铲形断层:发展断层相关褶皱理论的“新引擎”

建立褶皱形态、断层结构和断层滑动之间的定量关系是当前地学研究国际前沿领域之一。Anderson断层理论和断层相关褶皱理论在该领域已经取得了瞩目的成果,二者都基于平面断层假设,但铲形断层及其上覆褶皱、地貌面弯曲变形在自然界中普遍存在,对上述理论形成了挑战。本研究利用前翼三角剪切和后翼简单剪切的综合模式,建立深部和地表耦合的铲形断层传播褶皱模型,用来解释上述构造变形机制问题。在此基础上,开展背斜区三维构造精细解析和铲形断层传播褶皱三维数值建模对比研究,实现构造变形从二维向真三维研究转换;准确限定孕震断层的铲形几何形态,为定量同震和震后变形提供直接的约束条件,为未来地震危险性评估提供科学数据支持;准确落实地下铲形断层和褶皱变形模型、裂缝发育区和构造型圈闭大小,服务于油气勘探开发。因此,铲形断层传播褶皱模型,一方面为完善和提升断层相关褶皱理论提供了新引擎,另一方面对区域构造变形分析、地貌演化重塑、地震危险性评价和油气资源前景评估有着重要的科学意义。

铲形逆冲断层地震破裂动力学模型及其在汶川地震研究中的启示

2008年发生了汶川地震的龙门山断层带是典型的铲形逆冲断层带.利用二维线弹性有限元模型,得到关于铲形逆冲断层带一些具普适性的认识:(1)如果断层带强度不随深度变化,则地震从断层带转换层附近开始发动,破裂沿断层向上传播,当地震蓄积能量足够大时,破裂可以冲破到地表,如汶川地震.(2)一旦到达地表,其最大同震位错将位于断层带出露地表处;且在断层带介质弱化或损伤大致相同条件下,铲形断层倾角越缓,地表的同震位错量越大.(3)与最大同震位错位于地表不同,同震应变能释放最大处位于地壳内十几公里深处的断层带转换层附近.(4)在断层带介质软化或损伤度大致相同条件下,铲形断层倾角越缓,地震对震间期积累应变能的释放越多、范围越广,对地表近断层区域造成的破坏可能越大.(5)冲破到地表的逆冲型大地震会进一步增加铲形断层带下盘转换层以下(约在15～22 km)地壳深处和断层上盘距离断层地表出露点约十几公里处地壳浅部的应变能积累密度;汶川地震之后的余震分布,除了沿主破裂面附近的继续破裂外,也体现了以上地区应变能的继续释放.本文得到的这些认识有助于深入理解汶川地震的动力学机制.

汶川地震孕震背景与同震变化的铲形断层位错模拟

利用1983—1997、1997(或2007)—2008年跨龙门山断裂带长水准剖面观测资料,借助纯逆断、铲形断层正负位错模型与网格搜索试错法,模拟2008年5月12日四川省汶川县8.0级特大地震前闭锁背景与同震变化,在一定程度上反映出龙门山中央断裂震前应变能积累、震时反弹的特性。

渭河盆地东南缘铲形正断层上盘活动特征

本文根据野外调查和力学分析,认为渭河盆地东南缘铲形正断层上盘块体沿凹曲的断层面向下滑动和旋转作用,在山前冲洪积平原区产生了同向断层、反向断层和上盘横断层。这些构造的差异活动及其在地表的表现特征,可作为铲形正断层分段的重要标志。

铲形正断层特征数值模拟及其与地震机制的研究

铲形正断层是伸展构造区最普遍、最基本的断层构造。本文应用近年来先进的LDDA方法对断层的运动效应进行数值模拟〔1〕,着重探讨了铲形正断层的几何学和运动学特征 ,并且依据断层带附近剪应力集中的情况 ,对铲形正断层与地震机制的关系进行了讨论。这些探讨对于深入认识伸展构造区地震的形成机制和动力学环境具有重要的借鉴意义。

铲形光纤与半导体激光器耦合特性的研究

为了提高半导体激光器与光纤的耦合效率和失配容忍度,提出了利用带铲形微透镜的多模光纤与大功率半导体激光器进行耦合的新技术。采用模场匹配的方法,推导出耦合效率关系。在理论上讨论了耦合时在轴向、倾角的失配容忍度,并在实验中得到了高达78.5%的耦合效率。这一结果对提高铲形光纤的实用性是有帮助的。

深松铲入土深度及铲形对耕作阻力影响

深松作业存在的主要问题是耕作阻力大。深松机中深松铲作为重要部件，其形状和结构参数直接影响着深松作业的牵引阻力及作业质量等。通过推拉力计测量了鸭掌形铲在不同入土深度时的耕作阻力；通过变换不同铲形的耕作试验，测量了现有凿形铲、鸭掌形铲、翼形铲在入土深度为35 cm时的耕作阻力。结果表明：牵引阻力随着鸭掌形铲入土深度的增大而增大，因为土壤硬度随着土层深度的增加而增大，所以在10～20 cm 的土层中对深松铲的阻力较小，深松铲在20～30 cm的土层中的阻力有较大增加，在30～40 cm 的土层中阻力增加幅度最大，其规律符合二次曲线。不同铲形耕作试验表明：铲形不同时，铲尖与土壤接触面积不同，导致深松铲与土壤之间的剪切力和挤压力不同，其牵引阻力与铲尖面积满足对数关系。

铲形杰氏涡虫(单肠目,达氏科)新纪录的形态学描述及其分子系统学分析

本文对分布于广东省深圳市侨城湿地(113°58'E,22°31'N)咸淡水的一种单肠目Rhabdocoel涡虫进行了形态、发育及18S r DNA与28S r DNA分子系统学的分析与比较。结果表明,此涡虫为达氏科Dalyelliidae铲形杰氏涡虫Gieysztoria knipovici Beklemischev,1953,为中国新纪录种。该物种模式标本分布于欧洲黑海近岸。本研究详细描述了其外部形态与内部结构特征,首次发现该涡虫精巢超长,前端达咽部,后端至腹侧,呈长条形(该属涡虫2个精巢呈球形或椭圆形,位于肠后腹侧);除了骨质阴茎之外还具有可再生的骨质阴茎鞘。阴茎鞘位于骨质阴茎外侧,半包裹骨质阴茎,呈长条形骨质结构。交配后的个体常在交配囊内发现阴茎鞘1~5个。鉴于该物种特殊的形态学特征,其分类地位还有待进一步研究。

铲形逆断层和平行逆断层体系的破裂特征——以龙门山断裂带中段为例的数值模拟

汶川地震是有地震历史记载以来首次发生在大陆内部的高角度8级逆冲强震,给板内逆冲强震研究提供了许多新的课题。论文主要开展了以下两方面的研究：（1）近地表陡倾角铲形逆断层的破裂特征研究。基于龙门山断裂带中段动力学背景建立有限元模型,系统地研究近地表陡倾角铲形逆断层（本文所称近地表陡倾角铲形断层,要求近地表倾角至少≥65°）的破裂特征,并探讨了汶川地震逆冲滑动量随深度分布形态所可能蕴含的地壳信息。对于近地表陡倾角铲形断层,在断层倾向的高强度挤压下,断层近地表部分对逆冲破裂和滑动有一定的阻碍作用;铲形断层的近地表倾角越陡,陡倾角部分的深度范围越大,断层近地表部分对逆冲破裂和滑动的阻碍作用会越明显;近地表陡倾角的铲形断层形态和巴颜喀拉块体的高强度挤压很可能是形成汶川地震逆冲滑动量随深度分布形态的重要原因,无地表破裂的前期地震并不是造成汶川地震滑动量随深度分布特征的必要条件。（2）平行逆断层体系中断层活动之间的相互影响研究。讨论了分布距离对平行逆断层地震活动规律的影响,并定量地评估了汶川地震中前山断裂同震逆冲破裂对中央断裂逆冲破裂释放的影响。同震破裂实验结果显示：在同震逆冲破裂中,前山断裂和中央断裂的破裂释放之间有一定的替代关系;汶川地震中,由于前山断裂发生同震逆冲破裂,中央断裂相应段落逆冲破裂释放很可能降低了约10%,减少的标量地震矩约为9.54×1018 N·m。平行逆断层长期挤压破裂实验结果显示：在龙门山断裂带的动力学环境和浅层构造背景下,当平行逆断层之间的距离在20km以下时,两条平行逆断层会在破裂释放上形成主次关系,距离越短,主次关系越显著;两条平行逆断层之间发生同步逆冲破裂的比例很低,受平行逆断层之间距离的影响也很小;两条平行逆断层之间发生同步地表逆冲破裂的比例更低,在龙门山动力学机制和浅层构造背景下,距离在10~20km左右时,平行逆断层之间最容易发生同步地表逆冲破裂。结合龙门山断裂带中段的实验结果显示：后山断裂的地震活动很可能相对独立;12km的距离使得中央断裂和前山断裂之间发生同步地表逆冲破裂的风险相对较高,这很可能是导致汶川地震中出现同震地表破裂的一个重要原因。

关于北安市博物馆馆藏铲形石器的定名研究

古农具同器异名,一器多名的现象十分常见,本文通过对比较、排除,对北安博物馆馆藏的乌裕尔河流域出土的铲形石器的定名提出浅见,吉林市博物馆陈列的一件打磨精美的属于西团山文化的石耜,从中看到北安博物馆馆藏石耜的影子,只是相较之下北安石耜外观及制作更加朴实而已。

基于数值模拟的钛合金锥形件激光辅助铲旋成形研究

针对中部带法兰锥形件采用传统“锻造+机加工”制备时材料利用率低、强度及韧性不足的问题,提出采用激光辅助铲旋成形工艺来实现钛合金中部带法兰锥形件的完整近净成形。根据铲旋成形原理,选取合适的激光热源模型,并基于Simufact Forming软件平台建立激光辅助铲旋有限元模型,研究了铲旋成形过程中的中部法兰变形区温度、变形行为及等效塑性应力和等效塑性应变分布规律。结果表明,采用坯料整体预热+激光辅助补热的方式,可实现坯料基体表层温度高、内层温度低,既有利于表面金属材料铲旋成形出法兰,又可避免锥壁翘起;铲旋成形时变形区材料轴向流动较多,径向流动较少,法兰形状呈“倒水滴”状;旋轮接触区等效塑性应力值较大,但法兰主体部分等效塑性应力值较小且分布均匀;基体主要变形区等效塑性应变值最大,达9~11,沿厚度方向逐渐减小,具有局部大塑性变形且变形不均匀的特点。

铲式断层形成演化的动力学机制及其数值模拟

从递进变形的观点出发，对铲式断层形成的动力学机制提出了一个新的见解，认为铲式断层是由于先存断层在变形演化过程中发生了旋转变形的结果，并用动态有限元数值模拟方法形象地再现了高角度断层逐渐演变为铲式断层的过程。

基于离散元法的凿形深松铲磨损行为的仿真分析

磨损是凿形深松铲失效的最主要方式。采用离散元法对凿形深松铲的深松过程进行了仿真,从土壤颗粒运动、凿形深松铲受力、磨损识别和磨损机理等方面分析了凿形深松铲的磨损行为。结果表明,深松过程中凿形深松铲前方的不同层土壤颗粒没有发生混合,土壤与凿形深松铲前表面的相互作用主要为滑动摩擦;凿形深松铲前表面附近的土壤颗粒运动方向与凿形深松铲半径方向存在一定的夹角,凿形深松铲前表面附近的土壤颗粒与凿形深松铲存在一定的相对滚动;铲尖在水平方向和垂直方向的受力大小相接近,铲柄受力主要来源于土壤颗粒对铲柄前进的阻碍作用;深松铲在切向上的累积接触能大于法向上的累积接触能,法向累积接触能的最大值为0.895 8 J,切向累积接触能的最大值为2.047 6 J,即切向磨粒磨损作用大于法向冲击磨损作用,铲柄切削刃磨损深度平均值随着高度的增加不断减小,铲尖上表面磨损深度平均值随着高度的增加不断增大,铲尖前表面是凿形深松铲磨损最严重的区域;随着深松速度的不断增加,铲柄切削刃磨损深度平均值的增长率也不断增大,铲尖上表面磨损深度平均值的增长率也不断增大。

铲齿成形刀具铲磨干涉校验的解析方法

提出了一种铲齿成形刀具乎磨干涉校验的新方法。首先推导出刀齿护背曲线方程；然后根据刀齿齿项铲磨部分占整个齿顶的比例确定刀齿齿底铲背曲线上的铲磨终止点，并求出该点的法线斜率，铲磨砂轮的中心位于该点的法线上；由下一个刀齿前刀面上被铲磨齿形最低点的坐标来出通过最低点时铲后砂轮的外径；最后得出发生铲后干涉时的最小砂轮外径D_（sgmin）。若D_（sgmin）不大于拟采用的铲磨砂轮外径D_s，则会发生铲店干涉。校验计算过程可以按优化原则自动进行。

铲齿成形刀具齿顶铲磨长度的计算与控制

提出了一种以解析方式确定铲齿成形刀具齿顶铲磨长度的新方法，可以明显提高刀具设计的精度、效率和经济性，有助于优化刀具设计和制造过程。此外，根据两种不同的齿背提出了齿顶铲磨长度的控制方法，即Ⅰ型齿背可以通过改变齿顶铲削超量而任意变化，Ⅱ型齿背则只能通过修改铲齿凸轮廓线而被改变。

一种微带馈电铲形终端椭圆缝隙超宽带天线

设计了一种具有铲形终端微带馈电椭圆缝隙及枝节调节和接地板阶梯凹槽的超宽带（UWB）天线。利用仿真软件HFSS分析了铲形半椭圆、椭圆缝隙及枝节、半圆切槽、接地板与辐射体间隙、接地板三角形切角和阶梯凹槽等结构对天线性能的影响,对天线结构参数进行了优化。实测天线的阻抗带宽为2.8~12.0 GHz,在3.1~10.6GHz范围内基本呈全向性,并且具有较稳定的增益,约为2.5~4.6 d Bi。该天线可广泛用于无线通信领域。