三維數(shù)值模擬在華北地區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造變形分析中的應(yīng)用

胡勐乾 鄧志輝 陸遠(yuǎn)忠 宋 鍵路 雨 朱秀云 孫 鋒

1)環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心，北京 100082

2)中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，北京 100029

3)中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085

4)青島市地震局，青島 266034

0 引言

華北地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造演化過(guò)程復(fù)雜、構(gòu)造變形獨(dú)特、地震活動(dòng)性強(qiáng)，歷來(lái)是眾多學(xué)者研究的焦點(diǎn)。不論在地質(zhì)資料、活動(dòng)斷層的研究，或者是地球物理資料、GPS觀測(cè)的密度和時(shí)間上，華北地區(qū)都已有眾多研究成果(郭慧等，2011)。前人對(duì)華北地區(qū)構(gòu)造變形的數(shù)值模擬研究取得了豐富的成果(鄧志輝等，2011a，b)，但也存在一些科學(xué)問(wèn)題需要進(jìn)一步深入研究。

在數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)中，模擬結(jié)果的對(duì)比是工作的重要環(huán)節(jié)之一，其用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)值模型的合理性及數(shù)據(jù)的可靠性，這在很大程度上決定了數(shù)值模擬結(jié)果的可信度。遺憾的是，這個(gè)環(huán)節(jié)常常被人們所忽視，或者僅進(jìn)行某一方面的結(jié)果對(duì)比就認(rèn)定數(shù)值模型的可靠性。

本研究在綜合分析華北地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、地球物理資料的基礎(chǔ)上，利用高性能并行計(jì)算技術(shù)，建立華北地區(qū)的三維有限元模型，以高精度的GPS觀測(cè)研究結(jié)果為運(yùn)動(dòng)邊界，對(duì)華北地區(qū)的運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)、斷層運(yùn)動(dòng)性質(zhì)、應(yīng)變場(chǎng)三方面進(jìn)行數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比，從而驗(yàn)證華北地區(qū)數(shù)值模型的可靠性與合理性。

1 華北地區(qū)三維有限元模型及邊界條件

華北地區(qū)(106°～124°E，31°～42°N)，位于燕山、陰山以南，秦嶺、大別山以北，賀蘭－六盤斷裂帶以東一直到黃海。華北地區(qū)是中國(guó)大陸地震活動(dòng)最強(qiáng)的地區(qū)之一，地震強(qiáng)度和頻度非常高，因此也是研究程度最高的地區(qū)之一。

本文數(shù)值模擬工作是基于并行版ANSYS數(shù)值模擬軟件平臺(tái)實(shí)施。

1.1 三維有限元模型

1.1.1 邊界范圍及分層

根據(jù)中國(guó)活動(dòng)地塊劃分及活動(dòng)斷裂分布，結(jié)合地殼、上地幔的波速結(jié)構(gòu)、地震活動(dòng)和GPS資料等，確定模型的幾何邊界范圍是 99.8°～121.4°E，27.9°～42.3°N，區(qū)域總面積約為3840000km2(圖1)。模型的邊界范圍包括了華北活動(dòng)地塊的絕大部分以及周邊青藏、西域、南華和東北亞地塊的部分地區(qū)。模型在縱向上分為均勻、水平的4層，即上地殼、中地殼、下地殼以及部分上地幔，總厚度為100km。

圖1 華北地區(qū)有限元模型地表邊界及活動(dòng)斷裂分布Fig.1 Finite element model boundary and active faults in North China.

1.1.2 活動(dòng)斷裂

華北地區(qū)的斷裂分布非常密集(圖1)，為了更加準(zhǔn)確地模擬活動(dòng)斷裂的運(yùn)動(dòng)特征，模型中加入已知的所有晚更新世以來(lái)活動(dòng)的斷裂。由于斷層空間分布復(fù)雜，在建模過(guò)程中充分考慮了斷層的走向及延伸的幾何形態(tài)，對(duì)其局部的細(xì)節(jié)進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化(表1)。

表1 華北地區(qū)有限元模型的活動(dòng)斷裂Table1 Active faults of the finite element model in North China

續(xù)表1

1.1.3 活動(dòng)地塊及介質(zhì)參數(shù)

中國(guó)大陸晚新生代和現(xiàn)代構(gòu)造變形以活動(dòng)地塊運(yùn)動(dòng)為主要特征。活動(dòng)地塊邊界構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，絕大多數(shù)強(qiáng)震都發(fā)生在其邊界的活動(dòng)構(gòu)造帶上。中國(guó)大陸及鄰區(qū)可以劃分出6個(gè)Ⅰ級(jí)活動(dòng)地塊區(qū)，它們是:青藏、西域、南華、滇緬、華北和東北亞(張培震等，2003)。其中華北活動(dòng)地塊區(qū)由鄂爾多斯、華北平原和魯東－黃海3個(gè)Ⅱ級(jí)活動(dòng)地塊構(gòu)成。

根據(jù)張培震等(2003)對(duì)中國(guó)大陸活動(dòng)地塊的劃分，模型的介質(zhì)參數(shù)在每一層上劃分為8個(gè)區(qū)域:鄂爾多斯地塊、華北平原地塊、魯東－黃海地塊、阿拉善地塊、青藏地塊、燕山地塊、華南地塊以及地塊邊界帶部分(圖2)。利用Huang等(2003)計(jì)算得到的1°×1°中國(guó)大陸地區(qū)地殼上地幔波速結(jié)構(gòu)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、求平均值，計(jì)算得到上述8個(gè)區(qū)域分別在上地殼、中地殼、下地殼及上地幔4層上的彈性模量(表2)。在模型中將斷層處理為軟弱帶，是地塊介質(zhì)強(qiáng)度的10%。

1.1.4 網(wǎng)格劃分

利用ANSYS軟件中的solid187三維實(shí)體單元對(duì)華北地區(qū)有限元模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，為保證模型網(wǎng)格密度和計(jì)算質(zhì)量，單元最大邊長(zhǎng)為25km，模型共劃分為416582個(gè)單元，582392個(gè)節(jié)點(diǎn)。圖2和圖3分別表示了華北地區(qū)有限元模型的表面網(wǎng)格和整體網(wǎng)格分布，從圖中可看出有限元模型的網(wǎng)格密度、介質(zhì)分區(qū)及斷層分布。

1.2 邊界條件

1.2.1 模型邊界條件使用的GPS數(shù)據(jù)

圖2 華北地區(qū)有限元表面網(wǎng)格分布圖Fig.2 Outside mesh of the finite element model in North China.

表2 華北地區(qū)各區(qū)域彈性模量Table 2 Block modulus in North China

目前，GPS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于大地測(cè)量、資源勘查、地殼運(yùn)動(dòng)等領(lǐng)域。利用GPS測(cè)量數(shù)據(jù)作為數(shù)值模型的邊界條件已有眾多研究者進(jìn)行了嘗試，并取得了一定的成果(劉孫君，2003;鄭勇，2005;劉峽等，2006;曹建玲等，2009)。本研究使用的中國(guó)速度場(chǎng)為1999—2004年和2004—2007年研究區(qū)域及周邊GPS站點(diǎn)相對(duì)于歐亞板塊的運(yùn)動(dòng)速率。其中，中國(guó)速度場(chǎng)1999—2004年數(shù)據(jù)是由1999，2001，2004年3期的觀測(cè)結(jié)果得到的運(yùn)動(dòng)速度，而中國(guó)速度場(chǎng)2004—2007年數(shù)據(jù)是由2004與2007年2期的觀測(cè)結(jié)果得到的運(yùn)動(dòng)速度。為了得到較好的GPS插值結(jié)果，選取了研究區(qū)及其鄰區(qū)共979個(gè)臺(tái)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值計(jì)算，得到華北有限元模型的邊界約束條件。

1.2.2 確定模型邊界條件的施加方式

圖3 華北地區(qū)有限元模型整體網(wǎng)格圖Fig.3 Overall mesh of the finite element model in North China.

GPS臺(tái)站的數(shù)據(jù)并不能直接作為邊界條件施加在模型上，經(jīng)模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這樣做將會(huì)在施加位移節(jié)點(diǎn)處引起較大的應(yīng)力集中，模擬結(jié)果與實(shí)際差別較大。因此，首先需要對(duì)華北及鄰區(qū)GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值，并提取模型邊界處的GPS插值結(jié)果作為模型的邊界條件，模型的底面在垂向上固定約束。圖4和圖5分別顯示了華北地區(qū)1999—2004年和2004—2007年2個(gè)時(shí)期GPS觀測(cè)的地表水平速度和模型邊界約束。此為地殼表層的GPS約束、而在深度上GPS約束如何變化，將通過(guò)確定一個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并在這個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下判斷各種約束施加方式優(yōu)劣來(lái)確定深部邊界條件。

1.2.2.1 模擬結(jié)果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于在深度上如何施加GPS約束的問(wèn)題，將通過(guò)比較所有GPS站點(diǎn)數(shù)值模擬結(jié)果與觀測(cè)結(jié)果的符合度來(lái)確定，并且涉及斷層帶彈性模量的取值。根據(jù)模擬結(jié)果與觀測(cè)結(jié)果，求出其離散度P，公式如下:

其中:n為區(qū)域內(nèi)GPS點(diǎn)的數(shù)量;VEi為第i個(gè)GPS點(diǎn)的EW向模擬速度;VNi為第i個(gè)GPS點(diǎn)的NS向模擬速度;UEi為第i個(gè)GPS點(diǎn)的EW向觀測(cè)速度;UNi為第i個(gè)GPS點(diǎn)的NS向觀測(cè)速度。如果求得的離散度P越小，則說(shuō)明GPS符合度越大;反之亦然。

1.2.2.2 幾種不同載荷施加方式的比較

在深度上GPS約束的施加方式，模擬實(shí)驗(yàn)假定了3種方式，分別為:1)僅在地表層邊界施加GPS約束;2)沿深度GPS約束大小相同;3)沿深度GPS約束逐漸增大。根據(jù)這3種約束施加方式所求得的離散度P，然后在合理的GPS施加方式中，分別將斷層帶的彈性模量設(shè)為地塊介質(zhì)的1/10、1/5和1/2，比較結(jié)果見(jiàn)表3。

圖4 1999—2004年GPS觀測(cè)的地表水平速度和模型邊界約束Fig.4 1999－2004 surface horizontal velocity and model boundary constraints from GPS.

圖5 2004—2007年GPS觀測(cè)的地表水平速度和模型邊界約束Fig.5 2004－2007 surface horizontal velocity and model boundary constraints from GPS.

從表3可以看出，GPS施加方式對(duì)模擬結(jié)果的影響較大，而斷層彈性模量變化的影響較小。結(jié)果顯示，GPS約束沿深度大小相同計(jì)算得到的模擬結(jié)果符合度更高，這可能與模型為彈性本構(gòu)模型有關(guān)。

綜上所述，采用大地直角坐標(biāo)系，在華北地區(qū)數(shù)值模擬計(jì)算中使用彈性本構(gòu)關(guān)系，模型表面為自由面，模型的底面在法向方向上固定，切向上自由。模型外邊界施加的GPS約束沿深度大小不變，并且斷層彈性模量取周圍介質(zhì)的1/10。

表3 華北地區(qū)模型各計(jì)算方案及離散度Table3 Calculation plans and dispersion in the North China model

圖6 1999—2004年數(shù)值模擬地表速度場(chǎng)與觀測(cè)速度場(chǎng)對(duì)比圖Fig.6 Contrast of the 1999－2004 velocity field between the numerical simulation and observation.

2 數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比研究

數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際資料對(duì)比分析是數(shù)值模擬不可缺少的一個(gè)過(guò)程，這些資料的比對(duì)在很大程度上可以驗(yàn)證模型是否合理。在確定了華北地區(qū)數(shù)值模型以及邊界條件的基礎(chǔ)上，將從運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)、斷層運(yùn)動(dòng)性質(zhì)、應(yīng)變場(chǎng)來(lái)進(jìn)行數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比，從而驗(yàn)證數(shù)值模型。

2.1 運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)模擬結(jié)果分析對(duì)比

在GPS邊界約束條件下，將模擬結(jié)果所對(duì)應(yīng)的GPS站點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度與實(shí)際觀測(cè)的GPS運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行對(duì)比，可以評(píng)價(jià)物理模型和數(shù)值模擬計(jì)算的可靠性。圖6和圖7分別表示了1999—2004年和2004—2007年2個(gè)時(shí)期以GPS插值結(jié)果作為數(shù)值模型邊界約束條件模擬得到的地表運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)和GPS站點(diǎn)的觀測(cè)結(jié)果之間的對(duì)比。

圖7 2004—2007年數(shù)值模擬地表速度場(chǎng)與觀測(cè)速度場(chǎng)對(duì)比圖Fig.7 Contrast of 2004－2007 velocity field between the numerical simulation and observation.

從圖5，6中可以看出，數(shù)值模擬速度與GPS觀測(cè)運(yùn)動(dòng)速度大部分比較吻合，反映了比較好的一致性。模擬結(jié)果顯示，地殼運(yùn)動(dòng)速率的整體分布呈現(xiàn)由西向東、自北向南逐漸增大的特點(diǎn)。華北地區(qū)北部、燕山地塊的地殼運(yùn)動(dòng)速率總體較小，＜2mm/a，而在華北地區(qū)中部、南部以及華南地塊，運(yùn)動(dòng)速率逐漸增大。在燕山地塊地殼運(yùn)動(dòng)速度方向總體為SW向，而在華北地區(qū)及華南地塊地殼運(yùn)動(dòng)速度方向逐漸轉(zhuǎn)為SE向。

另外，2004—2007年華北地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)速率大小普遍高于1999—2004年，反映了2004—2007年華北地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)速度加快。而地殼運(yùn)動(dòng)速率的方向整體并無(wú)太大變化，只是在華北地區(qū)中、南部以及華南地塊，1999—2004年速率方向近于SE向，而2004—2007年速率方向轉(zhuǎn)為SSE向。

在個(gè)別區(qū)域，模擬結(jié)果與GPS觀測(cè)結(jié)果也存在一定差異，其中，差異較大的點(diǎn)主要分布在華北平原塊體的東北部，其原因可能與2006年7月4日文安5.1級(jí)地震的孕育和發(fā)生有關(guān)，也可能是GPS觀測(cè)誤差所致。

根據(jù)各地塊內(nèi)部的GPS數(shù)據(jù)，分別統(tǒng)計(jì)了1999—2004年和2004—2007年各地塊運(yùn)動(dòng)速度的平均GPS觀測(cè)值和平均模擬值，并進(jìn)行了比較。表4、圖8，9分別顯示了比較結(jié)果。

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及圖表可以看出，大部分地塊運(yùn)動(dòng)速度的平均觀測(cè)值與平均模擬值相差不大，少數(shù)有較大差別，如1999—2004年的阿拉善地塊，2004—2007年的鄂爾多斯地塊，可能是由于塊體內(nèi)部的GPS站點(diǎn)稀疏且個(gè)別臺(tái)站誤差較大引起平均值變化巨大。而2004—2007年與1999—2004年相比，各地塊內(nèi)部無(wú)論是平均GPS觀測(cè)值還是平均模擬值都提高了1mm/a左右，反映了2004—2007年華北地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)速度加快。

表4 各地塊運(yùn)動(dòng)速度的平均觀測(cè)值和平均模擬值Table4 Averaged observation and averaged simulation of velocity of blocks

圖8 1999—2004年各地塊運(yùn)動(dòng)速度的平均GPS觀測(cè)值與平均模擬值對(duì)比圖Fig.8 Contrast of 1999－2004 block motion velocity between averaged GPS observation and averaged simulation.

2.2 斷層運(yùn)動(dòng)性質(zhì)模擬結(jié)果分析對(duì)比

華北地區(qū)有限元模型在建模過(guò)程中考慮了區(qū)域內(nèi)所有晚更新世以來(lái)的活動(dòng)斷裂，根據(jù)數(shù)值模擬的計(jì)算結(jié)果可以得出每條斷層兩側(cè)的運(yùn)動(dòng)速率，進(jìn)一步確定斷層活動(dòng)性質(zhì)。將模擬所得的斷層活動(dòng)性質(zhì)與地質(zhì)調(diào)查得到的活動(dòng)斷裂運(yùn)動(dòng)性質(zhì)進(jìn)行比較，可在一定程度上驗(yàn)證數(shù)值模型的合理性。由于斷層建模時(shí)都按垂直處理，并且模型邊界條件中GPS速度的施加也是在水平方向上的，所以只考慮走滑性質(zhì)的斷層活動(dòng)。

圖9 2004—2007年各地塊運(yùn)動(dòng)速度的平均GPS觀測(cè)值與平均模擬值對(duì)比圖Fig.9 Contrast of 2004－2007 block motion velocity between averaged GPS observation and averaged simulation.

表5 斷層走滑運(yùn)動(dòng)性質(zhì)模擬結(jié)果與地質(zhì)調(diào)查結(jié)果比較Table5 Contrast of faults slip between simulation results and geological survey results

續(xù)表5

表5列出了斷層運(yùn)動(dòng)性質(zhì)模擬結(jié)果與實(shí)際地質(zhì)調(diào)查結(jié)果的比較，表中只統(tǒng)計(jì)了實(shí)際地質(zhì)調(diào)查結(jié)果中具有走滑性質(zhì)的斷層。根據(jù)數(shù)值模擬斷層走滑運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的結(jié)果，華北地區(qū)表現(xiàn)為右旋走滑的斷裂帶有銀川－吉蘭泰斷陷帶、山西斷陷帶、郯廬斷裂帶和唐山－磁縣斷裂帶，表現(xiàn)為左旋走滑的斷裂帶有河套斷陷帶、張家口－渤海斷裂帶、渭河斷裂帶和安陽(yáng)－徐州斷裂帶。

模擬結(jié)果與地質(zhì)調(diào)查結(jié)果不符合的數(shù)據(jù)在表格中以灰色底紋顯示。統(tǒng)計(jì)中共有48條具有走滑性質(zhì)的活動(dòng)斷裂，1999—2004年模擬結(jié)果共有43條斷裂活動(dòng)性質(zhì)符合，符合率為89.6%;2004—2007年模擬結(jié)果共有45條斷裂活動(dòng)性質(zhì)符合，符合率為93.8%。

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果的符合率上來(lái)看，數(shù)值模擬的結(jié)果能較好地反映斷層的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，說(shuō)明華北地區(qū)數(shù)值模型具有一定的合理性。

圖10 華北地區(qū)剔除整體運(yùn)動(dòng)后各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)(楊國(guó)華等，2003)Fig.10 GPS points movement excluding whole movement in North China(after YANG Guo-hua et al.，2003).

圖11 華北及鄰區(qū)主應(yīng)變圖(張靜華等，2004)Fig.11 Principal strain in North China and adjacent areas(after ZHANG Jing-hua et al.，2004).

楊國(guó)華等(2003)根據(jù)高精度GPS復(fù)測(cè)資料，給出了華北1999—2001年的水平位移場(chǎng)(圖10)，燕山塊體本身的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)并不完全一致，若以中間為界，東部以西向運(yùn)動(dòng)為主(偏北)，西部以北向運(yùn)動(dòng)為主;燕山構(gòu)造帶東段(張渤帶)以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主，燕山構(gòu)造帶西段(陰山帶)以拉張裂陷運(yùn)動(dòng)為主，銀川帶以右旋走滑為主，鄂爾多斯塊體南界(秦嶺－渭河帶)以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主，山西斷陷帶以拉張型右旋走滑為主，其他塊(帶)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)則不明顯。

表6給出了利用1999—2004年數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值模擬得出的斷層運(yùn)動(dòng)性質(zhì)與根據(jù)GPS水平位移場(chǎng)得出的斷層運(yùn)動(dòng)性質(zhì)之間的比較，不符合的在表格中以灰色底紋顯示?？梢钥闯?，數(shù)值模擬得到的斷層運(yùn)動(dòng)性質(zhì)與實(shí)測(cè)GPS資料得出的結(jié)果吻合得較好。其中，山西斷陷帶的恒山斷裂和五臺(tái)山北麓斷裂與山西斷陷帶整體右旋的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)不符，其原因可能是由于這2條斷裂的走向與山西斷陷帶的總體走向有較大的夾角所致。值得注意的是，華山山前斷裂模擬結(jié)果為左旋，與地質(zhì)調(diào)查結(jié)果(右旋)不符，但楊國(guó)華等(2003)的結(jié)果認(rèn)為，該斷裂所屬的秦嶺－渭河斷裂帶以左旋走滑為主，其原因可能是由于華山山前斷裂的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)發(fā)生了改變。

2.3 應(yīng)變場(chǎng)模擬結(jié)果分析對(duì)比

華北地區(qū)數(shù)值模擬的結(jié)果顯示，華北地區(qū)的水平應(yīng)變場(chǎng)總體上比較一致:第1主應(yīng)變的方向?yàn)镹NW－SSE，第3主應(yīng)變(最大壓應(yīng)變)的方向?yàn)镹EE－SWW。這與前人利用震源機(jī)制解結(jié)果、GPS測(cè)量結(jié)果等資料反演得到的華北地區(qū)主應(yīng)變場(chǎng)比較一致(張靜華等，2004;張躍剛等，2006;楊國(guó)華等，2007)。

圖11為張靜華等(2004)得出的華北及鄰區(qū)主應(yīng)變圖，圖12和13分別為利用1999—2004年和2004—2007年GPS數(shù)值模擬得出的華北及鄰區(qū)主應(yīng)變方向。對(duì)比圖12和13可以看出，2張圖具有比較好的一致性。華北平原地塊、鄂爾多斯地塊和燕山地塊第1主應(yīng)變方向?yàn)镹NW－SSE;魯東－黃海地塊第1主應(yīng)變方向大致為近NS向。圖11和12整體比較一致，說(shuō)明這個(gè)時(shí)期華北地區(qū)主應(yīng)變方向沒(méi)有太大變化。

表6 楊國(guó)華等(2003)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果比較Table6 Contrast of YANG Guo-hua et al.，2003 results with simulation results

3 結(jié)論與展望

3.1 主要結(jié)論

本研究基于并行版ANSYS數(shù)值模擬軟件平臺(tái)，根據(jù)華北地區(qū)活動(dòng)地塊劃分及活動(dòng)斷裂分布，綜合地質(zhì)、地球物理研究成果，建立了三維有限元模型，模擬了華北地區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造變形特征，主要認(rèn)識(shí)如下:

圖12 1999—2004年數(shù)值模擬華北及鄰區(qū)主應(yīng)變方向Fig.12 1999－2004 simulated principal strain direction in North China and adjacent areas.

圖13 2004—2007年數(shù)值模擬華北及鄰區(qū)主應(yīng)變方向Fig.13 2004－2007 simulated principal strain direction in North China and adjacent areas.

(1)將模擬得到的斷層運(yùn)動(dòng)性質(zhì)與地質(zhì)調(diào)查得到的斷層運(yùn)動(dòng)性質(zhì)進(jìn)行比較顯示，數(shù)值模擬結(jié)果能較好地反映斷層的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，說(shuō)明華北地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)速率整體分布呈現(xiàn)由西向東、自北向南逐漸增大的特點(diǎn)。華北地區(qū)北部、燕山地塊的地殼運(yùn)動(dòng)速率總體較小，而在華北地區(qū)中部、南部以及華南地塊，運(yùn)動(dòng)速率逐漸增大。

(2)模型具有一定的合理性。另外，利用1999—2004年數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值模擬得出的斷層運(yùn)動(dòng)性質(zhì)與根據(jù)高精度GPS復(fù)測(cè)資料反演水平位移場(chǎng)得出的斷層運(yùn)動(dòng)性質(zhì)進(jìn)行比較，結(jié)果顯示，二者也吻合得較好。

(3)數(shù)值模擬結(jié)果顯示，華北地區(qū)的水平應(yīng)變場(chǎng)總體上比較一致:第1主應(yīng)變的方向?yàn)镹NW－SEE，第3主應(yīng)變(主壓應(yīng)變)的方向?yàn)镹EE－SWW。這與前人利用震源機(jī)制結(jié)果、GPS測(cè)量結(jié)果等資料反演得到的華北地區(qū)主應(yīng)變場(chǎng)比較一致。將數(shù)值模擬得出的華北及鄰區(qū)主應(yīng)變場(chǎng)與張靜華等(2004)得出的華北及鄰區(qū)主應(yīng)變圖進(jìn)行比較，兩者也具有比較好的一致性。

3.2 存在的問(wèn)題及進(jìn)一步研究方向

活動(dòng)斷裂在數(shù)值模擬的工作中起到非常重要的作用，雖然本文考慮了模擬區(qū)域內(nèi)絕大部分的活動(dòng)斷裂，但活動(dòng)斷裂都作為垂直考慮。這直接導(dǎo)致了對(duì)于模擬活動(dòng)斷裂運(yùn)動(dòng)性質(zhì)而言，只能判斷其走滑運(yùn)動(dòng)性質(zhì)并與實(shí)際地質(zhì)調(diào)查結(jié)果對(duì)比，而不能根據(jù)模擬結(jié)果判斷其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)為正斷層或逆斷層。相信建立更接近實(shí)際斷層形態(tài)的三維模型，對(duì)于進(jìn)一步的數(shù)值模擬工作有很大幫助。

另外，與時(shí)間相關(guān)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程也是非常值得研究的問(wèn)題。如汶川地震對(duì)華北地區(qū)的影響，由于巖石的蠕變機(jī)制，對(duì)于較遠(yuǎn)區(qū)域的影響作用可能需要較長(zhǎng)的時(shí)間，所以考慮巖石蠕變性的數(shù)值模型進(jìn)行數(shù)值模擬，其結(jié)果更有意義。

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