5.12汶川地震后龙门山断裂带东北段现今地应力测量结果分析

5.12汶川大地震发生后,在龙门山断裂带东北段,开展了6个钻孔的原地应力测量工作.测量钻孔分别位于龙门山中央断裂带上下两盘的平武、北川、江油和广元等地.钻孔孔深在200~500 m之间,共取得了72个测试段的地应力测量数据,以及其中33个测段的印模定向试验数据,由此获得了每个测点处地应力的赋存状态,包括地应力量值随孔深的变化以及地应力作用方向.根据库仑准则,结合Byerlee定律对各测点实测数据进行分析,可以看出,龙门山断裂带上盘现今地应力的作用强度高于下盘.其上、下两盘现今地应力赋存状态特征及其差异性显示出该区域处于不均衡的应力环境,容易导致断裂失稳而产生新的活动;印模定向试验数据表明,龙门山断裂带东北段的北川、江油、平武的最大水平主应力优势方向为NEE向;广元附近为NWW或近东西方向.结合已有的研究成果,初步得到龙门山断裂带现今地应力作用方向的分段性特征,即大致以北川为界,龙门山断裂带东北段应力方向显示了与西南段不同的特征.其西南段现今地应力的优势作用方向为北西方向,而龙门山断裂带东北段,自江油、北川、平武一带至广元、青川附近,其现今地应力的最大水平主压应力的优势作用方向呈现了NEE→NWW的赋存状态和变化趋势.本文获得的研究结果对于认识5.12汶川特大地震的动力学机制具有一定的借鉴和启示作用.     

雪峰山深孔水压致裂地应力测量及其意义

利用最新研制的深孔水压致裂地应力测量设备在雪峰山2000 m科钻先导孔内开展了原地应力测量,在孔深170~2021 m范围内获得了16个测段的有效地应力测量数据,是国内首次利用水压致裂法获得的孔深超过2000 m深度的原地应力测量成果。测量结果表明,地应力随孔深增加而逐渐加大,对实测数据进行线性回归,得到最大和最小水平主应力随深度变化的关系分别为:S_H=0.03328H+5.25408,S_h=0.0203H+4.5662,在孔深2021 m深度,其实测值分别为66.31 MPa和43.33 MPa。基于实测数据,结合钻孔成像测试和井温测试结果,对测点应力状态进行了综合分析。在170~800 m深度范围,三向主应力关系为S_H > S_h > S_v,有利于逆断层活动;孔深1000~2021 m表现为S_H > S_v > S_h,表明该区域深部应力结构属于走滑型。最大水平主应力方向为北西-北西西方向。基于实测地应力数据及莫尔-库伦破裂准则,对测区附近断层活动性进行了分析讨论,认为该区域断层处于稳定状态。      

青藏高原东南缘丽江—剑川地区地应力测量与地震危险性

为获得川滇块体腹地现今的地应力场,分析边界断裂发生地震活动的危险性,进而探讨块体运动的动力学特征,2010—2011年,在青藏高原东南缘丽江—小金河断裂带西南段的丽江—剑川地区,开展2个300m钻孔水压致裂地应力测量。地应力测量结果揭示了研究区地壳浅表层现今主应力的分布规律。结合研究区部分中强震震源机制解及20世纪80年代地应力结果,分析了跨度近30a后该区构造应力场的变化特征,进而探讨了其动力学指示意义。依据断层滑动摩擦准则,讨论了丽江—剑川地区现今地震活动危险性。     

龙门山断裂带东北段现今地应力环境研究

2008年5月12日汶川Ms8.0级地震后,为了解发震断裂附近地应力分布特征,于2009年10月-12月期间,在龙门山断裂带东北段江油、北川地区3个200 m钻孔中开展水压致裂地应力测量工作;本文首先依据研究区域内3个200m钻孔的水压致裂地应力测量结果,分析了汶川8.0级地震发生1年后,龙门山断裂带东北段附近现今地应力状态分布特征;其次,基于龙门山断裂带基础地质、地球物理等研究资料,采用线弹性有限元模拟方法,运用ANSYS有限元模拟软件,模拟得到了地震后研究区内现今地应力状态;再次,综合研究区内地应力测量结果和应力场的三维有限元数值模拟结果,揭示了断裂带附近江油～北川剖面现今应力场的变化规律;文章最后探讨了龙门山断裂带东北段江油和北川地区的地震危险性.     

新加坡地应力测量

2008年和2009年, 通过和新加坡宜康地质技术有限责任公司合作, 在新加坡18个浅钻孔中进行了水压致裂地应力测量. 通过测量获得了新加坡地壳浅部的现今应力状态, 为新加坡拟建地下管缆隧道设计施工提供了地应力依据, 也为世界应力环境数据库提供了参考. 测试结果表明, 在38.00~56.95 m深度域内最大水平主应力σ_h值为3.45~9.64 MPa, 最小水平主应力σ_h为2.49~6.28 MPa. 水平主应力和用上覆岩层重量计算的垂直应力σv之间的关系为σ_h>σ_h>σv,最大、最小水平主应力平均值分别是垂直应力平均值的5.13倍和3.23倍, 表明新加坡应力场以水平应力为主导. 初步分析认为, 新加坡陆域浅部构造应力场的量值大致呈南、北两端偏低, 中间高的态势, 在北端最大与最小水平主应力值都小于它们各自的平均值, 而南端则与平均值相当. 最大水平主应力优势方向为NE—NEE向, 该方向与前人在其邻区获得的构造应力场方向和由震源机制解反映的主压应力方向较为一致. 新加坡现今构造应力场状态与印度板块、澳大利亚板块、菲律宾板块与欧亚板块的汇聚作用有着密切的联系. 根据库仑摩擦滑动准则, 断层面摩擦系数取0.6~1.0, 分析了研究区内断层产生摩擦滑动的可能性.     

川藏铁路雅安—林芝段典型地质灾害与工程地质问题

川藏铁路是中国正在规划建设的重点工程,穿越地形地貌和地质构造都极为复杂的青藏高原东部。铁路沿线活动断裂发育、地震频发,新建铁路雅安—林芝段直接穿越或近距离展布于龙门山断裂带、鲜水河断裂带等10条大型区域性活动断裂带,部分断裂活动速率值达10 mm/a,潜在强震危险性高。在内外动力耦合作用下,铁路沿线地质灾害极为发育,密集分布于大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江和雅鲁藏布江及其一级支流、活动断裂带和公路沿线,其中高位远程滑坡及链式灾害、深层蠕变-剧滑型滑坡、地震滑坡等灾害危害严重,成为了铁路建设的“拦路虎”。铁路沿线处于以水平构造应力为主导的高地应力环境,穿越华南主体应力区、龙门山—松潘应力区、川滇应力区、墨脱—昌都应力区和喜马拉雅应力区等5个大的一级构造应力区;雅安—康定段最大主应力方向为NWW—NW向,并向林芝方向呈现NNE向偏转,地应力在平面和垂向空间上表现为强烈局部差异性,如折多山某隧道地应力测试结果揭示了在垂向上存在应力释放区。在高地应力条件下,铁路沿线深埋隧道潜在围岩岩爆和大变形危害风险大。铁路建设应加强活动断裂安全避让、重大地质灾害早期识别和监测预警、深埋隧道地应力和岩爆大变形超前预测预报等工作,科学指导铁路选线与防灾减灾。     

赤道印度洋—太平洋地区海气系统的齿轮式耦合和ENSO事件

利用历史观测数据,研究了印度洋海表温度（SST）的季节变化特征,证实赤道印度洋和东太平洋SST年际变化有显著的正相关,指出这种正相关是由于沿赤道印度洋上空纬向季风环流和太平洋上空Walker环流之间显著的耦合造成的。这两个异常的纬向环流圈之间的耦合形式看起来很象是存在于赤道印度洋和太平洋上空的一对齿轮（简写为GIP）,当一个作顺时向变化时,另一个则作反时向变化。文中还证明ENSO事件与GIP的年际异常存在很好的对应关系,暖事件时GIP为反向运转;冷事件时GIP为正向运转;异常的GIP的啮合点位于印尼群岛附近。对80年代以来的ENSO事件的分析表明,每次事件前期异常的GIP的啮合点首先出现在印度洋上空,然后逐渐传入太平洋,引起GIP东侧的大气纬向风#Au#a和SST同时发生异常变化。当这种风场和SST的异常变化发展东传到达赤道中东太平洋时,导致ENSO事件最终出现。本文由此指出印度洋上空纬向环流的异常可以通过印度洋和太平洋上空大气系统的齿轮式耦合去影响赤道中东太平洋的海-气相互作用并触发ENSO事件发生。     

川西折多山某深埋隧道地应力测量及其应用研究

川西地区地质构造环境复杂,该区深埋隧道建设过程中经常面临岩爆风险,而地应力条件对深埋隧道的规划建设和岩爆风险预判具有重要意义。本研究利用水压致裂法在川西折多山某深埋隧道开展了原地应力测量及其工程效应分析。某钻孔196~650 m深度范围内的地应力测试结果显示,隧址区以水平构造应力为主导,测试深度范围内水平主应力随深度线性增加,且应力增加梯度高于中国大陆背景值。地应力结构整体以逆断型(S_H>S_h>S_v)为主,其中389.50~560.50 m深度范围属应力释放区,地应力结构以走滑型(S_H>S_v>S_h)为主。侧压系数及最大、最小水平主应力比值随深度分布基本符合中国大陆各参数变化特征。最大水平主应力方向为NWW向,与区域应力场分布及周边活动断裂反映的力学机制一致,主要受印度板块向欧亚板块持续俯冲和高原物质东南向扩散作用控制。测点现今地应力强度较高,临近断裂失稳状态,随着应力的不断积累,区内优势破裂方向或已有断裂的特殊构造部位可能发生失稳滑动。最后,基于地应力测量结果对深埋隧道围岩稳定性进行了预判分析,受隧址区高地应力影响,围岩发生中-强岩爆的可能性较大,需优化设计并重点防护。     

冀东地区深孔地应力测量及其意义

为获得矿山深部开采和设计所需要的地应力基础资料,中国地质科学院地质力学研究所于2012—2013年在冀东地区滦县—乐亭大断裂附近开展了3个钻孔水压致裂的应力测量工作,钻孔孔深为500—1 000 m.地应力测量结果初步揭示了研究区地壳浅表层现今地应力的分布规律.实测结果表明:现今研究区域应力场优势方向为NW70°;3个测点的最大剪切应力与平均应力的比值um范围为0.24—0.48,平均值分别为0.30,0.40和0.30,均未达到地壳应力摩擦极限状态(um=0.6)的水平,而唐山大地震后不久研究区浅层获得的um则较大,个别点大于0.6,平均值为0.44,表明唐山大地震后研究区应力积累程度较低,应力释放较为充分;依据断层摩擦准则及拜尔利定律可知,研究区发生较大地震活动的危险性较低.      

青藏高原拉萨块体地应力测量及其意义

受印度板块向欧亚板块持续北东向挤压作用,青藏高原腹地拉萨块体内新构造活动强烈,其地应力特征一直是工程规划建设、地球动力学和地壳稳定性研究的重要内容.2014至2015年,沿雅鲁藏布江断裂带,分别在西藏林芝县(LZ)、朗县(LX)和乃东县(ND)开展了水压致裂原地应力测量工作.本文通过测试结果分析,获得了拉萨块体现今地壳浅表层的应力状态及分布特征.LX及ND测点应力强度均高于LZ测点,且应力结构均为逆断型,表现为S_HS_hS_v,水平应力作用占主导.LZ测点在测试深度内揭穿了断裂,且应力结构不够明确.三个测点的应力状态显示出拉萨块体现今地壳强度处于破裂临界状态,结合各测点所处构造环境,应力的持续累积可能会打破这种平衡导致断裂活动.主应力比值K_(Hv)=S_H/S_v,K_(av)=(S_H+S_h)/2S_v和K_f=(S_H—S_h)/2也显示出该区强烈的水平构造运动.三测点揭示的最大水平主应力方向集中于近SN(LX)-NNE(LZ及ND)向,与该区背景应力场特征相一致,且与地壳运动场相耦合,反映出该区应力状态主要受控于印度板块北向欧亚大陆持续挤压碰撞的构造背景,同时各测点之间应力状态的差异性也体现了区域构造作用的差异影响.