基于发震断裂位移的强震区区域地应力场演化分析

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:tower2008
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龙门山断裂带活动断裂总体表现是以中央断裂的映秀-北川断裂为集中体现,其地震引起的断裂地表破裂带是结构最复杂和可见性位移最长的一次板块内部逆断层型地震;区域GPS位移研究表明汶川地震前孕震区附近地壳水平运动主要以近东西向运动为主,以及地震前龙门山断裂带的近场垂直形变速率表现为低速率的压性特征,揭示出断裂带均处于高度的“闭锁”状态;实测地应力资料显示,汶川大地震前后地震区域地应力大小和方向会发生变化,以及断裂带上、下盘地应力会有突变和不同的释放特征。基于以上认识,研究强震区地震前后断裂附近的地应力场分布特征和突变状态具有重要的学术价值,同时为地震区工程建设和规划提供宏观上借鉴意义。本文从现场调研、区域工程地质现场勘查、区域构造环境资料收集整理以及地质过程机制分析,结合龙门山地区主断裂带上的地震位移变化状况、地震研究区域GPS位移特征以及地应力实测数据和分布特征。数值模拟的具体方法是根据龙门山区域实际地质结构为背景,在板块间错动加入一定厚度、宽度及倾角的软化实体单元模拟地震时断层活动过程;依据龙门山区域地震区GPS位移特征来建立实验研究的初始条件和边界条件;以实测数据为依据从数学方法上验证地质模型的合理性,建立符合区域地质实况的大地构造模式,对龙门山研究区地震前后地应力场分布特征和突变规律进行反演研究。并进一步对地应力突变的工程效应进行探索,引入接触面单元对断裂上、下盘在发震时逆冲走滑过程进行动态数值模拟,研究其地应力突变与释放特征,为地壳稳定性评价提供地应力场素材。获得的主要研究成果有以下六个方面:(1)龙门山研究区地震前后速度矢量方向有所改变,地震前整个研究区域的速度矢量总体上呈北东东到南东向;地震后整个研究区域的速度矢量总体转变为由扬子和巴颜喀拉两大板块分别以北西和南东的相向运动的趋势。研究区地震后对比地震前的区域位移矢量表现为自南向北沿龙门山断裂带有着右旋方向转变的运动。龙门山断裂带上地震前后最大主应力方向的变化具有分段性,地震前后其南段最大主应力方向改变角度约15度,中段最大主应力方向改变角度约50度,北段最大主应力方向改变角度约20度。整个龙门山区域是“Y”字形构造格局分布,位移矢量方向受其影响会发生变化。(2)根据龙门山断裂带主应力值大小分段性研究发现,地震前后其南段、中段及北段的应力作用强度大小有着明显的变化。地震前龙门山断裂带应力值南段高于中段,中段应力作用强度又相对于高于北段;地震后龙门山断裂带南、北两段应力值高于中段,而南北两段相比,南段应力作用强度又高于北段。(3)地震前出现局部剪应力集中区域,其中在汶川附近的西部区域最为明显,研究区域的剪切应变增量集中在川滇块体、龙门山断裂带中段和西南段;地震后剪应力分布较为均匀,其剪切应变比较对等平衡,研究区域的剪切应变增量扩散到了川滇块体、龙门山断裂带以及大部分扬子板块地区。随着地震能量的释放,地震后龙门山区域地应力差相对地震前是减小了的,区域的主应力值分布比较均匀也趋于平衡,有利于保持区域性的稳定性。地震后原来一直受挤压的刚性扬子板块震后有应力回弹的现象,局部表现为应力增高和应力集中。(4)通过地震前后研究区应力值变化规律,可以得出地震前断裂的上下盘的应力值呈现连续均匀变化;而地震后研究区上下盘沿中央断裂带分界线呈现不连续变化,也称为应力跳跃,这种应力突变与汶川地震破裂断层表现出明显的断层上盘效应有一定关系。对比地震前后应力状态发现,在龙门山中央断裂带下盘,最大主应力降幅较大,而断裂带上盘,最大主应力降幅很小,局部甚至有应力增大现象。显然,汶川地震后能量释放不彻底,沿中央断裂带上盘发生大量震级较高的余震,并且持续时间长,表明逆冲型地震后能量释放缓慢。从目前的应力水平看,中央断裂带下盘处于中等应力水平,断裂带上盘仍然处于较高的应力水平。(5)根据区域断层对其附近地应力的影响分析,我们发现地震前活动断裂附近地应力值大小随距断层距离的增大有着略微增大的趋势,各上、下盘总体表现比较平稳,这说明地震前研究区域块体整体性保持良好,地应力在一定范围内具有连续性;地震后断裂附近地应力值变化情况较为明显,上盘表现为总体是下降,但是距离断裂带较为近的一定范围内应力值反而有升高现象,这与前人提出的特殊高地应力较为吻合。(6)从龙门山断裂带上、下盘的分段性研究发现,地震前各分段应力量值比较连续平稳;地震后上盘龙门山断裂带的北段应力量值略有升高、中段基本保持不变、南端有所下降,下盘表现为大部分区域是下降,在距离断裂带较近的范围内应力值有局部升高表现,稍远的范围内应力值下降,较远的范围内应力值又慢慢回升,与大区域的应力平均值较为接近。这也说明示断层对地应力的影响具有一定的范围,在断层影响范围之外,地应力的量值水平逐渐趋于稳定。
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