華北地殼動力學(xué)數(shù)值模型及應(yīng)用-陳連旺

1、中國地震監(jiān)測預(yù)報(bào)論壇 石家莊，2012.05華北地區(qū)地殼動力學(xué)三維數(shù)值模型華北地區(qū)地殼動力學(xué)三維數(shù)值模型的建立及應(yīng)用研究的建立及應(yīng)用研究（2009-20112009-2011地殼所重點(diǎn)基金課題）地殼所重點(diǎn)基金課題）陳連旺，詹自敏，陸遠(yuǎn)忠，等中國地震局地殼應(yīng)力研究所目目 錄錄 一、必一、必 要要 性性 二、目的與內(nèi)容二、目的與內(nèi)容 三、三、3D3D數(shù)值模型數(shù)值模型 四、初步應(yīng)用四、初步應(yīng)用 五、結(jié)五、結(jié) 語語必要性_973課題模型在汶川地震中的應(yīng)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(chǎn)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(qiáng)，形成了一個右旋走

2、滑的構(gòu)造加載作用。 龍門山斷裂帶西南段由于受到活動性較強(qiáng)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(jī)制轉(zhuǎn)變必要性_973課題模型在汶川地震中的應(yīng)用最大主壓應(yīng)力S1最小主壓應(yīng)力S3 汶川地震引起的應(yīng)力變化的極值達(dá)106Pa-107Pa量級，尺度大約長400km，寬100km；張性應(yīng)力增量壓性應(yīng)力增量，導(dǎo)致壓性背景構(gòu)造應(yīng)力卸載，總體應(yīng)力水平降低；必要性_973課題模型在汶川地震中的應(yīng)用華北地區(qū)應(yīng)力應(yīng)變場變化與華北地區(qū)應(yīng)力應(yīng)變場變化與地震孕震進(jìn)程綜合分析系統(tǒng)平臺地震孕震進(jìn)程綜合分析系統(tǒng)平臺大型數(shù)值模擬實(shí)

3、驗(yàn)大型數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)波速結(jié)構(gòu)波速結(jié)構(gòu)本構(gòu)關(guān)系本構(gòu)關(guān)系介質(zhì)參數(shù)介質(zhì)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(yīng)力場變化特征應(yīng)力場變化特征強(qiáng)震快速響應(yīng)強(qiáng)震快速響應(yīng)震后應(yīng)力調(diào)整震后應(yīng)力調(diào)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(qiáng)突發(fā)強(qiáng)震事件震事件強(qiáng)震之后強(qiáng)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(nèi)內(nèi)容容邊界條件邊界條件地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造一一個個平平臺臺三三個個應(yīng)應(yīng)用用地地殼殼動動力力學(xué)學(xué)基基礎(chǔ)礎(chǔ)理理論論研研究究 3D模型模型_ _地質(zhì)模型地質(zhì)模型 包含36條主要活動斷裂幾何范圍：大華北實(shí)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(jié)構(gòu)華北波速結(jié)構(gòu)(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(qiáng)度的選取地區(qū)地殼巖石強(qiáng)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(zhì)松弛時間空間分布地殼粘彈性介質(zhì)松弛時間空間分布 華北地區(qū)華北地區(qū)3D3D地殼動力學(xué)地殼動力學(xué)數(shù)值分析數(shù)值分析模型模型華北數(shù)值分析技術(shù)系統(tǒng)平臺模型254 156個單元，254 156組介質(zhì)屬性234 056個節(jié)點(diǎn) 有別于傳統(tǒng)的分塊賦屬性的方法，本項(xiàng)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(shí)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(shí)際情況。 應(yīng)用應(yīng)用_ _華北地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力華北地區(qū)構(gòu)造應(yīng)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(gòu)造應(yīng)力變化場的作用之中；2）壓性構(gòu)造應(yīng)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(yīng)力場與斷裂活動之間的關(guān)系，上述年變化特征，既有利于NE向斷裂的右旋走滑運(yùn)動，又有利于NW向斷裂的左旋走滑運(yùn)動。紅色：最大主張應(yīng)力藍(lán)色：最大主壓應(yīng)力北南 應(yīng)用應(yīng)用_ _郯廬帶庫侖破裂應(yīng)力累積速率分段特征郯廬帶庫侖破裂應(yīng)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(dá)5 KPa；郯廬帶南段的年累積速率最高，平均達(dá)6 KPa，最高值出現(xiàn)在南部； 應(yīng)用應(yīng)用_ _郯廬帶庫侖破裂

8、應(yīng)力累積速率分段特征郯廬帶庫侖破裂應(yīng)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(dá) 3 KPa；紅線紅線: 主壓應(yīng)力主壓應(yīng)力 藍(lán)線藍(lán)線: 主張應(yīng)力主張應(yīng)力玉樹地震引起的玉樹地震引起的構(gòu)造應(yīng)力場構(gòu)造應(yīng)力場汶川地震引起的汶川地震引起的構(gòu)造應(yīng)力場構(gòu)造應(yīng)力場 應(yīng)用應(yīng)用_ _汶川地震、玉樹地震對鄂爾多斯構(gòu)造應(yīng)力場擾動汶川地震、玉樹地震對鄂爾多斯構(gòu)造應(yīng)力場擾動紅線紅線: 主壓應(yīng)力主壓應(yīng)力 藍(lán)線藍(lán)線: 主張應(yīng)力主張應(yīng)力汶川地震汶川地震+玉樹地震引起的構(gòu)造應(yīng)力場玉樹地震引起的構(gòu)造應(yīng)力場 應(yīng)用應(yīng)用_ _汶川地震、玉樹地震對鄂爾多斯構(gòu)造應(yīng)力場擾動汶川地震、玉樹地震對鄂爾多斯構(gòu)造應(yīng)力場擾動40N35N105E110E115E 應(yīng)用應(yīng)用_ _汶川地震、玉樹地震對鄂爾多斯構(gòu)造應(yīng)力場擾動汶川地震、玉樹地震對鄂爾多斯構(gòu)造應(yīng)力場擾動結(jié)結(jié) 語語p實(shí)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(yù)測服務(wù)的實(shí)用技術(shù)平臺。1）具有對于研究區(qū)域內(nèi)部新發(fā)生強(qiáng)震的快速響應(yīng)以及震后應(yīng)力應(yīng)變場調(diào)整的分析能力；2）可以為華北地區(qū)年度地震活動趨勢預(yù)測會商提供具有地殼動力學(xué)含義的數(shù)值模擬分析成果；3）地殼動力學(xué)基礎(chǔ)理論研究。p可升級性：為了滿足持續(xù)性與實(shí)用性，該平臺應(yīng)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(diào)整相關(guān)的模型參數(shù)和邊界條件，