北半球陆壳现今构造应力场分布模式——基于有限元分析

北半球大陆现今地貌形态是板块作用的产物,其动力学机制相当复杂,而目前尚无统一的应力分布模式。采用三维弹性有限元模型,综合考虑构造边界与地壳结构的影响,并以震源机制解作为验证手段,正演出北半球陆壳现今构造应力场。结果显示,板块边界力对区域构造应力场起主导作用,而地壳深部莫霍面与均衡面的深度差会伴生垂向构造力使局部地区应力性质发生改变。受地壳结构的影响,板块的汇聚边界、转换边界仍可存在高张应力值,地壳内部构造活动强烈地区往往差应力值较大。北半球现今地应力场是地壳长期演化的一个瞬时状态,三维弹性球壳模型模拟结果可靠,可以作为北半球陆壳构造应力场分析的定量参考模型。     

深圳市东水西调输水隧洞工程构造活动性分析

在对深圳断裂带构造活动性演化分析的基础上,配合现今构造应力场平面和三维数值模拟,定量计算输水隧洞不同地段轴向与最大水平主压应力方向的夹角、深圳断裂带与隧洞交汇部位的现今活动量级范围以及深埋隧洞地段现今构造应力状态,为深圳市东水西调输水隧洞工程设计和施工提供依据。      

深圳断裂带现今构造活动性及其对深圳市输水隧洞工程地壳稳定性影响

从微震活动、断层位移监测、现今地应力测量等方面进行深圳断裂带现今构造活动性分析, 配合构造应力场三维数值模拟, 定量计算了深圳断裂带与输水隧洞交汇部位的现今活动量级范围以及输水隧洞不同地段轴向与最大水平主压应力夹角, 推算出深埋输水隧洞地段现今构造应力状态, 并结合地震活动性及其危险性、岩土体稳定性等研究成果, 运用模糊数学方法, 评价输水隧洞工程地壳稳定性, 为工程设计和施工提供依据.      

煤瓦斯突出研究方法探索

构造应力、能量集中与采动应力叠加,是煤瓦斯突出的根本原因,是现今构造活动的表现,由现今地壳失稳所致,属于地质力学问题。借鉴李四光倡导的地震地质工作经验,从现今活动构造体系研究入手,采用岩石力学与构造应力场的研究思路方法、技术,结合地壳稳定性评价实践经验,探索煤瓦斯突出减灾防灾的基本思路。     

低级序复杂断块构造应力场定量模型与油气分布

在对现河低级序帚状断块构造体系研究的基础上,建立了沙一、东营及现今3期构造应力场定量模型,研究了构造应力场特征及其与油气分布的关系。研究表明,不同地质时期应力强度不同,应力的方向和大小都有变化,认为应力值由老到新呈增大趋势。最大水平主应力在平面上自帚状构造的撒开端向收敛端逐渐变低,在剖面上随深度增加而增加,断裂带是应力低值区,也是油气富集区。提出应力转换带为应力低值区,也是低幅断鼻构造的有利分布区,还是开发中后期复杂断块油藏剩余油富集区。      

喜马拉雅东构造结北缘通麦—波密段现今地应力场特征研究

喜马拉雅东构造结是青藏高原构造演化研究的关键地区,规划有川藏铁路和雅鲁藏布江下游水电开发等重大工程,受限于地质地理条件,其现今地应力场尚不完全清楚。本文利用水压致裂法地应力数据,研究了东构造结北缘通麦—波密段现今地应力场,探讨了其构造应力环境。结果表明,通麦—波密段实测主应力随深度增加而增大,1100 m深度内SH和Sh分别为4. 87~32. 47 MPa和3. 05~20. 07 MPa,随深度增加梯度分别为2. 49 MPa/100 m和1. 61 MPa/100 m,略低于青藏地块和东构造结西缘梯度水平,但地应力状态特征参数表明其水平应力作用强度总体上高于青藏地块;SH优势方向为NEE向（N69. 2°±11. 5°E）,相比NNE—NE向区域主压应力方向表现出明显的顺时针偏转特征;现今地应力场由水平向应力作用主导,400 m以浅应力类型为逆冲型,以深转换为走滑型;水平向差应力和构造差应力在600 m深度以下显著增加,构造差应力最大为12. 42 MPa,表明通麦—波密段深部存在相对较强的构造应力作用;库伦摩擦失稳准则分析表明,受地形影响较小的200 m以深实测地应力值总体低于摩擦系数取0. 6时理论地应力水平,并且430 m深度以下地应力值总体在摩擦系数取0. 2~0. 4的理论地应力取值范围内,揭示通麦—波密段现今地壳应力强度尚未达到极限水平,目前处于相对稳定的构造应力环境。最后,讨论了现今地应力场对东构造结北缘重大铁路隧道工程的潜在影响,并提出了应对建议。     

青藏高原东北缘海原-六盘山断裂带现今地壳应力环境的数值分析

海原-六盘山断裂是青藏高原东北缘的大型边界断裂带,是中国大陆典型的地震危险区。地壳构造加载特征的定量研究有助于分析区域孕震环境,参考青藏高原东北缘GPS形变和岩石圈精细结构等资料,本文建立海原-六盘山断裂带周缘的三维岩石圈分层模型,分析现今构造加载作用下区域地壳形变和应力演化特征。数值计算结果显示:青藏高原东北缘现今处于以北东-南西向的水平挤压为主导和北西-南东向的水平引张的变形特征。青藏高原东北缘中-下地壳流变性质影响上覆脆性地壳应力环境,中地壳较低粘滞系数对应的模型地壳应力计算值与研究区实际地壳应力场相近。海原断裂中-西段构造加载作用显著,具有相对较高的库仑应力积累和最大剪应力分布;而六盘山断裂周缘地壳应力和最大剪应力小于海原断裂带。构造应力积累的空间分布差异说明六盘山断裂具有较弱的构造孕震环境,而研究区走滑型断裂的孕震加载作用显著。尽管六盘山处于较低的应力状态,但仍不能轻易忽视其长期存在的强震空区所暗示的发震潜力。     

地壳应力状态地质学研究现状和展望

对研究地壳应力状态的地质学方法作了回顾与展望;指出该方法已经成为研究地壳应力状态的主要方法，并分析了影响该方法发展的三个问题;还指出现代构造遥感地质研究已为地质学方法研究地壳应力状态开辟了新途径。
      

松辽盆地徐家围子断陷芳深9井区火山岩储层裂缝预测

本文在松辽盆地北部徐家围子芳深9井区构造地质、石油地质及构造应力场分析的基础上,对早白垩世嫩江组末期、晚白垩世明水组末期和现今三个构造时期在营城组火山岩地层中的构造应力场进行了三维有限元数值模拟,进而分析了三维构造应力场在裂缝预测分析中的应用,研究结果与构造地质、石油地质分析结论相一致,对油气勘探开发具有指导意义。      

青藏高原东南缘实测地应力特征及意义分析

在广泛收集整理了900组实测地应力数据的基础上,结合中国大陆现代构造应力场应力分区,通过统计回归分析的方法,分析了青藏高原东南缘5个4级应力区的主应力、侧压力系数、应力积累水平等应力量值特征随深度的变化规律,同时结合震源机制解分析了应力区的应力方向特征。研究结果表明:(1)巴颜喀拉山应力区、龙门山-松潘应力区、墨脱-昌都应力区的应力梯度值较大,深部应力状态以水平应力为主,川滇和滇西南应力区的梯度值较小,深部应力状态以垂直应力为主,应力分布呈现“北强南弱”的特征;(2)应力积累水平参数μ_m的大小表明,巴颜喀拉山应力区、龙门山-松潘应力区与川滇应力区的应力积累水平较高,更接近摩擦极限平衡状态,发生地震的可能更大;(3)最大水平主应力优势方向表现为围绕喜马拉雅东构造结呈顺时针旋转,与中上地壳的震源机制得到最大水平方向的优势方向具有一致性。利用上述结果,结合地壳动力学模型,初步定性分析了“北强南弱”的应力特征可能是由于北侧应力区受块体侧向挤出模型控制,南侧应力区受下地壳流模型控制。最后以岩爆为例,基于各应力区的应力状态对重大地下工程稳定性进行了评价,分析表明青藏高原东南缘在0~2 km范围内岩爆风险等级以轻微岩爆、中等岩爆和强烈岩爆为主,局部区域存在极强岩爆,且各应力区相同岩爆等级对应的埋深具有明显差异性。     

鄂尔多斯地块南缘地应力测量研究

利用水压致裂法得到的地应力测试数据对鄂尔多斯地块南缘地壳浅部地应力分布规律及断层活动性进行研究。结果表明:（1）两个水平主应力随深度线性增长,应力梯度分别为0.032和0.021,在测量深度域内水平和垂直应力的关系为S_H > S_h > S_V,该应力状态有利于断层发生逆断层活动,与1556年华山大地震的发震正断层的性质不同;（2）研究区的最大水平主应力方向为北南-北北西向,与区域速度矢量场方向一致,与其他资料解译的区域构造应力方向有一些差异,主要是受鄂尔多斯地块周缘断层活动的影响;（3）利用Mohr-Coulomb准则及Byerlee定律,摩擦系数取0.6~1.0,对研究区的地应力状态进行分析,发现鄂尔多斯地块南缘的测点未达到或超过地壳破裂极限状态,不存在断层失稳或地震等其他形式的地壳活动,处于较稳定地壳应力状态;（4）实测数据为该区补充了新的地应力测量资料,研究结果为该区工程设计及建设、构造应力场数值模拟提供了边界条件,对于该区地质灾害评价、地壳稳定性以及大陆动力学的研究具有重要意义。      

塔河油田奥陶系储层构造应力场研究

油气储层构造应力场的分布特征,对油气运移、注采井网布置、储层改造等具有重要意义。为此,文章从塔河油田AD13井区的地质构造演化入手,基于油田测井资料,结合弹性力学及有限元理论,建立研究区地应力弹性力学计算模型,利用有限元软件对研究区储层地应力进行模拟研究,并将模拟结果与现场地应力实测值进行对比分析。结果表明,研究区最大水平主应力为102~130 MPa,最小水平主应力为87~110 MPa,均为压应力;研究区东部及南部最大水平主应力方向为北东向,西北部最大水平主应力方向为北东东向,西南部最大水平主应力方向为南东向,地应力大小及方向均与实际结果相符。研究结果可为研究区油气勘探开发工程提供科学依据。      

日本MW 9.0级大地震前后华北和东北地区现今构造应力作用调整过程与研究意义探讨

为了探讨日本M_W 9.0级大地震前后华北和东北地区现今构造应力作用调整过程与研究意义,对华北和东北地区进行原位现今地应力绝对测量与实时监测、GPS测量,结果表明：日本大地震在山东半岛、华北北部地区和东北地区所诱发同震位移引起的张性效应调整周期分别约为6个月(即调整结束时间大约在2011年9月)、15个月(即调整结束时间大约在2012年6月)和26个月(即调整结束时间大约在2013年5月),张性效应调整周期与同震位移大小成正比。在这种调整过程中,往往表现出区域现今构造应力作用方式和构造应力场转换,并可能伴随重大地质事件(如地震等)的发生。2012年5月28日和29日、6月18日、8月26日及2013年1月11日在唐山及其周围地区分别发生的4.8级、3.2级、4.0级、3.3级和3.0级地震与华北北部地区构造应力作用方式和构造应力场转换有关,而2013年10月31日以来在吉林省松原市发生的地震群应与东北地区构造应力作用方式和构造应力场转换有关,而非一个大地震前的小震群。     

汶川Ms8.0地震后龙门山断裂带地壳应力场及其构造意义

2008年5月12日在青藏高原东缘龙门山断裂带中段发生汶川8.0级特大地震。大震发生时释放应力并对震源区及外围构造应力场产生影响,受汶川地震断层破裂方式和强度空间差异性的影响,震后龙门山断裂带地壳应力场也应表现差异特征,至今鲜有针对该科学问题深入的分析和讨论。经过系统收集、梳理汶川地震后沿龙门山断裂带水压致裂地应力测量数据与2008年汶川地震中强余震序列震源机制解资料,对汶川地震后龙门山断裂带中上地壳构造应力场进行厘定,通过与震前构造应力场对比,深入探讨了汶川8.0级地震对龙门山断裂带地壳应力场的影响,进而对汶川震后应力调整过程及青藏高原东缘龙门山地区深部构造变形模式进行研究,研究结果表明:受汶川8.0级地震的影响,震后龙门山断裂带地壳构造应力场空间分布具有差异性,近地表至上地壳15 km深度范围,映秀—青川段最大主应力方向为北西西向、地应力状态为逆走滑型,青川东北部最大主应力方向偏转至北东东向、应力状态转变为走滑型;15~25km深度范围,龙门山断裂带最大主应力方向仍为北西—北西西向、应力状态以逆冲型为主。汶川8.0级地震后,龙门山断裂带中地壳北西西向逆冲挤压的构造应力特征进一步支持了青藏高原东缘龙门山地区东西两侧刚性块体碰撞挤压、逆冲推覆的动力学模式。     

库车坳陷新生代构造应力场恢复

库车坳陷的构造变形及演化与南天山造山带的发育密切相关。库车坳陷新近纪以来的喜马拉雅晚期构造运动最为强烈,形成了天山山前大型冲断带,并造就了现今的构造格局。通过对库车坳陷北部构造样式的识别及各种应力场指示标志的测量、统计和构造解析,对野外获得的应力场指示标志划分了期次,认为喜马拉雅晚期应力场标志为近南北向挤压。结合库车坳陷区域构造要素,如地质体几何形态、边界条件、岩石力学参数等,运用弹性力学有限元数值模拟的方法获得了喜马拉雅晚期库车坳陷的区域应力场。模拟结果表明,库车坳陷喜马拉雅晚期最大主压应力方向为近南北向,与古应力场标志拟合较高,可以为库车坳陷裂缝预测和评价提供依据,对勘探开发有应用价值。     

龙亭—合阳勘查区构造应力场分析

以基础地质资料为依托,运用构造解析研究思路与方法,进行渭北石炭二叠纪煤田韩城矿区龙亭—合阳勘查区构造应力场分析,在此基础上揭示控煤意义。结果显示研究区自三叠纪后先后经历了印支运动期北北西向挤压、燕山运动中期北西西向挤压和喜马拉雅运动期北东向挤压兼右旋剪切与北西—南东向伸展断陷作用三期构造作用,最大主压应力方位分别为335°、285°、44°;北东东向正断层系控制了区内煤层空间赋存状况,其发育程度直接影响区内煤炭资源下一步勘查与开发进程。     

兰州地区新生代构造应力场演化特征

节理统计、断层、褶皱和震源机制解析等研究表明,兰州地区第三纪以来的构造应力场主压应力轴倾角在陡－缓交替过程中逐渐变陡,作用方向由ＳＮ向,ＮＷ－ＳＥ向转变为ＮＥ－ＳＷ向。第三纪时期构造应力场的逆时针运动是地块在该时期作逆时针旋转运动的结果,早－中晚新世之间出现了青藏高原构造作用的重要转型。进入到ＥＷ向伸展机制下的构造变形时期,研究区地壳运动以抬升为主,但抬升运动与水平运动之间有机地结合在一起的。经过     

Neotectonics of the Kharaulakh sector of the Laptev Shelf

Seismotectonic deformation and crustal stress pattern have been studied comprehensively in major seismogenic structures of the Kharaulakh sector of the Verkhoyansk fold system and adjacent parts of the Chersky seismotectonic zone. The study focuses on neotectonic structures, deep structure, and systems of active faults, as well as tectonic stress fields inferred by tectonophysical analysis of Late Cenozoic faults and folds. The results, along with geological and geophysical data, reveal main strain directions and structural patterns of crustal stress and strain in the Arctic segment of the Eurasia-North America plate boundary. The area is a junction of mid-ocean and continental structures evolving in a mixed setting of extension, compression, and their various combinations. The rotation pole of the two plates is presumably located near Buor-Khaya Bay. In this case, extension is expected to act currently upon the neotectonic structures north of the bay and compression to control those in the south and southeast. This inference is consistent with the identified zoning of stress and strain in the Kharaulakh sector.     

中国现今区域构造应力场与地壳运动趋势分析

本文对中国现今地壳形变场、断层位移场、地应力场、地质灾害场、地壳深部结构构造等分别研究和分区。首次较全面地论述了中国现今区域构造应力场的主要特征,讨论了中国现今地壳运动问题。对中国地壳运动的某些过程、时空发展演化及运动规律的新认识,为中国地壳运动理论补充了现今构造应力场资料,同时也为国民经济规划、减灾防灾提供了依据。