华北地壳动力学数值模型及应用-陈连旺

中国地震监测预报论坛

石家庄，2012.05华北地区地壳动力学三维数值模型的建立及应用研究（2009-2011地壳所重点基金课题）陈连旺，詹自敏，陆远忠，等中国地震局地壳应力研究所目录一、必要性二、目的与内容三、3D数值模型四、初步应用五、结语○必要性_973课题模型在汶川地震中的应用在初始破裂处施加纯逆冲地震位错在断裂带东北段则产生了几乎平行于断层走向的位移矢量场，垂直于断层走向的位移分量很小，位移场的一致性很强，形成了一个右旋走滑的构造加载作用。龙门山断裂带西南段由于受到活动性较强的鲜水河断裂带、安宁河断裂带和大凉山断裂带的阻挡控制作用，位移矢量方向较杂乱，位移场一致性较差；○有利于主破裂向东北方向传播有利于向走滑型震源机制转变必要性_973课题模型在汶川地震中的应用最大主压应力S1最小主压应力S3汶川地震引起的应力变化的极值达106Pa-107Pa量级，尺度大约长400km，宽100km；张性应力增量>压性应力增量，导致压性背景构造应力卸载，总体应力水平降低；必要性_973课题模型在汶川地震中的应用华北地区应力应变场变化与地震孕震进程综合分析系统平台大型数值模拟实验波速结构本构关系介质参数边界条件变化华北地区年度应力场变化特征强震快速响应震后应力调整华北地区年度地震趋势会商断裂活动地震事件加卸载突发强震事件强震之后快速震情形势分析目的与内容边界条件地质构造一个平台三个应用地壳动力学基础理论研究3D模型_地质模型

包含36条主要活动断裂几何范围：大华北实现了地形起伏的三维建模3D模型_弹性常数的确定—华北波速结构(据Huangetal，2009)(据臧绍先等，2002)3D模型_华北地区地壳岩石强度的选取第5层第6层图1.3.5三维有限元模型粘弹性松弛时间空间分布图3D模型_华北地壳粘弹性介质松弛时间空间分布

华北地区3D地壳动力学数值分析模型华北数值分析技术系统平台模型254156个单元，254156组介质属性234056个节点

有别于传统的分块赋属性的方法，本项目建立的模型与以往模型最重要的区别在于将物性参数赋值到每个单元之上，这种方法实现了物性参数较为连续的变化，相对来说更为精确，所建立的模型也更为接近实际情况。

应用_华北地区构造应力年变化场图像

①②③④⑤⑥⑦⑧⑨N40°N35°E110°E115°°°E120°N38°1）华北地区现今主要处于一种张性构造应力变化场的作用之中；2）压性构造应力场在NNW-SSE方向上正在减小，减小的平均量级约为6kPa·a-1

；在NEE-SWW方向仍在增大，增大的平均量级约为3kPa·a-1。3）分析应力场与断裂活动之间的关系，上述年变化特征，既有利于NE向断裂的右旋走滑运动，又有利于NW向断裂的左旋走滑运动。红色：最大主张应力蓝色：最大主压应力北南

应用_郯庐带库仑破裂应力累积速率分段特征郯庐带北段的年累积速率次高，平均达5KPa；郯庐带南段的年累积速率最高，平均达6KPa，最高值出现在南部；

应用_郯庐带库仑破裂应力累积速率分段特征郯庐带渤海段、中段的年累积速率相对较低，平均达3KPa；红线:主压应力

蓝线:主张应力玉树地震引起的构造应力场汶川地震引起的构造应力场

应用_汶川地震、玉树地震对鄂尔多斯构造应力场扰动红线:主压应力

蓝线:主张应力汶川地震+玉树地震引起的构造应力场

应用_汶川地震、玉树地震对鄂尔多斯构造应力场扰动40°N35°N105°E110°E115°E

应用_汶川地震、玉树地震对鄂尔多斯构造应力场扰动结语实用性：不是一次性的纯理论的概念模型，是一个持续为地震预测服务的实用技术平台。1）具有对于研究区域内部新发生强震的快速响应以及震后应力应变场调整的分析能力；2）可以为华北地区年度地震活动趋势预测会商提供具有地壳动力学含义的数值模拟分析成果；3）地壳动力学基础理论研究。可升级性：为了满足持续性与实用性，该平台应该是开放式的、可升级的，能够随着新的观测数据的日益丰富，调整相关的模型参数和边界条件，不断完善现有的技术系统。结语未来工作：建立不同空间尺度的3D地壳动力学数值模型：大尺度：