走滑断裂局部应力与构造应力的关系及断裂活动性研究

The problem studied in this proposal is about relationship between local stress of strike-slip fault and tectonic stress and fault activity，and main concern of this proposal is the quantitative relationship between fault activity and the deflection angle between the principal stress direction of the local stress field and the principal stress of the regional tectonic stress field so as to put forward the reasonable, feasible and reliable criterion for the judgment of fault activity. The main research contents in this project include: (1) the influence of regional tectonic stress field on the deflection angle of the local stress field near a strike-slip fault; (2) the influence of the situation of the fault itself on the deflection angle of the local stress field; (3) quantitative relationship between the activity level of the fault and the deflection angle of the local stress field. The study of this proposal will focus on typical strike-slip fault case with physical simulation method, numerical simulation analysis and field test. By the study of this proposal, we hope to understand the influencing factors that change the deflection angle of the local stress field, to explore the influence laws of the regional tectonic stress field and the situation of the fault itself on the deflection angle of the local stress field, to reveal the relationship between the deflection angle of the local stress field and fault activity, to establish the quantitative criterion of fault activity evaluation with the deflection angle of the local stress field so as to provide the necessary quantitative basis for regional crustal stability evaluation and seismic hazard analysis.

本项目拟围绕走滑断裂局部应力场与区域构造应力场之间的关系及断裂活动性展开研究，重点探讨走滑断裂局部应力场主应力方向与区域构造应力场主应力方向之间的偏转角度与断裂活动程度的定量关系，从而提出合理、可行、可靠的断裂活动性判据。项目研究内容主要包括：（1）区域构造应力场作用对断裂局部应力场偏转角的影响；（2）断裂自身条件对断裂局部应力场偏转角的影响；（3）断裂活动程度与断裂局部应力场偏转角的定量关系。项目拟选取典型走滑断裂实例展开研究，通过物理模拟实验、数值模拟分析以及现场实测验证的方法，了解断裂局部应力场偏转角变化的影响因素，探讨区域构造应力场作用和断裂自身条件对偏转角的影响规律，揭示局部应力场偏转角与断裂活动性的相互关系，建立用断裂局部应力场偏转角评价断裂活动性的定量化判据，为区域地壳稳定性评价和地震危险性分析提供必要的定量化依据。

地震活动、活断层活动都是区域构造应力作用下地壳应力局部集中导致构造活动的结果。断裂错动会引起断裂局部应力场的偏转，定量研究断裂局部应力场相对于区域构造应力场的偏转，揭示断裂活动性与偏转角的定量关系，对区域地壳稳定性评价有着重要的理论意义和实用价值。基于甘孜——玉树走滑断裂，获取了玉树地应力监测台站的实时监测数据，真实地反映出玉树地震孕育过程的应变变化，揭示玉树地震前后玉树台站局部最大主应力方向变化呈现先减小后增大的趋势。针对玉树地震诱发应力场偏转的现象，采用PFC2D数值模拟软件进行离散元解释，结果表明断层错动形成的拉伸应力区的最大主应力方向变化值首先急剧减小，然后增加到与原始值相对应的稳定值，而压缩区最大主应力方向的变化值急剧减小并最后趋于稳定值；距断层的测量距离越远，最大主应力方向的变化值变化幅度就越小。压缩区和拉伸区应力场偏转很可能是由走滑断裂局部形成的局部应力和构造应力合力作用形成，该成果为后期走滑断裂局部应力场地应力台站布设提供参考依据。针对走滑断裂物理模拟中存在的不足与缺陷，设计发明一种走滑断裂局部应力场演化的室内物理模拟系统和一种在岩体物理模拟试验中安放应变砖的装置，提高岩体物理模拟试验的精度和效率，为相关领域断裂局部应力场的研究提供了试验参考。结合数值模拟和物理模拟方法，对比分析各因素对于偏转角变化的相关性，选取相关度较高的影响因素，利用正交试验设计方法，针对压缩区和拉伸区的应力场偏转进行分析，建立目标函数（偏转角）与各主要影响因素（断裂面几何参数、物理力学参数与构造应力作用参数）之间的基本关系，完成主要因素的敏感性分析，确定局部应力场偏转角值域，结合相应工况下断裂两盘岩体的相对位移速率，论证了利用偏转角评价断裂活动性的可行性，初步建立了基于偏转角评价断裂活动性的方法。. 上述研究成果实现了本项目的研究目标，为地壳稳定性评价提供进一步的理论依据和分析方法。