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垂直形變有限元分析在地震預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

發(fā)布于:2022-08-07 20:43
有限元分析

      通過(guò)近三十年的探索,地殼形變測(cè)量在地震預(yù)報(bào)中所取得的進(jìn)展是相當(dāng)顯著的,曾為國(guó)內(nèi)幾次大地震的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供了一定依據(jù)。由于觀測(cè)方法及觀測(cè)能力所限,對(duì)于時(shí)空上復(fù)雜多變的地殼運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象,人們?nèi)匀恢跎佟R环矫嬗写纳朴^測(cè)技術(shù),提高觀測(cè)能力,擴(kuò)大形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)的覆蓋范圍與密度,增加復(fù)測(cè)周期。另一方面有待研究新的有限元分析方法,從復(fù)雜多變的地殼運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象中尋找地震前兆。本文試圖通過(guò)對(duì)已有的垂直形變資料的分析,進(jìn)一步討論地震預(yù)報(bào)中垂直形變測(cè)量資料的分析問(wèn)題。
      曾在利用大面積水準(zhǔn)測(cè)量資料分析地震危險(xiǎn)區(qū)時(shí)提出了一種垂直形變強(qiáng)度分析方法,得到了唐山大震前京、津、唐地區(qū)垂直形變的定量變化特征及中國(guó)垂直形變強(qiáng)度定量值分區(qū)分布特征。本文對(duì)近幾年積累的更多的水準(zhǔn)測(cè)量資料作了進(jìn)一步處理與分析,所得結(jié)果反映了中國(guó)大陸垂直形變的定量分布及唐山大震前后大范圍垂直形變時(shí)間變化定量特征,同文獻(xiàn)的結(jié)果基本一致,并進(jìn)一步闡述了這一垂直形變分析方法及其意義。
      地表的地形變測(cè)量所觀測(cè)到的形變,本質(zhì)上是地殼表面的曲面變形。地面的垂直形變表現(xiàn)為連續(xù)性或沿?cái)鄬油蛔冃缘那嫔底兓叫巫儎t表現(xiàn)為曲面的疏密或張壓及沿?cái)鄬泳的錯(cuò)動(dòng)。為描述這種曲面變形有多種方法,如曲面上點(diǎn)位的(相對(duì))位移、傾斜、斷層位移、位移梯度等。從地震分析預(yù)報(bào)方面來(lái)講,需要表示一定范圍(而不是一個(gè)點(diǎn))曲面變化強(qiáng)弱程度的量。一般來(lái)講,形變場(chǎng)的位移具有多解性,由于參考點(diǎn)選擇不同,就有不同的數(shù)值解,因而位移不一定能表示形變的強(qiáng)度。在水平形變中,應(yīng)變與位移基準(zhǔn)無(wú)關(guān),可以定量描述一個(gè)點(diǎn)或某一范圍水平形變的強(qiáng)度。位移梯度或其分量梯度的大小也不一定直接反映形變的強(qiáng)度。地傾斜只是把局部地面當(dāng)作平面而求得的,在應(yīng)用中有很大的局限性。由于上述形變量的局限性,可見(jiàn)仍有必要尋找描述垂直形變強(qiáng)度的方法。
      在數(shù)學(xué)上有較多描述曲面(或曲線)變化的方法。在曲面擬合中一曲面用另一曲面擬合時(shí),用曲面擬合度來(lái)表示二曲面的接近程度,二曲面之間間距的均方差是表示這種擬合度的一種量度。均方差越小,則二曲面越接近,說(shuō)明擬合得越好。除了均方(根)差之外可以用曲面之間差的任何偶次方均值的根,或其絕對(duì)值的奇次方均值的根作為擬合度的量度。
      平均垂直形變同水平形變中的應(yīng)變一樣,都反映一定范圍形變的強(qiáng)度。由其定義可知它適用于各種復(fù)雜的垂直形變。因此,同其它垂直形變量相比,這一量值對(duì)地球動(dòng)力學(xué)與地震預(yù)報(bào)研究更有意義。從系統(tǒng)分析的觀點(diǎn)來(lái)看,平均垂直形變是描述一組水準(zhǔn)點(diǎn)群體垂直形變特征的量值,或是此系統(tǒng)的變化特征值,它消弱了個(gè)別點(diǎn)的隨機(jī)變化因素,具有統(tǒng)計(jì)上的優(yōu)點(diǎn)。大量的垂直位移分析表明,即使取同一基準(zhǔn),不同水準(zhǔn)點(diǎn)的變化是各種各樣的;而選取基準(zhǔn)不同時(shí),同一個(gè)點(diǎn)的變化過(guò)程的描述是不同的,所作的等值線圖也是多樣的,因而很難得到規(guī)律性的定量分析。平均垂直形變量的分析方法注重于把某一區(qū)域的地面垂直形變當(dāng)作一個(gè)數(shù)學(xué)或物理的曲面變化來(lái)分析,注重于形變觀測(cè)網(wǎng)點(diǎn)的群體或系統(tǒng)定量統(tǒng)計(jì)特征的描述。從形變網(wǎng)誤差分析方面來(lái)看,當(dāng)把一個(gè)大網(wǎng)分成若干部分分別作為自由網(wǎng)分析時(shí),彼此之間不存在誤差的傳播,因而可按相同精度的要求作比較。

 

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