地壳应力应变变化与地球动力学

论文摘要

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及孔弹反应产生地壳变形的物理机制。(3)我们观测到加州Anza地区在一些地震之后发生了持续数月之久、振幅比同震形变还大的地壳形变;通过对比应变和孔隙压力数据,我们发现该异常震后形变是由地下孔隙压力变化和地震在邻近断层触发的慢滑移事件共同引起的。在理论方面,我们计算了由各种外力(包括地球表面载荷、新疆呼图壁储气库注采气和朝鲜核试验)引起的地球内部应力变化,并分析它们对当地地震活动的影响。(4)我们建立了一个计算全球应力变化的物理框架,计算了地表载荷(包括水文负荷、大气压、海水、地球固体潮、极潮和冰后回弹)在全球范围、不同深度引起的地应力变化,建立了国际上首个应力数据库。该数据库提供了不同时间、空间尺度的应力变化,将可能激发更多关于构造事件(如地震、慢滑移事件和火山等)触发机制的研究。(5)我们定量计算了新疆呼图壁储气库注采气、朝鲜2017年核试验引起的地应力扰动,并探讨了它们对附近断层上地震的诱发效应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 应变仪资料分析地壳应变综述
•   1.3 本文主要内容及结构安排
• 第2章 异常S1应变固体潮的观测及物理机制
•   2.1 引言
•   2.2 PBO应变数据中的异常S1应变固体潮
•   2.3 异常S1应变固体潮产生的物理机制
•     2.3.1 S1应变固体潮与大气压负荷的关系
•     2.3.2 S1应变固体潮与地表温度变化的关系
•   2.4 小结
• 第3章 地下水变化引起的异常地壳形变及其物理机制
•   3.1 引言
•   3.2 地下水引起的异常地壳形变的观测
•   3.3 异常应变信号产生的物理机制
•   3.4 讨论
•   3.5 小结
• 第4章 异常震后地壳形变的观测及其物理机制
•   4.1 引言
•   4.2 异常震后形变的观测和分析
•   4.3 异常震后形变产生的物理机制
•   4.4 小结
• 第5章 全球综合时变地应力场的计算
•   5.1 引言
•   5.2 地球的受力分析及其物理学响应
•     5.2.1 地球对负荷力的弹性响应
•     5.2.2 地球对负荷力的粘弹性响应
•   5.3 地球模型及负荷力的估算
•     5.3.1 计算应力使用的地球模型
•     5.3.2 负荷力的来源及其估算
•   5.4 2000年至2017年的全球压力变化的计算结果
•     5.4.1 地球表面应力变化的幅度及空间分布
•     5.4.2 水文负荷引起的地应力的季节性变化和非季节性变化
•     5.4.3 负载引起的地应力随深度的变化
•   5.5 讨论
•     5.5.1 本研究的缺点和可能的改进
•     5.5.2 本研究的展望及应用前景
•   5.6 小结
• 第6章 人类活动产生的地应力及其诱发地震
•   6.1 引言
•   6.2 震源点源近似及其产生地应力的计算方法
•   6.3 新疆呼图壁储气库注采气造成的地应力变化及地震诱发
•     6.3.1 呼图壁储气库注采气诱发的地震
•     6.3.2 地应力计算及地震诱发机制分析
•   6.4 朝鲜核试验造成的地应力变化及地震诱发
•   6.5 讨论与小结
• 第7章 总结和展望
•   7.1 本文工作总结
•   7.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 陆洲

导师: 温联星

关键词: 地壳,应力,应变,地球动力学,潮汐,地下水,地震,地表载荷

来源: 中国科学技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 中国科学技术大学

分类号: P541

总页数: 120

文件大小: 10548K

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