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地应力是导致地震发生的重要因素之一,大地震的孕育和发生是在特定构造部位地应力长期积累、集中、加强,最终导致应变能突然释放的过程(李四光,1977)。了解地壳深部的地应力特征对于研究地震发生机理有着重要作用。然而,主要受钻探工艺及成本、地应力测量技术与方法及相对监测技术等因素的影响,目前国内很难以直接测量数公里的地应力结果,绝对测量限于数百米至及几公里,相对监测仅仅局域在数十米至百米内。
那么地壳浅表层的地应力状态对于认识地震活动的发生及震后应力调整是否也有一定的指示意义呢?
研究表明:在大震发生前后,震中区及外围地区应力分布发生明显变化.中国地质科学院地质力学研究所廖椿庭等(2003)捕捉到昆仑山Ms8.1特大地震前后地表浅部(深度<60m)地应力变化,测量得到大地震前最大主应力为12MPa,地震后下降到3-4MPa,证实了大震前应力高度集中和大震后应力大幅降低的现象。中国地震局地壳应力研究所郭啓良等(2009)在汶川Ms8.地震发生前1个月在龙门山断裂带北段的广元-青川附近,测量得到350-420m深度范围内的最大主应力为21-22MPa;大震后1个星期,重复测量得到相同深度范围内的最大主应力约为15MPa,同样为该现象提供了佐证。
看来,获取地壳浅表层的地应力状态,虽并不能反映发震位置处的应力环境,但是其一定程度上对于认识发震断层的活动性质也具有一定的指示意义。
以下,简要分析2008年7月四川宝兴钻孔地应力测量结果与
(1) 四川宝兴钻孔水压致裂地应力测量结果(2008.7)
表1 四川宝兴钻孔水压致裂地应力测量结果
深度 | SHmax | Shmin | SV | SHmax方向 | 岩性 |
156 | 3.50 | 3.44 | 4.13 |
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花岗岩 |
189 | 9.87 | 7.36 | 5.01 |
| |
219 | 8.83 | 6.45 | 5.80 |
| |
258 | 14.60 | 9.81 | 6.84 |
| |
283 | 18.22 | 12.27 | 7.50 | N80°W | |
317 | 17.28 | 11.09 | 8.40 | N74°W | |
354 | 25.67 | 15.75 | 9.38 |
| |
387 | 14.89 | 10.08 | 10.26 |
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图1 四川宝兴钻孔最大水平主应力方向(取N75°W)
(2) 由四川宝兴钻孔水压致裂地应力测量结果计算龙门山断裂带西南段
断层面上的正应力与剪应力
建立坐标系,如图2,其中x轴和最大水平主应力方向(N75°W),y轴与最小水平主应力方向一致,z轴垂直向上。龙门山断裂西南段的走向为205°(或N25°E),倾向为N65E°,倾角为50°,由坐标轴与断层产状的空间关系可以计算出x,y,z轴与断层面外法线方向的夹角余弦值,记为:l,m,n,计算结果见表2。
图2 主应力坐标轴及其与断层面的空间关系
表2 主应力坐标轴与断层面外法线夹角余弦值
深度 | l | m | n | l2 | m2 | n2 |
156 | 0.755 | 0.133 | 0.643 | 0.570 | 0.017 | 0.413 |
189 | 0.755 | 0.133 | 0.643 | 0.570 | 0.017 | 0.413 |
219 | 0.755 | 0.133 | 0.643 | 0.570 | 0.017 | 0.413 |
258 | 0.755 | 0.133 | 0.643 | 0.570 | 0.017 | 0.413 |
283 | 0.755 | 0.133 | 0.643 | 0.570 | 0.017 | 0.413 |
317 | 0.755 | 0.133 | 0.643 | 0.570 | 0.017 | 0.413 |
354 | 0.755 | 0.133 | 0.643 | 0.570 | 0.017 | 0.413 |
387 | 0.755 | 0.133 | 0.643 | 0.570 | 0.017 | 0.413 |
由斜截面应力计算公式:
分别可计算各深度段内,断层面上的正应力和剪应力,计算结果见表3。
表3 各深度段断层面上正应力、剪应力及剪应力与正应力的比值计算结果
深度 | σn | τn | τn /σn | μm |
156 | 3.76 | 0.28 | 0.08 | 0.40 |
189 | 7.83 | 2.36 | 0.30 | 0.40 |
219 | 7.55 | 1.47 | 0.19 | 0.40 |
258 | 11.32 | 3.78 | 0.33 | 0.40 |
283 | 13.70 | 5.23 | 0.38 | 0.40 |
317 | 13.52 | 4.33 | 0.32 | 0.40 |
354 | 18.79 | 7.96 | 0.42 | 0.40 |
387 | 12.91 | 2.26 | 0.17 | 0.40 |
(3) 龙门山断裂带西南段断层活动危险性讨论
由表3可以看出,τn /σn的比值介于0.08-0.42之间,参考有关文献,认为龙门山断裂的摩擦系数平均为0.40(何昌荣,2011),计算得到的τn /σn的比值基本上没有达到该系数,故可初步认为汶川8.0级地震后2个月左右,龙门山断裂带宝兴地区的应力水平还没有达到使得附近断层发生滑动的程度。
在上述分析中没有考虑孔隙水压力的影响,近局限于地壳浅表层。(见续02)
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GMT+8, 2024-11-20 15:37
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