乌鲁木齐市区断层附近原地应力测量研究

利用水压致裂原地应力测试技术,在乌鲁木齐市区碗窑沟断裂东段、雅玛里克断裂东段和西山断裂带中、东段开展了断层附近原地应力测量研究,得到了地表浅部构造应力的大小、方向和分布特征。钻孔HFZK3位于碗窑沟断裂东段的南侧,孔深62.13m;钻孔HFZK5位于雅玛里克断裂东段的南侧,孔深30.00m;钻孔HFZK9和HFZK12都位于西山断裂带的中、东段,孔深分别为34m和54.5m。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明显不同。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垂直应力的关系为σH>σh>σV,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为主基本一致。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达到或超过产生逆断层摩擦滑动的临界值,表明测区现今构造活动以逆断层为主。研究区的3条断层不具备发生走滑断层活动的可能性,其中雅玛里克断裂东段、西山断裂带中段和东段具有发生逆断层活动的可能性,相比而言,西山断裂带中段危险性更大。

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。

福建沿海边缘陆域的原地应力测量研究

通过在福建沿海边缘陆域地区活动断裂带附近进行水压致裂原地应力测量,得到了地表浅部构造应力的大小、方向和分布特征.根据实测的地应力资料,用库仑摩擦滑动准则分析研究了断裂带的性质和活动性.结果表明:①沿海岸线边缘自北向南,其最大水平主压应力方向为北西向,与测区北西向断裂带走向近于平行,与地质构造、跨断层形变测量等方法反映的主压应力方向大体一致,与震源机制解反映的主压应力方向夹角20°左右;②水平主应力值随深度增加而增大,与垂直应力值的关系为SH＞SV＞Sh和SH≈SV＞Sh,应力状态有利于走滑断层和正断层活动;③利用库仑摩擦滑动准则,摩擦强度取0.6～1.0分析,断层附近的现今地应力状态达到或超过产生正断层摩擦滑动的临界值,表明测区现今构造活动以正断层为主;④反映出本区现今构造应力场的力源主要来自太平洋板块向西和菲律宾板块向北西对欧亚板块的水平挤压作用.

乌鲁木齐市断层附近地应力特征与断层活动性

为了查明乌鲁木齐西山—碗窑沟断裂带地应力分布特征,在研究区20km×20km的范围内布置12个基岩应力钻孔,采用水压致裂地应力测量技术进行了基岩原地应力测量;共布置了2条观测剖面,第一剖面是沿断层走向布置了7个钻孔,第二剖面在垂直断层走向布置了6个钻孔(与第一剖面共用1个钻孔).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明显不同.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垂直应力的关系为σH>σh>σv,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为主基本一致.利用库仑摩擦滑动准则,摩擦系数取0.6～1.0分析,断层附近的现今地应力状态达到或超过产生逆断层摩擦滑动的临界值,表明测区现今构造应力有利于逆断层活动.

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μm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（σ_1）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（σ_2）与最小主应力（σ_3）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,而夏垫一马坊断裂和黄庄一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.

广东核电站地应力测量及其应用

基于广东省3个核电站厂址区的水压致裂地应力测量结果,获得了各核电站厂址区现今地应力场分布特征,结果表明,各核电站厂址区以水平应力为主导;大亚湾、阳江核电站水平应力值随深度增加而呈线性增大,台山核电站水平应力随深度线性增加不明显;大亚湾、阳江核电站厂址区最大水平主应力方向为NW-NWW,台山核电站为NNW。根据地应力测量结果、相关理论及判据分析认为,大亚湾核电站拟建隧洞长轴方向较不利于隧洞围岩的稳定,台山和阳江核电站拟建隧洞长轴方向利于围岩的稳定和维护;各核电站拟建隧洞横截面形状以水平长轴、垂向短轴且长、短轴比近似于各隧洞截面上侧压力系数的椭圆形为宜;各隧洞在埋深范围内开挖时均没有发生岩爆的可能性。最后,依据Byerlee滑动摩擦准则,探讨了核电站外围现今活动断层的稳定性。

安徽金寨沙坪沟矿区地应力测量与现今应力场研究

安徽金寨沙坪沟钼矿位于秦岭一大别山成矿带东段，是近年来我国发现的世界级特大钼矿，其开采设计和地质安全评价备受重视。为了查明沙坪沟矿区现今应力场特征，指导矿区开采设计，在矿区3个700～1000m深钻孔中开展了水压致裂法地应力测量工作，测量结果表明：（a）矿区最大、最小水平主应力随深度增加梯度系数分别为0．0226和0．0166，与区域地应力背景值基本一致；（b）矿区实测最大水平主应力优势方位为NE-NEE向，与区域构造应力场方向一致；（c）实测地应力数据揭示的应力结构与区域结果存在差异，分析认为，沙坪沟矿区所在的桐柏一大别构造带特殊的构造位置和构造活动机制可能是造成这种差异的主要原因。进一步，利用库伦滑动摩擦准则评价了实测地应力数据，探讨了其对矿区开采设计的意义，结果表明，矿区现今地应力强度不足以导致以断裂失稳活动或地震为表现形式的地应力状态调整事件的发生，从地应力角度讲，沙坪沟矿区目前总体处于稳定的构造应力环境。本文结果，对于沙坪沟矿区开采设计、地质安全评价及大别山造山带东段构造应力场研究有重要意义。

基于边界积分方程方法的弯折断层破裂传播过程控制因素分析

本文利用边界积分方程方法,以基于三角形网格的全空间格林函数及离散积分核计算为基础,进行了最常见的弯折断层的破裂传播过程模拟.为了去除边界积分方程方法中格林函数计算存在的高度奇异性,研究采用分部积分等方法对动力学方程进行了重整化和离散化处理.地震力学过程可以被视为断层由静摩擦转为动摩擦的过程,对于震源破裂过程的动力学模拟,摩擦准则起着重要作用,本研究采用常用的滑动弱化摩擦准则.计算引入Courant-Friedrich-Lewy比值来表达场点的影响,并控制计算的收敛性和稳定性.通过与典型算例的比对,检验了方法的正确性和有效性.地震破裂能否穿越断层弯折部位继续传播是震源动力学研究的重要内容,基于此,本文建立了多种理论弯折断层模型,模拟了断层弯折对地震破裂传播的控制作用,并通过改变断层周边初始应力场、断层弯折角度大小以及滑动弱化距离大小等来分析各个因素对破裂传播的影响.模拟结果表明:断层面上初始破裂区域内外的应力越高,破裂越容易越过断层弯折部位继续传播;初始破裂区域半径越大,或滑动弱化距离越小,破裂也越容易发生,并越过弯折部位继续传播.同样的初始条件,断层弯折角度越大,断层弯折作为障碍体,对破裂传播的阻碍作用越显著.小的弯折角,其破裂传播过程与平面断层差别不明显,基本仍以椭圆方式对称向两侧传播.

震源动力学破裂过程数值模拟研究

首先阐述了震源动力学过程研究的重要意义,在此基础上,研究了复杂的断层几何形态及介质模型对动力学破裂过程的影响,并对常用的有限元方法、离散元方法、有限差分方法和边界积分方程方法等进行了相应介绍.讨论了这些数值模拟方法各自的优缺点,建议在方法的选择上应视具体问题及计算的精度而定.最后对动力学数值模拟的关键部分,滑动摩擦准则进行了论述.常用的滑动摩擦准则有滑动弱化准则、速率弱化准则和速率-状态依赖摩擦准则.在单纯考虑某个地震的动力学破裂传播过程时,滑动弱化准则较为常用,其中滑动弱化距离的选取至关重要.但若考虑整个地震循环,速率-状态依赖摩擦准则更为合适.

雄安新区现今地应力环境及其对构造稳定性影响研究

雄安新区是一项"千年大计"的国家战略,查明雄安新区及邻区现今地应力环境,评价其构造稳定的动力背景,对保障新区的规划、建设和未来安全具有重要的意义。为此,综合考虑雄安新区及其外围区域构造地质背景、岩体条件等,在雄安新区外围顺平县关键构造部位燕山期隐伏花岗岩中开展620m深孔水压致裂地应力测量和压磁电感法地应力实时监测。结果表明:在测量深度范围内,最大水平主应力(SH)大小为13.23~29.42 MPa,最小水平主应力(Sh)大小为9.28~19.73 MPa;三个主应力大小关系为SH>Sh>SV;最大水平主应力方向为NW20°。引入应力积累系数(μm)、断层摩擦系数(μ),依据库伦断层滑动失稳摩擦准则和Byerlee定律对保定-石家庄、牛东和徐水-大城三条主要隐伏断裂的稳定性进行计算分析,结果显示:在目前地应力条件下,雄安新区三条主要隐伏断裂不会滑动失稳、构造是稳定的,但地壳浅表层应力积累水平中等偏高,建议加强长期地应力实时监测,分析其稳定性的动态演化过程。

长三角溧阳震区地应力环境及构造稳定性分析

溧阳震区地处长三角腹地,因短期内连续发生两次中强震而被广泛关注,其构造稳定性对长三角地区影响重大.目前溧阳震区地应力环境尚缺少实测数据,对震区内主要断裂在现今地应力环境下的稳定性认识不清.为此在溧阳震区开展深孔水压致裂地应力测量工作,查明震区现今地应力环境,结果显示:最大水平主应力(SH)大小4.11~6.90 MPa,最小水平主应力大小(Sh)3.69~5.68 MPa;三个主应力的大小关系为Sv>SH>Sh;最大水平主应力方向为N70°W.依据库仑断层滑动失稳摩擦准则和Byerlee定律对震区内金坛—南渡、茅东、溧阳—南渡、南京—湖熟、宝堰—金坛五条主要断裂在现今地应力环境下的稳定性按产状差异分段进行分析,结果显示:在现今地应力环境下,五条主要断裂短期内滑动失稳的可能性较小,震区整体构造是稳定的,但NW向和NNE向两组断裂应力积累水平中等偏高,两组断裂交汇的震区中北部是未来需要重点关注的区域.