,提出了进一步研究方向。     

流变边界层及其对华北克拉通热/地震岩石圈底界差异的意义

二维热传导/对流数值模型显示,纯传导的固体岩石圈与纯对流的流体软流圈之间存在一过渡层,即流变边界层,其间传导与对流共同作用来传递热量.流变边界层厚度主要由软流圈黏性系数（η）控制,而受固体岩石圈厚度及热状态影响很小.随着η从1×10²¹Pa·s降低至1×10¹⁹ Pa·s,流变边界层也随之减薄,流变边界层的厚度与lg（η）成正比. 流变边界层的存在是造成热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的重要因素. 全球典型克拉通岩石圈的对比结果表明,地震岩石圈厚度普遍大于热岩石圈厚度,二者的差异多数在70~90 km,很好地验证了流变边界层的存在. 研究发现二者的差异在华北克拉通自西向东逐渐减小：由西部鄂尔多斯的约80 km减少至渤海湾盆地的约20 km. 反映出华北克拉通岩石圈下部流变边界层厚度自西向东减薄,意味着软流圈黏性系数自西向东逐渐降低.这可能与中生代太平洋俯冲脱水形成的低黏大地幔楔有关,从一侧面印证了太平洋俯冲对华北克拉通破坏的影响.     

Sensitivity of interfacial hydraulics to the microtopographic roughness of water‐lain gravels

Flow within the interfacial layer of gravel‐bed rivers is poorly understood, but this zone is important because the hydraulics here transport sediment, generate flow structures and interact with benthic organisms. We hypothesized that different gravel‐bed microtopographies generate measurable differences in hydraulic characteristics within the interfacial layer. This was tested using a high density of spatially and vertically distributed, velocity time series measured in the interfacial layers above three surfaces of contrasting microtopography. These surfaces had natural water‐worked textures, captured in the field using a casting procedure. Analysis was repeated for three discharges, with Reynolds numbers between 165000 and 287000, to evaluate whether discharge affected the impact of microtopography on interfacial flows. Relative submergence varied over a small range (3.5 to 8.1) characteristic of upland gravel‐bed rivers. Between‐surface differences in the median and variance of several time‐averaged and turbulent flow parameters were tested using non‐parametric statistics. Across all discharges, microtopographic differences did not affect spatially averaged (median) values of streamwise velocity, but were associated with significant differences in its spatial variance, and did affect spatially averaged (median) turbulent kinetic energy. Sweep and ejection events dominated the interfacial region above all surfaces at all flows, but there was a microtopographic effect, with Q2 and Q4 events less dominant and structures less persistent above the surface with the widest relief distribution, especially at the highest Reynolds number flow. Results are broadly consistent with earlier work, although this analysis is unique because of the focus on interfacial hydraulics, spatially averaged ‘patch scale’ metrics and a statistical approach to data analysis. An important implication is that observable differences in microtopography do not necessarily produce differences in interfacial hydraulics. An important observation is that appropriate roughness parameterizations for gravel‐bed rivers remain elusive, partly because the relative contributions to flow resistance of different aspects of bed microtopography are poorly constrained. © 2014 The Authors. Earth Surface Processes and Landforms Published by John Wiley & Sons Ltd.