深部地质洞穴塌缩的地震学证据——川东褶皱区深部的逆冲兼塌缩型地震的震源机制求解

地下深部有大型洞穴吗?本文通过地震学方法推测地下7 km左右仍存在较大的地质洞穴.本研究中使用了完整矩张量反演方法(波形拟合gCAP方法)分析了2016年12月27日在重庆市荣昌区发生的M_(L)4.7地震,得到其完整震源机制的矩张量解,波形拟合度很高.反演结果显示此次地震较为特殊,震源机制是逆冲兼塌缩型,地震矩心深度在地下7 km深处.根据震源机制的结果,加之此地震位于背斜褶皱附近,本文推断此地震的发生是背斜褶皱部的断层发生逆冲,继而导致了褶皱部的地质空洞稳定被打破,发生了垮塌和塌缩.震源机制的结果显示地震矩张量主要是水平分量,而垂直分量较少,此结果和当地构造应力很吻合.研究结果显示了完整矩张量震源机制反演方法对复杂地震的研究是很有效的手段.此外,本区域页岩气钻井深度很深,而且有水压致裂作业,推测地震可能被注水压力所诱发.

几何弯曲断层活动性的模拟

运用有限元法建立大尺度几何弯曲断层(长约750 km)的二维模型,并利用接触单元技术模拟断层间的作用,模拟了几千年时间尺度内走滑断层的活动,探讨了具有一定几何形态断层对断层系统活动的影响.几何弯曲的断层导致了应力的集中,而且在断层的地震事件中起到了抑制作用,但是也为孕育大震提供了条件.和平直断层的模拟结果比较得知,断层的儿何弯曲不仅影响地震破裂长度、改变了地震滑移量,也很大程度影响了能量释放的空间位置,改变了地震轮回周期.此外,弯曲断层应力的不均匀也使主震前往往有前震发生.另外通过模拟可以看出.弯曲断层活动表现出明显的特征地震,使得地震一频次曲线偏离GR公式,说明了对单个断层而言,特征地震可能更能体现断层的地震活动,这对我们进行地震预测和危险性分析有着很重要的参考意义.

大尺度断层活动性数值模拟及地震学类比

本文建立了大尺度断层(100-1000 km)的二维模型,利用ANSYS有限元软件平台,采用接触模式,模拟了百年时间尺度走滑断层的位错运动.结果表明,不同的断层力学参数,特别在断层强度非均匀分布的状态下,断层位错运动存在明显的非均匀时、空分布的特征.然而,不同模型的断层位错运动还显示出一些共同的特征,即断层位错运动表现为闭锁期、准静态预滑期和瞬间滑动,以及与之相应的应力(应变)的积累、调整和释放等等.这些结果也与实验室内小尺度的岩石物理实验相类似.与此同时,模拟结果与实际地震活动表现出的重复性和准周期特征较为相似.模拟发现,对于参数分布较为复杂的断层模型,其数值模拟提示的地震过程相对复杂得多.对于一个近尺度近1000 km,在接触面上设置了两个剪切强度相对较大区域的断层模型而言,模拟对应地震活动显示,其模拟地震断层位错分段发生,其高强度的区域基本控制了断层的地震位错运动.整个断层的模拟地震位错呈现出了地震触发、震中迁移、大震重复等与实际地震活动性相似的特征.

特征地震现象和机制分析

本文介绍了断层活动的一种重要现象——特征地震现象.特征地震是指某些断层长期活动过程中,重复发生的多次大地震往往表现出相似的破裂长度、位错分布、和震级大小,而有些活动断层在多次地震中表现出局部的相似.对断层地震活动的统计分析中,有两种模型,一种就是为大家熟知的G-R经验公式,还有一种就是特征地震模型.到底哪一种模型能够代表断层的活动,用哪一种模型进行地震危险性分析较为合理?南加州断层历史地震的统计资料和一些数值模拟分析的结果表明对于一条成熟的单个断层,用特征地震模型进行解释是更为合理的,而对包含多条断层的较为广阔的地域,断层活动应该仍用G-R公式进行分析.文章的后面对特征地震的机制进行了分析,特别地,我们认为断层的位错分布主要是由断层破裂面处地震前后的应力降决定的.所以对成熟断层而言,断层上发生的多次重复地震由于地震孕育的条件相似,导致断层活动中表现出特征地震这种现象.

正态分布速度地层模型的生成及其在射线追踪中的应用

正演计算过程中，随机分布函数经常需要引入．如射线追踪问题中，可以设计随机分布的地层速度分布来检验射线追踪算法的稳定性和可行性．在随机函数当中，较常用的随机分布之一是正态分布．由于计算机只能给出0～1之间的随机平均分布函数，所以需要用间接的方法获得其他随机分布变量．本文用反函数方法给出了一般随机分布函数的实现过程，并结合双三次样条插值函数，给出了正态随机分布速度的地层模型．这种模型特别适合网格化，适用于最近发展起来的射线追踪方法，比如最短路径法等．本文用最短路径法射线追踪方法，实现了在此模型上的初至波和反射波的射线追踪．计算实例说明了这一算法的有效性和适用性．

昆仑山Ms 8．1级地震震后变形场数值模拟与成因机理探讨

2001年11月14日,在青海和新疆交界处发生了昆仑山Ms8.1级强烈地震,GPS后观测显示,此次地震震后形变不仅在断裂南北两侧存在很大的差异,而且在短时间调整后断裂南北两侧表现为同向运动.本文以观测的地震形变为约束,通过有限元数值模拟分析昆仑山地震震后形变的物理机制.建立有关的有限元虚功方程,通过有限元数值方法模拟震后形变,从理论上分析介质的非均匀性、黏滞性松弛、流体调整对震后形变的影响.采用网格搜索确定昆仑断裂南北两侧下地壳的黏滞系数分别为5.0×1017Pa.s,9.0×1018Pa.s左右,正是这十余倍的差异引起了断裂两侧震后形变的非对称性和同向运动,这一差异既是长期地质作用的结果,又是现代地球动力学环境的决定因素之一.通过数值模拟定性讨论了断裂北侧地表形变在震后短期内的调整,对于靠近断裂附近的测点可能是黏弹性松弛和孔隙流体调整共同作用的结果,所以在分析短期震后形变时综合考虑黏弹松弛和孔隙流体调整是很有必要的.

地震前兆还是其他因素？--与“汶川大地震宽带地震仪短临异常及成因初探”作者商榷

本文仔细分析了我国宽带地震仪记录和论文"汶川大地震宽带地震仪短临异常及成因初探"提供的数据,探讨了5.12汶川8.0级强烈地震前后记录的"异常"现象,对该论文观点提出了质疑.有理由推测,该"短临异常"并非地震前兆,它最可能是在此期间在西太平洋的02号强台风"威马逊"激发的脉动异常.

应用非连续性模型模拟断层活动对青藏高原应力应变场的影响

在青藏高原的运动变形过程中,断层活动起着至关重要的作用.本文利用有限元数值模拟的方法,分别计算了在GPS做边界约束下青藏高原及周边区域的连续体模型和含断层的不连续体模型的运动状态和应力场分布.从连续性模型和非连续体模型的差异发现,断层存在与否很大程度上影响了青藏高原现代运动场的分布.主要体现在,断层的滑移运动(1)增加了青藏高原东西两侧的拉张趋势;(2)加大了青藏高原物质东移的速度;(3)改变了塔里木和柴达木盆地的运动状态.模拟结果显示,非连续模型的运动场分布与GPS观测结果吻合程度大大高于连续体模型结果,表明断层活动在青藏高原的运动学和动力学过程中起着重要的作用,在研究青藏高原的动力学机制中,必须考虑断层作用的影响.

地幔对流拖曳力对中国大陆岩石层变形的影响

采用较为符合实际岩石层变形的非线性幂指数本构关系,基于ANSYS有限元平台,模拟了近20万年来中国大陆地区地表运动及演化过程,探讨了印度板块挤压作用和地幔对流拖曳力各自对于中国大陆地区地表形变运动格局的影响.模拟结果与观测数据的比较表明:在印度板块的挤压和地幔拖曳力联合作用下,中国及东亚大陆岩石层运动形变模式能够和现代GPS观测有较好的吻合;印度大陆和欧亚大陆的碰撞以及印度大陆的持续向北推进、挤压所产生的应力环境,一直主导了以青藏高原为核心的我国西部地域岩石圈构造、运动和演化。但其影响随着远离青藏高原地区而逐渐变小;地幔对流产生的作用于岩石层底部的拖曳力是中国大陆(特别是远离碰撞带)岩石层运动构造变形的重要驱动力.然而在构造复杂和东部靠近太平洋板块的区域,模型预测结果和GPS观测还存在一定的差距,这说明在未来的中国大陆岩石层变形运动的数值模拟中,应当采用更为复杂的构造模型和驱动力因素.

以Burgers体模型模拟震后粘弹性松弛效应

运用有限元数值方法、以Burgers体为粘弹介质模型模拟了震后地表形变。计算结果表明:以Burgers体为粘弹介质模型可以解释地震引起的瞬时弹性响应、呈指数衰减的短期响应与线性增加的稳态长期响应。分析认为,以Burgers体为粘弹介质模型可以解决Maxwell体和Kelvin体在模拟震后短期和长期形变时的不协调问题。

小波基函数选择对SAR干涉图去噪的影响

首先简要介绍Daubeachies、Biorthogonal、Symlets、Coiflets、Discrete Meyer和Reverse Biorthogonal六种小波函数的特性,然后以这些小波函数为基函数,采用相同的小波去噪算法对含噪声的模拟SAR干涉图和实际形变干涉图进行去噪实验。实验结果表明:在六种小波函数中,Biorthogonal小波的去噪效果最好,而且计算速度较快,是SAR干涉图去噪的最佳小波基函数。

井间电磁波CT技术及其在岩溶勘察中的应用

井间电磁波层析成像技术是将医学CT应用于地球物理学中的一项新技术,它主要依据电磁波在不同介质中传播时的吸收差异,重建井间介质吸收系数的分布图像,形象及直观地展现研究区域的地质结构。本文详细地研究了井间电磁波层析成像技术的基本原理,对具有高低吸收电磁异常体的理论模型,根据一定的观测系统对电磁波的场强进行了数值模拟,并采用SIRT反演技术对吸收异常体的图像进行了重建;同时将该方法应用于广西某地拟建桥址的岩溶勘查之中,取得了良好的应用效果。

震后短期和长期形变模拟-以1960年智利Mw9.5地震为例

以1960年5月智利瓦尔迪维亚(Valdivia)MW9.5地震为例分析震后不同时期的形变,实现了以Burgers体为粘弹介质模型来模拟震后粘弹松弛效应有限元数值模拟.计算结果表明,该粘弹介质模型可以模拟地震引起的瞬时同震弹性响应及震后粘弹松弛的短期和长期响应.由1960智利MW9.5地震震后模拟的应变率显示以Burgers体为粘弹介质模型可以解决Maxwell体在模拟震后短期和长期形变不协调问题.

Seismic Unix软件在《地震勘探》课程中的运用

《地震勘探》课程因为其对学生数学基础要求较高，也较为抽象，故常规的教学效果往往很难令人满意。针对这些难点，教师提出利用地震勘探专业优秀的免费软件Seismic Unix，结合多媒体硬件，能非常方便地实现地震勘探多种数据处理技术，可视化极强，便于学生理解较为抽象的物理概念和技术细节。

“电磁学”课程教与学的改革探讨

电磁学作为理工科大学的一门基础课，是本科教育中的一门必修课程。本文分析了“电磁学”课程教学中存在的特点和问题，主要表现在课程内容抽象，概念不易理解；知识点过多，学生把握不住重点；教学安排不够合理等等。针对存在的问题，给出了一些教学改革建议，特别指出了本课程的重点在于物理概念的描述，而不是解题技巧。同时，对本课程其他事项也提出了合理的建议。

基于小波包变换的SAR干涉图去噪研究

基于SAR复干涉图中噪声满足加性噪声模型,提出对复干涉图实部和虚部分别应用小波包软阈值方法的去噪方案。以Daubeachies小波为小波包基函数,对添加了噪声的模拟SAR干涉图进行去噪实验,发现三级小波包分解的去噪效果明显优于一级和二级分解。并进一步对实际的含噪干涉图进行了去噪实验,与小波包软阈值方法直接对干涉图去噪的结果进行了比较。实验结果证实了本文方案的有效性。

二维各向同性介质地震波全波场的有限差分模拟

对地震波场的有限差分方程进行了详细的推导,采用改进的中心线算法对有限差分方程中的大型稀疏线性方程组进行求解,并对算法的稳定性进行了分析。通过对二维双层弹性介质中的地震波全波场的模拟,获得了清晰的地震波波场特征,包括面波及体波波场特征。

喜马拉雅背景噪声横波速度层析成像

通过背景噪声反演尼泊尔—喜马拉雅地区浅层横波速度结构。利用尼泊尔—喜马拉雅地区HIMNT台网记录的连续波形数据,提取了两两台站的经验格林函数,利用相速度反演方法,获得了台站下方周期6~25s的瑞利波的相速度分布图。结果显示印度板块俯冲到欧亚板块下方,其俯冲方向大致与喜马拉雅山脉垂直。选取一条垂直于喜马拉雅山脉的测线,利用6~26s的频散曲线反演出深度0~30km的横波速度,并绘制该测线下方的横波速度剖面图。从图中可以明显看到印度板块和欧亚板块的交界面,印度板块俯冲到欧亚板块下方。并且发现印度地壳有局部挠曲。

基于MWN3D算法的岩石层3D热结构模型的反演方法

在三维热导方程波数域方法(MWN3D)的基础上发展了一种反演岩石层3D热结构的方法.该方法的核心是在使用表面热流数据的同时,假设热生成率在深度方向上为幂指数衰减规律,再通过调节地表等效热生成率的方式,满足地表温度基本上为一常数的强限定条件,最后得到岩石层3D热结构模型以及相应的地表等效热生成率分布.数值模型实验表明这一方法计算速度快,处理问题灵活.在观测数据和测量参数(特别是热生成率)不充分的条件下,该方法不失为一种可行的估计区域岩石层的3D热结构的途径.

二维复杂速度结构中的射线追踪

针对二维复杂速度结构中的射线追踪,给出模型参数和追踪方法。采用该方法,能够精确地描述复杂的二维地质形体及地质构造的分界面特征,并且能够适用于各种复杂地形的情形;对不同的地层或地质体,根据其速度分布特征,采用局部网格化对其进行描述,减小了复杂地质结构在描述速度时计算机所需要的内存量,进一步提高了计算速度。本射线追踪方法不仅可以对复杂模型的反射波及回折波进行追踪,而且可以利用"微折射"方法对目标界面的首波进行追踪。