松辽盆地深部基底地应力状态：来自松科2井地应力实测数据的证据

松辽盆地基底内的地应力状态是地震等地质灾害研究、盆地动力学分析和油气资源开发利用等领域的重要基础数据。岩心非弹性应变恢复法是近年来发展起来的基于钻孔岩心的近原位三维地应力测量方法。本文将岩心非弹性应变恢复法应用于松辽盆地大陆科学钻探松科2井(SK-2)深部地应力测量,获得了松辽盆地基底内近6～7 km的三维地应力状态,结果表明盆地基底内(6 646～6 846 m)为走滑断层应力环境(σ_H>σ_V>σ_h),最大水平主应力方向为近E-W方向。盆地基底内的应力状态与盆地内及周边邻近区域的震源机制解(震源深度7～15 km)所反演的应力环境相吻合。盆地基底处于以E-W向近水平挤压为主导的构造应力场,这种应力状态的形成,可能为西太平洋板块NW向挤压运动背景下,受控于NE-NEE走向的依兰—伊通断裂和敦化—密山断裂右行走滑产生的次级应力场。研究结果对于认识区域构造应力场背景及松辽盆地的形成与演化过程具有重要参考价值。     

我国大陆应力场特征及与强震活动的关系

一、引言随着国际岩石圈计划的开展,板内应力场问题正成为人们研究的一个重要课题,原地应力测量是了解现今地应力状态的最直观手段,它能较确切地绘出现今构造应力的方向及地应力绝对值大小。根据跨断层测点的运动方式和地震地表破裂形迹的分布、组合形态、力学特征,可追溯力的作用。因此原地应力测量、跨断层测量及地震地质破裂带资料都是了解应力作用方式、研究区域构造应力场、探讨地壳运动力源的重要途径。本文以原地应力实测结果为主,结合跨断层测量和地震地表破裂带资料的构造力学解     

太原盆地应力场演化与强震关系的数值模拟研究

近年来,太原盆地内尽管没有强震发生,小震却异常活跃,而研究太原盆地构造应力场的分布和演化规律的工作比较少.采用有限元数值方法,综合考虑区域地质构造差异、主要活动断裂带、地形起伏和岩石圈分层结构,引入深部速度结构,建立包含太原盆地在内的山西地区三维粘弹性模型.以GPS观测值和最大主压应力方向测量值为约束条件,重建研究区现今构造背景应力场.在此基础上,依次模拟了自公元512年以来太原盆地6级以上和山西地震带7级以上历史强震序列.计算结果显示,太原盆地内的3次6级以上历史地震均落在应力场增加值大于0.01 MPa的区域,盆地近年来小震空间分布与现今应力增加值大于0.01 MPa的区域有较好的对应关系.研究表明:山西地震带内历史强震序列和长期构造加载对太原盆地内3次历史强震均有促进作用,太原盆地的地震活动性明显受区域当前应力水平的控制.      

基于原地应力实测数据探讨华北典型强震区断裂活动危险性及其对雄安新区的影响

华北地区距雄安新区300 km范围内包括唐山、邢台和张北三个典型强震区,近50年来,先后发生1966年邢台7.2级、1976年唐山7.8级和1998年张北6.2级强震活动,未来仍具发生破坏性地震的风险。在现今构造应力环境下,3个典型强震区内断裂活动危险性如何、再次发生中强地震对雄安新区地面稳定性有怎样的影响,这些都是要回答的问题。对此,本文首先基于唐山、邢台和张北强震区关键构造部位深孔水压致裂地应力测量数据,依据Byerlee断层滑动失稳摩擦准则,计算各强震区内潜在发震断层的临界失稳状态,探讨断裂活动危险性;之后依据中华人民共和国第五代《中国地震动参数区划图》之《中国大陆及邻区潜在震源区划分图》,厘定雄安新区外围300 km范围内主要潜在震源区和震级上限;最后选取适宜的地震烈度衰减模型,定量计算主要潜在震源区未来发生震级上限地震时对雄安新区地震烈度的影响,进而为雄安新区及重大工程抗震设防提供科学参考。结果表明：(1)唐山、邢台和张北强震区内主要潜在震源区未来发生震级上限地震产生的地震烈度衰减至雄安新区时均位于Ⅳ~Ⅶ度;(2)北京通州及邻区发生8.0级地震、涞水—高碑店沿线发生6.5级地震会在雄安新区产生Ⅶ度地震烈度,震害较轻;(3)其他潜在震源区在雄安新区产生的地震烈度均小于V度,并不会产生显著震害效应。鉴于此,雄安新区抗震设防烈度建议由原Ⅶ度调至Ⅷ度为宜。     

青藏高原的地震分布与震源机制

本文依据大量地震资料,阐述了青藏高原地震的空间分布规律和构造应力场特征.强震活动主要分布在高原周围边缘地带;震源深度以浅源为主,中源地震较多,无深源地震;构造应力场主压应力优势方向为NNE-SSW.     

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。     

地壳应力值的估算方法

本文提出了不通过地应力测量,确定工程岩体地应力值的断裂判据法和地震波断裂力学反演法。断裂判据法仅需确定野外最新构造体系断裂参数和岩体物理力学参数,便可确定不同新构造活动区的现代地应力值或下限值。地震波断裂力学反演法仅需要收集地震资料,测定岩体物理力学参数,便可确定区域平均剪应力τ_0;结合现代地应力场类型和最大主应力方向,可确定主应为值。     

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。     

甘东南及邻区7级以上强震数值模拟

对强震发生后周围断层及未来强震形势的影响研究具有非常重要的意义.青藏高原东北缘强震频发,对该区的历史强震进行研究很有必要.以青藏高原东北缘及邻区为目标建立3D黏弹性有限元模型,依据中国大陆Ⅰ级块体和青藏高原Ⅱ级块体划分及活动断裂分布确定模型块体边界及断裂位置,使用GPS观测资料作为模型边界条件,数值模拟1900年以来7级以上强震发生的动力学过程.计算结果表明:① 青藏高原东北缘及邻区区域水平构造应力场特征大致呈从西向东,从南向北减小分布.② 模拟结果说明强震主要发生在背景场应力和强震引起的等效应力加载的断层上.③ 历史强震序列对1970年以来地震的影响:康定地震加速触发了炉霍地震的发生;康定、炉霍地震对松潘地震无加速触发作用;康定、炉霍、松潘地震对共和地震无加速触发作用;炉霍、松潘、共和地震对汶川地震的影响较小;汶川地震延缓了芦山地震的发生.      

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。     

采矿诱发地震的震源机制特征——以辽宁省抚顺市老虎台煤矿为例

为探索采矿诱发地震(简称矿震)孕育的机理，以抚顺老虎台煤矿为例，基于双力偶点源的震源模型理论，用地震波P波初动方法，求解出27个较强矿震的震源机制。结合区域强地震震源机制解、地方震小震综合断层面解和极近场矿震震源调查。分析矿震的孕育环境。发现老虎台煤矿矿震与该区域天然地震的震源机制差异明显。得出卸荷产生的次生应力场是孕育矿震的主要应力来源、卸荷重力应力场诱发作用突出的结论。对非双力偶型矿震提出了煤柱失稳和顶板较大规模下沉2种新的解释。提出了减轻矿震的途径。     

用历史类比法对中国强震活动的概率预测

本文将20世纪全球强震活动划分为7个活动期,以国内中强以上地震同期活动资料进行比较,对未来国内强震活动趋势作出中期的统计概率预测,似乎可以作为一个较为有力的判据。     

2022年9月17日中国台湾地震序列的触发机制及其动力学成因

2022年9月17—18日，中国台湾先后发生台东县M_S6.5和花莲县M_S6.9两次强震及多次余震。两次强震均为逆走滑型地震，且震中都位于台湾纵谷断裂带，该地区构造复杂，为晚中生代古太平洋板块朝东亚陆缘的消减带，具有逆冲型构造应力背景。对纵谷断裂带周围地区历史上发生过的地震进行统计发现，大部分地震为逆断型。为探究该地区此次发生逆走滑型地震的原因及其与构造应力场的关系，首先通过搜集研究区相关的地震震源机制，反演该地区的构造应力场，明确其是以走向为北西西向的压应力为主的应力场；然后将应力场投影到走向、倾角不同的断层面上，发现一些节面上表现出较大的相对剪应力和较小的相对正应力，说明这些节面上具有较强的剪切作用和较小的摩擦力，容易发生错动而产生逆断型、逆走滑型和走滑型的地震。同时，为明确短时间内两次强震间的触发关系，通过计算M_S6.5地震在M_S6.9地震破裂面和滑动方向上产生的库伦破裂应力变化发现，M_S6.9地震约在0.02MPa的库伦破裂应力触发下发生。相关结论对研究台湾纵谷带地震的发...     

山西断陷带历史强震及全新世古地震地表破裂特征

强震的孕育和发生,与区域构造活动的强度和方式密切相关,不同地区各自特点不同。本文综合近年活断层填图等方面研究成果,对山西断陷带7级以上历史强震的地表破裂带及全新世古地震进行分析对比,讨论该区7级以上强震地表破裂特征。强震发生时,依据当地的地形地物条件,破坏区的地表出现多样地面破坏现象,例如山崩、滑坡、地裂缝、地表陡坎、喷砂冒水等。在松散沉积物地区,许多地表破坏现象常反映震时的应力场特征。本文着重讨论的是震时出现的反映震源发震构造特征的地表破坏现象——地表破裂带、地表地震断层或地震形变带。     

鄂尔多斯地块西南缘宁夏固原地区原位地应力测量结果及其成因

鄂尔多斯地块西南缘新构造活动强烈、地震频发,具有复杂多样的构造变形模式和活动特征。为了解鄂尔多斯地块西南缘地壳浅部地应力分布规律及断层稳定性,利用宁夏固原地区的水压致裂地应力测量数据,结合其他实测及震源机制解资料,分析了鄂尔多斯地块西南缘构造应力场特征。结果表明:①研究区2个钻孔的主应力关系整体表现为SHSvSh,水平应力起主导作用,属于走滑型应力状态,钻孔附近最大水平主应力方位平均为N59°W,与震源机制解获得的青藏高原东北缘主压应力方位有差异,推断鄂尔多斯地块西南缘现今NWW向走滑剪切应力环境的形成可能主要受到海原断裂带和六盘山断裂带的影响,应为局部构造和区域构造应力场共同作用的结果。②利用Mohr-Coulomb准则及Byerlee定律,摩擦系数取0.6～1.0,对研究区的现今地应力状态分析后发现,鄂尔多斯地块西南缘海原断裂带和六盘山断裂带的地应力大小未达到地壳浅部断层产生滑动失稳的临界条件,处于较稳定的应力状态。该研究成果为鄂尔多斯地块关键构造部位的断裂活动性分析和地质环境安全评价提供了参考依据。     

台湾海峡西岸地应力特征研究

台湾海峡西岸地区受到欧亚板块、太平洋板块和菲律宾板块的共同作用,具有复杂的应力场特征,但本地区现阶段地壳应力状态研究程度较低。为深入了解本区地应力特征,本文采用水压致裂法在福建平潭和广东饶平钻孔中进行了地应力测量,并结合其他实测及震源机制解资料,讨论了台湾海峡西岸构造应力场特征。结果显示平潭和饶平钻孔地应力优势作用方位分别为N19°W和N37°W;由震源机制解资料得到的研究区应力场方向表现为从北向南由NNW方向转向EW方向的扇形分布。地应力状态的水平变化趋势,大致以沙县-南日岛断裂为界,北部为低应力区,南部为高应力区,且南部大致以九龙江下游断裂附近开始,呈现由北向南,地应力水平逐渐降低的趋势。在研究区北部、中部、南部分别选取平潭、泉州、饶平三个钻孔,利用库伦准则对断层活动性进行判断,认为海峡西岸北部地区应力水平较低,断层活动性较弱;泉州所在的海峡西岸中部地区应力已积累到较高的水平,断层失稳滑动的可能性比较大;饶平邻近区域在近期断层失稳滑动的可能性不高。     

深度衰减效应对大型地下洞室群强震响应的影响分析

介绍了大型地下洞室群强震反应分析所需要输入地震波的选用原则,重点考虑了场地的深度衰减效应,同时提出了一种假设来确定地震危险性分析提供的峰值加速度的所在位置。选用了两组攀枝花实测地震记录,同时利用三角级数叠加法综合考虑了深度衰减效应,合成了一组人工地震动,使用ABAQUS软件对某水电站大型地下洞室群进行了二维非线性强震动力时程数值计算分析。结果表明：生成的地震波能较好地模拟地下洞室群的地震响应,深度衰减对地震响应结果有明显影响,不同频谱的地震波相对位移-时程差距较大,但频谱参数的影响还有待于深入研究。研究成果对大型地下洞室群地震动输入问题研究具有一定的指导意义。     

马边-永善地震带及邻区新构造应力场和现代构造应力场的探讨

本文用数学统计方法对马边-永善地震带及邻近地区水系格局的优势方向进行了计算,结合断层滑动参数、原地应力测量、地震震源机制解和三角测量资料进行对比分析认为:构造应力分区与活动的深大断裂围限的褶断隆起区和凹陷区有关,如马边凹陷区构造应力方向为NW向,而雷波-永善褶断隆起区和五莲峰褶断隆起区构造应力方向为NWW-NEE向。该区构造应力场有右旋渐变的特点,自南而北主压应力轴右旋转动约30～40°,并且,全新世以来的现代构造应力场继承了新构造时期构造应力场的特点。     

沿淮地区的现代应力场及其对井巷工程稳定性的影响

沿淮矿区,在工程施工中,由于对现代地应力场的研究处于初始阶段,且缺乏现代地应力测试技术。该区在现代应力场作用下,井巷工程稳定性破坏直接损失达千万元以上。因此,本文通过震源机制解,邻区的绝对地应力量测岩石圈层的构造应力与地幔对流情况,并结合遥感影象的共轭线性体构造的主应力轴方位解技术方法,较全面地分析、预测了该区的现代应力场特征。该区现代构造应力场最大主压应力方位在N30°—60°E范围之内。它是沿淮矿区井巷工程稳定性严重破坏的重要因素之一,而且是第一性的。     

汶川地震的发生对周围断层稳定性影响的数值模拟

大地震发生后, 研究地震的发生对周围断层的影响尤为重要.利用川西-藏东地区三维粘弹性有限元模型,考虑地表高程和粘弹性松弛等因素的影响,研究主要断裂带库仑应力累积速率和汶川地震的发生对周围断层的影响.结果表明:(1)龙门山断裂带年累积速率为0.28×10-3~0.35×10-3 MPa/a,这种较小的累积速率与龙门山断裂带强震较长复发间隔一致;(2)汶川地震的发生除造成震源区应力减小外, 还造成断裂带北东段不同程度的应力增加, 这与震后余震的分布基本吻合;(3)鲜水河断裂北西段、东昆仑、龙日坝、岷江以及虎牙断裂库仑应力水平增加显著,且汶川地震对于玉树地震的发生有微弱的加载效应;(4)汶川地震的发生造成鲜水河断裂带强震复发间隔缩短约52~104 a,是值得关注的强震危险区.