地球動力學(xué)若干問題的計(jì)算仿真研究.pdf

1、運(yùn)用三維有限元動力學(xué)分析方法，結(jié)合地球物理觀測數(shù)據(jù)，研究了地殼介質(zhì)中應(yīng)力的傳播特性，得出了大陸地殼對海洋潮汐的響應(yīng)、仿真地震圖、全球模型、斷裂面對地震波的影響、動應(yīng)力對斷層錯動的影響等研究結(jié)果。基于后兩項(xiàng)內(nèi)容，探討了地震觸發(fā)的動力學(xué)機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了由此形成的地震波與斷層活動之間的正反饋關(guān)系，解釋了大地震發(fā)生有一個長時間醞釀過程這一現(xiàn)象。通過研究，對地殼中的力學(xué)現(xiàn)象從應(yīng)力的傳播和影響角度作出物理解釋。同時探討了計(jì)算力學(xué)與地球

2、物理觀測相結(jié)合的可行性。
　　 本文的主要內(nèi)容包括：
　　 (1)將三維動態(tài)有限元方法應(yīng)用于地球動力學(xué)分析，研究了大尺度的地球物理對象，本文致力于深入地進(jìn)行三維動力學(xué)分析與固體地球的動力學(xué)過程的聯(lián)合研究，在方法上，著眼于地球物理的動力學(xué)現(xiàn)象，對地球物理現(xiàn)象作動力學(xué)機(jī)理的探討。
　　 地球物理的研究對象具有大尺度特征，通常的研究，往往著眼于縮小的模型，再外推到大尺度的實(shí)際情況，外推必須非常謹(jǐn)慎。研究小尺度模型而外推

3、到大尺度，涉及到相似性分析，其正確性還需要論證，比較繁瑣。本文利用了動態(tài)有限元建模，直接研究大尺度的對象。在大陸地殼對海洋潮汐的響應(yīng)、仿真地震圖、全球模型、斷裂面對地震波的影響、動應(yīng)力對斷層錯動的影響等問題的研究中，均采用了真實(shí)尺寸地殼建模，進(jìn)行仿真計(jì)算。得到了直觀的結(jié)果。
　　 (2)利用反演思想實(shí)現(xiàn)了仿真地震圖研究，基于傳統(tǒng)的理論地震圖的研究方法，本文提出仿真地震圖方法。針對地殼的有限元模型，做了實(shí)際的仿真地震圖分析，與地震

4、觀察結(jié)果進(jìn)行對比研究。理論地震圖是一種解析方法，而仿真地震圖基于數(shù)值方法。前者采用一種解析的格林函數(shù)，代表波在地殼中的傳播特性，而后者對地殼介質(zhì)及其結(jié)構(gòu)具有明確的定義，對波的傳播過程有具體的描述。仿真地震圖屬于反演方法，通過假設(shè)介質(zhì)和震源參數(shù)，得到理論上的仿真地震圖，將實(shí)際觀察到的地震圖與之比較，用試錯法調(diào)整介質(zhì)和震源參數(shù)，最終使仿真地震圖與觀察到的地震圖符合較好，這時的介質(zhì)和震源參數(shù)就是所求出的未知量。
　　 (3)研究了地震

5、觸發(fā)的動力學(xué)機(jī)理: 地震機(jī)理有很多模式，本文提出了一種可能的模式。這個模式指出，庫倫應(yīng)力的變化可能觸發(fā)地震。動態(tài)應(yīng)力的傳播即地震波，波在自由面上反射會發(fā)生半波損失，也就是說，壓縮波會變成拉伸波，因此，無論是壓縮波還是拉伸波，都有可能激發(fā)應(yīng)力降。而應(yīng)力下降將會減小（內(nèi)）摩擦，導(dǎo)致庫倫-莫爾斷裂準(zhǔn)則中的庫倫等效應(yīng)力增大，從而觸發(fā)巖石破裂現(xiàn)象。巖石的破裂會導(dǎo)致地震波的輻射，因此，應(yīng)力的下降和巖石的破裂會相互激發(fā)，形成一個正反饋環(huán)路，最終觸發(fā)大