地壳应力应变变化与地球动力学
发布时间：2021-10-27 05:29
地球内部的应力、应变场时刻都在变化,它们与地球动力过程紧密相关。本论文旨在理解地壳应力应变变化与地球上各种动力学过程（如潮汐、水文过程和地震等）之间的关系。我们从观测和理论两个方面解决这个科学问题。在观测方面,我们提取了北美西部钻孔应变仪资料中异常的地壳形变信号,并通过定量分析,探索了这些异常形变信号与地球固体潮、地下水变化、地震等动力过程的联系。在理论方面,我们建立了一个计算全球应力变化的物理框架,计算了地球表面载荷、新疆呼图壁储气库注采气、朝鲜核试验等外力在地球内部引起的应力变化,并分析了它们对当地地震活动性的影响。在观测方面,我们从北美西部板块边界观测平台（PBO）钻孔应变仪资料中提取异常地壳形变信号,并探索其物理机制。（1）我们发现了振幅比理论值大1至2个数量级的强烈24小时周期S1应变固体潮,并提出它是由大气压的弹性加载和地表气温的热弹效应引起的。（2）我们发现美国加州Parkfield和Anza两个地区地壳浅层局部区域发生了比地球固体潮大1至2个数量级（达2微应变）的强烈长周期形变,且该形变与当地降水、地下水变化相关;通过理论分析和数值模拟,我们提出了一种由降水至地下水渗透...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１?ＰＢＯ?
空间波长和背景大气压的空间波长相似，从而地球对这两个压力的应变响应也??相似的。同时，基于背景压力引起的应变信号与相应的背景大气压的相位相同??（参见图２．５及后文讨论），我们还假定等效地表压力ＥＳＰ与Ｓ１应变同相。我??们的计算结果显示，Ｓ１应变潮的等效地表压力ＥＳＰ的振幅与Ｓ１大气压潮汐的??幅度相同，但它们之间几乎没有空间相关性（图２．２ａ、２．２ｂ和２．３ａ）。??《ａ）?＇Ｖ?ｊＡ．?？，ｆｃｒｒｔｉｉＴｌｄ＊Ａｉｎｐ？ｔｕｄ？（Ｅ？Ｐ）?＃，?Ｂ？ｒｏ＜ｎ？ｔｒｔｅ?ＰｔＭＭｒａ?ＴＷ？?Ｉ?＞■?？＞■！？？ＴＶｆｃ｜Ｍ？｜?Ｓ，?Ｐｈ＞Ｍ?ＯＵＴａｒｗＨＷ??（４?ａ?，：？．??＊？占?〇?Ｑ?〇?．ｓ?〇?－－??＾?．?ｐ?．?＾??－?嗲?？?１?（＾）?＼ｖ＾?－??Ｎｉ?ｉ?????ｉｄ?Ｔｒ＾．?Ｉ°Ｈ?＿２：＼?Ｉ匕‘Ｉ?Ｖ、」？??－ＩＭ?－！？＇?－１Ｍ＇?－ｌｌ？４?？ＩＭ＇?？〇０？?－＜？＇?－ＩＭ＇?＊１１?丨?－ｌｌ？＇?－ｌａｏ＇?－ＩＳ＊＇?－）？？?－！？？?－ＩＷ?－Ｉ＊＇?－！？＇?－ＩＳＯ?－ｌｌ？＇?－ｌｌ？??图２．２从应变仪数据中的提取的ＳＩ应变??图注：从ＰＢＯ应变仪数据中提取的（ａ）?Ｓ１应变（表示为等效表面压力，ＥＳＰ）、（ｂ）地??表大气压Ｓ１和（ｃ）去除大气压效应后的残余Ｓ１应变的的振幅（以ＥＳＰ表示）。Ｓ１??振幅的大小与圆的半径成正比（见图例）。（ｄ）?Ｓ１大气压潮汐和Ｓ１应变潮汐的相位差??（表示为箭头与东方向之间的锐角
?我们发现，上述残余Ｓ１应变潮的存在是由于总Ｓ１应变潮相对于Ｓ１大气??压力潮汐存在相位滞后造成的（图２．２ｄ和２．３ｂ）。为了进一步确认相位滞后，??我们使从大气压中提取出的Ｓ１大压潮汐滞后一定的相位，并使用相位滞后之后??的Ｓ１气压信号作为基函数从应变仪数据中提取Ｓ１应变信号。我们测试了从０°??到３６０°的各种可能的相位滞后，并分别从应变仪数据中提取Ｓ１应变信号。在??图２．４中，我们给出了我们对Ｂ０８７仪的测量仪１记录的应变进行测试得到的结??果。可以看到，当Ｓ１大气压基函数相位滞后４３°时，残余在应变数据中无法用??该基函数提取的Ｓ１应变潮的振幅达到最小值，这表明Ｓ１应变潮相对于Ｓ１大??气压潮汐表现出４３°的相位滞后。该相位滞后也与使用ＢＡＹＴＡＰ－Ｇ直接提取的??Ｓ１大气压潮汐和Ｓ１应变潮汐之间的相位差进行比较（图２．４中的红色虚线），??两者相差小于５°。来自这两种不同方法的一致结果证实了?Ｓ］应变潮汐相对于??Ｓ１大气压潮汐确实存在相位滞后。??Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?Ｐｈａｓｅ?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ??２〇〇?－ｊ??１?１???１?１??１?１?１???（ａ）?＊?（ｂ）?ｉｓｏ??１１５〇?？?ｉ／｛?—?１００??Ｃ?Ｔ?／?－?ＳＯ?Ｉ５??°ｌ１０。?Ｘ?ｉ?？＊?！?０?？??ｉ？幽，??０°?／?９０°?－?－１５０??０?５０?１００?１５０?２００?－１５０?－１００?－５０?０?５０?１００?１５０??Ｓ
【参考文献】：
期刊论文
[1]对当前四分量钻孔应变观测的审视——以应变不变量为标尺[J]. 刘序俨,王紫燕,方宏芳,黄声明,王林. 地球物理学报. 2014(10)
[2]日本9级大震前我国钻孔应变网测到两起地块强烈受压事件[J]. 池顺良. 地球物理学进展. 2011(05)
[3]RZB型钻孔应变仪在青藏高原东缘地应力监测中的应用[J]. 李涛,陈群策,欧阳祖熙,宁杰远,陈征,吴立恒. 北京大学学报(自然科学版). 2011(04)
[4]中国钻孔应变观测能力及在地震预报中的应用[J]. 牛安福,张凌空,闫伟,吉平. 大地测量与地球动力学. 2011(02)
[5]四分量钻孔应变台网汶川地震前的观测应变变化[J]. 邱泽华,唐磊,周龙寿,阚宝祥. 大地测量与地球动力学. 2009(01)
[6]钻孔差应变仪观测的苏门答腊大地震激发的地球环型自由振荡[J]. 邱泽华,马瑾,池顺良,刘厚明. 地球物理学报. 2007(03)
[7]四分量钻孔应变观测的实地绝对标定[J]. 邱泽华,石耀霖,欧阳祖熙. 地震. 2005(03)
[8]四分量钻孔应变观测的实地相对标定[J]. 邱泽华,石耀霖,欧阳祖熙. 大地测量与地球动力学. 2005(01)
[9]钻孔应变仪在地震前的记录及地震预测[J]. 蒋靖祥,尹光华,哈斯高娃. 地震研究. 2000(04)
本文编号：3460968
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：120 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１?ＰＢＯ?
空间波长和背景大气压的空间波长相似，从而地球对这两个压力的应变响应也??相似的。同时，基于背景压力引起的应变信号与相应的背景大气压的相位相同??（参见图２．５及后文讨论），我们还假定等效地表压力ＥＳＰ与Ｓ１应变同相。我??们的计算结果显示，Ｓ１应变潮的等效地表压力ＥＳＰ的振幅与Ｓ１大气压潮汐的??幅度相同，但它们之间几乎没有空间相关性（图２．２ａ、２．２ｂ和２．３ａ）。??《ａ）?＇Ｖ?ｊＡ．?？，ｆｃｒｒｔｉｉＴｌｄ＊Ａｉｎｐ？ｔｕｄ？（Ｅ？Ｐ）?＃，?Ｂ？ｒｏ＜ｎ？ｔｒｔｅ?ＰｔＭＭｒａ?ＴＷ？?Ｉ?＞■?？＞■！？？ＴＶｆｃ｜Ｍ？｜?Ｓ，?Ｐｈ＞Ｍ?ＯＵＴａｒｗＨＷ??（４?ａ?，：？．??＊？占?〇?Ｑ?〇?．ｓ?〇?－－??＾?．?ｐ?．?＾??－?嗲?？?１?（＾）?＼ｖ＾?－??Ｎｉ?ｉ?????ｉｄ?Ｔｒ＾．?Ｉ°Ｈ?＿２：＼?Ｉ匕‘Ｉ?Ｖ、」？??－ＩＭ?－！？＇?－１Ｍ＇?－ｌｌ？４?？ＩＭ＇?？〇０？?－＜？＇?－ＩＭ＇?＊１１?丨?－ｌｌ？＇?－ｌａｏ＇?－ＩＳ＊＇?－）？？?－！？？?－ＩＷ?－Ｉ＊＇?－！？＇?－ＩＳＯ?－ｌｌ？＇?－ｌｌ？??图２．２从应变仪数据中的提取的ＳＩ应变??图注：从ＰＢＯ应变仪数据中提取的（ａ）?Ｓ１应变（表示为等效表面压力，ＥＳＰ）、（ｂ）地??表大气压Ｓ１和（ｃ）去除大气压效应后的残余Ｓ１应变的的振幅（以ＥＳＰ表示）。Ｓ１??振幅的大小与圆的半径成正比（见图例）。（ｄ）?Ｓ１大气压潮汐和Ｓ１应变潮汐的相位差??（表示为箭头与东方向之间的锐角
?我们发现，上述残余Ｓ１应变潮的存在是由于总Ｓ１应变潮相对于Ｓ１大气??压力潮汐存在相位滞后造成的（图２．２ｄ和２．３ｂ）。为了进一步确认相位滞后，??我们使从大气压中提取出的Ｓ１大压潮汐滞后一定的相位，并使用相位滞后之后??的Ｓ１气压信号作为基函数从应变仪数据中提取Ｓ１应变信号。我们测试了从０°??到３６０°的各种可能的相位滞后，并分别从应变仪数据中提取Ｓ１应变信号。在??图２．４中，我们给出了我们对Ｂ０８７仪的测量仪１记录的应变进行测试得到的结??果。可以看到，当Ｓ１大气压基函数相位滞后４３°时，残余在应变数据中无法用??该基函数提取的Ｓ１应变潮的振幅达到最小值，这表明Ｓ１应变潮相对于Ｓ１大??气压潮汐表现出４３°的相位滞后。该相位滞后也与使用ＢＡＹＴＡＰ－Ｇ直接提取的??Ｓ１大气压潮汐和Ｓ１应变潮汐之间的相位差进行比较（图２．４中的红色虚线），??两者相差小于５°。来自这两种不同方法的一致结果证实了?Ｓ］应变潮汐相对于??Ｓ１大气压潮汐确实存在相位滞后。??Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?Ｐｈａｓｅ?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ??２〇〇?－ｊ??１?１???１?１??１?１?１???（ａ）?＊?（ｂ）?ｉｓｏ??１１５〇?？?ｉ／｛?—?１００??Ｃ?Ｔ?／?－?ＳＯ?Ｉ５??°ｌ１０。?Ｘ?ｉ?？＊?！?０?？??ｉ？幽，??０°?／?９０°?－?－１５０??０?５０?１００?１５０?２００?－１５０?－１００?－５０?０?５０?１００?１５０??Ｓ
【参考文献】：
期刊论文
[1]对当前四分量钻孔应变观测的审视——以应变不变量为标尺[J]. 刘序俨,王紫燕,方宏芳,黄声明,王林. 地球物理学报. 2014(10)
[2]日本9级大震前我国钻孔应变网测到两起地块强烈受压事件[J]. 池顺良. 地球物理学进展. 2011(05)
[3]RZB型钻孔应变仪在青藏高原东缘地应力监测中的应用[J]. 李涛,陈群策,欧阳祖熙,宁杰远,陈征,吴立恒. 北京大学学报(自然科学版). 2011(04)
[4]中国钻孔应变观测能力及在地震预报中的应用[J]. 牛安福,张凌空,闫伟,吉平. 大地测量与地球动力学. 2011(02)
[5]四分量钻孔应变台网汶川地震前的观测应变变化[J]. 邱泽华,唐磊,周龙寿,阚宝祥. 大地测量与地球动力学. 2009(01)
[6]钻孔差应变仪观测的苏门答腊大地震激发的地球环型自由振荡[J]. 邱泽华,马瑾,池顺良,刘厚明. 地球物理学报. 2007(03)
[7]四分量钻孔应变观测的实地绝对标定[J]. 邱泽华,石耀霖,欧阳祖熙. 地震. 2005(03)
[8]四分量钻孔应变观测的实地相对标定[J]. 邱泽华,石耀霖,欧阳祖熙. 大地测量与地球动力学. 2005(01)
[9]钻孔应变仪在地震前的记录及地震预测[J]. 蒋靖祥,尹光华,哈斯高娃. 地震研究. 2000(04)
本文编号：3460968
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