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以GPS资料研究中国南北地震带深部构造应力场变化特征.pdf

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上传者: zhuliang 2012-07-17 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《以GPS资料研究中国南北地震带深部构造应力场变化特征pdf》,可适用于人文社科领域,主题内容包含第卷第期年月测绘科学ScienceofSurveyingandMappingVolNoSep作者简介:吴小利()女陕西咸阳人硕士从事地壳形变与应力研符等。

第卷第期年月测绘科学ScienceofSurveyingandMappingVolNoSep作者简介:吴小利()女陕西咸阳人硕士从事地壳形变与应力研究。Email:xianyangwuxiaolicom收稿日期:以GPS资料研究中国南北地震带深部构造应力场变化特征吴小利刘宁(中国冶金地质总局西北局西安西南交通大学成都)【摘要】本文利用中国南北地震带年间观测的个GPS站数据对中国南北地震带地壳内km深处的最大主应力和最大剪应力进行了计算分析并将计算结果与同期发生在中国南北地震带的地震活动进行了对比分析结果表明观测同期发生的中强震大都位于应力变化大并且有深大断裂的地区汶川地震进一步说明四川地区地壳内的局部应力场变化与最大剪应力变化在空间分布上与强震活动区域存在较好的一致性。【关键词】构造应力场变化GPS速率地震活动反演【中图分类号】PP【文献标识码】A【文章编号】()引言中国南北地震带从我国宁夏经甘肃东部、四川西部、直至云南是一条纵贯中国大陆、大致南北方向的地震密集带而造成强地震的主要原因是地壳中局部应力场的集中和深部断层的错动。地壳深部应力场的研究对于地震危害性分析和地震预测等研究均有极其重要的意义。构造应力场是由于生产应用、工程建设、地震预测和地壳力学基础理论研究的需要而生长和发展起来的。是解决地壳构造运动成因问题的根本途径但由于受到自然条件和技术手段的限制很难直接对地球深部的应力场及其变化进行测量如何根据地面的GPS、水准测量、重力测量等地面大地测量数据来计算地球内部的应力场及其变化是大地测量、固体地球物理等要研究的主要问题之一利用GPS数据计算地下构造应力场及其变化在国内外已取得了不少成功的例子。Heidbach等()通过地震和GPS资料计算和分析了死海地区断层的构造应力场变化和断层的滑动速率[]Johnson等()采用GPS数据和震后应力变化数据对断层的滑动摩擦参数进行了反演计算研究[]。Ching()利用GPS观测的位移场研究了中国台湾地区的构造逃逸变形[]。Oglesby()利用GPS和地震活动数据反演了断层的滑动破裂过程[]。我国学者在利用GPS资料研究地壳形变和地质块体间的相对运动中也取得许多进展例如顾国华等()对GPS观测得到的~年中国大陆地壳应变场进行了研究分析[]周德敏等()利用GPS观测资料反演了庄浪河断裂带、马衔山北缘断裂带的断层滑动速率[]熊熊等()分析了中国大陆地壳运动的GPS观测及相关动力学问题[]袁金荣()利用GPS观测资料反演了华北地区的构造应力场[]王琪等()利用GPS资料研究了我国云南丽江级地震前的地壳形变[]国内的其他学者分别利用GPS数据测定并得到汶川MS级地震的同震位移及其动态形变特征[]。本文利用年间GPS观测数据采用边界元方法[]对中国南北地震带地壳km深处的应力场变化进行了计算分析得出了一些具有重要参考意义的结论和认识。地面位移场与地球内部应力场的关系为了利用GPS观测结果计算地球内部应力场本文采用表示体积分和面积分关系的Gauss公式来建立地面位移场与地球内部应力场的关系。设空间闭区域V由分片光滑的闭曲面S所围成函数βi(i=)在V上具有一阶连续偏导数则有:vβij(Q)dV=sβ(Q)ndS()式中Q为V中任意一点βij(j=xyz)表示对j坐标求一阶偏导数n为表面点的法线。Brebbia[]()导出了弹性体边界位移、面力与内部体力和位移场的关系为:u(P)=sUki(PQ)ti(u)dSQ-Sui(Q)Tki(PQ)dSQVUki(PQ)fi(Q)dVQ()式中u(P)为内部任意点的位移UkiTki分别为应变核函数和应力核函数tiui为边界S上的面力和位移fi为内部点的体力。在弹性介质内任意两点之间的核函数为:Uki(PQ)=νπE(-ν)r{(-ν)δkirkri}Tki(PQ)=πE(-ν)r[(-ν)(nirknkri)-nmrm(-ν)δkirkri]()式中E和v分别为杨氏模量和泊松比ni为PQ两点间的i方向的方向余弦δij为Kroneckor符号。δij=i=ji{j()在不考虑体力的情况下可得出地面位移与内部应力的关系为:σij(P)SDkij(PQ)tk(u)dSQ-Suk(Q)Skij(PQ)dSQ()式中:Dkij(PQ)=πE(-ν)r{(-ν)(riδjkrjδki-rkδij)rirjrk}()Skij(PQ)=Eπ(-ν)R{nmrm[(-ν)riδijniδjkv(rjδjk-rjδki)-rirjrk]v(nirjnjri)rk(-v)(nkrirjniδjknjδki)-(-ν)nkδij}()式()、式()为求应力时相应的积分核函数从()式知只要知道面S上的位移、面力就可通过积分方程测绘科学第卷()计算弹性地壳内任意点P在任意方向的主应力和剪应力由两个互相垂直方向的主应力和剪应力可以计算出最大主应力和最大剪应力。从以上的理论推导和分析可看出地面的位移(场)和地球内的应力(源)地面点和内部点物理量之间通过两点间的积分核函数相联系场源之间的距离越远他们之间的相互影响越小。另外从()可以看出核函数与介质的杨氏模量和泊松比的密切相关。不同的介质对应力的传递作用不同。中国南北地震带深部应力变化的GPS资料计算结果分析本文利用搜集到的年间在中国南北地震带的GPS观测数据共个站点对中国南北带地壳中的应力场变化分布与地震活动分布之间的关系进行研究。具体做法是:先将每两期观测的位移场差除去观测时间间隔然后通过平差处理统一归算为相对于欧亚板块的年变化速率中国南北断裂带各站点GPS水平位移场速率与同期发生的地震活动的分布如图所示图中箭头的长度表示位移量的大小箭头的指向表示位移的运动方向。从图中位移场的大小和方向分布可以看出在中国南北地震带成都以北地壳运动方向以由南西向北东方向的运动为主运动速率小于mm年特别是在兰州和西安之间位移场小于mm年而在四川西部和云南地区位移场有向东南方向顺时针转动的趋势运动速率大于mm年。为了利用()式计算地壳深部的应力场本文将中国大陆以GPS观测点为结点划分三角形单元网格如图所示。图中国南北地震带地面位移场与观测期间发生的中强地震分布图地面三角形网格的划分图中国南北地震带年间最大主应力变化与中强地震活动分布在不计体力的情况下采用边界元方法对中国南北地震带地下km处的最大主应力和最大剪应力进行计算最大主应力变化与同期发生发的地震的关系如图所示图中小圆点表示地震发生的位置。从整体看南北地震带的主应力呈西强东弱的趋势同期发生的Ms大于级地震全部发生在应力场变化强的西部地区。这与板块运动可能有密切的关系地质学家们认为印度大陆板块向欧亚大陆板块碰撞挤压其动力过程可分为部分一部分造成了喜马拉雅山的形成和青藏高原的抬升、变形。图中国南北地震带年间最大剪应力变化与中强地震活动分布青藏高原变形向东的延伸受到四川盆地下坚硬岩石圈的阻挡在四川盆地的西缘形成了一系列高耸陡峭的山系即龙门山[]。造成四川汶川级大地震的原因就是穿过汶川、茂县和北川等地区的龙门山断裂活动它是青藏高原东界的一段也是中国南北地震构造带的组成部分其次是使昆仑山断裂、鲜水河断裂等发生在左旋走滑运动从而形成四川西部、云南等区域的位移场速率的顺时针旋转趋势(图)另一部分是在中国南北地震带西部地区形成强的应力场这些强应力场使得局部地壳发生破裂从而产生中强地震。从图看出中强地震活动主要发生在川西、云南等具有深大断层应力场变化激烈区域的周围。最大剪应力变化计算结果如图所示。从图可以看出中国南北断裂带的最大剪应力变化与最大主应力变化比较相对要小变化相对剧烈的地区仍然是中国南北地震带的西部地震活动还是主要发生在川西、云南等具有深大断层应力场变化激烈区域的周围。结束语通过GPS观测资料对中国南北地震带地壳公里深处最大主应力和最大剪应力计算结果分布与同期发生的地震活动、断层分布等的进行对比分析可以看出中国南北地震带西部地区岩石圈受板块的推挤作用比较明显但由于深大断层等的存在应力场变化分布比较复杂。印度大陆板块向欧亚大陆板块碰撞挤压过程可分解成几个部分一部分使得地壳发生上隆和下沉从而形成青臧高原和塔里木盆地等大型的地质构造其次是使昆仑山断裂、鲜水河断裂等发生在左旋走滑从而形成四川西部、云南等区域的位移场速率的顺时针旋转趋势另一部分是在中国南北地震带西部地区形成强的应力场这些强应力场使得局部地壳发生破裂从而产生中强地震。GPS观测期间发生的中强地震主要位于应力场变化大、同时具有深大断裂的南北地震带西部地区。四川地区的主压应力变化较大的区域主要为龙门山断裂附近的地震活动区沿龙门山断裂构造的剪应力变化不明显呈现右旋剪切的变化特征这说明了汶川地震主要以压应力为主剪应力起次要作用。在中国南北地震带的东部地区观测期间的主应力和剪应力都相对较小同期没有中强地震发生。参考文献[]HeidbachOliverBenAvrahamZviStressevolutionandseismichazardoftheDeadSeaFaultSystem[J]EarthandPlanetaryScienceLetters():[]JohnsonKajM(DepartmentofEarthandPlanetaryScienceUniversityofCalifornia)BurgmannRolandLarsonKristineFrictionalpropertiesontheSanAndreasfaultnearParkfieldCaliforniainferredfrommodelsofaftersliPfollowingtheearthquake[N]BulletinoftheSeismologicalSocietyofAmericavnBSeptemberSupplement:SS[]ChingKuoEnRauRueyJuinLeeJianChengHuJyrChingContemporarydeformationoftectonicescape第期吴小利等以GPS资料研究中国南北地震带深部构造应力场变化特征inSWTaiwanfromGPSobservations[J]EarthandPlanetaryScienceLettersvnOct:[]OglesbyDavidDDregerDouglasSHarrisRuthARatchkovskiNataliaHansenRogerInversekinematicandforwarddynamicmodelsoftheDenalifaultearthquake[J]AlaskaBulletinoftheSeismologicalSocietyofAmericavnSUPPLBDecember:SS[]顾国华王丽凤GPS观测得到的~年中国大陆地壳应变[J]地震()[]周德敏甘卫军任金卫等基于GPS观测资料反演庄浪河断裂带、马衔山北缘断裂带的滑动速率[J]地震地质()[]熊熊滕吉文郑勇中国大陆地壳运动的GPS观测及相关动力学研究[J]地球物理学进展()[]袁金荣徐菊生高士钧利用GPS观测资料反演华北地区现今构造应力场[J]地球学报()[]王琪赖锡安游新兆等红河断裂的GPS监测与构造应力场[J]地壳形变与地震()[]张勇冯万鹏许力生等年汶川大地震的时空破裂过程[J]中国科学D辑:地球科学()[]国家重大科学工程”中国地壳运动观测网络项目组”GPS测定的年汶川Ms级地震的同震位移场[J]中国科学D辑:地球科学():[]顾国华王武星GPS测得的汶川大地震同震位移[J]地震()[]YongliangXiongDingfaHuangShaoguangXuetcKinematicCrustalDeformationFeaturesofWenchuanEarthquakeObitainedbyGPS[J]ProceedingsofSPIE[]严更丁方明边界单元法基础[M]重庆:重庆大学出版社:[]BrebbiaCAProgressinBoundaryElementMethods[M]London:PentechPressVol:[]宋成骅许才军刘经南等青藏高原块体相对运动模型的GPS方法确定与分析[J]武汉测绘科技大学学报()[]ShIGenghuaGoodManREBlockTheoryandItsApplicationtoRockEngineering[M]EnglewoodCliffs:PrenticeHallInc:DistributioncharacteristicsoftectonicstressvariationinnorthsouthseismicbeltofChinafromGPSdataAbstract:InthepaperthemaximumprincipalstressandshearindepthkmoftheearthwascalculatedwithGPSsitesdataobservedduringandinnorthsouthseismicbeltofchinaTheresultswerecomparedwithmoderatestrongearthquakesoccurredintheobservationtimeperiodThecomputedresultsshowedthatvariationofstresswaslargerinwesternpartofnorthsouthseismicbeltsuchaswesternSichuanandYunnanprovincethecomseismicoccurredinwesternpartofnorthsouthseismicbeltwherethereisbigactivefaultsThespatialdistributionofstrongseismiccoincidedwiththevariationofstressandmaximumprincipalstressinSichuanprovincebeforeWenchuanearthquakeKeywords:tectonicstressvariationGPSvelocityseismicinversionWUXiaoliLIUNing(AdministrationoftheNorthwestofChinaMetallurgicalGeologyBureauXi’anChinaSouthwestJiaotongUniversityChengduChina檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿)(上接第页)名点匹配的准则实现多测站数据的拼接然而在现实应用中同名点的选择与精确定位存在着一定的困难且这一环节对于参数的计算来说显得尤为重要。在今后的工作中借助于全站仪来辅助定位实现多测站三维激光扫描数据的高效与高精度拼接将是本文的主要研究方向之一。此外通过本文的工作实践我们注意到当前数据采集已经不存在任何问题但对于点云数据的后处理虽然现有的软件可以满足现实中的大部分应用但总的来说非常耗时因此有必要针对电力行业的应用需求开发相应的软件系统以其满足数据后处理的实时、快速、高效。参考文献[]辛秀东架空光缆弧垂计算及受力分析[J]现代有线传输():[]赵鹏邓春袁亦超应用直升飞机巡检输电线路[J]华北电力技术():[]邵允临曹晋恩尚大伟直升机巡检华北电网超高压输电线路[J]中国电力():[]段德磊洪绍明全数字摄影测量技术在kV送电线路工程中的应用[J]云南电力技术():PatrolinspectionofEHVelectronicpowertransmissionlineusingDlasermeasuringtechnologyAbstract:DlaserscanningtechniquewassuccessfullyappliedtopatrolinspectionofEHVelectronicpowertransmissionlineinthepaperIncontrasttotraditionalmethodsDlaserscanningtechniqueprovidesaconvenientrapidandefficientdataacquisitionmeansBasedontheacquireddataalmostallparameterssuchasspanheightdifferencesaganddistancebetweenconductorsetccouldbecalculatedwitheaseOnthehanditcouldbeusedtotestthedesignscheme’svalidityontheotherhanditcouldalsobeusedtofindtheplacewheremalfunctionoftenoccursandprovideefficientguaranteeforgrid’ssaferunKeywords:DlaserscanningtechniqueExtraHighVoltage(EHV)powertransmission&transformationWANGYongboSHENGYehua(JiangsuKeyLaboratoryofResources&EnvironmentalInformationEngineeringChinaUniversityofMiningandTechnologyJiangsuXuzhouChinaKeyLaboratoryforLandEnvironment&DisasterMonitoringofSBSMChinaUniversityofMiningandTechnologyJiangsuXuzhouChinaKeyLabofVirtualGeographicEnvironmentMOENanjingNormalUniversityNanjingChina)

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