中国大陆构造应力应变场现今年变化特征的数值模拟

根据中国大陆活动地块构造、全新世活动断裂、分辨率为1°×1°的中国大陆地壳波速结构等,建立了中国大陆构造应力应变场的二维有限元模型。利用GPS实测资料,导出现今中国大陆构造应力场年平均变化的有限元模型位移速率边界条件,进而通过数值模拟研究了中国大陆现今构造应力应变场的年变化图像的基本特征。研究结果表明:(1)中国大陆现今构造变形的总体特征受控于与周边板块的相互作用,其中印度板块起着主要控制作用。中国大陆西部具有向NNE方向的位移速率,其值在碰撞边界最大,由南至北、由西到东,向北的位移分量逐步减小而向东的位移分量逐步增大;东部地区存在着整体的向东运动,且具有一定的向南运动分量。(2)中国大陆现今地壳应力场近年来处于增强的进程中,且呈现了以青藏高原为中心向东辐射的基本形态。总体特征与中国大陆背景应力场相似,表明了中国大陆现今构造运动的继承性。(3)最大主应变具有明显的西高东低特征,西部构造活动强烈,而东部相对较弱。活动断裂带均为最大主应变的高值区,而它们所围限的活动地块内部的应变相对较小。(4)川滇地区的应力应变场具有特殊性,并非由单纯的板块边界碰撞所控制,周围活动地块的运动、下地壳或上地幔的物质流动以及特殊的边界构造形态(如喜马拉雅东构造结)的作用,均可能成为其区域构造应力应变场的控制因素。     

青藏高原东缘活动构造与现今地应力场三维粘弹性模拟研究

青藏高原东缘地区活动断裂极其发育,强震繁发,特别是2008年5月12日的汶川Ms8.0级地震的发生,使得众多地球科学家认识到有必要更为全面地了解和认识该地区的地应力场背景和地球动力学环境.本论文结合活动构造的性质和分布特征,在考虑重力因素的条件下,利用三维粘弹性有限元模拟分析青藏高原东缘现今地应力场的分布特征和控制因素.模拟结果表明,印度板块与欧亚板块的持续碰撞和稳定华南块体的阻挡控制着青藏高原东缘总体的动力学环境,主要活动断裂和次一级活动断裂的展布对地应力场分布特征具有不同程度的影响,在不同的构造位置具有不同的地应力场特征,同时决定了相应活动断裂的性质.巴颜喀拉块体的水平最大主应力方向总体上为东西向;印度板块向北运动过程中对缅甸块体产生的剪切拉伸的作用和南海伸展性的边界使得水平最大主应力方向在川滇地块发生了偏转,同时造成了围绕喜马拉雅东构造结的旋转变形.青藏高原东缘在近地表区域由于受到地形地貌的影响,地应力随深度发生了不同程度的变化,在地形梯度较大和块体边界地壳结构发生较大变化的区域,如龙门山断裂带附近,地壳浅部的地应力随深度发生较为明显的变化,而地势比较平缓和地壳岩石物性比较稳定的地区,由浅到深的地应力变化较小.     

中国大陆东部大洋板块俯冲的三维黏弹性有限元模型

利用三维黏弹性有限元模型 ,模拟出中国大陆的长期平均运动状态。其位移场与当前GPS结果比较有很强的一致性和较小的差异性 ,这从一方面说明了各时期板块边界的运动状态可能只是在均衡状态附近的幅度不大的震荡。进一步分析其应力场 ,由于海洋板块的俯冲 ,在大陆东部边界产生挤压、引张、挤压应力相间的情形 ,华北地区出现引张力作用 ,与其他研究结果一致。分析大陆东部的剖面 ,进一步证明大陆东部应力性质的变化 ,并且由于大陆岩石圈本身分层流变性会使应力逐渐集中到黏滞性较大的地壳部分。模拟显示在大陆岩石圈剖面中形成规模不等的位移对流环 ,还有待进一步的研究     

中国大陆现今应变场动态

根据2004年和2007年GPS复测资料,计算出中国大陆的水平主应变数据,显示出各亚板块的主压应变轴方向与震源机制解的P轴和用地质方法得到的主压应力轴基本一致,表明在区域上和长时期中,地壳的构造应力场是相对稳定的．中国大陆西部的青藏亚板块和新疆亚板块的主压应力轴,为南北向及北北东-南南西向,受欧亚板块和印度板块相互碰撞而产生的作用力的控制;东部的黑龙江亚板块和华北亚板块的主压应变轴,为北东东-南西西向,显示出受欧亚板块与北美板块、太平洋板块碰撞俯冲产生的作用力影响,同时也受青藏亚板块和新疆亚板块侧向作用力的影响;华南亚板块的主压应变轴,为北西西-南东东向,反映出受菲律滨海板块与欧亚板块碰撞产生的作用力影响,同时也受青藏亚板块侧向作用力的影响．通过比较2004-2007年与2001-2004年的主压应变轴方向,反映出两个时间段各亚板块的主压应力作用方向基本一致,只是主应力轴方向集中程度有一定差别．前后两个时间段不同单元的面应变率显示,压性变化为主的数量减少,张性变化为主的数量有所增多．     

中国大陆强震区的形成及其动力学分析

根据强震能量密度分布图对中国大陆强震区进行分析 ,运用三维黏弹性有限元模拟研究在印度次大陆的长期推挤作用下中国及其邻区的黏弹性变形场与应力场。中国大陆强震区主要是在3方面的动力作用下形成的 :1)印度次大陆长距离的挤入使碰撞带 2犄角的变形不断延伸 ,形成两侧的变形梯度带 ,高原巨厚地壳为弹性应力能的集中创造了介质条件 ,处于较大深度和较高温度下的下地壳的蠕变使上部弹性层的应力集中。 2 )亚洲东部大尺度向E运移使印度板块向NNE的挤入在青藏高原北部转为NE向运动 ,同时也使两侧变形带由NNE转为NE向。 3)高原内部的不均匀挤出促进了高原东侧 3个弧形带的形成     

中国南海海域北部地区现今地应力实测及综合分析研究

南海北部区域现今地应力场的状态和分布特征是进行海洋资源开发、地质环境和工程安全评价的主要参考依据,也是地球动力学研究的主要内容之一. 由于受到测量技术水平和自然条件等因素的影响,整个南海海域的地应力研究程度还比较低,有待于对该区域的地应力场的状态和控制因素进行较深入和细致的研究. 原地地应力测量是直接获取地壳浅表层现今主应力大小和方向特征的有效途径,同时利用海上油气田测井FMI资料能够有效地提取地应力信息. 结合区域构造环境,在实测地应力约束条件下,数值模拟方法能够有效地推测区域地应力的状态和分布特征. 在海南省乐东县开展了水压致裂原地地应力测量,测量获得的最大主应力方向区间为NW-NWW向. 根据Byerlee准则判别,钻孔附近的地应力远远小于引起断层活动地应力值的下限,钻孔邻近区域的断层活动性较弱. 对南海北部边缘海盆地有限的FMI测井资料进行地应力解译,获得莺歌海的最大主应力优势方位为NW-NNW向,琼东南的最大主应力优势方位为NWW向. 在对南海海域北部区域的板块构造环境和地球动力学背景分析的基础上,以上述地应力观测数据以及震源机制解资料为约束,对该区域现今地应力场进行了数值模拟分析,模拟结果表明,由于受印度板块、菲律宾板块和欧亚板块不同程度的影响,南海北部区域的地应力分布特征呈现了不同区域分化的趋势. 在靠近台湾岛区域,主要受到菲律宾板块与欧亚板块发生碰撞的影响,最大主应力方向为近E-W向;沿着滨海海岸带向西,由于受到欧亚板块在马尼拉海沟向下俯冲形成的拉伸作用,最大主应力的方向逐渐转换为S-N向、NW向.     

基于GPS资料反演中国大陆主要断裂现今活动速率

断层活动速率分布提供了中国大陆地壳运动变形的图像.它不仅是解释中国大陆岩石圈变形动力学原因的关键,还是评估未来地震危险性的关键参数之一.本文根据中国大陆活动构造和地震活动分布建立了三维弹性块体模型,并利用最新的GPS资料计算了作为一个整体的断层系统中自洽的断层活动速率.计算结果显示,中国大陆内部绝大多数断裂带的活动速率小于20 mm/a,并不存在类似于板块边界的快速运动.另外,中国大陆断裂带的活动存在东西差异,东部断裂带的活动速率大多低于1.0 mm/a,而西部断裂带的活动速率最高达到18 mm/a.本文给出的断层长期活动速率结果为中国大陆现今运动变形的动力学研究提供了新的约束.     

中国大陆现今地壳运动的GPS分析与构造变形模拟

正中国大陆位于欧亚板块东南部,受印度板块、菲律宾板块和西伯利亚—蒙古亚板块的夹持,是全球岩石圈变形和地壳运动最强烈的地区之一,也是全球大陆地震多发区。因而,研究我国大陆内部的变形,对于认识长期的岩石圈动力学过程与变形模式,了解断层的作用机制以及进行地震危险性评估都有十分重要的意义。我国于20世纪80年代末开始用GPS监测地壳形变,之后的20多年,先后在青藏高原、川滇、天山等地区陆续开展了流动GPS观测,获取了大量的GPS测站资料。随着中国地壳     

初始地应力场分析方法的研究

岩体初始地应力场是地震预测和岩体工程设计的重要依据之一,根据实测地应力资料,采取一定的数值分析方法,反演出整个计算区的初始地应力场。本文综述了国内外地应力场的研究现状,介绍并分类归纳了几种典型的地应力场研究方法,并对每个方法的适用范围进行了评价,对以后地应力研究的发展方向提出了建议。     

基于GPS获得的中国大陆现今地壳运动速度场

利用国家重大科学工程“中国地壳运动观测网络”1999至2011年底的全部GPS观测资料,采用统一的数据处理策略和最新的地球物理模型,分别获取了中国大陆相对于全球ITRF2005参考框架和欧亚板块的现今地壳水平运动速度场。通过速度场分析,给出了中国大陆地壳运动的大背景和基本特征,为地震预测、地球动力学等相关学科的研究提供了基础资料。     

中国大陆地壳应力场与构造运动区域特征研究

系统研究了1918～2006年间中国大陆及其周缘发生的3115个M4.6以上中、强地震的震源机制解,得到中国大陆地壳区域应力场的压应力轴和张应力轴空间分布的统计结果.探讨了大陆应力场的结构,以及周围板块运动对中国大陆应力场影响作用范围及其界线.结果表明,中国东部的华北地区受到太平洋板块向欧亚板块俯冲挤压的同时,又受到从贝加尔湖经过大华北直至琉球海沟的广阔范围内存在的方位为170°引张应力场的控制.华北地区大地震的震源机制解反映出,该区地震发生为NEE向挤压应力和NNW向张应力的共同作用结果.印度洋板块向欧亚板块的碰撞挤压运动所产生的强烈的挤压应力,控制了喜马拉雅、青藏高原、乃至延伸到天山及其以北的广大地区.在青藏高原周缘地区和中国西部的大范围内,压应力P轴水平分量位于20°~40°,形成了近北东方向的挤压应力场,大量逆断层型强震集中发生在青藏高原的南、北和西部周缘地区以及天山等地区. 本文结果表明,正断层型地震集中发生在青藏高原中部高海拔的地区.证明了青藏高原周缘区域发生南北向强烈挤压短缩的同时,中部高海拔地区存在着明显的近东西向的扩张运动.根据本文最新结果,得到了华北、华南块体之间地壳区域应力场的控制边界线,发现该分界线与大地构造、岩石圈板块构造图等有较大差异,特别是在大别及其以东地区, 该分界线向东南偏转,在沿海的温州附近转向东,最终穿过东海直至琉球海沟.台湾纵谷断层是菲律宾海板块与欧亚板块之间碰撞挤压边界,来自北西西向运动的菲律宾海板块构造应力控制了从台湾纵谷、华南块体,直到中国南北地震带南段东部地域的应力场. 地震震源机制结果还表明,南北地震带南段西侧其P轴大约为NNE方向,与青藏高原的P轴方位一致.南北地震带南段东侧其P轴大约为NWW方向,与华南块体的P轴方位一致.因此,将中〖JP2〗国大陆分成东、西两部分的南北地震带南段是印度洋板块与菲律宾海板块在中国大陆内部影响控制范围的分界线.     

基于原地应力测量数据的中国大陆地壳上部应力状态研究

在两个水平主应力随深度呈线性增加的前提下,通过数学推导,建立了侧压系数、水平最大与水平最小主应力之比(σ_H/σ_h)以及剪应力相对大小μ_m等应力参数随深度变化的关系式.在此基础上,依据中国大陆1780条二维水压致裂和应力解除的原地应力测量数据,对多个应力参数随深度的变化进行了回归分析.结果显示,中国大陆地壳浅部的侧压系数随深度的变化呈完整的双曲线形态,通过稳定性检验说明,即使缺少较深的原地应力实测数据,只要有一定数量的测试深度超过1500 m的数据,仍然可以得到比较可信的侧压系数回归分析结果,在整个脆性上地壳的物性参数没有本质变化的前提下,可以利用地壳浅部的侧压系数回归分析结果推断脆性上地壳的2个水平主应力的取值范围;相对于侧压系数,在中国大陆地表以下几千米深度范围内,σ_HH/σ和μ_m的变化不大,更接近线性分布,σ_H/σ_h的拟合值在1.5左右,μ_m的拟合值在0.2左右,并且μ_m的线性集中程度更好.利用μ_m的大小来判断活动断裂的地震危险性具有一定合理性.     

基于原地应力测量数据的中国大陆地壳上部应力状态研究

在两个水平主应力随深度呈线性增加的前提下,通过数学推导,建立了侧压系数、水平最大与水平最小主应力之比(σH/σh)以及剪应力相对大小μm等应力参数随深度变化的关系式.在此基础上,依据中国大陆1780条二维水压致裂和应力解除的原地应力测量数据,对多个应力参数随深度的变化进行了回归分析.结果显示,中国大陆地壳浅部的侧压系数随深度的变化呈完整的双曲线形态,通过稳定性检验说明,即使缺少较深的原地应力实测数据,只要有一定数量的测试深度超过1500 m的数据,仍然可以得到比较可信的侧压系数回归分析结果,在整个脆性上地壳的物性参数没有本质变化的前提下,可以利用地壳浅部的侧压系数回归分析结果推断脆性上地壳的2个水平主应力的取值范围;相对于侧压系数,在中国大陆地表以下几千米深度范围内,σHH/σ和μm的变化不大,更接近线性分布,σH/σh的拟合值在1.5左右,μm的拟合值在0.2左右,并且μm的线性集中程度更好.利用μm的大小来判断活动断裂的地震危险性具有一定合理性.     

利用面波波形模拟探测中国大陆地壳和上地幔波速结构的分区特征

对穿过中国大陆东部、中部、北部和西部4个不同地区的8条地震射线路径的波形进行拟合分析,反演得到了各路径下方的一维平均波速结构.反演得到的地壳和上地幔波速结构表现出明显的分区特征,该特征与已知的大地构造单元和已有的研究成果吻合较好. 表明面波波形拟合方法是一种可靠的探测地壳和上地幔波速结构的方法,且比单纯利用基阶面波频散对上地幔结构探测更具优势.      

Region-related features of crustal and upper-mantle velocity structure of the Chinese mainland detected by surface waveform modeling

Surface waveform modeling has played an important role on many continental-scale studies of upper mantle ve-locity structure, but it was seldom applied to the Chinese mainland study. The present study firstly analyzed sur-face waveform fittings for eight wave paths crossing through four different regions of the Chinese mainland (east-ern, central, northern and western China), and then inverted for 1D path-averaged S-velocities for these paths. The inverted crustal and upper-mantle S-velocities showed obvious region-related features, which are well consistent with known geotectonic units and previous research results. These results indicate that surface waveform modeling is a reliable method to get crustal and upper-mantle velocity structure. Furthermore, this method has a prominent advantage in detecting upper-mantle structure compared with fundamental-mode surface-wave dispersion method.     

华北北部地区现今应力场时空变化特征研究.

依据2002——2006年的中小地震资料,利用格点尝试法分析计算了华北北部4个应力小区的平均主应力轴,讨论了华北北部地区的现今应力场特征.在此基础上,对1977——1998年研究区内的单个地震震源机制解进行了进一步的分析计算,并结合以往的研究结果,研究了华北北部地区现今应力场随时间的变化特征,结果印证了唐山地震前后,唐山震源区及其邻近地区应力场主应力方向出现的转动和变化的现象:1976年唐山发生7.8级地震后,唐山震源区及其邻近的北京地区和邢台地区震源机制解的平均P轴可能顺时针转动了约15deg;——30deg;。北京地区和邢台地区近期（2002——2006年）的平均主应力轴与唐山地震前的综合断层面解较为一致,这两个地区应力场似乎转回到唐山地震前的状态. 而唐山区震源机制解的平均P轴在地震后则一直稳定在EW向上。位于张家口——渤海断裂带西段的京西北地区,其现今应力场则相对比较稳定,唐山地震前后主应力方向没有太大变动。鉴于数据资料等方面的原因,本文的研究结果仅仅是初步给出了华北北部地区应力场近几十年来一种可能的调整变化图象。      

中国大陆与各活动地块、南北地震带实测应力特征分析

本文以"中国大陆地壳应力环境基础数据库"为基础,补充了迄今为止查阅到的中国大陆水压致裂法与应力解除法的实测地应力数据,在1474个测点上得到3586条数据,研究区经度范围75°E－130°E,纬度范围18°N－47°N,深度范围0~4000 m,基本覆盖了中国大陆的各活动地块与南北地震带各段等研究区.本文采用等深度段分组归纳的方法解决了实测地应力数据样本数量沿深度分布的不均匀问题,给出了中国大陆与各研究区地壳浅层测量深度范围内应力量值、方位特征.结果显示:(1)中国大陆地壳浅层最大水平应力、最小水平应力、垂直应力随深度呈线性增加;(2)中国大陆地区侧压系数随深度的变化特征为:浅部离散,随着深度增加而集中,并趋向0.68,D=465 m是水平作用为主导向垂直作用为主导的转换深度,Kav=1;(3)中国大陆水平差应力在地表为3 MPa左右,随深度增加以5.8 MPa/km的梯度增大;(4)在测量深度范围内,中国大陆各研究区最大水平应力中间值(深度为2000 m时的统计回归值)从大到小的顺序是:青藏地块63.6 MPa、南北带北段57.3 MPa、华南地块51.4 MPa、华北地块50.5 MPa、南北带中段47.9 MPa、西域地块47.5 MPa、南北带南段45.4 MPa、东北地块44.8 MPa,总体表现为"西强东弱"的基本特征,反映了印度板块与欧亚板块的强烈碰撞是中国大陆构造应力场强度总体特征的主要来源;(5)与其他研究区相比较,青藏地块地壳在从南向北的挤压作用下呈现出明显的"浅弱深强"特点;(6)最大水平应力方向的总体特征,基本以青藏高原为中心,呈辐射状展布,由西向东,从近N-S方向逐步顺时针旋转至NNE-SSW、NE-SW、NEE-SWW、NW-SE方向,与深部的震源机制解研究结果有一致性.     

中国大陆及周缘地震目录完整性统计分析

地震目录资料是进行地震预测、地震危险性分析、地震活动性研究等地震学研究的基础资料.对地震目录资料的完整性可靠性分析是地震学研究的基础工作之一.近几十年来我国积累的大量的仪器地震记录,历史地震也在不断更新,为地震活动性研究提供了更为丰富的样本,因此有必要对新的地震目录进行完整性分析.本文采用了新的统计方法对我国仪器记录地震目录和历史破坏性地震目录进行了完整性分析.结果表明,对于仪器记录地震目录（M≥3.0）我国东部地区1975年后基本完整,西部地区1980年后基本完整.对于历史地震目录（M≥5.0）,东部地区1500年后基本完整,西部地区1950年后基本完整.考虑到华北地震区历史破坏性地震（M≥43/4）活动的时间非平稳性,我们采用突变点分析法研究了华北地震区历史破坏性地震目录的时间特征,得到了华北地震区地震活动周期性变化的突变点位置,并揭示了华北地震区历史破坏性地震目录完整起始时间约为公元1500年前后.