川西地区地震幕的数值模拟研究

川西地区位于我国南北地震带中段,地震活动非常强烈。本文通过区域活动构造格架、地震活动性及现今地应力场的研究,建立了该区弹塑性有限元模型。首先根据震源机制解、实测地应力及地形变测量等资料,对现今地应力场及力源机制进行了反演。然后通过不断调整模型的边界力量值及介质力学参数,模拟了1893年以来四个地震幕地震的迁移过程.并在此基础上,预测了未来地震幕的地震危险区。最后从断裂力学观点出发,建立了震级与地壳应变能密度和地震破裂带长度的近似关系,估计了川西未来地震幕地震危险区的最大震级。     

从震前卫星热红外图像看中国现今构造应力场特征

震前卫星热红外探测现今地球热应力场, 既有水平应力热场, 也有垂直应力热场。热辐射能量的增强与应力增强有关。结合地震地表破裂带和地震等烈度线图的分析, 辅以GPS空间定位地形变测量、震源机制解和原地应力解除法,以及地球物理勘探资料, 可使对现今应力场的了解更加全面。以99?~104?E为界的过渡带包含中国大陆西部重庆荣昌双环、四川汶川椭圆。这种左右涡旋运动方式不同存在一个带内, 与深部构造差异和物质下曳运动有直接的关系。中国西部受印度板块和西北利亚板块SN向夹击, 来自西北利亚板块的作用力最南可到天山北麓。印度板块与太平洋板块相互扭动, 壳幔汁上涌差异反映在中国西部热旋扭椭圆为左旋扭动。印度板块与太平洋板块相互扭动, 中国东部地区出现伸展构造。NE、NNE向破裂发生右旋运动, 可称之新新华夏构造体系。壳幔汁上涌差异反映在东部热旋扭椭圆为右涡旋扭动。     

让地震前兆观测在防震减灾工作中做出更大的贡献——所庆四十周年有感

值此所庆四十周年华诞,忆往昔,展未来,浮想联翩。我所从一个地震地质野外队发展成为以地震成因、地震监测预报、防震减灾和工程稳定性等有关的现代地壳动力学基础研究和应用研究为主要任务的综合性研究所。四十年来,围绕活动构造、地球物理探测、地震前兆物理研究和监测、钻孔应力-应变观测、跨断层测量和断层活动监测、岩土力学、原地应力测量、工程地震、计算技术、工程地质勘察和构造物理实验等方面进行科学研究和技术实验。地震前兆观测理论、方法、技术的研究以及技术装备的研制是我所工作的重点、是重要方向任务之一,影响很大,举足轻…     

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。     

郯庐断裂带苏鲁界地应力积累特征及地震危险性研究

郯庐断裂带是中国东部重要的地质构造带和地震活动带,苏、鲁交界部位的地震活动性和强震危险性一直引人瞩目,1668年发生过郯城8.5级大地震。为了解郯庐断裂带苏鲁界现今地应力环境与地震发展趋势,应用水压致裂法在该区开展了一个钻孔的原地应力测量工作,同时参考前人利用钻孔崩落法与声发射法获取的中国大陆科学钻探(CCSD)主孔301～5047m深度范围内的地应力数据,揭示了研究区地应力状态。利用库伦破裂准则、Byerlee定律以及断层摩擦参数μ_m分析研究该地区的地应力积累水平,评估断层发生滑动的可能性。结果表明:水压致裂法测点在75.74～191.04m深度范围内最小水平主应力的量值为3.68～13.15MPa,最大水平主应力的量值为4.02～19.40MPa。CCSD主孔在1269～5047m深度范围内最小水平主应力的量值为25.3～122.0MPa,最大水平主应力的量值为41.4～166.4MPa;分析地应力结构,发现自地表至660m的范围内,σ_Hσ_hσ_v,为逆断层地应力状态,660m以下表现为σ_Hσ_vσ_h,为走滑断层地应力状态。综合分析断层摩擦参数μ_m,郯庐断裂带苏鲁交界处尚未达到断层失稳的临界地应力状态。     

龙门山北端青川断层附近应力测量与断层稳定性

汶川8.0级地震后, 余震是否沿青川断裂向汉中方向发展, 是否还会发生强烈余震成为社会关注的问题。为了查明汶川8.0级地震后青川断层库仑应力的变化, 判明余震的发展趋势, 2008年6月2日~28日我们在青川断裂中段阳平关一带开展了断层附近原地应力测量研究, 在3个钻孔中分别用水压致裂法和解除法得到了断层上下盘构造应力的大小、方向和分布特征。根据实测的地应力资料, 断层附近最大水平主压应力方向为NE-NEE向, 与区域构造应力SN-NNE向主压应力方向有一些差异, 说明受断层活动影响, 断层附近的应力状态与区域应力场已经发生了改变。青川断层是一条逆冲兼右行走滑的活动断裂, 在汶川大地震中虽未见其活动, 但其阻隔了余震向北发展, 表明该断层是一条重要的边界断层, 既是区域构造分区的界线, 也是区域应力场的分区标志线。利用地应力实测资料研究了断层的活动性, 在测量深度域内水平和铅直应力的关系为σ_H>σ_h>σ_V, 该应力状态有利于逆断层活动, 与地质资料反映的以逆断层活动及近期在断层附近发生的地质异常现象一致。利用库仑摩擦滑动准则, 摩擦强度取0.6~1.0进行分析, 断层附近的现今地应力状态接近产生逆断层摩擦滑动的临界值, 其中断裂东段发生逆断层活动的可能性较小, 相比而言, 青川断裂带西段危险性更大。      

前陆冲断带构造应力场与裂缝发育关系

针对前陆冲断带地层裂缝预测难的现状, 在选择适合于研究区破裂准则的基础上, 确立了造缝时期古地应力和现今地应力与裂缝参数之间的关系; 通过构造特征研究确定了造缝时期古地应力的性质和方向, 用断层和裂缝走向统计法、声速法、水力压裂法和声发射法计算了现今地应力的方向和大小; 将古、今地应力场的数值模拟结果代入到裂缝参数计算模型中, 计算出了乌夏前陆冲断带二叠系火山岩-沉积岩混杂地层裂缝的开度、密度、孔隙度和渗透率, 并分析了分布趋势。研究表明, 构造应力和岩性对裂缝发育起决定性作用, 构造应力差异大的地区容易产生裂缝, 且裂缝各项参数较大; 靠近主断层的构造高部位裂缝发育程度较高; 凝灰质和泥质含量越大, 粒度越细, 裂缝越发育。      

2010年玉树地震(Ms7.1)地表破裂特征、破裂机制与破裂过程

2010年4月14日,青海省玉树地区发生Ms7.1级地震,造成大量人员伤亡和财产损失.地震发生后,我们对地震地表破裂带进行了详细的考察,并对同震位移量进行了精确的测量.根据野外考察和测量的结果,对玉树地震的地表破裂特征、同震位移量及其分布特征进行了分析,并对地震的破裂机制和破裂过程进行了探讨,取得如下认识:(1)玉树地震形成了沿鲜水河断裂带西北段(甘孜-玉树断裂)分布的东、西两条地表破裂带,西段破裂带分布在微观震中附近的隆宝湖拉分盆地中,长约19km;东段破裂带沿扎曲河南岸及巴塘河西岸山坡展布,长度约31km;上述两条破裂带之间存在约15km的地表破裂空区;(2)野外测量获得玉树地震的最大同震位移量为2.3m,位于东段地表破裂带中部郭央烟宋多附近;(3)地表破裂和野外构造地貌特征均反映了发震断层处于走滑伸展环境,断层左旋走滑过程中伴随正断作用;(4)地震波反演结果和地表破裂分布特征表明,玉树地震的破裂过程包括两次子事件,分别在地表形成了隆宝湖破裂带和扎曲河、巴塘河破裂带,隆宝湖及玉树县城西侧的山间谷地是在甘孜-玉树断裂长期活动的破裂带阶区转换拉张过程中形成的两个拉分盆地.     

芦山地震发震构造及其与汶川地震关系讨论

芦山地震发生在巴彦喀拉块体与华南块体之间龙门山推覆构造带南段。野外考察表明,芦山地震在震中区没有形成具有构造地质意义的地震地表破裂带,仅在各山前陡坡地带出现平行于山麓陡坡的张性地裂缝、山地基岩崩塌、滑坡等边坡震动失稳现象和震动引起的砂土液化现象。重新定位的芦山地震余震分布、震源机制解和地表构造地质等分析表明,芦山地震的发震断层为一条现今尚未出露地表、其上断点仍埋藏在地下9 km以下地壳中的一条盲逆断层,走向212°,倾向NW,倾角38°±2°,上断点以上至地表的构造变形符合断层扩展背斜模型。根据汶川地震和芦山地震的余震空间分布、地震破裂过程、深浅构造关系等差异反映出它们是分别发生在龙门山推覆构造带中段和南段的两次独立地震破裂事件。     

芦山地震发震构造及其与汶川地震关系讨论

芦山地震发生在巴彦喀拉块体与华南块体之间龙门山推覆构造带南段。野外考察表明,芦山地震在震中区没有形成具有构造地质意义的地震地表破裂带,仅在各山前陡坡地带出现平行于山麓陡坡的张性地裂缝、山地基岩崩塌、滑坡等边坡震动失稳现象和震动引起的砂土液化现象。重新定位的芦山地震余震分布、震源机制解和地表构造地质等分析表明,芦山地震的发震断层为一条现今尚未出露地表、其上断点仍埋藏在地下9 km以下地壳中的一条盲逆断层,走向212°,倾向NW,倾角38°±2°,上断点以上至地表的构造变形符合断层扩展背斜模型。根据汶川地震和芦山地震的余震空间分布、地震破裂过程、深浅构造关系等差异反映出它们是分别发生在龙门山推覆构造带中段和南段的两次独立地震破裂事件。     

地震断层力学的多尺度问题

大量观察和研究结果证明,大陆浅源构造地震是由上地壳岩石的突发性剪切运动造成的,这种固体脆性破坏一般是在区域构造应力作用下沿原有断层面的快速滑动和破裂扩展,可称为地震断层作用(earthquake faulting),它的机制主要是固体力学过程,即岩石空间位置的变动。很多地震研究,如地震构造、地震机制、地震前兆等,都涉及地震断层力学问题,也是构造地质学的一个前沿研究领域。     

5.12汶川地震断层的同震位移构造意义与运动学模型

5.12汶川8.0级地震断层的同震位移方式、大小和空间变化为检验断层几何学、运动学与动力学分析理论与方法提供了一个现实范例。本文通过对汶川8.0级地震断层同震位移的几何学、运动学特征和可能的深部过程分析,并考虑到地震动力作用的影响,探讨了断层同震位移的地质意义和断层运动学模型问题,继而讨论了汶川8.0级地震过程中所呈现出的断层构造变形的现象对断裂构造分析的有关理论和方法的启示。提出了如下初步认识:(1)根据地震破裂面两侧地表高程差确定的断层垂直同震位移,并不完全是深部震源破裂的构造位移扩展到地表所致,而是包含了地震动力作用对断层破裂面两侧深部岩体的结构损伤破坏(膨胀)强烈程度差异所形成的非构造位移;(2)汶川地震的发震断层走滑-逆冲位移大小和方式的空间变化,可以用区域稳态构造应力和地震动力的联合作用给予合理解释,即断层的逆冲位移成分可以归因于为垂直断层的南东向的区域构造挤压应力作用之结果,而水平走滑位移则与震源体破坏过程形成的地震动力作用方向与不同区段断层的交角变化所致,即震源体上方映秀-北川断层南段和彭灌-江油断层,无论是区域构造应力,还是地震动力,都与断层走向近于直交,因此,断层以逆冲为主;而映秀-北川断...     

探索首都圈地区深孔地应力测量与实时监测及其在地震地质研究中应用

为提高首都北京的地质安全,在探索首都圈地区深孔地应力测量与实时监测在地震地质研究中应用思路方法的基础上,制定首都圈地区深孔地应力测量与实时监测总体规划,通过不同关键构造部位深孔地应力测量、实时监测以及测量监测结果的对比分析,揭示首都圈地区地壳浅表层现今地应力环境,捕捉中强地震发生的地应力前兆异常。平谷地应力实时监测台站全程记录了2011年3月11日日本9.0级大地震及其前后地应力大小和地下水位相对变化,尤其是大地震发生的前兆应力变化,为地震地质研究积累了宝贵的数据。通过首都圈地区不同关键构造部位地应力测量与实时监测数据的对比分析及2012年和2013年唐山及其周围地区地震发震背景的综合研究,发现唐山—滦县—昌黎一带,尤其是昌黎地区,现今构造活动异常,需要重点关注其未来发展趋势。     

航片水文地质判译的一种重要间接标志—弱活动断裂

弱活动断裂,系指新构造迹象显著而地应力作用强度尚未达到产生破坏地震或使地形发生强烈差异的活动断裂,以破裂面两侧岩块发生微弱的位移(水平及垂直方向)为其特征。它是在边界条件十分复杂的古断裂褶皱块体的基础上,受挽近构造应力作用而使先期断裂裂隙系统受到化和改造而形成的。沿断裂带常形成断裂谷地、断层崖、断层三角面、河谷裂点及河流袭夺等一系列新构造现象。它与强烈地震构造带     

北京及其西北地区断裂的现今运动

一、引言断裂的现今运动,是现今构造应力场研究的重要组成部分,而测量资料的运用则是定量或半定量研究断裂现今运动的主要方法。本文利用大地形变水准路线测量、跨断层短水准、短基线流动测量和ME-3000测距等资料,分析了北京及西北地区断裂现今运动的主要特征,讨论了断裂活动的分区以及区域应力场的作用方向和方式,并对本区M>6级地震的活动趋势做了估计。二、资料现状与处理本区水准路线测量覆盖了全区,但能够满足跨断层的距离短(3—5km)、资料连续、时间长、复测在3次以上的也仅有23个跨段;流动测量点有20个,且大部分都在东部;ME-3000测距仪测网有18处,可利用的有15处,也大都在本区东部。     

地球动力学研究中的地壳深部原地应力测量

一、引言原地应力测量对矿山开采、地下建筑工程、水利水电工程的设计与施工、油气田和地热能的开发利用、核废料处理、核电站建设及工程稳定性评价等具有重要的实际意义. 近年来,随着地应力测量的进展和资料积累,地应力测量日益受到重视.地壳内的各种地质构造现象和地震,及其伴生的物理化学现象都与地壳应力的作用密切相关.地球动力学与构造地质的研究,如岩石圈板块的驱动机制、地震的发生机制、区域地壳稳定性、     

现今地应力场特征综合评价技术在川西XC气田深层中的应用

针对川西XC气田须家河组低孔低渗透致密砂岩储层,主要研究其现今地应力场纵横向分布规律及其地质影响因素。根据水力压裂和测井资料综合计算现今地应力大小,以压裂资料结果来对测井计算值进行校正,并对测井地应力计算模型中的关键参数进行深入研究,以进一步确定出单井的地应力剖面以及各主力砂组的地应力分布。研究结果表明,该区须二段的现今地应力状态为SHSvSh,各主力砂组最大水平主应力均值在153 MPa~173 MPa之间,最小水平主应力均值在102 MPa~111 MPa之间;各水平地应力值随深度的增加而变大,与深度之间有较好的线性相关关系;最大水平主应力方向NE80°~100°,主体方位与区域构造应力作用主方向一致。区域上,构造高部位的地应力值相对较低,向翼部逐渐增大,而在断层位置的地应力值也相对低。研究区现今地应力场分布受构造形态和断层的影响较大,特别是断层的应力扩散及端部应力集中效应影响了地应力场的正常分布,使地应力值和方向发生局部变化。     

北京昌平十三陵钻孔地应力测量与实时监测在断层活动危险性分析中的应用探讨

本文尝试运用北京昌平十三陵钻孔98 m深度原地应力测量和实时监测数据,依据弹性力学应力张量叠加原理,计算得到不同时段地应力结果;根据断层滑动摩擦准则,探讨南口山前断裂活动性,对了解该区地震危险性有重要的意义。原地应力测量与实时监测计算结果表明:在2010年1月初和2013年3月31日,最大水平主应力平均值分别为5.30 MPa和7.56 MPa,呈增加趋势;最大水平主应力方向也由NNW逐渐过渡到NE至近EW向。断层面上剪应力与正应力的比值结果显示:在2010年1月初和2013年3月底,平均比值分别为0.12和0.22,虽均没有达到断层面临界滑动摩擦系数0.6,但其显示出的增加趋势在一定程度上反映了该地区构造活动有增强的迹象,该现象值得关注。     

大陆板内地震的发震机理与地震预报——以汶川地震为例

大陆板内地震主要产于新生代厚壳造山带或高原,在平面上呈弥散状分布,在剖面上震源沿中地壳成层分布,为浅源地震.盆山活动断层系统呈规律性组合,盆山挤压边界为逆冲型压性发震断层;盆山走滑转换边界为走滑型扭性发震断层;造山带内部主要是伸展型张性发震断层.大陆板内地壳分层流变作用制约了板内地震的构造物理过程.大陆下地壳韧性流层为地震活动提供了热能,热软化和热融化介质发生缓慢的韧性流动,是孕震构造;中地壳韧-脆性剪切带发生热-应力转换,聚积应力和应变,为蕴震构造;当下地壳流动在中地壳积累的应变超过上地壳特定构造部位介质的应力-应变极限时,上地壳形成脆性发震断层,产生地震.震源出现在上地壳脆性断层与中地壳脆-韧性剪切带的交汇部位,青藏高原的震源深度通常为12～35 km.目前地震预报是世界科学难题,然而,大陆动力学和板内地震的理论突破可能为短临预报提供了新思路.如果大陆下地壳热动力作用是中地壳产生地震和上地壳发生地震的根源,那么上地壳脆性断层活动会释放出地壳深部的热流体和热气体,引起局部的地温异常、水文异常和大气异常.建议从大气到地表再到地下系统地监测活动断层带及邻区的地下水、地表水、大气的温度异常和成分变化,结合观测下地壳流层厚度、地应力-应交变化、重力异常、磁异常、地电异常等,综合评价地壳活动性和发震可能性.2008年5月12日发生的里氏8.0级汶川地震处于龙门山造山带与四川盆地的构造边界上,是典型的大陆板内地震,震源处于映秀-北川断层上,震源深度为12 km.350 km长的地表破裂带呈右行左阶雁行排列在具有逆冲和右行走滑性质的汶川-茂县-青川、映秀-北川和江油-都江堰3条断层带上.下地壳的韧性流动伴随中地壳韧-脆性剪切带应力和应变的积累,产生上地壳脆性活动断层,并控制地表破裂带和滑坡的分布.     

安第斯山中段现今地应力测量及地震相关性分析

安第斯山位于纳兹卡洋壳板块和南美板块之间,是全球地震频发区域之一,被誉为地震与活动构造学家的天然实验室。本文利用矿山探矿钻孔,采用水压致裂原位地应力测试技术,首次获取安第斯山中段千米深孔原地应力大小及方向随深度变化规律。结果表明测试深度范围内主应力的量值随深度增加而增大,水平最大、最小主应力及垂向应力量值范围分别为12.38~34.47 MPa,7.97~24.15 MPa和6.81~26.10 MPa,主应力之间的关系为σHσv≥σh,σH/σh比值介于1.43~1.66之间。最大水平主应力方向与震源机制解和地表调查结果基本吻合。以实测地应力资料为基础,利用安德森断层理论及库伦摩擦破裂准则,探讨了震源深度(假定30 km)处的应力状态及断层达到临界破坏时的孔隙压力,结果表明除纳兹卡板块持续俯冲外,高孔隙压力可能是该区地震频发的主要原因。研究结果不仅为该区地震机理研究提供了实测资料,而且对世界应力图数据库具有重要补充价值。