汶川和芦山地震前后浅部应力对深部应力的响应及地震危险性分析

活动断层上盘浅部的高应力异常通常被认为是强震前兆之一,而低应力一般认为不会发生地震是安全的。然而多个震例表明,低应力状态下的地震危险性具有多解性。为进一步探讨强震前的应力异常特征,本研究利用2008年汶川M_S8.0级地震和2013年芦山M_S7.0级地震前的地应力测量结果和地震活动性参数b值,在考虑深部应力对浅部应力影响强度的基础上,建立了浅部应力对深部应力的响应模式,并对强震发生前不同的应力状态与地震危险性的关系进行了讨论。结果表明：活动断层上盘低b值对应浅部高地应力为潜在地震危险区,而对应低地应力则为地震危险性不确定区,需要借助更多的手段进一步确定;2008年汶川M_S8.0级地震前的低应力状态可能反映了区域应力存在较强的调整。本研究对运用断层浅部应力状态评估断层地震危险性具有一定的启示意义。     

汶川地震后沿龙门山裂断带原地应力测量初步结果

2008年5月12日在中国四川省西部汶川发生Ms8.0地震,震中位于青藏东缘龙门山断裂带。地震发生后的4个月,沿龙门山断裂带中南段开展了原地应力测量,获得了3个测点的应力大小和方向。在3个测孔中浅部采用压磁应力解除法,深部采用水压致裂法。浅部测量结果显示,位于震中区映秀测点,水平最大主应力值为4.3MPa,最大主应力方向为N19°E;宝兴测点位于震中区西南的龙门山断裂带南段,汶川地震没有导致该段地表破裂,该点获得的水平最大主应力值为9.8MPa,最大主应力方向为N51°W;位于龙门山断裂带最西南端的康定测点,水平最大主应力值为2.6MPa,最大主应力方向为N39°E。利用水压致裂法对各钻孔100～400m深度进行了应力测量,获得了应力随深度变化趋势和应力状态。与震前其它应力测量结果和中国其它地区表层地应力测量结果比较,龙门山断裂带西南段处于相对高应力水平,震中区仍处于中等应力水平。这项研究成果将为评价龙门山断裂带余震和今后强震发展趋势提供关键构造物理参数。     

庆祝地壳所建所四十周年

本文介绍了地壳应力研究所建所四十周年来我所知道的一些情况,以及地壳应力测量在我所的发展历程。一、地壳应力研究所(原地震地质大队)是李四光同志亲自组建起来的1962年新丰江水库地震后,李四光同志十分重视地震地质的研究。1962年在地质部地质力学研究所设置了地震地质的研究课题,并由广东省地质局组建了新丰江(河源)地质队,进行地震地质调查及地震监测研究。1964年四川西昌到渡口(攀枝花)一带要进行大规模的三线建设,而这一带又是有名的地震带。如何在地震活动区进行大规模经济建设,是当时面临的一个十分迫切的问题。李四光同志认为,在…     

西藏林芝地应力测量监测与尼泊尔M_S8.1级强震远场响应分析

为查明川藏铁路林芝段现今地应力状态和附近主要断裂运动学和动力学活动特征,在西藏林芝北侧开展了300 m深度钻探工程和随深度系统水压致裂现今原位地应力测量与压磁法地应力实时监测工作。原地应力测量结果表明:(1)三个主应力大小之间关系为SHSh≥SV,表明区域构造作用水平应力起主导作用,易于发生逆断活动;(2)现今最大水平主应力方向为北北东向,反映区域内北东—近南北向断裂带现今活动具有顺时针走滑的特征;(3)基于实测数据得到剪应力相对大小μ_m=0.11~0.23,反映了该区域应力积累较低,区域内断层活动的危险性较小。地应力实时监测结果表明2015年尼泊尔M_S8.1级强震在该地应力实时监测站点具有显著的远场效应:(1)尼泊尔地震前,最大与最小水平主应力值分别增加了0.35 MPa和0.24 MPa,最大水平主应力方向基本保持不变;(2)尼泊尔地震时同震应力变化表明,地震导致最大与最小水平主应力值分别减小了0.05 MPa和0.04 MPa,最大水平主应力方向基本保持不变;(3)尼泊尔地震4个月后,最大水平主应力减小了0.05 MPa,而最小主应力增加了0.01 MPa,最大水平主应力方向基本保持不变。基于钻孔原地应力测量与实时监测数据分析尼泊尔地震前、震时、震后该站点地应力变化情况,对于区域内断裂活动、地震危险性、地壳稳定性等研究具有重要意义。     

地壳应力应变观测与研究四十年——一个团队的追求与坚持

我和我们团队的李秉元、师洁珊、贾维九、高银秀、张宗润等同志,在地震战线几乎用了毕生的精力以地壳应力状态及其动态变化为研究对象,力求通过钻孔应变测量的途径寻找其变化特征与地震过程的关系,尤其是地震发生的前兆异常特征。我们一直力求将测量系统的研制与地震监测预报实践相结合。不管是在地震台站几十至近200米深的钻孔中进行的地壳应力-应变活动的监测与预报实践探索,还是在大庆油田近1000米深的油井中开展套管综合监测以探寻套管成片损坏机理及防护措施的研究,我们全身心地从事着艰苦的、极具开拓性的工作。也许是地球的神秘现象…     

深圳地应力状态及其区域稳定性评价

作者通过地应力测量、模拟、实验、应力场分析等一系列测试研究工作，确认深圳现今应力状态以水平应力场为主，优势方向为北西向，最大主压应力值2．6MPa，最大剪应力值0．37MPa，其中半数测孔水平面上的地应力呈等值状态，无明显应力集中现象。表明其地壳活动较弱、区域稳定性良好。     

南海壳体不同深度构造应力研究

根据三维有限元方法,计算了南海壳体不同深度构造应力的数值分布,每个层面的应力值分别为：130km深处的偏应力值变化范围为-5．1～3．25MPa;80km深处为-5～2．9MPa;30km深处为-5．5～2．15MPa;10km深处为-3．6～0．67MPa;地壳表层的数值明显变化较大,从-2．5MPa变至0．11MPa。并初步探讨了构造应力与壳体运动的关系。     

青藏高原东南缘活动断层相互作用、应力触发与差别响应

岩石圈、地壳由众多板块、地块及层圈组合而成,是开放性复杂巨系统,活断层在地壳中犹如神经网络也是复杂的开放体系。因此活断层之间存在复杂的相互作用,例如地震断层破裂产生应力扰动,可能触发其他断层破裂,不仅在近处,也会在远处发生。不同的活断层构造产状、活动方式及应变阶段不同,对同一次触发响应不同。触发与差别响应二者的叠加效应在地震活动性上有重要表现。表现之一是区域大震后,余震区外地震活动显著增强处发生继发性大震的概率最大,也即率先出现"远余震、诱发前震、响应震"的地方地震危险性增大,对预测未来地震位置有效。对本区1950—2013年地震统计表明,预测成功率W=1-漏报率-虚报率=80%。同时,对当前地震危险区作了预测。     

日本京都大学地球物理系田中丰先生来我所讲学及访问

日本京都大学地球物理系田中丰先生应我所及国家地震局第一地形变监测中心邀请．定于5月17日至5月26日到天津及北京访问．北京访问结束后还将去上海、厦门等地访问．他在我所的学术报告题目是：1．低地震活动区地壳应力随深度的分布；2．消减带的地壳运动模式及构造应力场．     

广西全州天湖水电站水压致裂三维地应力测量及其应用

一、引言用水压致裂法测量地壳应力的大小和方向,具有其它测量方法不可比拟的优点,不仅操作简单,而且可进行地表以下几百米甚至千米深度的应力测量,直接确定应力值和岩石力学参数等.我们研制的轻便水压致裂应力测量系统已在水电、石油、交通、煤炭等部门得到广泛应用. 常规水压致裂法的一个重要假设,即三向主应力之一与孔轴平行,从而确定平面应力     

论上部岩石圈的偏应力值

通过上部岩石圈应力状态的三维有限元计算、地震学资料分析,显微构造分析和原地应力测量结果表明,上部岩石圈偏应力值大小与岩石介质的力学性质(硬质岩石介质中偏应力值较大,软质岩石中偏应力值较小)、所处的构造位置(板内偏应力值较大,板间较小)、所处深度(偏应力值随深度的增加而增加)、所处纬度(中纬度地区偏应力值较小,两极和赤道地区较大)有着密切的关系。     

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。     

华北地区实测应力特征与断层稳定性分析

以中国大陆地壳应力环境基础数据库为基础,选取华北地区水压致裂法与应力解除法的实测地应力数据共计1 017条,得到华北地区及研究子区宏观应力场特征：（1）华北地壳浅层最大水平应力 、最小水平应力 随深度D呈线性增加;（2）在0~4 000 m测量深度范围内,华北各研究子区中间深度 值总体表现出“东高西低”的特征;（3）华北地区侧压系数Kav=225/D+0.61,浅部离散,随着深度增加而集中,并趋向0.61,D=577 m时Kav=1,是水平作用为主导向垂直作用为主导转换的“临界深度”;（4）华北各研究子区 的优势方向统计显示,华北东部研究区 优势方向基本上为近EW、NEE、NE向。鄂尔多斯块体及环鄂尔多斯的研究区 优势方向呈现出NE向或NEE向。华北平原的研究区 优势方向主要为NE、NEE向,部分研究区呈现出NW向。分析华北区域断层稳定性发现,500 m深度以下实测差应力值不超过理论临界值,区域内断层基本上处于相对稳定的状态;0~500 m深度之间部分差应力值已达到或接近走滑临界状态,在方位合适的断裂或节理面上发生走滑断层型活动的可能性较大。     

压磁应力计测量地应力相对变化结果讨论

本文简要介绍中国压磁应力计的电磁学和力学原理,地壳岩石中水压重复观测实验结果,以及使用它进行地应力测量的地质力学前提条件。在压磁应力计测量地应力相对变化结果中阐述了:悬空元件与受力元件测值对比;地应力变化与断层微量位移同步波动;压磁应力计与振弦应变计,体积式应变仪测量结果比较;相距十至数百公里的几个台,同期测得相似、相关的地应力变化;少震区地应力测量十分平稳,具有稳定的观测中误差;在多次地应力异常成功预测地震中发现并证实——异常主应力方向指向或转向震中区、异常主应力值较大的台站往往离震中较近,地应力趋势异常时间长短与震级大小呈线性关系。压扭性断裂力学模型解释了地应力异常主应力方向指向震中区,近震中地应力异常值大、远震中地应力异常值小等现象。由此可以证实:我们在数十米至百米钻孔中使用压磁应力计的确可测到震源应力场的变化过程,从而进行地震的时间、地点、震级的预测。     

2019年6月17日四川长宁6.0级地震震后应力演化与余震关系

2019年6月17日四川长宁县发生6.0级地震,该次地震余震活动频度高、强度大,其中超过5.0级的强余震就有4次,具有不同于以往6.0级地震的独特特征.余震活动与震后区域应力变化密切相关,为研究它们之间的关系,考虑区域主要活动构造、地表起伏和深部反演结果,建立长宁地区岩石圈三维黏弹性有限元模型.采用数值方法重建基本符合研究区GPS观测和最大水平主压应力方向测量结果的现今构造背景应力场.进而依次模拟了长宁6.0级地震和5.0级以上强余震序列.通过计算库仑破裂应力变化研究了震后应力演化与余震分布,以及主震和5.0级强余震序列之间的关系.研究表明,长宁6.0级地震的发生可能与区域内非构造加载因素有关,余震活动明显受震后区域应力变化的控制.长宁地震后,于滩-长宁背斜在10 km深度应力得到充分释放,库仑破裂应力明显减小;而在3 km深度库仑破裂应力明显增加,应力水平仍然较高.      

应力遥感监测地质灾害的研究及实验

此项研究在Ｔｕｒｃｏｔｔｅ定性构造应力场基础上，建立了地壳构造应力场定量优化模型公式，计算绘制了各种区域地壳构造应力场特征及其动态图件，应用气象卫星应力遥感监测绘制了１９８９年大同６级地震前后京津唐地区应力降动态图，同时监测唐山市岩溶塌陷获得应力降动态图，本文系统地阐述了各类型卫星与航空应力遥感的进展和展望。     

中国三叠纪中晚期—早更新世构造应力值的估算

选用具有测年数据的含石英或橄榄石的岩石，在透射电镜下观测位错密度，从而估算了中国三叠纪中、晚期—早更新世４３２个构造应力值（差应力值），初步发现在板块碰撞带或大断层带附近差应力值增大，而在板块内部则逐渐变小．在各构造期的晚期地壳上部平均差应力值也是不同的，印支期（２３０～２０８Ｍａ）为１０５．５ＭＰａ；燕山期（１７０～１３５Ｍａ）为９９．４ＭＰａ；四川期（１００～５２Ｍａ）为１０７．４ＭＰａ；华北期（３０～２３．３Ｍａ）为７６．７ＭＰａ；喜马拉雅期（１０～０．７３Ｍａ）为９２．６ＭＰａ．     

1976年唐山大震的地应力测量

1975年初我从地质力学研究所调到地壳应力研究所的前身地震地质大队。1975年海城7.5级地震后我们到海城地震区的海城和营口进行了原地应力测量。海城处于郯庐断裂带上,1976年我们原计划沿郯庐断裂带往南进行应力测量,以了解郯庐断裂带南段的现今活动性。由于邢台地震已经10年,于是1976年5月我们首先在隆尧尧山进行了原地应力测量,以了解邢台地区十年来地应力场有什么变化,然后再沿郯庐断裂去山东、江苏、安徽等地进行原地应力测量。1976年6月初我们完成了尧山的应力测量后,正准备南下到山东时,得知华     

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。     

华北与东南沿海地区岩石介质差异性研究

通过地震活动性特征研究了华北与东南沿海地区岩石介质差异性，以唐山、海域及福建地区为例，计算了上述地区的视应力降和环境应力背景值，并用分形理论中的标度揭示了这种差异性的定量特征。结果表明，在华北地区（唐山与海城），环境应力值有强烈的涨落，而东南沿海地区（福建）其涨落并不明显，从而揭示了华北与东南沿海地区地壳岩石介质的差异性。这意味着上述地区的动力学特征在板块构造力作用下存在明显的差异。最后，应用动力学观点讨论了上述变化的复杂性和可能存在的问题。