陶玮[1]2003年在《强震活动主体地区形成机理的数值模拟研究》文中研究表明许多学者(马宗晋等，1986；张肇诚等1994；洪汉净等，1994，1997；黄圣睦等，1996)通过对本世纪以来中国大陆及邻区强震活动的研究，逐渐认识到：在一定时期内，中国大陆及邻区内强震活动有相对集中的地区，称为强震活动主体地区，本文简称为主体地区；不同时期的主体地区在空间上有较大距离的转移与变换。强震活动主体地区体现了大陆内某段时期的应力状态。主体地区发生大范围迁移的时期约为十几年时间尺度，称为微动态期。不同时期的主体地区反映了大陆内应力场的快速变化。要解释这种应力场快速变化必须回答：动力来源、应力快速积累机制、影响应力场变化的主要因素等问题。 中国大陆内地震属于板内地震，有不同于板块边界地震的物理机制。中国大陆周围受到印度、太平洋和菲律宾海叁大板块的联合作用，并且岩石圈结构复杂，具有横向和纵向不均匀性，这些因素必然影响大陆内的应力场分布，从而影响大陆内强震的活动，但是其影响方式和物理过程，都需要进一步的研究。本文从中国大陆动力学背景特征、应力在岩石圈中的传播特征、大陆岩石圈介质特征、前期强震活动对局部地壳的影响等方面进行较全面的计算和模拟，希望能较好地理解和探讨以上问题。 动力学分析表明，大陆周围的印度、太平洋和菲律宾海板块边界的活动是一个动态过程。通过推导常速度边界条件下应力在双层粘弹性模型中传播的解析解，本文分析论证了在周围板块边界动态作用下，应力可以通过岩石圈韧性层的作用，在大陆地壳内快速积累。从而证明板块边界的动态活动，可能是影响大陆内应力场快速变化的动力来源。本文又通过计算中国大陆的上、中、下地壳温度、粘滞性系数等值线分布，和地块的温度、粘滞性系数变化特征，分析了大陆内的介质分布特征，进一步理解了中国大陆的构造背景和孕震环境。从而证明大陆内介质的不均匀分布会在一定范围内影响应力集中位置。本文通过对大陆内强震释放应变能的分析和计算，做出各时期的强震释放应变能背景图，帮助分析前期强震对于局部大陆地壳的影响。 在以上工作的基础上，根据对大陆介质的计算，和各时期的强震释放应变能背景图，设计各时期中国大陆及邻区叁维粘弹性非均匀有限元模型，根据板块边界的强震活动，量化各时期动态板块边界活动状况，作为不同时期的边界条件。首先模拟了板块边界的不同运动状况对大陆内活动块体边界上剪切力的影响，然后顺序模拟了中国大陆各期强震活动的剪切力变化情况，与大陆内相应时期的实际强震活动状况对应较好。验证了通过影响大陆内动态应力分布，进而影响强震活动主体地区的形成和迁移的主要因素为：(1)大陆周围板块边界的动态活动；(2)大陆内地壳介质不均匀分布；(3)前期强震对周围地壳介质的影响。并初步理解了强震活动主体地区的形成和迁移过程。 为进一步了解在太平洋和菲律宾海板块边界俯冲对中国大陆东部的影响，利用参考俯冲板块形态建立的中国大陆叁维粘弹性非均匀有限元模型和俯冲诱发地幔对流模型，模拟出海洋板块的俯冲对大陆东部应力场产生的复杂影响，理解了大陆东部一些现象的物理机制，例如：由于俯冲作用，在大陆东部岩石圈内形成局部地幔对流；虽然受到海洋板块的西向俯冲，但在大陆东部边界附近却存在引张作用以及较大的东向运动;大陆东部地区出现挤压、引张、挤压作用相间排列的情况。一、对影响中国大陆应力场变化的重要因素的考虑和计算分析 地震是差异应力的产物，中国大陆内的6级以上强震多是构造强震。因此要理解强震主体地区的形成机制必须从了解大陆应力场入手。中国大陆及邻区处在印度、太平洋和菲律宾海叁大活动板块边界之间，其应力场格局受到这叁大板块活动情况的直接影响。通过对中国大陆强震的特殊动力学背景的分析，认识到大陆周围的板块活动并不是均衡的，而是不断变化中的动态过程，并且通过以前的工作认识到，印度板块边界的活动基本控制了应力场的主要格局，而太平洋和菲律宾海板块边界都会对大陆内部应力场产生重要的调整作用。 虽然强震绝大多数是发生在中、上地壳中，然而破碎的上地壳无法远距离传递应力，那么板块边界作用是如何影响到大陆深处的呢?又是如何在几十年甚至十几年的时间尺度内引起大陆内应力场分布发生较大变化呢?板块边界作用是作用于整个岩石圈深度上的，显然只考虑板块边界对地壳脆性层的作用是不合理的，在此必须考虑整个岩石圈的分层流变结构在应力传递中的作用。板块边界的运动是一个动态的过程，板块常以一定速度推进(如印度板块的推挤速度)，而不是维持定常力作用在相邻的板块上，在这种情况下边界上的速度是常量。因此，本文在Kuszni:&Bott(1977)双层粘弹性岩石圈模型(上层粘滞性系数较大，下层粘滞性系数较小)的基础上修改模型，以速度作为边界条件进行模拟计算，给出解析解。并证明，如果给定两层模型的杨氏模量和各层的厚度比，则一F层所占厚度比越大，在上层中应力集中速度越快，可以极大的缩短应力积累时间。从而证明在板块边界连续动态作用条件下，地壳韧性层和岩石圈地慢在应力的传播和集中过程中起了很重要作用，岩石圈
陶玮, 洪汉净, 刘培洵, 于泳[2]2004年在《强震活动主体地区形成机理的数值模拟研究》文中研究表明中国大陆内地震属于板内地震,有不同于板块边界地震的物理机制。中国大陆周围受到印度、太平洋和菲律宾海叁大板块的联合作用,岩石圈结构复杂,具有横向和纵向不均匀性,这些因素必然影响大陆内的应力场分布,从而影响大陆内强震的活动,但其影响方式和物理过程,都需要进一步研究。本文从中国大陆动力学背景特征、应力在岩石圈中的传播特征、大陆岩石圈介质特征、前期强震活动对局部地壳的影响等方面进行较全面的计算和模拟,希望能较好地理解和探讨以上问题。
陈会仙[3]2009年在《地块活动的动态组合以及地震活动主体地区的迁移特征》文中研究指明中国是大陆强震最多的国家,在占全球7%的国土上发生了全球33%的大陆强震(张国民,2000)。针对大陆地震特定的构造背景以及动力条件,国内外很多学者深入研究了板内地震的特点和地震机理(Molnar P,1975;Tapponnier et al,1982,1988;Zoback等,1989),认为板内强震与不同级别的地块活动有关(张文佑1984,马杏垣1989,丁国瑜1991)。不仅如此,马瑾(1999)认为要把视角从以活动断层为中心转变为以活动块体为中心,强调了活动块体在地震研究中的作用。地块活动和地震活动之间的物理关系将是今后地震预报研究中的一个方向。本文即从活动地块的角度出发,应用有限元数值模拟的方法,研究地块的动态组合与强震活动主体地区分布特征之间的关系。首先提出了活动地块组合方式的理论,并通过两种典型的地块组合方式模型,模拟分析了地块组合方式对应力分布的影响,总结了其中的规律;针对中国西南地区,设计了一个由六个地块组合而成的青藏高原地壳模型,通过叁个微动态期的比较和分析,研究了其内部二级地块的不同组合方式对强震主体地区的影响,总结了其中的规律。现将研究内容与结论总结如下:1.地块组合方式的理论:所谓地块的组合方式指的是地块与地块之间的关系。从地块之间的排列方式看,地块的组合方式有平行并排型组合方式、嵌套型地块组合方式和不规则型地块组合方式。从介质构成看,地块与地块之间可以处于固结、脱耦和弱耦合状态。2.组合地块概念模型:设计了平行地块组合模型和嵌套式地块组合模型,通过施加挤压型和剪切型边界条件,总结了其应力的积累、转移和再分配的规律:地块之间由弱耦合转为固结,活动性减弱,但组合地块的整体应力值升高,因此加大了组合地块周围边界的地震危险性;反之,组合地块由固结转为弱耦合状态,活动性增强,增加了活动地块边界的地震危险性。3.西南地区的地震微动态及其主体地区的分析:根据洪汉净等(2000)的研究结果,将微动态的划分延续至2008年,并针对中国西南地区设计了由六个活动地块组合而成的青藏高原地壳模型,选择了叁个微动态期加以模拟和着重分析,论证了地块组合方式对强震分布的影响。4.提出了一套“正演”的数值模拟思路:根据前期地震的分布特征分析地块的组合方式以及活动性趋势,再根据地震的力学性质分析周围板块或地块的边界作用,运用有限元数值模拟的方法,计算在这种地块组合方式和边界作用下的应力分布,进而能够与此微动态期内强震主体地区的分布特征进行对照。5.讨论:在每个微动态期内,活动地块都有其特定的组合方式,有的时期大部分地块都固结在一起(如1914-1927年的这个微动态期),以一个整体的形式快速传递着应力。有的时期以某一个地块活动性最强(如1993-2008年这个微动态期),此地块在边界作用下以其独特的运动趋势改变着地块在不同边界上的应力集中方式。因此对于活动地块组合方式的研究,能够解释活动地块(或固结为一个整体的多个活动地块)边界处的应力集中方式,从而加深理解强震主体地区的分布特征。通过对7级以上地震的力学性质分析,发现在某个微动态期内发生的大部分地震都有着类似的力学解释,或为走滑型,或为挤压型,体现了板块作用在一个微动态期内的相对稳定性。而活动地块的运动及其相互作用是在这种相对稳定的板块作用下为了达到更为平衡的状态而进行的调整。印度板块对欧亚板块的推挤作用是极其复杂和难以预测的,对青藏高原内部二级地块的组合方式也要依据先前地震的力学性质以及对活断层的实地野外考察进行分析和预测,因此地震预报工作还面临着艰巨的任务和巨大的挑战,希望我们提出的这套研究思路能够为解译强震的分布特征起到一定的作用。
于泳[4]2002年在《地块变形与断层地震的耦合数值模拟》文中认为地壳内部大多数强震是构造地震，是构造活动的产物。地震的发生主要与断层的稳定性而不是介质的强度有关。作为地壳块体的边界，断层的失稳还与其周围的块体的运动与变形有关。因而除了要理解断层失稳机制，模拟断层的失稳与强震的发生外，还要理解构造活动的规律，特别是在板块运动作用下板内变形的规律，进而模拟它的构造运动与失稳。论文从地震活动性分析出发，通过统计与数值模拟的方法分析了全球主要地震带、我国大陆地震区、构造扭结点的地震时空演化规律，模拟了强震主体地区的形成与分布，考虑了脆韧性层的应力传递与动态相互作用，建立了模拟地块与断层运动体系的粘弹性有限元与弹簧滑块耦合模型的数值模拟方法，引入了模拟断层滑动非均匀的滑动速率分配耦合模型，并模拟了川滇菱形地块的运动与边界断裂的地震模式。实现了研究缓慢的大尺度的大陆地壳构造变形转化为急剧的小尺度断层失稳的模拟过程，并进行了理论模型的模拟和实际应用。 比较了环太平洋带和地中海—喜马拉雅带强震活动的变化规律，在茂木清夫划分的1897-1916、1917-1933、1934-1951和1952-1970年四个时间段基础上，划分出1952-1971、1972-1979、1980-1998，1999-2002年四个时间段。地中海—喜马拉雅带的特大地震分布，明显呈现活跃和相对平静的时间分段性。北太平洋地震带与地中海-喜马拉雅带有较好的互补关系。在地中海-喜马拉雅带地震活跃的时间段内，与西南太平洋带、东南太平洋带共同构成了横跨南北半球与近纬向分布的强震带。在北太平洋地震活跃时，与西南、东南太平洋带共同构成了环太平洋地震带。 我国大陆及邻近区域的四个构造扭结点阿萨姆、帕米尔、珲春深震区、台湾的地震活动占据了大陆地震的主要份额，表现了微动态的活动特征。珲春深震区与台湾同属于西太平洋构造带，欧亚板块东部，所以地震特征表现出一定的相似性。帕米尔区相对于阿萨姆地震活动频繁，能量积累和释放的时间较短。由于两个区域同属于相同的板块边缘，两端的涨落有着基本一致的形式。构造扭结点的地震活动一定程度上影响了大陆内部地震的活动性。 采用了叁维粘弹性耦合模型模拟印度与欧亚大陆碰撞条件下，我国大陆强震区的形成和地震空间分布的非均匀性，强调了深部韧性层屈服对脆性层应力积累的影响和欧亚板块对推挤的限制作用。模拟的粘弹性应力分布与实际地震统计的应变能释放分布情况比较得到了较好的符合情况，描述了我国强震分布区域，主要是在印度次大陆的长期推挤，高原巨厚地壳及其弱化的下地壳为弹性层的应力集中创造了条件，长距离的挤入是碰撞带两犄角的变形不断延伸，形成了两侧的变形梯度带。 为了理解地壳的脆韧性分层耦合的应力传递关系，采用脆韧性耦合模型模拟了剪切边界条件的应力分布与Kusznir模型相比，可说明我国大陆地震区的形成主要成因于印欧板块的宽泛边界的推挤作用。结合常应力边界条件和常速度边界条件的非均匀脆韧耦合模型模拟的结果对比，在不同的应力环境下，脆韧耦合模型的应力传递过程不仅体现在垂向，而且由于脆韧性层界面的应变差异也会形成不同介质区域横向的应力非均匀，而这种深部的非均匀性也将体现在上覆脆性层中。脆韧耦合决定了应力向脆性层的快速集中，深部韧性层的介质非均匀决定了脆性层应力的空间分配与演化过程。 走滑断层与逆冲断层震后的应力演化与再分配的模拟说明，地震并不是脆性上地壳层的孤立行为，整个地壳层甚至是岩石圈都参与了地震的孕育、发生和循环过程‘地震的终极动力来源于深部地慢的运动，板块边界成为直接作用于大陆的力源，但其中大陆中下地壳的结构和介质性质的特点决定了应力分配与调节机制。 建立了粘弹性有限元方法和弹簧滑块的祸合模型，通过位移和应力的传递实现了两种方法的祸合计算。并且可以模拟多条断层与块体运动的复杂体系。模拟断层的弹簧滑块模型给出服从Gutenberg一形chter频度震级关系的地震序列;地震破裂过程由成核点开始向两端扩展，作为成核点的初始滑块的应力状态控制了发震时间和地点，但是事件的尺度并不是由成核点决定的，取决于破裂扩展中其它滑块的应力状态和强度分布，并与地震波反演的地震破裂过程进行了对比;匀阻段与摩擦随机分布模型的地震应力降标度关系符合幂指数关系叮ocM了的数学关系，应力降是随着地震的尺度增加而增加，中强震以上的应力降保持在零点JL巴到两个巴之间。 断层应力与地震的对比说明断层的应力状态取决于地震的活动方式，地震的平静对应断层的应力积累，但地震的活跃并不一定是断层应力降低的表现。断层的破裂事件释放了地壳块体的部分应力，并使近断层的应力得到重新调整，而地块的应力状态受到断层整体地震活动的控制。单个地震的发生产生了同震应力的分布，它是断层与地块间应力传递的途径。地块应力受到断层应力控制的结果使得整个地壳处于高应力积累的状态，这为地块内部断层的地震发生准备了应力条件。 多断层与地块祸合模型的模拟进一步认识了地壳复杂体系的动力演化过程。地块成为断层间相关的桥梁，虽然每一条断层的地震活动仍然受
杨兴悦[5]2012年在《青藏高原巴颜喀拉块体强震动力学过程数值模拟》文中指出青藏高原是我国最主要的地震活动区，是我国板内6个Ⅰ级活动块体之一,也是我国地震活动最为强烈的块体。近十几年来一系列7级以上强震全部发生在巴颜喀拉块体边界断裂带上。而围绕巴颜喀拉块体边界发生的多次强震之间的相互影响和关联则是一个值得深入研究的科学问题，受到许多学者的关注。该文以青藏高原为目标分别建立了弹性壳单元有限元模型和叁维黏弹性有限元模型，对巴颜喀拉块体周缘强震动力学过程进行数值模拟研究。论文建立了弹性壳单元有限元模型，模拟了印度板块持续向北推进、挤压对巴颜喀拉块体及邻区的影响。通过降低强震发生位置处单元杨氏模量的方法来模拟1900年以来发生在巴颜喀拉块体及周缘Ms7.0级以上强震,计算强震序列中前面地震对后续地震的影响。模拟结果表明：1)巴颜喀拉块体背景场应力水平大致为块体西部等效应力大，自西向东逐渐递减；在巴颜喀拉块体西部和中部等效应力从南向北逐渐递减；在巴颜喀拉块体的东部地区等效应力相对较小；2)模拟的14次地震中，第一次地震后有8次发生在前面强震所引起的等效应力增大的区域内，1次发生在等效应力增大和减小的过渡区域内，3次发生在等效应力减小的区域内，1次不好判断；3）从强震序列所引起的应力相互作用来看，历史地震对1970年以来发生的地震影响结果为：1963年4月19日阿兰湖Ms7.0地震对1973年2月6日炉霍Ms7.6地震无影响，历史地震加速了1973年7月14日亦基台错Ms7.3、1997年11月8日玛尼Ms7.5、2001年11月14日昆仑山口西Ms8.1地震的发生；昆仑山口西地震对2008年5月12日汶川Ms8.0地震的影响较小；汶川地震对2010年4月14日玉树Ms7.1地震的发生不具有加速触发作用。从14次强震的模拟结果来看，强震序列的发生导致巴颜喀拉块体东北缘处于较强的等效应力增加进程中，可能形成未来强震发生的危险区。论文建立了叁维黏弹性有限元模型，模拟了青藏高原现今位移速度场和构造应力场，结合GPS实测数据和应力场资料，分析了青藏高原主体区域的位移速度场和构造应力场特征。1）巴颜喀拉块体西部位移场呈北偏东方向，中部位移场呈北东方向，东部位移场呈水平偏北方向，龙门山断裂带附近移场呈近似水平方向且位移值较小,总体上形成了以羌塘地体北部为中心的地壳物质向东的流动带，在其东部绕喜马拉雅东构造结呈顺时针转动。上述位移场特征与GPS实测结果基本一致。2）巴颜喀拉块体的西部主压应力呈北偏东方向，中部主压应力呈北东方向，东部主压应力呈水平偏南方向，本文模拟的应力场方向与前人研究的结果基本一致。从构造应力场方向与活动断裂破裂方式的关系来分析，巴颜喀拉块体南北边界的应力场特征有利于发生左旋走滑型地震；巴颜喀拉块体东边界的应力场特征有利于发生逆冲兼右旋走滑型地震；龙门山断裂带附近有利于发生逆冲兼走滑型地震。论文最后利用叁维黏弹性有限元模型分析了昆仑山口西Ms8.1、汶川Ms8.0和玉树Ms7.1地震所引起的同震等效应力在未来50年内的黏弹性调整进程，重点讨论了祁连地震带及甘东南地区的应力演化特征。尝试开展依据区域应力调整特征判定未来强震危险区的探索试验，初步结论为：甘东南的甘、青交界，与甘、青、川交界可能是未来强震发生的危险区域。
李果[6]2012年在《强震条件下层状岩体斜坡动力失稳机理研究》文中指出汶川地震在龙门山地区诱发形成了大量崩塌、滑坡地质灾害，造成了严重的人员伤亡和财产损失，同时也为强震区斜坡失稳机理研究提供了丰富的案例。开展强震区斜坡动力失稳机理研究，对于开展强震区的防灾减灾工作具有重要意义。本文作者通过对龙门山地区茶坪河、雎水河、绵远河、石亭江流域地震次生崩滑灾害现场调查，系统研究了崩滑灾害发育分布规律及影响因素，同时结合对典型层状结构滑坡的调查，对不同结构层状斜坡的失稳机理进行了研究。在此基础上，利用大型振动台试验，对比了软硬不同介质的陡倾顺层及反倾斜坡的强震破坏过程机制及动力响应特征。并结合数值模拟分析和力学计算对强震斜坡的破坏在何处、破坏面如何扩展贯通及贯通后坡体如何失稳的相关问题进行了分析和探讨。论文的主要成果及结论如下：（1）通过对强震数字台网记录数据的分析，研究了龙门山地区地震波加速度峰值的分布特征。研究发现，地震波加速度峰值等值线分布为一个长轴平行断层，短轴与断裂带近垂直发育的椭圆。垂直向震动在传播过程中的峰值衰减远高于水平向，且具有发震断裂汶川卧龙至绵竹清平段上盘垂直向峰值接近或大于水平向的特点。并结合崩滑灾害解译数据提出了用速度峰值作为崩滑灾害发育密度衡量的描述方法。（2）通过对遥感解译的地质灾害资料的分析，阐述了地震次生灾害的分布特征，分析了崩滑灾害在不同断层距、高程、坡度、滑动方向、岩性以及坡体结构等地质要素中的发育分布规律，并进一步采用多元统计方法分析了灾害分布的关键因素。研究认为，强震区的地震波加速度峰值加速度幅值决定崩滑灾害的区域分布，而斜坡结构特征则决定斜坡具体如何失稳。（3）在调查研究区内典型崩塌滑坡破环形态和失稳机理的基础上，总结了不同结构斜坡的失稳机理。研究表明反倾斜坡在强震下具有拉裂—滑移（岩层倾角>50°）和拉裂—剪出（岩层倾角<20°）两种失稳模式；顺层斜坡则表现为简单顺层面滑移（层面倾角大于坡脚）和滑移后溃曲或剪断坡脚两种模式。（4）为了研究斜坡结构对斜坡震动响应的控制作用，开展了陡倾斜坡的大型振动台试验。对硬岩的顺层反倾、软岩的顺层反倾四类斜坡结构的动力破坏特征和响应特征进行了分析研究。对边坡模型的PGA放大效应，损伤发育过程、模态特性分别开展研究，研究发现：①斜坡的坡体结构与岩性对斜坡的加速度高程放大效果存在显着影响。层状斜坡在拉裂贯通后的锁固段破坏过程中，顺层斜坡表现为坡脚的溃曲，而反倾斜坡则呈现坡体中部剪出错断的特点。②斜坡对地震波的放大显着出现于1/2坡高以上，且水平震动的放大显着强于垂直震动。顺层斜坡的加速度放大主要产生于于斜坡浅表层，而反倾斜坡则趋向于具有更大的影响深度和破坏。③损伤分析能够较好的分析斜坡的破坏过程：不同斜坡在地震过程中的损伤发育流程具有显着的差异，顺层斜坡的损伤影响区域位于坡顶至坡脚一定深度部位，反倾斜坡的破坏影响区则主要位于斜坡中上部，具有较深的横向深度。研究结果同时也说明了软岩介质斜坡由于具有一定的变形性能，震动过程中一定程度上能够弥补体系的损伤。④通过模态分析手段确定的系统阻尼变化能够体现不同斜坡失稳模式的差异：硬岩斜坡中阻尼变化波动剧烈，软岩则较为平缓，反倾斜坡的阻尼变化比硬岩斜坡显着，表明其失稳时带来了更多的整体结构变化。（5）采用数值计算和力学推导方法针对地震斜坡的独特地质现象进行了分析和探讨，针对斜坡会在何处产生破坏，破裂面如何扩展，破裂面贯通后如何失稳的一系列问题开展了分析。①采用离散元方法对斜坡在动力响应过程中的材料应力增幅和节理应力增幅进行了计算，据此分析了不同结构斜坡的破坏敏感区域，其中顺层斜坡位于坡脚，反倾斜坡则趋位于斜坡中部。②采用断裂力学理论结合有限元方法对动力条件下斜坡的坡内破裂扩展模式进行了分析，建立了斜坡后缘拉裂和前缘破裂走势与加速度幅值的对应关系，揭示了强震滑坡形成陡立后缘拉裂和平缓前缘剪出口的力学机理。③通过对考虑垂直加速度条件下的滑块模型进行分析，推导了块体失稳的力学公式，结合高位边坡的形态特征进行反算分析，据此提出高位大型滑坡底面失稳优先以跳动方式前进的推断。
范俊喜[7]2002年在《鄂尔多斯地块运动特征研究》文中研究说明中国大陆构造的成块性与中国大陆地震活动的成组性构成中国地震构造和地震活动的一个突出现象。论文研究了两者之间的联系，论证了地震活动的成组性与地质构造的成块性的关系，划分了地块活动类型。研究地块的运动特征是认识地震活动规律的关键问题之一。考虑到鄂尔多斯地块是中国大陆一个典型地块，地块内部构造简单，周缘则是着名的强震活动带，本文以之为例加以研究。利用地质、地形变和震源机制解资料对鄂尔多斯地块的运动过程进行了详细解析，发现鄂尔多斯地块的活动表现为整体性运动，其不同方向边界带的活动存在着交替性，从而建立了1000年来鄂尔多斯地块的运动动态过程，并用数值方法模拟了鄂尔多斯地块的运动和周边构造应力场。 一、中国大陆地质构造的成块性与地震活动的成组性 在前人对中国大陆地震成组划分的结果和地块划分方案的基础上，研究了中国大陆地块与成组地震活动之间的关系。发现大部分强震分布于地块边界断层上，成组地震的孕育和发生与块体活动有关。由成组地震震中分布图表现出来的地块活动方式主要有如下四种类型：①单缝式(相邻地块)活动型(A)，一组强震分布于两个相邻地块或两个相邻组合地块的共同边界上，表现为一组地震震中沿地块或地块组之间的一条缝分布。其中组合地块是指多个地块在某一时空范围内结合形成的一个统一地块，它在该时期控制了成组地震的发生。②单地块活动型(B)：一组强震分布于一个地块或一个组合地块的周边，可能与某一地块或组合地块的运动(平移、旋转、掀斜及其组合形式)有关。③多地块活动型(C)，一组地震分布于若干地块各自的边界上，表现为多个地块同时活动。④地块内部活动型(D)，一组地震分布于一个或多个地块的内部，表现为地块内部构造活动。每种地块活动类型出现的频次并不相同，在考虑了非成组地震时，地块活动频度以单缝式活动型为最高；单就成组地震而言，地块活动主要以单块式活动型为主。另一方面大陆内部各地块的活动性也有差别，仅就涉及到成组地震的频次而言，东部比较活跃的地块有太行山地块和华北平原地块，西部比较活跃的地块有川滇和昆仑-松潘地块。 二、鄂尔多斯地块运动的整体性与不同方向边界带活动的交替活性 从以下几个方面研究了鄂尔多斯地块的运动特点。①从地质资料分析，鄂尔多斯地块除西南缘为弧形挤压断裂外，其周边围绕着一系列断陷盆地带，盆地外侧为山地。反映鄂尔多斯地块主要处于伸展构造环境中。由各盆地的走向和排列方式，可知地块南北、东西两侧边界分别为左旋、右旋走滑剪切拉张带，两者形成一对共轭剪切拉张带。根据各断陷带内断裂活动特征，地块南北两侧主要以拉张断陷为主，东西两侧则以走滑运动为主，东西边界的活动比南北边界强。②从地震活动性分析，若以鄂尔多斯地块周边各个断陷带为单元，其地震活跃期和平静期长短不一，无明显规律，但是把鄂尔多斯地块周边断陷带作为一个整体，其地震活动则呈现出约300年活动期，100年平静期的明显规律，表明鄂尔多斯地区的地震活动不是以断陷带为活动单元，而是以地块为活动单元。这一方面说明鄂尔多斯地块的整体性，另一方面也表明地块活动决定着其周边强震的孕育与发生；地震活动性还呈现出另一规律，地块的南北边界带与东边界带的构造活动是交替发生的。③从地形变资料分析，近几年来GPS观测结果显示哪尔多斯及其周边地块相对稳定的欧亚大陆在向南东东方向运动，各地块的运动速度存在着差别，引起了地块之间的构造运动和变形.本文根据w如g学等(2加l)的结果拟合了部尔多斯及周边地块的运动速度，求出了周边各地块相对部尔多斯地块的运动速度，分别投影到相应的断陷边界带的延伸方向和其垂直方向上。由此得到，在GPS施测期间周边断陷带的运动方式总体上同长期内地质平均结果相似，即南北、东西边界断陷带分别为左旋、右旋剪切拉张，西南缘为挤压边界，略带左旋运动.但也显示出一些与地质结果相矛盾的现象:地块南北边界，即渭河断陷带和河套断陷带的走滑分量显着，而东西边界，即山西断陷带和银川断陷带的拉张分量显着，这与各边界带长时期运动的地质结果不符，反映出地块南北边界带正处于构造活动时期。七十年代到八十年代末的精密水准资料反映出那尔多斯地块与太行山地块之间存在着微挤压隆起，也不同于近几年该带上的拉张运动。多期精密水准网资料还反映出哪尔多斯地块与周边地块间的相互作用存在着周期性的加强与减弱现象。 总之，邵尔多斯地块运动的整体性表现为:在地块内部无活动构造分布;地震活动以地块为单元;地块内部的GPS侧点间差异运动较小;垂直形变零等值线沿地块边界分布。部尔多斯地块不同方向边界活动的交替性表现为:在南北边界带与东西边界带上的地震活跃期存在明显的交替活动现象，·反映出两带构造活动的交替性;近期GPS结果反映的地块南北边界带较大的走滑运动，而东西边界带走滑运动很小，主要为拉张运动，与长期地质结果不符，从而说明两者在不同时期交替地成为地块的主导活动边界带。各种资料表明至少从八十年代末期以来，鄂尔多斯地块南北边界带处于构造活动时期;近几年?
杨树新, 陆远忠, 陈连旺, 叶际阳, 米琦[8]2012年在《用单元降刚法探索中国大陆强震远距离跳迁及主体活动区域转移》文中提出中国大陆强震有成组活动、远距离跳迁和不同时段形成主体活动地区的特征.本文利用强震发生位置处单元降刚法,对中国大陆地区强震的远距离跳迁和主体活动地区转移机理进行了数值模拟研究.得出的新认识是:(1)在地壳中存在初始应力场的环境中,已发生强震区部分丧失承载能力(模拟中作为显着降低单元组的弹性模量来处理),可以引起大范围兆帕量级的应力场调整,它是后续强震可远距离跳迁的主要因素;(2)一个活动期中,中国大陆强震主体活动地区及其迁移,受主要活动断层分布、初始应力场和边界载荷的配置方式的综合影响,但在十年左右的活动幕中,边界载荷的配置方式可能是控制主体活动地区及主体活动地区转移的重要因素.
肖兰喜[9]2003年在《中国大陆板内构造运动的动力学研究》文中认为近半个世纪以来，国内外许多地球科学家为了解释青藏高原的形成和演化及动力学过程，进行了大量的野外考察与观测，开展了地质学、地球物理学、地震学研究以及数值模拟和实验研究，特别是空间测地技术(GPS)的应用，观测到了中国大陆地壳现今运动的空间分布，这些观测结果为进一步研究青藏高原地区对中国大陆其它块体的相互作用提供了重要的约束条件。 本文在前人研究的基础上，根据青藏高原和中国大陆岩石层结构的已有研究结果，在地壳运动速度场和最大水平主压应力方向观测结果的约束下，对板块相互作用对中国大陆岩石层地球动力学过程的影响进行了研究，主要讨论板块互相作用下中国大陆岩石层板内构造运动的动力学机制。 研究内容：(1)建立了中国大陆岩石层粘弹性物理模型；(2)．在GPS观测结果和震源机制解研究结果的约束下，讨论了中国大陆岩石层运动的动力学机制；(3)．建立了青藏高原地壳非均匀运动在中国大陆岩石层内产生扰动速度场和应力场的模型并进行了数值模拟，讨论了青藏高原地区地壳内弹性应变能释放和积累对华北地区各岩石层的影响；(4)．探索性的研究了扰动场与强震活动的关系；(5)．研究了华北地区深部断裂的非均匀活动与地壳形变异常的关系。 研究思路方法：在中国大陆岩石层数值模型中，采用叁维Maxwell粘弹体。模型参数以中国大陆岩石层结构特征为基础，并考虑了岩石流变参数的可变范围。为了便于研究和讨论，本文设计了两种具有典型意义的模型，并将计算结果与已有研究结果进行对比，注重研究以下问题：(1)．中国大陆岩石层流变特性与板块边界作用强度的关系；(2)．不同流变强度模型中最大水平主压应力随深度分布情况的相对变化；(3)．分析在不同边界条件下，中国大陆板内的相互作用和与青藏高原的关系。 为了探讨扰动场的特点，对青藏高原地区地壳百年尺度内非均匀运动在中国大陆产生扰动作用进行了研究，从岩石层之间相互影响和相互作用的角度，探讨青藏高原地区地壳运动的非均匀性对其深部岩石层传递板块相互作用力的扰动和对中国大陆其它块体的影响；同时，探讨该扰动场与中国西部地区强震活动与华北地区强震活动相关性之间的关系。 主要成果及创新性：本文的主要意义在于，基于中国大陆模型，探讨了岩石流变强度与板块运动的关系，分别分析了板块相互作用和青藏高原形成后高原本身的重力作用对中国大陆岩石层的影响过程，给出了青藏高原地区地壳短时期内非均匀运动在中国大陆产生扰动场的结果，探讨了华北地区深部岩石层的动力来源，首次从深部断裂加速蠕滑的角度探讨邢台地震前地壳形变的物理机制。本文的主要结果是： (1)在现有观测资料的约束下，印度板块、太平洋板块和菲律宾板块对中国大陆板块的作用强度之比是4：1．25：1；板块边界的碰撞作用在模型坚硬层内形成较高的最大水平主压应力，青藏高原重力势等垂直向作用在青藏高原地壳内的软弱层形成较高的最大水平主压应力，这种垂直向作用力，在青藏高原南部地区向北推挤的过程中遇到了强烈的阻挡，使得高原周围其它地区增加对中国大陆其它块体的推挤作用。 (2)深、浅部岩石层不同的水平最大主压应力和速度场表明，两个模型中水平最大主压应力沿深度的不同分布是边界作用强度变化的主要原因，但各个板块的作用强度之比保持不中国地震局地球物理研究所博士论文变。 (3)青藏高原地区地壳非均匀活动在中国大陆岩石层引起扰动场的研究结果表明，在保持板块边界作用强度不变的情况下，青藏高原地区岩石层上部地壳运动的增强，增加了其岩石层下部的向前推挤，同时也增加了对其它块体的推挤作用，以上地慢盖层内最大水平主压应力的扰动值为例，华北地区比青藏高原南部地区小一个量级。从扰动场大小的空间分布来看，青藏高原地区的每一轮强震活动并不都能在华北地区引起一轮强震活动。该结果可以描述华北地区与青藏高原地区强震活动时序的内在规律，从岩石层相互作用的角度，可以得到华北地区强地震活动滞后青藏高原强地震活动约80年。 (4)本文给出的扰动作用可以同时影响华北地区整个岩石层。邢台地震前深部断裂存在非均匀活动的研究结果表明，深部断裂沿水平方向加速蠕滑时，可以在地壳内形成水平最大剪应力扰动值高速集中区，水平最大剪应力扰动值增加的速度是深部断裂不加速蠕滑时的几百倍;模型表面垂直位移与邢台地震前地表面垂直位移变化趋势一致，根据其上升和下降的年速率推断邢台地震前深部断裂沿水平方向加速蠕滑量为1米左右。深部断裂的加速蠕滑导致了岩石层下层内的能量向中上部地壳内快速转移，加速了强震在该区的孕育过程。邢台地震前存在深部断裂沿水平方向加速活动的结论，符合邢台地震前地壳形变异常的观测结果，合理地给出了邢台强震后期可能的地球动力过程。
刘峡[10]2007年在《华北地区现今地壳运动及形变动力学数值模拟》文中研究指明华北地区位于我国北部，阴山、燕山以南，秦岭、大别山以北、鄂尔多斯高原以东延伸至沿海一带的广袤区域，地理坐标范围为东经112°～124°，北纬31°～42°，是我国政治、经济、文化中心。同时，该区域囿于太平洋板块、菲律宾板块和印度板块之间，新生代以来构造运动活跃，为我国大陆强地震频发区域之一。因此，研究该区域现今地壳运动及形变、构造应力场特征，继而探讨其动力学机理，具有重要理论和现实意义。本文采用有限元方法在大型有限元软件平台ANSYS基础上，综合现有地质、地球物理资料构建华北地区岩石层(地壳和上地幔顶部)框架。以区域GPS观测、地形变观测以及震源机制解结果作为约束条件及检验标准，通过数值模拟的方式，研究该区域现今地壳运动和形变、构造应力场特征，并将表层运动与深部运动相联系，以区域动力学环境和驱动力为中心，探讨其动力学机制。根据华北地区新生代构造发育特征和深部地球物理观测数据，本文选取了108°E～127°E，32°N～42°N矩形区域构建有限单元数值模拟的几何框架。与此同时，还将现今活动断层及断裂带分布、地形起伏以及地壳—上地幔速度结构等纳入模型中。本文构建和测试了叁个基本模型：即叁维模型3DCM_Ⅰ，3DCM_Ⅱ利二维模型2DDM_Ⅰ。模型3DCM_Ⅰ不考虑地壳—上地幔的实际分层，将模型沿纵向分为七个厚度均匀的水平层，分别代表上、中、下地壳和上地幔(四层)。模型3DCM_Ⅱ则依据该区域深反射地震研究结果进行水平分层。在模型3DCM_Ⅰ、3DCM_Ⅱ中，区域内主要活动断裂带处理为宽度5—6Km，深度不等(10～15km)的软弱带，模型含14736个节点，24829个叁维实体单元。在模型2DDM_Ⅰ中断层及断裂带则处理为非连续接触边界，模型含1843个节点，3547个二维实体单元。论文采用有限元弹性静力分析方法，以模型区周边GPS观测作为边界约束，计算华北岩石层形变的水平速度场和应力、应变增量场。并以模型区内部GPS观测作为标准，通过调整模型中断层的物理参数方式，寻求与GPS观测的最佳吻合的有限元解。计算显示，水平运动场的最佳数值解和GPS观测值的平均离散度为10171mm~2/year(叁维模型)、1.176mm~2/year(二维模型)。与此同时，数值模拟预测的区内主要活动断层的错动方式、水平错动速率(叁维模型结果为～0.1mm/year，二维模型结果为～0.3mm/year)与地质及跨断层形变观测结果基本一致。叁维模型还显示，在10～15Km深度上，最大、最小主应力轴接近水平，主张应力为主压应力的2～8倍，主张应力方向为NNW，主压应力方向为NEE。这一结果与震源机制解、地应力观测结果比较吻合。叁维模型得到的全区应变率较低约10~(-9)/year。并且，大致沿汾渭地堑断裂系、唐山—河间—磁县断裂带和郯庐断裂带存在叁个北东走向的剪应变梯度带。不过二维模型预测的张家口—渤海断裂带水平运动速度为1.35～1.45mm/year，远高于其他断层以及叁维模型结果。数值模拟结果可以推论：华北地区岩石层水平形变运动主要受控于周边大型构造块体的相对运动，其次才是岩石横向、纵向非均匀性的影响。同时，在周边块体运动的控制下，区内主要断裂带现今的错动方式基本是继承性的，且错动速率较低。只有张家口—渤海断裂带错动速度较高，值得关注。论文考虑岩石应力—应变遵从幂指数本构关系，基于叁维模型3DCM_Ⅰ，3DCM_Ⅱ的基本框架，采用弹性—蠕变静力学有限元方法对华北地区晚近时期(～4Ma)构造运动进行数值模拟，探讨华北地区现今地壳运动演化的动力学环境和驱动力因素。模拟时以模型周边GPS观测数据作为表层的边界约束，计算时顾及岩石的流变性、重力作用以及大变形导致的位移—应变非线性。本文通过选择侧面、底面边界约束方式，调整岩石的物性参以及分析板块运动、周边块体运动、断层活动、岩石层流变分层等因素的影响，寻求与区内GPS观测、构造应力场观测数据最佳符合的预测模型。论文计算了22个模型。结果表明，当侧面以深部稍快、浅部稍慢的方式运动，并考虑岩石层下部的拖曳运动时，则模拟预测果更接近实际观测。在该约束方式下，相应于模型3DCM_Ⅰ、3DCM_Ⅱ框架的预测与GPS观测的最低平均离散度分别为1.1529mm~2/year、1.1451mm~2/year，低于弹性模型，而且断层错动与地质研究结果相一致。在相同边界条件下，3DCM_Ⅱ结果优于3DCM_Ⅰ结果，考虑断层运动结果优于不考虑断层运动结果。模型预测应力场显示，深度10Km处的最小主压应力轴均接近水平，方向为NNW向，最大主压应力轴在南部区域接近水平，在北部区域则垂直于水平面，方向以NEE为主。这与其它研究显示的最大、最小应力主轴的方向基本吻合，但与现有的最大、最小主应力轴均接近水平的基本认识存在一定差别。预测应力场随深度的变化明显受控于边界加载方式(应力环境)，而断层的影响仅局限于断层内部以及断层附近较小区域内。为研究局部特别是隐伏构造对地表形变的影响，提取形变异常信息，论文发展了GPS差异形变分析方法。并用此方法，对华北地区和中国大陆GPS观测结果进行了GPS差异形变分析。华北地区GPS差异形变分析显示，张家口—渤海断裂带、唐山—河间—磁县断裂带为该地区现今构造活动较强烈区域，在未来若干年内需密切关注及防范强震发生。对中国大陆而言，论文分别使用叁种有限元模型(均一、分块和多驱动力模型)而进行了GPS差异形变分析。结果表明，中国大陆现今构造运动是多种驱动力共同作用的结果。其中，印度板块向北的强烈推挤以及地幔对流对岩石层底部的拖曳作用占据着非常重要的地位。前者主导了以青藏高原为中心的大陆西部地区构造变形运动，而后者则对华北、华南地区的影响重大。同时，现今构造运动十分活跃大型断裂系(如阿尔金、张家口—渤海等)对大陆岩石层构造变形的影响也是不可忽视的。综合数值模拟结果可以得到如下认识：华北地区岩石层形变的区域动力学环境和驱动力十分复杂。总体而言，一方面在太平洋板块的俯冲和印度—欧亚板块的碰撞挤压作用下，鄂尔多斯活动地块、华南活动地块以及东北亚活动地块的运动状态决定了华北地区表层运动的基本格局。另一方面，地幔对流对岩石层底部的拖曳作用将直接影响该区域岩石层形变运动。与此同时，以张家口—渤海断裂为代表的现今构造运动十分活跃大型断裂系以及岩石层内流变性非均匀分布(特别是中地壳软弱层的存在)，对区域构造变形的影响也是不可忽视的。
参考文献：
[1]. 强震活动主体地区形成机理的数值模拟研究[D]. 陶玮. 中国地震局地质研究所. 2003
[2]. 强震活动主体地区形成机理的数值模拟研究[C]. 陶玮, 洪汉净, 刘培洵, 于泳. 中国地震学会第十次学术大会论文摘要专集. 2004
[3]. 地块活动的动态组合以及地震活动主体地区的迁移特征[D]. 陈会仙. 中国地震局地质研究所. 2009
[4]. 地块变形与断层地震的耦合数值模拟[D]. 于泳. 中国地震局地质研究所. 2002
[5]. 青藏高原巴颜喀拉块体强震动力学过程数值模拟[D]. 杨兴悦. 中国地震局兰州地震研究所. 2012
[6]. 强震条件下层状岩体斜坡动力失稳机理研究[D]. 李果. 成都理工大学. 2012
[7]. 鄂尔多斯地块运动特征研究[D]. 范俊喜. 中国地震局地质研究所. 2002
[8]. 用单元降刚法探索中国大陆强震远距离跳迁及主体活动区域转移[J]. 杨树新, 陆远忠, 陈连旺, 叶际阳, 米琦. 地球物理学报. 2012
[9]. 中国大陆板内构造运动的动力学研究[D]. 肖兰喜. 中国地震局地球物理研究所. 2003
[10]. 华北地区现今地壳运动及形变动力学数值模拟[D]. 刘峡. 中国科学技术大学. 2007
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