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断层与青藏高原运动变形和地震震源性质的关系

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文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 断层在青藏高原运动变形中的影响

1.1.1 断层在青藏高原运动变形中的作用及研究意义

1.1.2 青藏高原区域运动场和断层的观测现状和存在的问题

1.1.3 青藏高原运动变形与断层状态的关系的定量研究

1.1.4 本文的研究设想

1.2 地震震源性质、活动性以及其与断层的关系

1.2.1 近期发生的破坏性地震

1.2.2 地震的震源参数、活动性的研究现状

1.2.3 大地震震源性质的研究

1.2.4 研究断层和地震活动关系的意义

1.2.5 断层和地震活动关系的研究现状

1.2.6 本文对地震性质及其和断层构造关系研究的设想

1.3 小结

1.4 参考文献

第二章 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

2.1 研究背景

2.1.1 青藏高原的构造特征

2.1.2 地壳形变的观测方法

2.1.3 GPS测量青藏高原地壳运动

2.2 基于GPS观测的地球动力学研究

2.2.1 研究历史和现状

2.2.2 青藏高原隆升动力学机制的研究

2.3 理论和有限元模型

2.3.1 建模的基本设想

2.3.2 青藏高原及临近地区各子块体的地球物理和地质特征

2.3.3 模型几何构架的说明

2.3.4 数值模拟的控制方程和计算方法

2.3.5 有限元网格模型

2.3.6 数据和边界条件

2.4 结果及分析

2.4.1 速度场结果

2.4.2 青藏高原及周边区域数值模拟应力场

2.5 结论和讨论

2.6 参考文献

第三章 大地震的震源性质及其与断层构造的关系

3.1 印尼周边大地震的板块构造背景和动力学状态

3.1.1 印尼附近的三个大地震的概况

3.1.2 Sumatra-Andaman地震的板块构造背景和破裂状态

3.2 大地震震源参数研究的困难和解决办法

3.2.1 大地震震源参数研究的迫切性和困难

3.2.2 当前的解决办法

3.3 利用高频PLD反卷积格林函数法研究大地震的破裂过程

3.3.1 研究方法

3.3.2 数据处理和结果

3.4 结果和讨论

3.5 参考文献

第四章 2005/11/27九江地震震源参数及与断层构造的关系

4.1 九江地震的概况和研究目的

4.2 研究方法

4.2.1 震源反演的研究历史和方法

4.2.2 接收函数与地壳模型

4.2.3 理论地震图模拟(F-K算法和并行实现)

4.3 研究九江地震震源机制解用到的数据

4.4 反演结果分析

4.4.1 近震和远震震源机制解

4.4.2 反演结果与余震分布的比较以及其与地质构造的关系

4.5 结论与讨论

4.6 参考文献

第五章 新疆于田7.3级地震的震源机制和断层应力场研究的研究设想和初步分析

5.1 发震背景和研究意义

5.2 研究现状和分析

5.3 初步研究结果

5.3.1 初步的断层破裂反演结果

5.3.2 初步的静态库伦破裂应力场计算结果

5.3.3 同震形变场的初步分析

5.3.4 初步的震后应力场计算结果和余震随时间变化的关系

5.4 小结和讨论

5.4.1 小结

5.4.2 讨论

5.5 参考文献

第六章 总结与讨论

6.1 断层的非连续运动在青藏高原现代运动场和应力场的作用

6.2 地震震源性质、发震机制以及其与断层活动和构造的关系

6.2.1 利用高频P波包络,结合经验格林函数,确定印尼附近三次大地震的震源破裂时间和破裂过程

6.2.2 结合近震和远震波形,反演2005/11/26江西九江地震的震源机制解,并分析同地质构造的联系

6.2.3 新疆于田7.3级地震的震源机制及其对周边断层应力场的影响

6.3 讨论与展望

6.4 参考文献

致谢

博士后阶段发表和待发表的论文

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摘要

断层在青藏高原演化中起着非常重要的角色,甚至控制着高原的演化和变形机制,然而对断层非连续性作用的定量分析仍然相当缺乏。此外,断层与地震震源特性以及孕育过程之间有着非常紧密的关系,通过对地震特性的研究,分析断层的影响,则可以为我们提供地震的孕育和触发机制以及震后应力和变形场的信息,对于地震预测和破坏性评估等都有极为重要的意义。因此本文主要研究了断层的性质与青藏高原动力学以及地震震源和构造应力场的关系。
   首先,建立了青藏高原现代变形场的二维有限元模型。为了定量分析断层构造在青藏高原变形和应力场中的影响,我们将青藏高原的几个主要断层分别视为连续性边界和非连续性接触面建立不同模型。然后,利用GPS观测得到的速度场对模型进行约束,从而得到了连续性和非连续性运动两类模型的模拟结果。通过对模拟结果与观测运动场以及应力场的比较,我们发现,断层在青藏高原的运动变形场中主要有以下几个作用:1)增大了青藏高原物质外流的趋势,使得青藏高原物质更容易的沿着几个活动断裂带向外逃逸,特别是东部地区;2)导致了不同块体间运动状态的跳变,使得断层两侧的物质运动有很大不同;3)改变了青藏高原内部的应力场分布,导致羌塘东部和西部地区出现的拉张应力;4)决定了青藏高原主要地震带的地震活动性分布。
   其次,利用地震学方法和力学手段,分析了近年发生的几个主要地震的震源特性;结合断层构造信息,分析了地震震源特性与断层的关系。我们首先分析了印度洋地区近几年发生的三个巨大的灾害性地震。我们采用高频包络方法消除后续波的影响,利用震源发生区域的余震或者前震的高频包络作为经验格林函数(EGF)消除高频干扰的影响,采用投影Landweber反卷积(LPD)方法得到主震的相对震源时间函数(RSTF)。根据EGF和RSTF的信息,我们快速确定这三次大地震的持续时间和破裂速度:Sumatra地震持续时间为550s,速度约为2.4km/s;Nias地震的分别为110s和2.8km/s; Java地震的为150—190s,速度为1.1~1.3km/s,意味着该地震为一个慢地震。此外,我们还提出了高频震级的概念,按照该震级,Sumatra、Nias和Java地震的震级分别为Mh9.3,Mh8.6和Mh7.2,非常接近矩震级,但是计算速度快得多。Java地震的Mh比Mw小,也意味着此地震为一个慢地震,容易激发海啸。
   我们还对2006年11月26日九江-瑞昌地震进行了研究。通过将近震波形中的体波和面波分开反演(CAP),我们得到了近震波形反演的震源机制解。由于近震波形对于深度不如远震敏感,所以采用近震远震联合反演的方法同时确定地震的深度和震源机制。反演结果表明地震的strike,dip和rake角分别为345°,40°和50°,震级为Mw5.1,震源深度为10.5±1km。通过比较断层构造、余震分布和地质背景,我们认为此次地震可能发生在郯庐断裂带的南部延伸上,表明郯庐断裂带跨过长江,并且和大别山造山带一起决定了该地区的地震孕育过程。为了进一步分析地震与断层的关系,我们对2008年3月20日发生在新疆于田地区的Ms7.3级地震进行了初步分析。研究发现,此次地震主震为以正断层为主,带有少量左旋走滑的地震,地震由两个主要事件构成。基于地震的破裂滑移模型,我们计算了地震的同震和震后库伦破裂应力场,通过和余震分布的比较我们发现此次地震的余震分布震中较深,在15—20km,延伸至30km左右。这表明该地区的地壳较冷,可能在一定程度上保存了俯冲带的残迹。
   总之,通过对青藏高原动力学的有限元模拟,以及对地震震源性质和应力场的分析,了解了断层在动力学和地震学中的影响,为下一步的大陆动力学和地震震源性质的研究打下了基础。

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