区域地应力状态与断层的相互作用机理研究

The mutual interaction mecahnism between regional stress regime and fualts is one very important fundamental problem in geodynamics. This program mainly focuses on the statistical analysis of in-situ stress data collected by the research group in the past 50 years. The statiscs of the collected stress data in accordance with different tectonic units and stress zones in the China mainland will reveal the statistical distribution law of stresses in these areas. This program will select North-South seismic zone in Sichuan and Yunnan, Zhangjiakou-Bohai seismic zone in North China, Tanlu faults belt in East China as the major interested area to study the relationship between the stress data and fault property, fault activity and seismic events so as to disclose the possible correlation between stress data and the three aspects. At the same time, the stress data and rock friction experiment data are utilized to analyze the influence of the friction strength of faults on the regional stress field. Finally, the numerical simulation software will be used to study the mutual interaction mechanisms under different stress conditions and with various fault models. Based on the integrated analysis of field data, laboratory data and numerical simulation results, one geodynamic model for the analysis of regional stress regime and faults shall be established.

区域地应力状态与断层的相互作用机理是地壳动力学研究中的一个重要基础问题。本项目拟利用项目组近半个世纪来积累的原地应力实测资料开展统计分析研究。通过对不同区域构造单元、大陆应力环境分区的原地应力实测数据的统计分析，得到不同构造单元和应力分区内的原地应力观测数据统计特征。项目选定川滇南北地震带、华北张渤地震带和华东郯庐断裂带三个典型构造区来分析原地应力观测资料与断层性状、活动性及地震事件的相关性,用以揭示应力数据与这三者之间的可能关系。同时利用原地应力观测数据、室内断层和岩石摩擦实验数据来分析断层摩擦强度对区域应力场的影响作用。最后利用数值模拟手段分析不同构造应力背景条件下、不同断层强度类型之间的相互作用机理。通过对野外观测数据、室内实验数据和数值模拟结果的综合分析研究，初步建立区域地应力场与断层相互影响作用的地壳动力学模型。

从研究驱动地质体运动的力来解释研究地震事件和断层运动是目前地壳动力学研究的热点之一，但是如何利用原地应力数据来研究地壳动力学行为仍然没有达成共识。针对此，项目研究重点以川滇南北地震带和华东郯庐断裂带两个典型构造区来开展研究工作，利用项目组近半个世纪在这两个研究区所来积累的原地应力实测资料开展统计分析研究，分析原地应力观测资料与断层性状、活动性及地震事件的相关性,用以揭示应力数据与这三者之间的可能关系。同时利用原地应力观测数据、室内断层和岩石摩擦实验数据来分析断层摩擦强度对区域应力场的影响作用。最后利用数值模拟手段分析不同构造应力背景条件下、不同断层强度类型之间的相互作用机理。.项目研究成果建立了基于实测应力数据的上地壳应力积累的分析指标体系，即利用kHmax, khmin, μm, R和α等参数来综合分析区域断层强度和上地壳应力积累能力。五个参数从主应力随深度分布特征、应力积累能力、断层摩擦强度、三个主应力组合是否有利于区域断层滑动等四个方面分析了区域地应力场特征与断层活动的相互作用机理。综合基于应力观测数据的五个参数比较分析并结合区域断层和地震活动性特征，可用其评估特定区域的潜在地震灾害危险性。将这一分析方法应用于龙门山北段区域的地壳动力学分析，该区域稳定的地壳动力学行为是应力状态稳定的主要原因；应用于芦山地震的震前应力积累研究，发现利用实测应力数据计算得到的μm范围为0.39~0.56，芦山地震的发生说明区域地壳应处于摩擦极限平衡或者亚平衡状态；应用于研究龙门山断裂带和汶川地震，发现地震后的应力降低明显，同时龙门山断裂带北、中、南三段的断层强度分区特征明显。项目成果在南北地震带取得了良好的应用效果，为认识龙门山断裂带的动力学特征提供了新的地质力学证据。2014年10月在亚洲岩石力学会议上受到了表彰。目前项目组正在将该套方法体系运用于郯庐断裂带的地壳动力学研究中，研究成果正在整理发表。