華北地殼動力學數(shù)值模型及應用-陳連旺

1、中國地震監(jiān)測預報論壇 石家莊，2012.05華北地區(qū)地殼動力學三維數(shù)值模型華北地區(qū)地殼動力學三維數(shù)值模型的建立及應用研究的建立及應用研究（2009-20112009-2011地殼所重點基金課題）地殼所重點基金課題）陳連旺，詹自敏，陸遠忠，等中國地震局地殼應力研究所目目 錄錄 一、必一、必 要要 性性 二、目的與內容二、目的與內容 三、三、3D3D數(shù)值模型數(shù)值模型 四、初步應用四、初步應用 五、結五、結 語語必要性_973課題模型在汶川地震中的應用在初始破裂處施加純逆沖地震位錯在斷裂帶東北段則產生了幾乎平行于斷層走向的位移矢量場，垂直于斷層走向的位移分量很小，位移場的一致性很強，形成了一個右旋走

2、滑的構造加載作用。 龍門山斷裂帶西南段由于受到活動性較強的鮮水河斷裂帶、安寧河斷裂帶和大涼山斷裂帶的阻擋控制作用，位移矢量方向較雜亂，位移場一致性較差；有利于主破裂向東北方向傳播有利于向走滑型震源機制轉變必要性_973課題模型在汶川地震中的應用最大主壓應力S1最小主壓應力S3 汶川地震引起的應力變化的極值達106Pa-107Pa量級，尺度大約長400km，寬100km；張性應力增量壓性應力增量，導致壓性背景構造應力卸載，總體應力水平降低；必要性_973課題模型在汶川地震中的應用華北地區(qū)應力應變場變化與華北地區(qū)應力應變場變化與地震孕震進程綜合分析系統(tǒng)平臺地震孕震進程綜合分析系統(tǒng)平臺大型數(shù)值模擬實

3、驗大型數(shù)值模擬實驗波速結構波速結構本構關系本構關系介質參數(shù)介質參數(shù)邊界條邊界條件變化件變化華北地區(qū)年度華北地區(qū)年度應力場變化特征應力場變化特征強震快速響應強震快速響應震后應力調整震后應力調整 華北地區(qū)年度華北地區(qū)年度地震趨勢會商地震趨勢會商斷裂斷裂活動活動地震事件地震事件加卸載加卸載突發(fā)強突發(fā)強震事件震事件強震之后強震之后快速震情形勢分析快速震情形勢分析目目的的與與內內容容邊界條件邊界條件地質構造地質構造一一個個平平臺臺三三個個應應用用地地殼殼動動力力學學基基礎礎理理論論研研究究 3D模型模型_ _地質模型地質模型 包含36條主要活動斷裂幾何范圍：大華北實現(xiàn)了地形起伏的三維建模3D3D模型模型

4、_ _彈性常數(shù)的確定彈性常數(shù)的確定華北波速結構華北波速結構(據(jù)Huang et al，2009)(據(jù)臧紹先等，2002)3D3D模型模型_ _華北華北地區(qū)地殼巖石強度的選取地區(qū)地殼巖石強度的選取10610811011211411611812012212432343638401.3E+0051.5E+0051.7E+0051.9E+0052.1E+0052.3E+00510610811011211411611812012212432343638401.3E+0051.6E+0051.8E+0052.1E+0052.3E+00510610811011211411611812012212432343

5、638402.3E+0042.5E+0042.7E+0042.9E+0043.1E+00410610811011211411611812012212432343638401.8E+0042.0E+0042.2E+0042.4E+0042.6E+0042.8E+00410610811011211411611812012212432343638407.8E+0028.2E+0028.6E+0029.0E+0029.4E+0029.8E+00210610811011211411611812012212432343638404.0E+0014.4E+0014.8E+0015.2E+0015.6E+00

6、16.0E+0016.4E+0013D3D模型模型_ _華北華北地殼粘彈性介質松弛時間空間分布地殼粘彈性介質松弛時間空間分布 華北地區(qū)華北地區(qū)3D3D地殼動力學地殼動力學數(shù)值分析數(shù)值分析模型模型華北數(shù)值分析技術系統(tǒng)平臺模型254 156個單元，254 156組介質屬性234 056個節(jié)點 有別于傳統(tǒng)的分塊賦屬性的方法，本項目建立的模型與以往模型最重要的區(qū)別在于將物性參數(shù)賦值到每個單元之上，這種方法實現(xiàn)了物性參數(shù)較為連續(xù)的變化，相對來說更為精確，所建立的模型也更為接近實際情況。 應用應用_ _華北地區(qū)構造應力華北地區(qū)構造應力場圖像場圖像 比 例 尺10000N40N35E110E115E120N

7、381）華北地區(qū)現(xiàn)今主要處于一種張性構造應力變化場的作用之中；2）壓性構造應力場在NNW-SSE方向上正在減小，減小的平均量級約為6 kPaa-1 ；在NEE-SWW方向仍在增大，增大的平均量級約為3 kPaa-1。3）分析應力場與斷裂活動之間的關系，上述年變化特征，既有利于NE向斷裂的右旋走滑運動，又有利于NW向斷裂的左旋走滑運動。紅色：最大主張應力藍色：最大主壓應力北南 應用應用_ _郯廬帶庫侖破裂應力累積速率分段特征郯廬帶庫侖破裂應力累積速率分段特征郯廬帶北段的年累積速率次高，平均達5 KPa；郯廬帶南段的年累積速率最高，平均達6 KPa，最高值出現(xiàn)在南部； 應用應用_ _郯廬帶庫侖破裂

8、應力累積速率分段特征郯廬帶庫侖破裂應力累積速率分段特征郯廬帶渤海段、中段的年累積速率相對較低，平均達 3 KPa；紅線紅線: 主壓應力主壓應力 藍線藍線: 主張應力主張應力玉樹地震引起的玉樹地震引起的構造應力場構造應力場汶川地震引起的汶川地震引起的構造應力場構造應力場 應用應用_ _汶川地震、玉樹地震對鄂爾多斯構造應力場擾動汶川地震、玉樹地震對鄂爾多斯構造應力場擾動紅線紅線: 主壓應力主壓應力 藍線藍線: 主張應力主張應力汶川地震汶川地震+玉樹地震引起的構造應力場玉樹地震引起的構造應力場 應用應用_ _汶川地震、玉樹地震對鄂爾多斯構造應力場擾動汶川地震、玉樹地震對鄂爾多斯構造應力場擾動40N35N105E110E115E 應用應用_ _汶川地震、玉樹地震對鄂爾多斯構造應力場擾動汶川地震、玉樹地震對鄂爾多斯構造應力場擾動結結 語語p實用性：不是一次性的純理論的概念模型，是一個持續(xù)為地震預測服務的實用技術平臺。1）具有對于研究區(qū)域內部新發(fā)生強震的快速響應以及震后應力應變場調整的分析能力；2）可以為華北地區(qū)年度地震活動趨勢預測會商提供具有地殼動力學含義的數(shù)值模擬分析成果；3）地殼動力學基礎理論研究。p可升級性：為了滿足持續(xù)性與實用性，該平臺應該是開放式的、可升級的，能夠隨著新的觀測數(shù)據(jù)的日益豐富，調整相關的模型參數(shù)和邊界條件，