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汶川Ms8.0地震前近震源区形变熵率变化研究

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汶川Ms8.0地震前近震源区形变熵率变化研究

作者：曹景鹏中国地震局地震预测研究所

学位级别：硕士

2008年5月12日下午2点28分，在四川省汶川县发生Ms8.0级强烈破坏性地震，沿龙门山中央断裂以及前山断裂形成总长约330km的地表破裂带，伴有4～6m的同震垂直位移以及3～5m的右旋水平位移。这次地震滑动速度低、复发周期长、震级大破坏力... 详细信息

2008年5月12日下午2点28分，在四川省汶川县发生Ms8.0级强烈破坏性地震，沿龙门山中央断裂以及前山断裂形成总长约330km的地表破裂带，伴有4～6m的同震垂直位移以及3～5m的右旋水平位移。这次地震滑动速度低、复发周期长、震级大破坏力强，且发生在内陆地区，为罕见的高角度逆冲型右旋强震，引起国内外学者的广泛关注。该次地震与以往震例不同，根据以往震例总结研究，前兆异常的项目、种类、密度、幅度、持续时间、分布范围等，通常会随着潜在地震震级的增大而增大，即在汶川地震前应能观测到显著的形变异常信息。震前震源区周围有一定数量的形变观测手段（GPS、地倾斜、体应变、水准观测等），且观测到了一些中长期形变异常信息，但是震前未观测到显著的短期前兆异常信息。利用汶川地震近震源区形变观测数据，借助信息熵理论，本文重点分析了汶川地震前近震源区形变熵率变化，模拟了震前断层扩展引起的地倾斜变化，结合前人对龙门山断裂带地质特征、区域构造演化、地球动力学特征和运动学特征研究结果，对汶川地震前近震源区的形变分布做出了一定的解释。本文的研究工作和结果主要包括以下部分：1.信息熵理论的提出，是熵概念的进一步发展，解决了信息的定量描述问题。自然科学和社会科学中的各类随机事件的不确定性或无序性都可以用信息熵概念来描述;其被广泛运用在地震研究工作中，具有不可估量的意义。本文引入形变信息熵概念来研究震前形变机理。2.收集汶川地震近震源区和外围区的形变观测资料（地倾斜和跨断层水准资料），研究各观测资料所反映形变信息的相似性和差异性，研究时间-空间分布特征。3.收集龙门山断裂带的相关研究资料，深入了解龙门山断裂带的地质特征、区域演化特征、动力学及运动学背景。龙门山断裂带地处南北地震带，青藏块体与四川盆地交界处，呈SW-NE展布，由一系列大致平行的叠瓦状冲断带构成，具有前展式发育特点的逆冲推覆构造带，其最大主应力方向为北西西-南东东向到近东西向。根据龙门山断裂带第四纪活动特征，将龙门山断裂带分为南北两段，SW段地貌反差强烈，山高谷深，与成都平原界限分明，地貌反差大，而NE段断裂两侧高差较小。受印度板块北推及西伯利亚刚性块体的阻挡，使青藏块体不断隆升地壳增厚，壳内温度上升，物质向东西两端迁移，东部受到川西盆地的阻挡，物质堆积，部分向南北运移。本文认为龙门山断裂带地质构造特征、动力学及运动学特征等有利于应力的持续积累，为大震的孕育发生提供良好的孕育环境。4.熵理论计算，并根据地震观测资料，利用MATLAB软件，编写相关程序。程序功能包括：1)各观测资料的熵率计算，结果数据保存及绘图。2)不同窗长和步长下的熵率计算，得到不同窗长及步长的熵率结果及图形特点。3)数据拟合及残差熵率计算。4)倾斜观测资料NS和EW向的模值熵率计算。5)不同维数的熵率计算，统计其规律。6)各台站形变熵率的时间-空间分布特征。综合分析汶川地震不同阶段的熵率变化特征及其空间分布特征，发现位于震中的汶川台震前4年处于持续减熵状态，震前达到最低，且震前位于断裂带东南向的雅安台和峨眉交大台也出现震前减熵现象，而位于位于震中外围的茂县、松潘、姑咱、康定、地龙井、马兰山等台站均表现为震前增熵。从空间分布特征来看，震中区的汶川台震前熵值最低，雅安、峨眉次之。5.针对汶川地震前的形变熵率时空分布特征，从以下两方面对其时空分布特征做出合理解释1）分析观测资料方差变化及速度变化观测数据不同时间段内的方差变化，反映了数据偏离中心值的程度。方差越大，数据越发散、无序，熵值越大;反之，方差越小，数据越集中、有序，熵值越小。观测资料的速度变化，也即是对观测资料做差分处理，然后求取不同时间段内的速度方差。速度变化反映了观测资料变化量的变化，变化量的期望越小，方差越小，则熵值越小。2）根据前人对龙门山断裂带的研究，其震前水平向缩短极小，几乎处于“闭锁”阶段;因此本文提出了断层滑动扩展模型，即断层上下盘保持不动，断层上存在一滑脱断层块，在应力作用下其沿断层扩展。然后根据Frankpress提出的震前形变数值模拟方法，重点模拟了滑动扩展过程中汶川台的地倾斜变化，最后综合龙门山断裂带的地质特点来对震前熵率的空间分布特征进行解释。

关键词：汶川地震龙门山断裂带形变熵地倾斜滑动扩展模拟

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1996年顺义地震的背景及其含义

地震地磁观测与研究 1998年第3期19卷 16-21页

作者：吕培苓王慧敏吕梅梅中国地震局分析预报中心

针对１９９６年１２月１６日北京顺义４级地震发生的地震活动背景及其主要地震学前兆进行了研究。从地震预报角度，对北京地区中等有感地震发生前后的地震对策做了探讨。

关键词：顺义地震地震学地震对策地震前兆

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强化后勤工作管理促进科研事业发展

中国机关后勤 2006年第3期 33-34页

作者：何德超中国地震局物探中心

近年来，中国地震局物探中心以“三个代表”的重要思想为指导，认真学习十六届五中全会精神，全面贯彻落实科学发展观，正确处理科研与后勤工作的关系，并把后勤工作作为一项重要任务来抓，强化管理，不断提高后勤工作的服务水平和服务... 详细信息

近年来，中国地震局物探中心以“三个代表”的重要思想为指导，认真学习十六届五中全会精神，全面贯彻落实科学发展观，正确处理科研与后勤工作的关系，并把后勤工作作为一项重要任务来抓，强化管理，不断提高后勤工作的服务水平和服务质量，为物探中心科研事业的协调发展起到了积极的推动作用。

关键词：科研事业发展后勤工作工作管理 “三个代表” 五中全会精神服务质量科学发展观重要思想强化管理协调发展

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中国地震速报台网走时残差分析与走时修正

地震地磁观测与研究 1998年第4期19卷 48-54页

作者：薛峰赵永王斌中国地震局分析预报中心

使用了３０个速报台站的观测数据，计算了１００多个中国境内外的地震事件初至波走时残差。在此基础上分析各台所记录的所有地震事件的残差随方位角和震中距的分布，及产生这些残差的地球深部非流体静力平衡状态和地球表面构造等方面的... 详细信息

使用了３０个速报台站的观测数据，计算了１００多个中国境内外的地震事件初至波走时残差。在此基础上分析各台所记录的所有地震事件的残差随方位角和震中距的分布，及产生这些残差的地球深部非流体静力平衡状态和地球表面构造等方面的原因，并给出了不同区域地震走时的平均校正值，从而提高了地震定位精度。

关键词：地震定位走时残差校正值地震预报地震台网

利用主动震源检测汶川地震余震引起的浅层波速变化

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中国地震 2009年第3期25卷 223-233页

作者：王伟涛王宝善葛洪魁陈颙袁松湧杨微李宜晋中国科学技术大学合肥市230026 中国地震局地球物理研究所北京100081 中国地震局北京100036

为了监测汶川地震后断裂带附近的波速变化,2008年6月,我们利用快速响应探测系统,在龙门山断裂带北端进行了为期3周的连续观测实验。实验使用电动落锤作为主动震源,GPS连续同步授时的高精度数采作为接收系统。利用记录到的高时间精度观... 详细信息

为了监测汶川地震后断裂带附近的波速变化,2008年6月,我们利用快速响应探测系统,在龙门山断裂带北端进行了为期3周的连续观测实验。实验使用电动落锤作为主动震源,GPS连续同步授时的高精度数采作为接收系统。利用记录到的高时间精度观测数据,结合互相关时延检测技术,计算了P波和面波走时的相对变化,来表征地下波速的变化。我们观测到两次面波波速的异常变化,变化幅度最高达到2%,远远大于气压变化所能引起的波速变化。结合该时段内地震活动记录,我们认为面波的波速变化是由在附近发生的两次地震事件的同震效应引起的,该观测结果同理论计算结果相符。

关键词：汶川地震波速变化主动震源高精度测量同震效应

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基于能量的地震烈度速报系统方法研究

基于能量的地震烈度速报系统方法研究

作者：姜顺泉中国地震局工程力学研究所

学位级别：硕士

自上世纪九十年代以来，国内外基于实时数字监测台网的地震烈度速报技术迅速发展。实时地震烈度速报技术在全球主要地震多发地区，如美国，日本，墨西哥，中国台湾已趋于成熟。地震烈度速报，即地震发生后通过对监测台网记录数据的即时... 详细信息

自上世纪九十年代以来，国内外基于实时数字监测台网的地震烈度速报技术迅速发展。实时地震烈度速报技术在全球主要地震多发地区，如美国，日本，墨西哥，中国台湾已趋于成熟。地震烈度速报，即地震发生后通过对监测台网记录数据的即时处理在几分钟至几十分钟之内快速得到地震影响区域的烈度分布情况，为判断地震对不同区域的破坏严重程度提供依据。目前国内外烈度速报系统的计算原理，均采用地震记录峰值加速度PGA或等效峰值加速度Ap等地震动参数与烈度的统计关系式;这些参数受地表土层影响显著，由基岩台站地震记录数据得到地表地震动峰值参数必须考虑土层放大作用，但是不同场地条件下土层放大作用影响并不一致。本文尝试从不同于现有速报系统基于力的设计应用理念，由能量的角度提出能量参数概念，该参数E v2(t)dt充分利用了整条地震记录数据，同时考虑地震动幅值与持时的影响，土层放大作用的不一致影响被相对削弱。作为现有速报系统的补充完善，基于能量参数的烈度速报系统是本文的最终目标。本文首先详细介绍了由地震监测台网各台站仪器保存的地震记录数据求能量参数的方法，进而通过日本、汶川余震等总计8183台次的测震记录统计分析得到了能量参数与仪器烈度的经验关系式I1.397lg E (v2)4.088;为了验证该统计关系式，本文由单台烈度计算和区域插值烈度分布图两个方面将能量参数对应求得的结果与由福建省地方标准《DB35/T1308‐2012地震仪器烈度表》求得的结果进行了对比分析，通过一系列典型震例验证了基于能量原理的地震烈度速报系统的可行性。最后，本文根据点源地震各观测台站P波、S波到时规律，由现有两个震例的记录数据模拟了地震过程中地震累积能量分布的动态变化，结果表明本文的能量参数能较好地反映地震过程中地震能量分布的动态过程。

关键词：监测台网地震烈度速报 PGA 等效峰值加速度能量参数

加载破裂和卸载破裂的焦散阴影区动态特征的实验研究

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地震学报 2002年第2期24卷 186-195页

作者：许昭永杨润海赵晋明王赟赟熊秉衡王正荣梅世蓉云南省地震局中国昆明650041 昆明理工大学激光研究所中国昆明650051 中国地震局分析预报中心中国北京100036

以实时全息干涉计量方法和焦散阴影光学法 ,用有机玻璃试样直观、形象地研究加载过程和卸载过程破裂时的应力 (应变 )场、塑性区或成核区 (阴影区 )不同地动态特征变化 .结果发现 ,在低应力时 ,预制裂缝端点先出现应变核 (条纹密集区 ) ... 详细信息

以实时全息干涉计量方法和焦散阴影光学法 ,用有机玻璃试样直观、形象地研究加载过程和卸载过程破裂时的应力 (应变 )场、塑性区或成核区 (阴影区 )不同地动态特征变化 .结果发现 ,在低应力时 ,预制裂缝端点先出现应变核 (条纹密集区 ) ,进而形成焦散阴影区 .这些核和阴影区会随荷载增加变大 ,随卸载而减小 .在一定的压力范围内重复加载卸载 (循环加载 ) ,焦散阴影区则反复增大缩小 ;但在高应力时 ,尤其在将出现大破裂时 ,加载和卸载的焦散阴影区变化是不可逆的 ,其变化也完全不同 .加载破裂时的焦散阴影区由慢到快迅速扩展 ;而卸载时的焦散阴影区则扩展较慢。

关键词：加载破裂卸载破裂焦散阴影区动态应力场地震预测有机玻璃

考虑悬链线机制RC框架结构抗连续倒塌能力研究

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考虑悬链线机制RC框架结构抗连续倒塌能力研究

作者：滕楠中国地震局工程力学研究所

学位级别：硕士

建筑结构在其使用过程中,极可能遭遇极端荷载,如地震、爆炸、冲击,不可避免地造成建筑结构局部损伤或者破坏,从而极可能导致大规模结构破坏或连续倒塌的连锁反应,如英国的Ronan Point公寓和美国的世界贸易中心。目前普通建筑结构一般不... 详细信息

建筑结构在其使用过程中,极可能遭遇极端荷载,如地震、爆炸、冲击,不可避免地造成建筑结构局部损伤或者破坏,从而极可能导致大规模结构破坏或连续倒塌的连锁反应,如英国的Ronan Point公寓和美国的世界贸易中心。目前普通建筑结构一般不采用抗连续倒塌设计,且国内外对三维RC框架结构抗连续倒塌机理研究甚少。已有的试验研究和理论分析表明:抗连续倒塌机制由梁机制发展至空腹桁架机制,最后发展至材料强非线性以及几何大变形的悬链线机制。然而现有模型未能很好的考虑悬链线机制。本文研究的目的是通过试验与数值分析相结合的方法,研究RC框架结构竖向连续倒塌破坏机理,揭示RC框架结构竖向连续倒塌强非线性反应的特征和规律,为RC框架结构抗连续倒塌设计提供理论依据,发展RC框架结构竖向连续倒塌的模拟方法,开发一种可以考虑悬链线机制的抗连续倒塌分析模型。主要工作包括:(1)以漩口中学教学楼为原型结构,设计了3个单层2×2跨1/3缩尺模型。包括2个带楼板子结构和1个纯框架子结构。通过拟静力加载试验研究RC框架结构在拆除中柱状态下的连续倒塌破坏过程,分析了子结构的力-位移关系受力机理和关键截面的应变发展规律。(2)对比分析了带楼板子结构与纯框架子结构试验结果,考虑楼板与纯框架相比,梁机制峰值承载力提高了145%,悬链线机制峰值承载力提高了75%。楼板显著提高了梁机制和悬链机制的承载能力,提高了结构的抗连续倒塌能力。(3)研究了板厚对结构抗连续倒塌能力的影响,增加板厚会导致楼板刚度大大增加,增加了梁板“压拱效应”,极大提高了梁机制承载力,然而大变形下梁板开始不协同作用,板发生冲切破坏,降低了悬链线阶段的承载力和延性。(4)利用OpenSees平台,开发出一种考虑悬链机制RC框架结构连续倒塌分析模型:基于共旋坐标法的力插值纤维单元。基于共旋坐标法的力插值纤维单元的优点是在坐标转换中考虑几何非线性,在局部坐标系内考虑材料非线性,从而实现单元中材料非线性和几何非线性完全分开考虑。经过两个算例的验证,证明本文开发的连续倒塌分析模型能够较准确的模拟RC框架结构连续倒塌的梁机制和悬链机制,梁机制阶段主要是材料非线性起控制作用,悬链线机制阶段主要是几何非线性起控制作用。

关键词： RC框架结构连续倒塌抗力机制薄膜效应 OpenSees 纤维单元

青藏高原班公—怒江缝合带现今运动状况的GPS观测研究

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吉林大学学报（地球科学版） 2010年第6期40卷 1496-1502页

作者：肖根如甘卫军陈为涛程佳中国地震局地质研究所/地震动力学国家重点实验室北京100029 东华理工大学测量系江西抚州344000 中国地震台网中心北京100045

利用青藏高原改则地区一条跨越班公—怒江缝合带的10站GPS剖面在2007—2009年的3期流动观测资料,采用自洽的统一参考框架方法分析研究了改则地区的现今地壳差异运动,得出该区域现今地壳应变率以南北向挤压为主,量值达(104.0±28.6)×10-... 详细信息

利用青藏高原改则地区一条跨越班公—怒江缝合带的10站GPS剖面在2007—2009年的3期流动观测资料,采用自洽的统一参考框架方法分析研究了改则地区的现今地壳差异运动,得出该区域现今地壳应变率以南北向挤压为主,量值达(104.0±28.6)×10-9/a,同时兼有东西向拉张,量值约为(25.4±17.7)×10-9/a。利用半无限弹性空间的断裂位错模型和GPS速度矢量的约束,反演获得班公-怒江缝合带在该地区(即改则—洞错断裂)的现今运动以右旋走滑为主,走滑速率约为(7.4±0.8)mm/a。

关键词：班公-怒江缝合带 GPS 地壳变形运动速率