日本MW 9.0级地震对中国华北东北大陆主要活动断裂带的影响及地震危险性初步探讨

根据美国地质调查局USGS发布的有限断层模型,利用线弹性有限元数值模拟方法,反演了2011年3月11日日本MW 9.0级地震在中国华北东北大陆近地表产生的同震水平位移场及同震应力场;在此基础上,计算了日本大地震引起我国华北东北大陆内主要活动构造带的静态库仑破裂应力变化,进而探讨其对华北东北地区地震活动的触发效应。结果表明：(1)日本大地震在华北产生向东的水平位移,由东往西逐渐减小,最大水平位移分布在山东半岛及江苏北部等地,约12 mm;在东北产生SESEE向的水平位移,最大水平位移分布在吉林东北部,约为30 mm;模拟水平位移与GPS观测结果基本相符。(2)日本大地震在我国华北东北大陆近地表产生的同震应力变化主要是水平的,铅直方向应力变化量为0～0.085 kPa,近似为0。两个同震水平主应力中,同震最大水平主应力既有压应力也有张应力,量值为0～0.75 kPa,从东北到华北,其方向逐渐由NE→NNE→近SN转为NNW向;同震最小水平主应力为张应力,量值为0～3.20 kPa,从东北到华北,其方向逐渐从NW→NWW→近EW转为NEE向;总体上,此次日本地震的同震应力效应虽会对华北东北大陆现今构造应力场产生一定的影响,但影响程度很弱,并不会改变区域现代构造应力场分布格局。(3)华北东北大陆内主要活动构造带上的库仑破裂应力变化大部分为正值,但其值均不超过1 kPa;其中,郯庐断裂带中、东北段和密山-敦化断裂带中、东北段库仑破裂应力增加值最大,约为0.5～0.8 kPa;日本大地震对中国华北东北地区地震活动起加速触发作用,但程度有限,即便如此,继续并深入研究其引起中国华北东北大陆主要活动构造带库仑破裂应力变化及地震活动危险性分析,对区域防震减灾工作仍有重要的意义。     

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.     

地下水封油库工程中三维地应力测量及其应用

地下水封油库是一种复杂的地下工程, 在施工期间开展岩体原位应力三维测量, 对设计的开挖和支护方案进行检验和复核, 有利于设计优化和指导施工。采用水压致裂测量方法, 在油库内南北水平、东西水平和垂直3个方向钻探成孔进行地应力测量, 综合3个方向的地应力测量结果, 计算确定三维地应力大小和方向。计算结果验证了设计所使用的勘察阶段地应力测量结果的可靠性, 检验和复核了设计施工方案的合理性, 并进一步评价了地下水封油库围岩稳定性。      

长江经济带地区活动构造与区域地壳稳定性基本特征

基于长江经济带地区活动断裂资料的收集整理和总结,结合新的遥感解译与地表调查结果,初步归纳了该区的活动构造基本特征,梳理出直接或间接威胁重要城市群、国家级新区和区域重要交通过江通道地壳稳定性的主要活动断裂及应对建议或对策,并进一步重点指出长江中下游成都-上海沿江地区的32条重要活动断裂带及其穿越或影响到的主要城市群和重大工程。在活动断裂梳理结果基础上,总结提出长江经济带西部的强烈地壳变形与地震活动主要由印度板块与欧亚板块碰撞作用下在青藏高原东南缘地区形成的“川滇弧形旋扭活动构造体系”所控制,而中-东部地区属于印度板块与西太平洋板块共同作用下区域性挤压-剪切变形导致的具有共轭走滑断裂系统特征的“棋盘格子式”活动构造体系格局,其中需要特别关注7条典型活动断裂带的活动性及其对城市群地壳稳定性的影响。根据区域的活动构造体系、活动断裂与历史地震活动性等特点,初步归纳了该区的未来地震危险性问题及应重点关注的潜在强震危险区段,指出了典型的区域古地震地质遗迹特征及开展古地震调查研究的重要性。同时,依据长江经济带地区初步的区域地壳稳定性评价结果,认为次不稳定区和不稳定区主要集中在西部地区,而中-东部地区以次稳定区与相对稳定区为主,仅郯庐断裂带及其周边存在较明显的次不稳定区。最后,指出了长江经济带活动构造与区域地壳稳定性调查评价工作在活动断裂地质调查研究和城市活断层鉴别与地震危险性评价中面临的主要问题与挑战。      

地应力与岩石弹性模量关系试验研究

在北京某深孔原岩应力测量和原岩应力测量段同等深度单轴及不同围压下的三轴岩石力学试验的基础上,结合统计的钻孔岩体结构参数,分析了原岩应力测量段深度处修正前、后的岩石弹性模量,进而探讨了地应力与岩石弹性模量间关系。结果表明,在花岗岩中,主应力大小与修正前、后的岩石弹性模量间均呈正相关关系,而在灰岩中,主应力大小与修正前、后岩石弹性模量间的关系不明确,需要进一步研究;在花岗岩中,主应力大小与修正后的岩石弹性模量间的相关性系数高于主应力大小与修正前的岩石弹性模量间的相关性系数;各向同性高的岩体（如花岗岩）,实测地应力大小与岩石力学试验结果相关性好,而各向异性大的岩体（如沉积岩）,实测地应力大小与岩石力学试验结果相关性较差     

北京地区地应力测量与主要断裂稳定性分析

2008年汶川地震后,为查明北京地区现今地应力状态、评价断裂稳定性,相继在北京地区开展了5个深孔（600~1000 m）的水压致裂法地应力测量,并在适宜深度安装了地应力相对变化监测探头,建立了地应力变化监测台站.本文首先利用实测地应力数据分析了北京地区地壳浅表层应力状态,结果表明：（1）北京地区千米深度内,最大、最小水平主应力随深度增加梯度系数分别为0.0328和0.0221,侧压系数K_av和K_Hv值,最大、最小水平主应力之比K_Hh值与国内外已有认识基本一致,而水平向剪应力相对强度参数μ_m值较低;（2）北京地区最大水平主应力优势方向为近EW向,与华北地区构造应力场方向基本一致,同时受区内断裂活动等影响,存在与区域主应力方向偏差的局部应力场;（3）实测数据揭示的应力结构显示,北京地区地壳浅表层最大主应力（σ₁）总体为最大水平主应力（σ_H）,受区域构造演化以及测点附近断裂的影响,中间主应力（σ₂）与最小主应力（σ₃）所对应的实测地应力存在变化,但总体来讲,实测地应力数据揭示的应力结构与北京地区主要断裂性质基本相吻合.其次,基于实测应力数据,采用库仑摩擦滑动准则,结合拜尔定律,并取摩擦系数为0.2~1.0,初步评价了北京地区主要断裂稳定性,结果显示：（1）在摩擦系数取0.6~1.0条件下,北京地区现今应力状态尚未达到导致断裂失稳滑动水平,断裂不会出现失稳滑动现象;（2）摩擦系数弱化到0.4时,西峰寺钻孔应力状态满足断裂失稳滑动条件,揭示出八宝山断裂存在失稳滑动可能性,而夏垫-马坊断裂和黄庄-高丽营断裂附近测点应力状态将趋近满足断裂失稳滑动条件,表明这两条断裂有趋向失稳滑动可能性;（3）只有当摩擦系数弱化到0.2时,北京地区主要断裂才可能在现今应力状态出现断裂失稳滑动.本文的认识对北京地区乃至华北地区构造应力场、地震地质研究有重要参考意义.     

三峡水库引水工程（方案）秦巴段地壳稳定性评价研究

三峡水库引水工程（方案）是南水北调的重要补充工程,具有重要的战略意义和经济意义。本文在分析现今构造应力场、地壳结构、构造格架、活动断裂、地震活动、工程地质岩组等影响地壳稳定性主要因素的基础上,利用模糊数学综合评价模型分构造稳定性和岩土体稳定性两个层次评价工程场地的稳定性。评价结果表明,三峡引水工程场地地壳稳定性较高,适合兴建大型引水工程。同时,运用地壳稳定性评价结果对三条规划线路进行了优化比选,结果表明以中线为最好。     

京津冀地区国土资源环境地质条件分析

统计分析了京津冀地区土地资源、地下水、湿地、矿产、地热和地质景观等资源条件分布,结果显示,平原区土壤质量总体良好,良好及以上等级土壤分布面积约占平原区面积的80.89%,适宜种植绿色农产品的面积为96363 km~2,富硒耕(园)地面积为1894 km~2;地下水可开采资源总量为188亿m~3/a,但呈现空间分布不均的特征;衡水湖等五大湿地分布面积约为614 km~2,近30年来减少了35.57%;金属矿产和非金属矿产资源丰富,例如铁矿资源储量98.4亿t,铜矿资源量111.50万t,石油地质储量249635.02万t;地热资源丰富,开发利用地热资源可替代3.43亿t标准煤;地质遗迹资源丰富,约有300余处可纳入环首都国家公园规划建设。同时,分析了活动断裂与地震、地面沉降、地裂缝、崩滑流和地面塌陷、地下水污染和湿地退化等主要环境地质问题现状;在此基础上,针对城镇发展和重要基础设施建设、湿地保护与修复、地下水资源开发利用、优质耕地资源保护和地质遗迹资开发利用等方面提出了地学建议,为区域规划建设提供地质安全保障和资源保障。     

走滑断裂活动导致地应力解耦的机理研究——以龙门山断裂带东北段为例

2008年汶川MS8.0地震后,沿龙门山断裂带系列水压致裂地应力测量结果表明,断裂带东北段(茂县-绵竹连线东北侧)北川、平武及广元等地浅表层最大主应力方向与区域应力场相比发生了25°~69°不等的偏转,亦称地应力解耦。初步分析认为,龙门山断裂带东北段的右旋走滑活动直接导致了区域内最大主应力方向的解耦,且最大主应力方位向偏转角度与断裂右旋走滑活动量正相关。为合理解释这一现象,探讨走滑断裂活动导致地应力解耦的机理,本文采用二维有限元数值模拟方法,选取汶川MS8.0地震断裂(龙门山中央断裂)上的同震右旋走滑位移作为边界条件,首先模拟了龙门山断裂带东北段右旋走滑活动产生的扰动应力特征,之后结合断裂带附近典型钻孔地应力测量结果,叠加该扰动应力作用,从力学机理上深入剖析断裂右旋走滑活动产生的扰动应力对区域应力场(或初始应力场)的影响,并对其附近不同构造部位最大主应力方向偏转现象进行定量解释。初步结果表明：1) 走滑断裂活动导致地应力解耦主要是通过断裂滑动产生的扰动应力对区域应力场的附加影响实现的;2) 在固定的断裂活动长度和摩擦强度情况下,走滑断裂活动导致区域最大主应力方向偏转角度基本与活动断裂走滑位移量呈正比;3) 受汶川MS8.0地震影响,龙门山断裂带大致以茂县-绵竹为界,西南侧的宝兴-映秀-汶川一带最大主应力方向偏转角度很小,基本与区域应力场一致,而东北侧的北川-平武-广元一带则发生角度不等的偏转,3个地区最大主应力方向平均偏转角度分别为65°、56°和29°,该角度与龙门山断裂带东北段同震右旋走滑位移量呈正相关。     

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。