利用断层应力积累探讨大地震发生的地点——以日本2011年东北9级大地震为例

大地震在哪里发生是地震预报首先要解决的问题.利用反演GNSS观测数据得到的2011年日本东北9级大地震前7年(2004-2010年)断层上的应力变化,我们发现了这次地震断层的孕震区.为了进一步研究该孕震区的演化过程,本文继续反演这次大地震在1997-2003年间的断层应力变化过程.通过这两期的反演工作,我们看到,在这1...     

利用GPS观测的时间序列资料反演地壳地幔黏性结构

地球介质的黏度是地球动力学研究中的重要参数. 在考虑震后震源区介质物性变化的情况下，本文提出利用GPS观测的时间序列资料反演地壳、地幔黏度的方法. 计算中，将遗传算法与Marquardt法相结合，利用遗传算法搜索结果作为Marquardt法反演的初始模型，运用微扰法形成Jacobian矩阵. 根据余震分布及地震波速度变化确定震源区的范围及介质的物性变化情况，利用黏弹性有限单元模型（Maxwell体）及台湾集集地震后GPS观测的时间序列数据，反演了台湾地区地壳、地幔的黏性系数. 反演计算及数值实验表明，该方法反演黏度的效率高，稳定性好. 反演结果初步显示台湾地区的地壳、地幔的黏度分别为12×1018Pa·s和36×1019 Pa·s.     

如何用有限元新模型研究地震触发和应力场连续演化

首先提出了一种考虑构造应力场影响的有限元新模型和地震触发因子C.新有限元模型可以用来研究地震序列中的地震触发和应力场演化.地震触发因子C定义为滑动面上的剪应力和摩擦强度的比值,它可以用来预测地震能否触发以及触发区的范围.然后利用这个有限元新方法和地震触发因子C研究了1976年唐山地震序列的余震触发情况.结果表明唐山地震的应力场和断层带的非均匀性对余震触发有重要影响.落入新有限元模型预测的地震触发区中的余震要明显多于落入地震位错理论预测的地震触发区中的余震.     

利用流固耦合模型模拟地震和海啸全过程

海底地震引起的海啸过程在力学上是一个流固耦合问题。地震引起的海底变形会影响流体的运动,流体运动会影响地震引起的海底变形。海啸的数值模拟,通常采用浅水波控制方程,把地震引起的海底变形作为海啸波动的边界条件或初始条件,不考虑它们之间的相互作用。本文采用势流体的流固耦合有限元方法模拟了地震和海啸的全过程。地震过程的模拟与地震位错模型不同,在位错模型中,断层的位错是事先指定的;而在本文中,首先形成自重作用下的初始应力场,然后通过断层材料的突然软化引起的错动,模拟地震震源的动力学过程。模拟结果显示,在海面除了可以看到大振幅的海啸波外,还可以发现体波震相和面波震相。在600 km的海面震中距上,它们要比海啸波早到48分钟,在此处面波的最大平均振幅可达0.55 m,是相同震中距海底面波最大平均振幅的2倍。因此,海啸预警信息在海面可以比在地表更早地得到。海啸波的传播速度在水深3 km的开阔海面是175.8 m/s,它要比理想长波理论预测的大,其平均振幅为2 m,波长可达32 km. 到达大陆架后其速度、波长都减小,在岸边可以激起10 m高的巨浪,水平方向深入陆地达53 m。震中附近海面和地震断层上的最大垂直加速度分别为5.9 m/s2和16.3 m/s2,后者是前者的2.8倍。由此看来,海水是很好的减震器。海啸波的加速度到达岸边会衰减10倍。与加速度不同,海面震中处的振动速度为3.2 m/s, 是海底震源处的1.4倍。震源处的最大位移小于震中海面的最大位移, 其差就是海啸波源的振幅。值得注意的是,海底地震的最大位错在震后23 s达到,不是发生在断层滑动的开始。      

Modeling the dynamic process of tsunami earthquake by liquid-solid coupling model

Tsunami induced by earthquake is an interaction problem between liquid and solid.Shallow-water wave equation is often used to modeling the tsunami,and the boundary or initial condition of the problem is determined by the displacement or velocity field from the earthquake under sea floor,usually no interaction between them is consid-ered in pure liquid model.In this study,the potential flow theory and the finite element method with the interaction between liquid and solid are employed to model the dynamic processes of the earthquake and tsunami.For model-ing the earthquake,firstly the initial stress field to generate the earthquake is set up,and then the occurrence of the earthquake is simulated by suddenly reducing the elastic material parameters inside the earthquake fault.It is dif-ferent from seismic dislocation theory in which the relative slip on the fault is specified in advance.The modeling results reveal that P,SP and the surface wave can be found at the sea surface besides the tsunami wave.The surface wave arrives at the distance of 600 km from the epicenter earlier than the tsunami 48 minutes,and its maximum amplitude is 0.55 m,which is 2 times as large as that of the sea floor.Tsunami warning information can be taken from the surface wave on the sea surface,which is much earlier than that obtained from the seismograph stations on land.The tsunami speed on the open sea with 3 km depth is 175.8 m/s,which is a little greater than that pre-dicted by long wave theory,(gh)1/2=171.5 m,and its wavelength and amplitude in average are 32 km and 2 m,respectively.After the tsunami propagates to the continental shelf,its speed and wavelength is reduced,but its amplitude become greater,especially,it can elevate up to 10 m and run 55 m forward in vertical and horizontal directions at sea shore,respectively.The maximum vertical accelerations at the epicenter on the sea surface and on the earthquake fault are 5.9 m/s2 and 16.5 m/s2,respectively,the later is 2.8 times the former,and therefore,sea water is a good shock     

三维粘弹性LDDA方法及其在地学中的初步应用

在二维弹性LDDA方法的基础上提出了三维粘弹性LDDA方法，并开发了相应的计算机软件．通过两个三维块体的摩擦滑动数值实验，证明了这个方法的理论和程序是正确和可靠的．用该程序研究了印度板块碰撞引起的东亚地区的现今速度场和沿主要断裂带的相对位移速率．初步结果表明，碰撞边界附近的速度最大，向内部衰减很快．青藏高原向北东方向运动，华北平原向东运动，东南亚向东南运动．在祁连山西南和东北速率变化的衰减梯度分别为0.05和0.007mm/a/km，衰减是非线性的，运动方向由北东转向近东西方向，变化很大．穿过龙门山断裂的速度衰减基本是线性的，其值为0.01 mm/a/km，运动方向为南东．印度板块碰撞对于东经115以东和北纬45以北的区域影响很小．由计算得到的速度场与GPS观测结果基本一致．计算得到的班公湖——怒江——澜沧江断裂带在近1Ma以来的相对滑动速率平均约0.5mm/a；金沙江断裂带相对滑动速率最大，为0.8 mm/a；郯庐断裂带基本不动．理论和计算表明，三维粘弹性LDDA方法可以用于研究具有断层的地球动力学问题．      

不连续岩体-拱坝系统的动力过程数值模拟方法

提出了一种分析三维不连续变形块体系统动力学过程和建坝的数值方法,该方法不但能够模拟位移不连续面在地震载荷作用下的张开和大尺度的摩擦滑移,而且还能给出不连续面上安全系数的分布和随时间的变化.通过有2个块体组成的系统验证了所提出的方法的正确性,同时用它分析了一个具有断层和伸缩缝的拱坝系统模型在地震载荷下的动力反应.     

Three-dimensional viscoelastic LDDA method and its application in geoscience

Introduction A lot of work has been done in studying geological problems in terms of finite-element method (FEM). Assuming the material of fault as a perfect plastic one, WANG, et al (1980, 1982) simulated the transference of the larger earthquakes in North China by elasto-plastic FEM, the earthquakes are simulated by reducing frictional coefficients of the fault. YIN and ZHANG (1982) investigated the instability of earthquakes by FEM with strain-softening material model. WANG and C…     

中国川西地区鲜水河断裂和则木河断裂几何学、运动学特征及地震活动性对比研究

鲜水河断裂与则木河断裂在几何学特征、运动学特征和地震活动性方面既有明显的相似之处，又有着重要的差别。由于这两条断裂带都位于川滇菱形块体的北东边界，同属川西巨型左旋走滑断裂带的组成部分，因此在断裂的几何格局、活动方式和地震活动等方面有许多相似之处。然而，在菱形块体自北西向南东方向运动的过程中，由于其东部受到四川地块的阻挡使得块体边界的位移呈现由北西向南东递减的趋势，进而造成了两条断裂带在地震活动性方面的差异。根据详细的野外调查和已有成果，我们认为，断层的活动方式、滑动速率以及变形和变位的调整方式等运动学特征决定了两条断裂带在地震活动性方面的特征，而这些又与断裂带的几何学特征及与周围断裂的组合方式密切相关。通过对两条断裂带的对比研究，可以使我们对每条断裂有更好的理解和深入的认识。