强震孕育、发生及其复发循环过程的有限单元法模拟

强震孕育发生及其复发过程的定量研究对于预测预报地震有着重要的科学意义;合理连续地计算地震孕育、同震破裂过程及其复发循环特征将有助于我们更好地认识强震发生的时空分布规律.为此,本文基于Newmark隐式时间积分法,根据模拟孕震-同震循环过程的特殊要求,发展了一种新的有限单元计算方法.新方法具有以下特点:(1)在不改变时间积分方法的情况下,实现对时间步长进行自动平滑地缩放,进而可以连续的模拟准静态、动态不同力学状态下的孕震-同震循环过程;(2)模型的初始应力场非人为指定,计算时通过施加重力及缓慢的构造加载获得;(3)地震破裂的成核区域及成核方式等亦非人为给定,模拟中破裂成核是自然形成的,这样更加符合实际地震地质情况.通过大量的模型计算,其结果表明,新的计算方法可以连续稳定的模拟断层孕震-同震及其循环过程,计算结果不仅可以给出强震的复发间隔,同时还可以给出地震时断层破裂行为的详细过程.此外,本文还考察了摩擦系数对地震准周期性的影响,发现断层上的静、动摩擦系数差值直接影响着断层的强震复发周期,两者差值越小,复发周期越短;差值越大,复发间隔越长.     

一种改进的子波分解方法及其应用

为了克服常规的子波分解与重构方法采用固定的雷克子波时所造成的缺陷,本文引入地震相分析和三参数小波,提出了一种改进的适用于存在地震相带变化区域的子波分解与重构方法.该方法首先采用基于波形分类的地震相分析方法进行研究区的地震相分析及主要相带划分,然后根据各个主要相带的子波特征匹配与之对应的三参数小波来建立过完备原子库,再分相带利用基于匹配追踪算法的三参数小波进行子波分解,最后优选对储层敏感的频带范围进行重构,并采用重构的地震道来进行储层预测.四川某海相碳酸盐岩储层预测的实例应用结果表明,该研究区的储层预测结果与钻井符合率高,研究区中高产气井与低产气井在本文新方法获得的重构剖面上具有较大的差异,能进行有效地区分与预测,具有重要的实际应用价值.     

为什么自然界中超剪切破裂的地震是如此之少?

超剪切破裂的地震由于比同震级的亚剪切地震造成更为严重的地震灾害,因而受到广泛重视.可是,自然界中超剪切破裂的地震数量极其稀少;到目前为止,全球只是发现了十几个超剪切破裂的震例.那么是哪些因素造成了超剪切破裂地震是如此之少?这个科学问题,至今未见前人有系统的分析和研究;为此,本文利用有限单元的计算方法,对触发产生超剪切破裂的几种常见力学因素进行定量分析.有限元模拟结果显示,地表作为触发产生超剪切破裂效率最高的因素,但当地表附近具有沉积层、未固结的断层泥等松软介质时,地表附近断层介质是由速度强化的摩擦本构关系所控制,此时亚剪切破裂无法转换为超剪切破裂,近地表的这层薄薄的摩擦速度强化层会有效抑制超剪切破裂的发生.此外,模拟结果还表明,断层上的障碍体、反凹凸体、断层阶区虽然可以促使亚剪切破裂转换为超剪切破裂,但在转化过程中,由于破裂出现时间上的停顿,这样整个断层上的破裂速度就被平均为亚剪切破裂,即远场地震台站接收的地震信息很可能无法辨别局部超剪切破裂的发生.若要产生一个目前可以识别的超剪切破裂地震事件,其条件十分苛刻,通常需要断层的长度足够长,断层几何要足够平直,初始应力水平要足够高,地表的摩擦速度强化层厚度要足够薄,近场要有足够多的地震台站,等.由此可见,上述这些因素导致了自然界中可以辨别的超剪切破裂地震非常稀少.本研究有助于我们深入理解超剪切破裂发生的力学机制,有助于我们更好地评估地震灾害.     

新生破裂影响地震破裂跨越断层阶区传播过程的扩展有限单元法模拟

采用扩展有限元方法计算了断层阶区内介质产生的新生破裂对地震破裂跨越断层阶区传播过程的影响。模型中新生的断层扩展遵循最大剪应力破坏准则，当最大剪应力超过岩石的承受极限时，完整介质产生破裂形成新的断层，并且新断层的扩展方向为最大剪应力方向。扩展有限元法模拟结果表明，断层阶区内新生的断层改变了断层阶区的几何形态，同时也改变了断层破裂后的应力状态。新生破裂可以改变库仑应力在空间的分布格局，特别是可以提高断层上的应力水平，从而提高地震破裂跨越断层阶区的能力。模拟结果还显示，断层阶区内新生破裂的产生，可以使得地震破裂跨越10 km宽的断层阶区，若阶区内部介质没有产生新生破裂，则地震破裂无法跨越该断层阶区。本研究有助于进一步认识地震破裂跨越断层阶区的传播过程，特别是对地震震源过程分析及地震灾害评估等具有重要的科学意义。