正标的目的为垂直断层走 α为断层与测线夹角.

作者:dongke  发布日期: 2019-11-22  浏览次数:

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  第 卷 第 期 地 球 物 理 学 报 , 53 5 Vol.53 No.5 年 月 , 2010 5 CHINESE JOURNAL OF GEOPHYSICS Ma 2010 y 黄建平,石耀霖,李文静 从跨断层短基线不雅测计较地应变的方式切磋———以台地形变数据为例 地球物理学报, , . . 201053 (): , : / 5 1118 1126DOI10.3969 .issn.00015733.2010.05.012 ~ j , , — Huan JP ShiYL LiW J.Methodofstraincalculationbasedonthecrossfaultshortbaselineobservation takin the g g ( ), , (): , : / Tanshandeformationdataasanexam le.犆犺犻狀犲狊犲犑.犌犲狅犺狊. inChinese 2010 535 1118 1126DOI10.3969 . g p 狆狔 ~ j issn.00015733.2010.05.012 从跨断层短基线不雅测计较地应变的方式切磋 ———以台地形变数据为例 ,亚洲通手机版 12 1 3 黄建平 ,石耀霖 ,李文静 1中国科学院研究生院计较地球动力学沉点尝试室, 100049 2中国地动局地动预测研究所, 100036 3中国地动局第一监测核心台, 063001 摘 要 跨断层丈量是研究断层勾当特征的主要手段之一 本文引见了一种操纵台坐短基线不雅测,通过刚体模子、 . 弹性体模子和组合模子确定断层或断裂带附近应变的方式,并以地形变台材料为例进行对比阐发 通过对比 . 同时间段的位移和应变时间序列的变化幅度和趋向特征,认为组合模子更合适现实环境 同时,阐发了多条测段不 . 同组合环境下的模子计较成果,切磋了跨断层不雅测材料取区域 数据计较成果之间差别的缘由 并提出了基线 GPS . 过渡桩更可能位于断层东侧的认识. 环节词 断层模子,弹性模子,台,地形变 : / 中图分类号 收稿日期 , 收修定稿 DOI10.3969.issn.00015733.2010.05.012 P315 2009102220100205 j 犕犲狋犺狅犱狅犳狊狋狉犪犻狀犮犪犾犮狌犾犪狋犻狅狀犫犪狊犲犱狅狀狋犺犲犮狉狅狊狊犳犪狌犾狋狊犺狅狉狋犫犪狊犲犾犻狀犲狅犫狊犲狉狏犪狋犻狅狀 —狋犪犽犻狀 狋犺犲犜犪狀狊犺犪狀犱犲犳狅狉犿犪狋犻狅狀犱犪狋犪犪狊犪狀犲狓犪犿 犾犲 犵 犵 狆 , 12 1 3 , , HUANGJianPing SHIYaoLin LIWenJing , , , 1犔犪犫狅 犆狅犿 狌狋犪狋犻狅狀犪犾犌犲狅犱狀犪犿犻犮狊犌狉犪犱狌犪狋犲犝狀犻狏犲狉狊犻狋 狅 犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿 狅 犛犮犻犲狀犮犲狊 犅犲犻犻狀 100049犆犺犻狀犪 犳 狆 狔 狔 犳 狔 犳 犼 犵 , , , 2犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅 犈犪狉狋犺狌犪犽犲犛犮犻犲狀犮犲 犆犺犻狀犪犈犪狉狋犺狌犪犽犲犃犱犿犻狀犻狊狋狉犪狋犻狅狀 犅犲犻犻狀 100036犆犺犻狀犪 犳 狇 狇 犼 犵 , , , 3犜犪狀狊犺犪狀犇犲狅狉犿犪狋犻狅狀犛狋犪狋犻狅狀狅 狋犺犲犉犻狉狊狋犆狉狌狊狋犕狅狀犻狋狅狉犻狀 犆犲狀狋犲狉 犆犺犻狀犪犈犪狉狋犺狌犪犽犲犃犱犿犻狀犻狊狋狉犪狋犻狅狀 犜犪狀狊犺犪狀063001犆犺犻狀犪 犵 犳 犳 犵 狇 犵 犃犫狊狋狉犪犮狋 Crossfaultobservationisoneoftheim ortantmethodsinfaultmovementstud.Here p y , , amethodforstraincalculationusin afaultmodel elasticmodel andcombinationmodelis g , introducedbasedonthecrossfaultshortbaselineobservation andthecrustaldeformationdata fromTanshanstationistakenasanexam le.B com arisonoftheam litudesandtrendsofthe g p y p p dislacementandstrainwithinthesame eriod,thecombinationmodelistakenasthebest. p p , Meanwhile differentkindsofsementcombinationsareusedforthosemodelsandthereasonof g thedifferencebetweencrossfaultobservationandGPSisalsodiscussed.Anditma bemore y likelthattheconnectionbenchshouldbeontheeastsideofthefault. y , , , 犓犲狑狅狉犱狊 FaultmodelElasticmodelTanshanstation Crustaldeformation 狔 g 基金项目 国度天然科学基金项目( )和中国地动局地动预测研究所根基科研营业项目( )配合赞帮 0207690236 . 做者简介 黄建平,男,帮理研究员,中国科学院退职博士研究生,次要处置统计地动学和地动动力学模子研究 : .Emailhuanianin seis.ac.cn gj pg@ 5期 黄建平等:从跨断层短基线不雅测计较地应变的方式切磋———以台地形变数据为例 1119 带的中部次级地裂痕带正在十中院内发育数条走 向北东 40° 50°的地裂痕,将围墙、小等左旋错 1 引 言 ~ 断,最大错距 1.3m,据中国建建科学研究院勘测技 1) 大地形变丈量测定的地壳形变是地壳活动的一 术研究所探槽材料 ,地裂痕为慎密束状,高角度西 种外部,而地动则是地壳活动的一种特殊形式. 倾,呈挤压性质,东南侧阶梯状下降,累计垂曲错距 [,] [ ] 89 10 0.3m .据谢觉平易近等 研究成果认为,台坐不雅测 一般认为地动的孕育和发生是地壳内应力应变能量 到的地动后形变根基上能够代表 号断层(见图 5 1 的逐步堆集和快速过程,这一过程必然导致地 中 )正在地动后的勾当,也正在必然程度上了深 F5 壳内部和外表的外形变化 因而,地壳形变取地动之 . 部现伏断裂正在地动后的形变消息 台位于 . 间必定存正在某种形式的必然联系 跨断层不雅测是获 . 市南区原第十中学院内,丈量场地示企图及所处 取震前断层勾当消息的主要方式 断层形变丈量是 . 区域地质构制见图1. 通过间接测定勾当断层两侧参考点程度距离和相对 高差的细小变化来揣度断层两侧介质的三维活动, 从而确定断层的活动体例、活动速度以及两者随时 [] 间演变的过程 1 . 1966年邢台地动以来,我国对地形变不雅测和研 究进行了不懈的勤奋,初步建成了具有相当规模的 地形变监测系统,包罗断层形变台网正在内共 大台 8 网 截至到 岁尾,仅跨断层形变不雅测台坐有 . 2006 32 [] 1 个,跨断层形变不雅测场地约 处 然而,对这些 150 . 数据的操纵仍然很不充实 正在很多台坐仅仅给出原 . 始不雅测成果,即短基线长度变化或短水准高差变化, [,] 操纵它们的形态变化试图预告地动 23 .现实上,这 些不雅测包含了区域和断层带地球动力学过程和地动 孕育成长变化的贵重消息 我们该当充实地挖掘这 . 些物理消息,才能使我们从地动的经验预告逐渐发 图 台及区域构制、丈量场地示企图 1 展为物理预告 同时, 丈量给出的是较大区域 . GPS 三角暗示地形变台坐,井号暗示山西水 井,方块暗示赵各 2 [ ] 4 7 ~ 范畴内应变的平均成果 ,而跨断层短基线 庄体应变台 地质构制底图来自尤惠川等 左上角图中:暗示水 . . L 准,暗示基线,代表过渡桩,虚线暗示台坐所跨 号断层 能够反映断层两侧或断裂带内的应变情况,这两种 B C 5 . Fi.1 Reionaltectonicsandobservation 数据的分析阐发,无疑能够大大提高我们对地动孕 g g sitema ofTanshanstation 育成长过程的认识. p g TrianlemeanstheTanshanstation,# meanstheTanshan g g g 本文将以台坐数据为例,引见一种操纵台 wellandrectanleistheZhaoezhuan volumestrainstation. g g g [] 9 坐短基线不雅测确定断层或断裂带附近应变的方式, Thetectonicma isfromYouetal. .Inthetoleftcorner, p p : , : , : , : L Levelin B Baseline C Connection Dashedline 阐发分歧模子对台坐材料的合用环境,并将成果取 g Fault5whichcrossestheTanshanstation. g 区域 GPS材料计较成果进行对比和会商. 表 给出了台坐利用的仪器环境 台坐先后使 1 . 用过 种分歧类型的 系列的水准仪,仪器测 3 ZEISS 2 地动台区域概况 量精度不竭提高 图 给出了 年以来 个测段 . 2 1984 4 基线不雅测值时间序列. 年 月 日 级地动后,从分裂 1976 7 28 7.8 3 计较模子 )方鸿琪,王锺琦,赵树栋等 强震区地动工程地质研究 1 . . 1981 断层附近的变形十分复杂,但不妨简化为三种 1120 地 球 物 理 学 报( ) 卷 ChineseJ.Geohs. 53 py 图 地形变台气温及短基线 Airtem erature shortbaselineandlevelin timeserialsatTanshanstation g p g g 表 地动台不雅测项目及仪器环境一览表 线 犗犫狊犲狉狏犪狋犻狅狀狊犪狀犱犻狀狊狋狉狌犿犲狀狋狊狌狊犲犱犪狋犜犪狀狊犺犪狀狊狋犪狋犻狅狀 犵 本研究简化断层性质为走滑断层,对该前提下 不雅测项目 仪器名称 仪器精度 丈量方式 用三种模子做一简单的阐发. 气温 自计温度计 0.1℃ 模仿记实 3.1 刚性块体被断层切割模子 降雨 量筒 0.1mL 每日志录一次 假定断层两侧都是刚性块体,那么台坐不雅测数 Ni007 0.07mm 人工扶尺,仪器读数 据的变化就纯粹反映的是断层错动的消息 两个刚 . 短水准 Ni002 0.05mm 上午往测、下战书 性块体被一条断层切割,则需要测定的量为断层左 DiNi11 0.01mm 返测,求平均 侧相对左侧的错动矢量 ( ,, ) 是沿着断层 人工拉尺,人工读数 犝犝 犞犠 .犝 铟钢基线mm 晚上往测、返测,两头 的程度位移, 是垂曲断层的程度位移, 犞 犠 ( 长) 24m 不间断,求平均 是垂曲标的目的的位移 按照台的场地前提,可忽略 . 注: 按照上海隆强检测仪器设备无限公司(西安公司) ://  htt p 垂曲标的目的的变化 为此,需要最少两条跨断层基线测 . / / ? www.lxa.com docc ro.as ParentID=8 q p p 量 和 则能够获得: 犃犅 犃犆. 模子,见图 ()两个刚性块体被一个断层切割 3.1 . 犃犅 犝cos 犞sin, Δ = α+ α () 1 ()台坐位于平均形变场内,这又包罗两种可能的情 2 犃犆 犝cos 犞sin, Δ = β+ β 况:一是四周的地块是刚性的,应变集中发生正在一个 和 别离为 和 取断层的夹角 进而可 α β 犃犅 犃犆 . 断裂带内,断裂带内应变能够近似为平均应变场;另 以获得 犃犅cos 犃犆cos 一种可能是断层曾经完病愈合,取四周地块一同处 Δ β-Δ α 犝=- , cossin cossin α β- β α 于一个平均弹性应变场内 这两种景象均可用弹性 . Δ犃犅sin-Δ犃犆sinα β () 模子计较应变 ()台坐位于平均应变场内(能够是 犞= . 2 .3 cossin cossin α β- β α 平均应变的断裂带内或整个都是弹性地块),同时, 正在台,共有 条基线测段,则能够结合成立 4 图 三种分歧模子的示企图 3 ()刚性块体为断层切割模子;()测点位于平均形变场内;()测点位于弹性地块上,同时存正在线性断裂错动 a b c . Fi.3 Sketchofthreemodels g () ;() ; a Modelofriidblockscrossedb onefault b Modelofobservation ointsintheuniformdeformationfield g y p () c Modelofobservation ointsontheelasticblockcombinedwithlinearfaultmovement. p 5期 黄建平等:从跨断层短基线不雅测计较地应变的方式切磋———以台地形变数据为例 1121 方程组,如公式(),通过最小二乘求解 和 ,可 3 犝 犞 3.2 断裂带内平均持续变形模子 得断层活动形态的时间序列 再按照计较的 和 . 犝 犞 假设该地域没有可见较着的断层勾当,而是正在 代入()式取现实各测线不雅测值比力,能够计较各条 1 必然宽度的断裂带内持续变形,并且变形正在测网范 测线的残差. 围内是平均的,地形变丈量次要反映的是断裂带内 cos sin α α Δ犫12 烄 1 1烌 烄 烌 持续变形,即沿着断层的应变 ,垂曲断层走 ε 狓 犫23 cos sin 犝 α α Δ 2 2 () 向的应变 ,剪切应变 均为常量 按照公式()可 = . 3 ε γ . 4 ( ) 狔 犫34 cos sin 犞 Δ α α 3 3 以计较出沿着分歧标的目的测线的线 cos sin α α 烆 4 4烎 犔 ε+ε ε-ε Δ 狓 狔 狓 狔 γ 因为台坐日常不雅测值是两点间的距离,正在公式()的 ( ) ( ), cos2 sin2 ε α α = = + + 3 犪 犔 2 2 2 使用计较中,等号左边的距离变化取的是后面的不雅 () 4 测值取第 个数据点的差值,各个角度别离为各个 1 此中, 为基线长度相对于第 个不雅测时间的变 Δ犔 1 基线测段取断层的夹角,顺次为 , , 66°126°66° 化值, 为第 个不雅测时间的变化值, 为线 ε 和 这里的坐标系为断层坐标系,即 正标的目的为 犪 6°. 犝 沿着断层,指向东北, 正标的目的为垂曲断层走 α为断层取测线夹角. 犞 向,指向西北 假定断层的东南盘为不动盘,则 为 同第一模子,把四条丈量基线联立起来,按照公 . 犝 式()能够获得台坐不雅测反映的分歧标的目的的应变时 正时表白断层呈左旋活动, 为正时表白断层呈张 5 犞 性活动. 间序列. ( ) ( ) ( ) 1 cos2 1 cos2 sin2 + α - α α 烄Δ犫12烌 烄 1 1 1 烌 [] 2 2 2 犫121 ( ) ( ) ( ) 1 cos2 1 cos2 sin2 犫23 + α - α α Δ 2 2 2 ε 狓 烄烌 [] 犫231 2 2 2 () = ε . 5 狔 ( ) ( ) ( ) 犫34 1 cos2 1 cos2 sin2 Δ + α - α α 3 3 3 γ [] 烆烎 犫341 2 2 2 犫41 ( ) ( ) ( ) Δ 1 cos2 1 cos2 sin2 + α - α α 4 4 4 烆 []烎 烆 烎 犫411 2 2 2 正在现实计较中,公式()中的数据意义同公式() 所示 这里也同样采用断层坐标系 5 3. . . 为便利取其他数据计较成果的比力,还把断层 犔 犝cos 犞sin Δ - α- α = 犔 坐标系下的计较成果为地舆坐标系下,根据公 + - ε ε ε ε 狓 狔 狓 狔 ( ) γ ( ), () cos2 sin2 6 式()计较获得工具和南北两个标的目的的应变成果 + α+ α 6 . 2 2 2 若测段正在断层的一侧,则 和 的系数均为零 ε cos sin ε 犝 犞 . ew 狓 烄 烌 θ θ 烄烌 烄 烌 , () = 6 若是如许,就有 个待求参量,至多需要 个测 sin cos 5 5 ε - θ θ ε ns 烆 烎 狔 烆 烎 烆烎 段的不雅测数据 为处理这一问题,本研究挖掘了原始 此中 为断层坐标系扭转为地舆坐标系时扭转的角 . θ 的基线丈量记实,拾掇了通过过渡桩 的分段丈量 犆 度, -76°. 成果,从而获得了 个测段的原始记实,问题得以 6 3.3 组合模子———断裂带有变形,断层也有错动 处理. 现实不雅测材料的注释,需要既考虑断层的位错 别的,因为断层不成能是一条细线,则过渡桩犆 勾当,又考虑区域的弹性体勾当 假定断层一侧只发 . 该当处于断层的某一盘上 正在现实计较中,别离考虑 . 生了弹性变形,断层另一侧既有弹性变形又有断层 了 点正在断层西侧和断层东侧两种景象 当 点正在 犆 . 犆 错动 这时,断层位移和弹性应变的计较如公式() 断层西侧时, . 5 1122 地 球 物 理 学 报( ) 卷 ChineseJ.Geohs. 53 py ( ) ( ) ( ) 1 cos2 1 cos2 sin2 + α - α α 烄Δ犫1犆烌 烄 4 4 4 烌 0 0 [] 2 2 2 犫1犆1 ( ) ( ) ( ) 1 cos2 1 cos2 sin2 + α - α α Δ犫3犆 2 2 2 0 0 [] 2 2 2 犫3犆1 犝 烄 烌 ( ) ( ) ( ) cos sin 1 cos2 1 cos2 sin2 犫2犆 α α + α - α α Δ 4 4 4 4 4 犞 [] [] [] 犫2犆1 犫2犆1 犫2犆1 2 2 2 ε ; () = 狓 7 cos ( ) ( ) ( ) 犫4犆 sin 1 cos2 1 cos2 sin2 Δ α α + α - α α 2 2 2 2 2 ε [] [] [] 狔 犫4犆1 犫4犆1 犫4犆1 2 2 2 烆ε 烎 Δ犫12 ( ) ( ) ( ) 狓狔 cos sin 1 cos2 1 cos2 sin2 α α + α - α α 1 1 1 1 1 [] [] [] 犫121 犫121 犫121 2 2 2 Δ犫34 ( ) ( ) ( ) cos sin 1 cos2 1 cos2 sin2 α α + α - α α 3 3 3 3 3 烆 []烎 犫341 [] [] 犫341 犫341 2 2 2 烆 烎 当 点正在断层东侧时, 犆 ( ) ( ) ( ) 1 cos2 1 cos2 sin2 + α - α α 烄Δ犫4犆烌 烄 4 4 4 烌 0 0 [] 2 2 2 犫4犆1 ( ) ( ) ( ) 1 cos2 1 cos2 sin2 + α - α α Δ犫2犆 2 2 2 0 0 [] 2 2 2 犫2犆1 犝 烄 烌 ( ) ( ) ( ) cos sin 1 cos2 1 cos2 sin2 犫3犆 α α + α - α α Δ 4 4 4 4 4 犞 [] [] [] 犫3犆1 犫3犆1 犫3犆1 2 2 2 ε () = 狓 . 8 ( ) ( ) ( ) 犫1犆 cos sin 1 cos2 1 cos2 sin2 Δ α α + α - α α 2 2 2 2 2 ε [] [] [] 狔 犫1犆1 犫1犆1 犫1犆1 2 2 2 烆ε 烎 Δ犫12 ( ) ( ) ( ) 狓狔 cos sin 1 cos2 1 cos2 sin2 α α + α - α α 1 1 1 1 1 [] [] [] 犫121 犫121 犫121 2 2 2 Δ犫34 ( ) ( ) ( ) cos sin 1 cos2 1 cos2 sin2 α α + α - α α 3 3 3 3 3 烆 []烎 犫341 [] [] 犫341 犫341 2 2 2 烆 烎 为了便于分歧数据计较的成果可以或许进行比力,将 狓 和 两个标的目的的应变时间序列改变为地舆坐标系 狔 下的成果. 4 成果取阐发 图 给出了刚性模子假设下计较获得的断层位 4 移时间序列 沿着断层的位移 ,根基上为正, . 犝 申明断层一曲是左旋形态活动,最大变化幅度约 ,其阶段性的变化趋向比力较着 从 岁首年月 3mm . 1985 图 刚体模子计较获得的断层位移序列 4 到 岁尾为第 次快速增加期,年变速度约 1988 1 Fi.4 Dislacementtimeseriesfromtheriidmodel g p g /,之后从 岁首年月快速衰减到 年 0.475mm a 1989 1990 月份摆布,变化幅度 /,然后履历了 年 序列表示出来的阶段变化的趋向性特征又分歧于断 3 0.64mm a 2 多的时间起头了第 次快速上升期,一曲到 年 层上的位移序列 从 年起头到 年中, 2 1996 . 1984 1987 底,年变速度约 /,从 岁首年月起头快速 位移 根基上正在零线摆布震动,申明断层处于张 压的 0.40mm a 1997 犞  下降曲到 年 月份摆布,年变速度达到 调整期 之后履历了近 年的大幅年变跳动,起头了大 2003 6 . 3 /,履历了 年摆布大幅年变的振荡和 幅度的增加至 岁尾,年变速度为 /, -0.369mm a 2 1993 0.533mm a 2年摆布的平稳过渡,从 2008岁首年月似乎又起头了第 从 1994年起头到 2001岁首年月,连结不变,正在之后俄然 3次的快速上升期. 的大幅添加后( 年中期),大幅度快速下降,经 2003 而垂曲于断层的位移 ,也根基上为正,说 过了 年稍微的回升后从 岁首年月又起头大幅 犞 2 2007 明断层一曲是张性勾当,最大变化幅度为3mm,该 下降. 5期 黄建平等:从跨断层短基线不雅测计较地应变的方式切磋———以台地形变数据为例 1123 从弹性体模子看工具、南北及扭转应变的时间 时,从图 看到:沿着断层标的目的的应变为张性(正 5b 序列变化(图 ),能够发觉:工具向应变从 值),有显著的 个趋向性变化,即从 年 5a 1984 3 1984 1993 ~ ~ 年摆布,以张性应变为从(正值),从 年开 摆布应变迟缓添加, 年快速添加,履历 1990 1991 1994 1996 2 ~ 始至今,根基上是压性应变(负值),最大变化幅度达 年多时间不变后,从 1998 2003年快速下降,两头 ~ 到 -4 从 年,压应变快速添加,颠末 也有些许波动,从 年至今连结正在一个不变水 10 . 1991 1994 2005 ~ 了约 8年摆布的平稳期,正在 2002年又呈现了一次快 平;垂曲断层标的目的的应变大部门为张性,其趋向性变 速添加,正在 2003年下半年快速反向变化,目前处于 化取平行断层标的目的的应变有显著分歧,正在 1984~ 不变变化形态 南北向应变次要是张应变(正值),最 年应变是阶梯式的添加,从 年保 . 1993 1993 2001 ~ 大变化幅度约 -4,该变化趋向正在 年以前以 持不变正在一个程度, 年有大幅度波动, 10 1997 2002 2003 ~ 平稳上升为从,之后是小幅度下降(至 年),目 之后起头快速下降,正在短期( 年)的不变 2005 2004 2006

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