巴颜喀拉块体东南缘应力演化及鲁甸地震自发破裂模拟研究

巴颜喀拉块体活动导致的昆仑—汶川地震系列,是目前中国大陆唯一一组7级以上地震序列,未来几年该块体仍是发生7级地震的主体地区。巴颜喀拉块体东缘从走滑运动向逆冲运动转换的构造动力学性质使得活动块体两个相邻边界带存在大地震序列的关联性。研究表明近期逐渐加速的块体东边界强震序列是北边界强震活动的响应,巴颜喀拉块体南边界的鲜水河断裂带同样以左旋走滑的方式向东边界挤压,但巴颜喀拉块体东南缘地震呈现以下两个特点,一是强震大都发生在巴颜喀拉块体东边界断裂带,东边界强震序列呈现加速状态;二是南边界鲜水河断裂带在1973年炉霍7.6级地震后,已有40多年没有发生7级以上地震,鲜有6.5级以上强震,在此次地震序列中表现出一种大震缺失的状态。因此,巴颜喀拉块体东南缘主要断裂带的地震危险性值得关注和研究。同震库仑破裂应力及震后粘弹性松弛在解释余震序列分布,分析强震序列相互作用关系及未来地震危险性分析等方面发挥了重要的作用。比如汶川地震之后,一些研究者利用弹性位错模型计算了汶川地震的同震库仑破裂应力变化,并对龙门山区域未来的地震危险性进行了估计。一些研究者分别计算了汶川地震和芦山地震后周边断层的同震库仑应力变化,以及汶川地震和芦山地震引起的同震和震后粘弹性松弛应力场变化,得到了汶川地震可能有效地促进了芦山地震的发生的结论。在应力演化过程中,震间构造应力加载对强震危险性的作用也非常重要,目前比较流行的计算这部分应力积累的做法是采用"负位错"的理论进行计算,这一方法虽然简洁,但假设了断层是完全闭锁的,可能会造成一定误差。本文拟以巴颜喀拉块体区域构造活动作为三维有限元模型的边界约束,综合研究区域介质速度、密度结构最新反演结果计算介质的弹性材料参数,从初始应力场出发模拟在构造应力和重力作用下的现今背景应力场,计算强震序列引起的区域内断裂带震前、震间、震后的应力演化,获得更为准确可靠的应力场结果。利用速率-状态关系计算库仑应力变化对研究区域背景地震发生率的影响,利用泊松概率过程计算研究区域在汶川地震和芦山地震震后未来10年6级以上强震的发震概率及研究区域主要断裂带的6级以上强震发震概率。除以上述准动力学的方法研究巴颜喀拉块体东南缘应力演化及地震危险性,本文还以鲁甸地震为例,研究鲁甸地震从成核区开始破裂,然后扩展直至终止的自发破裂动力学过程,探索影响地震自发破裂位错的主要因素。研究内容:(1)建立巴颜喀拉块体东南缘三维粘弹性有限元模型。(2)模拟巴颜喀拉块体东南缘主要断裂带上1900年以来7级以上强震序列的应力演化过程,并对强震序列对芦山地震的触发作用进行了研究,对比库仑应力场及等效应力场演化结果与背景地震活动的关系。(3)应用速率-状态关系研究库仑破裂应力对汶川地震、芦山地震震后研究区域的地震发生率的影响,应用泊松过程给出研究区域主要断层未来的强震发生概率。(4)应用可以描述断层摩擦机制的FAULTS有限元软件对芦山地震断层错动方式,初始破裂点进行了模拟,研究了汶川地震后,断层强度的变化对芦山地震的影响。(5)应用曲线有限差分方法建立鲁甸地震非平面断层自发破裂模型,模拟鲁甸地震在包谷垴—小河断裂上的自发破裂过程,分析影响鲁甸地震自发破裂过程的主要因素。本文的创新点:(1)以三维速度、密度反演结果建立能反映更真实地下介质的三维粘弹性有限元模型;(2)从初始应力场出发,进行数十万年的应力场演化模拟直至获得与现今构造应力场更为吻合的背景应力场用于地震序列模拟;(3)采用泊松概率模型计算地震发生概率时直接基于三维粘弹性有限元模型得到的库仑应力结果,充分考虑了同震、震间和震后效应的影响。同时,在考虑背景地震发生率时采用了更全面完整的地震目录,这可能使得对未来地震危险性的估计更准;(4)对鲁甸地震自发破裂过程进行了动力学模拟,将震间应力积累过程与同震地震破裂过程的模拟结合起来。     

基于改进遗传算法的粘弹性岩体力学参数反演

把模式搜索嵌入目前广为应用的遗传算法中,使之和神经网络有机结合,提出了搜索—遗传—神经网络算法。该方法用经过最佳预测学习算法训练的神经网络来表达粘弹性岩体力学参数和位移之间的映射关系,除具有一般遗传算法的优点外,还提高了参数反演的精度,节省了参数反演的计算时间。结合某工程实例,验证了该方法在粘弹性岩体力学参数反演中的优越性。     

一种井震融合求取反Q滤波Q体的方法

粘弹性介质的吸收衰减影响了地震波的动力学特征,而反Q滤波技术是补偿地层吸收的主要方法。在常规处理中,品质因子往往通过扫描获得,缺乏客观标准。从地震资料求得的品质因子Q值是一种瞬时Q,难以应用到反Q滤波中,影响了反Q滤波的最终效果。这里提出基于井震融合求取品质因子Q值的方法,先用VSP井资料提取较准确Q值,用它反映出的地层结构,作为地震资料求取Q值的时窗,计算地层Q体;以VSP资料求取的Q曲线为初值,制作粘弹性合成记录,调节Q值使正演记录和井旁地震道达到最佳匹配,得到井震联系的最佳Q曲线;最后用井震最佳匹配的Q曲线标定地震资料求取的Q体,使Q体的数值在合理的范围内。这套井震融合求取品质因子的方法,在东部某油田实际资料中得到了有效地验证。     

海洋板块蛛网裂缝的粘弹性球扁壳模式

由于所考虑的大洋板块直径为10~3公里数量级,故必须考虑其曲率的影响。又因以百万年计的地壳演变所具有的应力松弛和应变蠕变对造成此裂缝的作用,必须考虑此板块的流变性质。本文是在文献〔9〕的基础上的进一步工作,因大洋海水深度不同,故简化板块上的分布海水荷载为一偏心受压的集中荷载,得到问题的精确解及渐近解。     

粘弹性阻尼结构的性能、分析方法及工程应用

本文系统地介绍了粘弹性阻尼器和粘弹性阻尼结构的研究与应用情况,主要包括粘弹性阻尼材料的性能特征;粘弹性阻尼器构造,减震原理及力学模型,粘弹性阻尼结构的性能;分析方法与设计方法及工程应用,对粘弹性阻尼结构的适应性,安全性,经济性进行了评述,提出了今后应加强研究的若干问题。     

粘弹性饱水岩层中地震波的传播

从工程实践出发,采用粘弹性两相介质模型,详细研究了地震波在饱水岩层中的传播问题．由于此模型不但考虑了岩层骨架的粘性,而且考虑了地下水对地震波传播的影响,从而可以全面地了解地震波在岩层中的传播特性．该模型比以往研究地震波的模型更具合理性．文中的数值算例对频率、含水量及粘性常数对地震波的波速和衰减的影响进行了细致的分析,并得出了一些重要的结论．      

粘弹性阻尼器的性能研究

本文针对ＺＮ－１和ＺＮ－２粘弹性材料,通过大量试验,首先定量探讨了其力学性能随环境温度、激振频率、变形幅值和滞回圈数等因素的变化情况;随后,就风振控制问题,考察了时间荷载作用下,材料内部的温升平衡情况;最后,在文献〔１〕的基础上,利用试验数据确定了刻画材料力学性能的四参数模型的有关参数。     

基于InSAR数据的西藏玛尼Ms7．9级地震的地壳不均匀性研究

基于InSAR观测结果,考虑到发震区域南、北两盘地壳介质的横向不均匀性,结合更为真实的地表断层位置,采用三维半解析粘弹性模型和遗传算法,反演了发震断层滑动分布及南北两盘的地壳介质参数(泊松比).反演结果显示,考虑介质横向不均匀性的模型能较好地拟合地表形变场;南北盘的横向介质差异性也可认为是玛尼地震同震形变的非对称性的影响因素之一.     

大型地下储油洞粘弹性稳定性分析

在大型地下岩洞中储油是世界各国石油战略储备的重要方式之一。随着我国石油进口量的不断增加,建造大型地下储油洞库无疑是一种综合经济效益良好的方案。针对大型地下水封储油岩洞库的工程特点,利用数值模拟方法对储库洞群中各洞室的开挖施工顺序进行了仿真模拟计算。通过对3种可能的施工方案所引起的地表变形、洞周关键位置的变形以及应力场和位移场的分布规律对比分析,比选出了洞群中各洞室较优的开挖先后顺序。对筛选出的较优方案进行了施工过程与粘弹性稳定性分析模拟,给出了考虑岩体流变特性时油库的变形规律特点,并对大型地下油库的强度及长期稳定性进行了分析评价,所得结论对地下储油库的开挖施工有一定的参考价值。