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龙门山断裂带东北段现今地应力状态研究

丰成君  
【摘要】:2008年5月12日发生在龙门山断裂带上的汶川8.0级地震给我们国家和人民造成巨大的灾难和损失,此次地震共造成69227人遇难,374643人受伤,17939人失踪,给国家造成的直接经济损失达8451亿元人民币,是继1976年唐山大地震后的又一次特别重大的灾难性地震。 地震的发生与地应力状态有直接的因果关系,大地震的孕育和发生是在一个大区域内地应力长期积累、集中、加强的过程和在应力集中区最终导致应变能突然释放的结果。早在20世纪60年代,李四光教授就积极倡导地应力测量与监测技术,主要的科学目标就是为地震预测预报研究提供技术支持。经过几十年的发展,相关研究人员进行了积极的探索,取得了一定的成绩,研究也逐渐证实了地震活动与地应力状态的关系。因此,研究发震断裂附近的应力状态对于研究和分析大震发生的机理具有重要的指导意义。 然而,在汶川8.0级地震前后,有关龙门山断裂带附近地应力的研究资料很少。此外,研究表明,大震往往发生在活动断裂带构造变形非连续的地段,这些地段形成活动断裂的闭锁区域,易产生相对高的应力积累。大量关于龙门山断裂带的地貌、地质构造、GPS观测资料和地震活动等研究表明,整个龙门山断裂带的活动程度有明显的非均一性,大致以位江油-北川一线为界把龙门山断裂带划分为西南段和东北段,其中西南段晚更新世以来活动强烈,中小地震频繁,而东北段第四纪活动微弱,仅偶有小震分布。龙门山断裂带的异常b值空间分布推断出的高应力分布区及地震危险性研究结果也显示,龙门山断裂带东北段和西南段分界地段江油-北川-平武地区已较长时间处于明显偏高的应力状态。鉴于上述分析,认为龙门山断裂带东北段与西南段分界的江油及北川地区属于龙门山断裂带活动性质非连续的地段,可能是整个断裂带的闭锁段或地震孕育发生的关键部位。因此,汶川8.0级地震以后,在龙门山断裂带东北段江油及北川地区开展原地应力测量,获得断裂段附近地区的地应力数据,对于研究断裂带现今地应力状态,以及探讨研究区地震活动的危险性具有重要意义。 本文以“青藏高原东缘主要断裂带地应力监测”项目为依托,以龙门山断裂带东北段(重点位于江油及北川地区)作为研究区域,立足于研究区内的地应力实测资料,结合应力场的数值模拟结果,根据断裂带附近的地震、地质资料和断裂活动性研究资料等,分别对研究区域的现今地应力状态和地震危险性进行研究和讨论。 本文主要进行的工作和研究内容如下: 1、收集、整理及总结龙门山断裂带区域地质构造背景、地层、岩性结构特征及断裂带附近已有地应力资料等; 2、收集、整理和分析研究区内主要活动断裂及其活动性研究成果; 3、研究区内3个200m钻孔的水压致裂地应力测量及结果分析; 4、龙门山断裂带东北段附近地应力状态分析 5、研究区地震危险l性分析和讨论; 6、龙门山断裂带区域构造应力场背景分析; 7、龙门山断裂带东北段构造应力场二维数值模拟及结果分析; 8、龙门山断裂带东北段测点ZK02附近地区应力场三维数值模拟。 通过上述工作获得了以下主要认识: 1、龙门山断裂带东北段3个主应力关系主要表现为:最大水平主应力(SH)最小水平主应力(Sh)垂直应力(Sv),显示出在龙门山断裂带附近地区水平构造应力作用占主导作用,断裂带附近的应力状态为逆冲型。 2、龙门山断裂带东北段附近地区的应力状随着距离断裂带位置的不同有所差异,这种差异主要体现在断裂带附近水平构造应力作用的程度、最大水平主应力大小以及剪应力大小3个方面: (1)断裂带附近水平构造应力场作用的程度不同,总体上有随着距断裂带距离的增加,水平构造应力作用有逐渐明显的趋势。 (2)断裂带附近最大水平主应力的大小受断裂活动影响程度不同也不同,靠近断裂带约3km位置,最大水平主应力值较低,随着距离断裂带距离的增加(在离断裂带约6km位置处),最大水平主应力值开始增加,并有增大的趋势,且最大水平主应力随深度增加的梯度也有随距离断裂带距离的增加有增大的趋势。 (3)龙门山断裂带东北段附近的水平剪应力和最大剪应力值有随距离龙门山断裂带距离增加有增大的趋势。 3、与龙门山断裂带附近地区已有地应力测量结果相比,龙门山断裂带东北段江油及北川地区仍保持着较高的应力水平。 4、龙门山断裂带东北段江油及北川地区最大水平主应力方向为NE-NEE向,该方向与龙门山断裂带东北段右旋走滑活动性质反映出的力学机制较为一致,但是与区域最大水平主应力方向(NW-NWW)存在差异。 5、运用Byerlee断层滑动摩擦准则和μm值,结合龙门山断裂带东北段江油及北川地区3个测点的地应力测量资料,分析认为:经汶川8.0级地震及余震的调整,龙门山断裂带东北段附近江油-北川地区的应力水平已有所降低,基本上没有再次发生大震的可能性,但是不排除局部发生量级较低余震的危险性。


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