【摘 要】
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本文主要基于弹性均匀介质、弹性成层介质和粘弹性成层介质,通过计算三种不同位错模型(正断型、逆冲型和走滑型)产生的水平面和剖面上的位移场、主应力、面应力和库伦应力变化,分析和讨论上述地壳精细结构对同震及震后静态应力场的影响。研究内容主要包含以下几个方面:1.基于弹性均匀介质,通过模拟计算三种位错模型在水平面和剖面上产生的位移场、主应力、面应力和库伦应力变化,分析弹性均匀介质下位移场、主应力、面应力和
【基金项目】
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国家自然基金项目(41674055); 河北省地震科技星火计划项目(DZ20200827053、DZ20170109001); 河北省地震动力学重点实验室项目(FZ202105);
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本文主要基于弹性均匀介质、弹性成层介质和粘弹性成层介质,通过计算三种不同位错模型(正断型、逆冲型和走滑型)产生的水平面和剖面上的位移场、主应力、面应力和库伦应力变化,分析和讨论上述地壳精细结构对同震及震后静态应力场的影响。研究内容主要包含以下几个方面:1.基于弹性均匀介质,通过模拟计算三种位错模型在水平面和剖面上产生的位移场、主应力、面应力和库伦应力变化,分析弹性均匀介质下位移场、主应力、面应力和库伦应力变化的形成机理,总结并给出有限断层周围物质的运动规律和应力状态等同震静态应力场的基本特征。主要得到:三种位错模型在水平面上的主张应力和主压应力,可以看作条形磁铁形成的磁场形态;水平面应力呈现以震中为原点的中心对称形态;走滑型位错模型的库伦应力变化呈现八花瓣样式分布,以走向和倾向为轴的直角坐标系的4象限中,近处与远处的库伦应力变化相反;当有限断层的矩心深度不同时,静态应力场并不是随矩心深度的简单平移。2.基于不同深度、不同厚度的低速层或高速层等多种弹性成层介质,通过模拟计算正断型和走滑型位错模型在水平面和剖面上产生的位移场、主应力、面应力和库伦应力变化,分析和讨论弹性成层介质对同震静态应力场的影响。得到:对地表的振幅和水平位移大小来讲,与均匀介质时相比,低速层对其有放大作用,高速层对其有减弱作用。低速层厚度增加对其有放大作用,高速层厚度增加对其有减弱作用(除震中上方较小区域内);低速层下移对其有减弱作用,高速层下移对其有放大作用。对于正断型地震在地表的垂直位移来讲,与均匀介质时相比,低速层对震中附近隆升区域和远离震中的沉降区域有放大作用;高速层对震中附近沉降区域和远离震中的隆升区域有放大作用。低速层厚度的增加和高速层厚度的增加使上述放大作用继续增强。低速层的下移使上述放大作用增强,高速层的下移使上述放大作用减弱。对于走滑型地震在地表的垂直位移来讲,与均匀介质时相比,低速层(高速层)对距离震中较近处的垂直位移有减弱(放大)作用,对距离震中较远处的垂直位移有放大(减弱)作用;低速层(高速层)的下移对地表的垂直位移有放大(减弱)作用。当低速层和高速层与有限断层重叠时,矩心深度上的主应力和面应力变化较大;剖面上,低速层对其所在深度上的面应力和库伦应力变化有减弱作用,高速层对其所在深度上的面应力和库伦应力变化有放大作用。3.基于含有3种低速层和高速层的粘弹性成层介质,通过模拟计算正断型和走滑型位错模型的同震及震后位移场、主应力、面应力和库伦应力变化的时空分布,给出粘弹性介质对震后准静态应力场时空分布的影响。得到:粘弹性介质对水平位移的方向基本没有影响,对水平位移的大小有放大作用。对震中附近的隆升区域有放大作用,对远离震中的沉降区域有放大作用。粘弹性介质对面应力和库伦应力变化有放大作用。同震时震中的库伦应力有较大卸载,但是震后短时间内震中库伦应力变化有所恢复,即除去同震的库伦应力变化后,震中的库伦应力变化是正的,这对于余震应力触发的研究有重要意义。4.基于粘弹性成层地壳模型,通过计算2017年九寨沟地震(走滑型地震)和2015年皮山地震(逆冲型地震)产生的同震及震后静态应力场的时空分布,从实际震例和模拟计算两方面,互相印证本文结果的合理性。同时结合九寨沟地震,使用粘弹性介质下的库伦应力变化时空分布,得到较短时间尺度上主震对余震具有显著应力触发作用。
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