5.12汶川地震后龍門山斷裂帶東北段現(xiàn)今地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果分析

陳群策，豐成君，孟 文，秦向輝，安其美

1 國(guó)土資源部新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081

2 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081

3 中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085

1 引 言

地震的孕育和發(fā)生是地殼構(gòu)造應(yīng)力積累超過(guò)了斷層面的受力極限，斷層破裂失穩(wěn)而導(dǎo)致應(yīng)變能瞬間釋放的結(jié)果.因此，對(duì)震源區(qū)（包括潛在震源區(qū)）地應(yīng)力場(chǎng)的研究一直是相關(guān)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)研究問(wèn)題.5.12汶川特大地震發(fā)生后，龍門山斷裂帶及其附近現(xiàn)今地應(yīng)力的賦存狀態(tài)引起了人們廣泛的關(guān)注，并獲得了一系列研究成果［1-2，12，14］.

針對(duì)龍門山斷裂發(fā)震機(jī)理研究，以及該斷裂帶地震趨勢(shì)及危險(xiǎn)性分析等重要問(wèn)題，在深部探測(cè)技術(shù)專項(xiàng)項(xiàng)目“重要地區(qū)地應(yīng)力測(cè)量與監(jiān)測(cè)及構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)綜合研究（SinoProbe－06－03）”以及地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“青藏高原東緣主要斷裂帶地應(yīng)力監(jiān)測(cè)”等項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的支持下，我們自2009年開始，至2012年初，在龍門山斷裂帶東北段開展了6個(gè)鉆孔的原地應(yīng)力測(cè)量工作，鉆孔深度在200～500m之間，總計(jì)獲得了72個(gè)測(cè)段的地應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)以及其中33個(gè)測(cè)段的印模定向試驗(yàn)結(jié)果，為研究該區(qū)域現(xiàn)今地應(yīng)力場(chǎng)的賦存和分布特征提供了重要的基礎(chǔ)資料.

已有研究結(jié)果表明，龍門山斷裂帶現(xiàn)今構(gòu)造活動(dòng)具有分段性特征［4-5］.具體表現(xiàn)為其西南、東北兩段在活動(dòng)周期、活動(dòng)程度以及活動(dòng)方式等方面存在著明顯的差異性.這些研究成果主要是基于地質(zhì)調(diào)查方法而得到的運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的認(rèn)識(shí)，缺乏現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方面研究成果的支持.本文以上述6個(gè)鉆孔的地應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為主，結(jié)合已有的研究成果，對(duì)龍門山斷裂帶東北段現(xiàn)今地應(yīng)力的分布特征，包括地應(yīng)力的作用強(qiáng)度和作用方向進(jìn)行了分析，并給出了其分段性特征.對(duì)于龍門山斷裂帶現(xiàn)今構(gòu)造活動(dòng)性以及5.12汶川特大地震的孕震機(jī)理研究具有一定的啟示和借鑒作用.

2 研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

5.12汶川大地震發(fā)生于青藏高原東緣的龍門山斷裂帶.該斷裂帶南起瀘定、天全，向東北經(jīng)灌縣、茂汶、北川、廣元后進(jìn)入陜西勉縣一帶，總體呈NE—SW向展布，長(zhǎng)約500km，寬30～40km.主要由龍門山后山斷裂、主中央斷裂、前山斷裂和山前隱伏斷裂等4條主干斷裂及其控制的逆沖構(gòu)造巖片（推覆體）組成的具有前展式發(fā)育特點(diǎn)的推覆構(gòu)造帶［3-4］.

對(duì)龍門山斷裂帶分段性特征調(diào)查和綜合分析認(rèn)為，大致以岷山隆起東界近SN向虎牙斷裂，和北川至安縣一線的擂東斷裂為界，龍門山斷裂帶分為西南段和東北段（圖1）.其西南段，受青藏高原強(qiáng)烈隆升的影響及其產(chǎn)生的側(cè)向擠壓作用，第四紀(jì)以來(lái)一直存在明顯的活動(dòng)，晚更新世以來(lái)活動(dòng)強(qiáng)烈；東北段自第四紀(jì)以來(lái)活動(dòng)性明顯減弱，晚更新世趨于停息，小震活動(dòng)微弱.陳國(guó)光等人從大地構(gòu)造動(dòng)力學(xué)環(huán)境的分析認(rèn)為，晚三疊世中晚期的印支運(yùn)動(dòng)，松潘—甘孜造山帶全面褶皺隆升，并由北向南往揚(yáng)子陸塊逆沖推覆，使龍門山斷裂帶成形，同時(shí)控制了前陸盆地的形成和發(fā)展.到第四紀(jì)，由于青藏高原強(qiáng)烈隆升及其產(chǎn)生的側(cè)向擠壓作用，使高原東北部的川青地塊向SEE滑移.該滑動(dòng)地塊不僅導(dǎo)致其東緣SN向的岷山擠壓抬升，而且因岷山隆起的限制和阻擋，致使龍門山斷裂帶中段和西南段強(qiáng)烈活動(dòng)，它們共同構(gòu)成川青地塊東部的活動(dòng)邊界，而龍門山斷裂帶東北段則被廢棄，致使其活動(dòng)性明顯減弱［5］.

3 研究區(qū)水壓致裂地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果及其分析

水壓致裂原地應(yīng)力測(cè)量是目前進(jìn)行深孔應(yīng)力測(cè)量最為有效的手段，也是國(guó)際巖石力學(xué)測(cè)試技術(shù)專業(yè)委員會(huì)推薦的進(jìn)行巖體應(yīng)力測(cè)量的主要方法之一［6］.目前，該技術(shù)方法被廣泛應(yīng)用于水利水電工程、深埋鐵路和公路隧道、核廢料處置及石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備庫(kù)場(chǎng)址選擇等重大工程的勘測(cè)設(shè)計(jì)中，在地球動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)研究以及地震預(yù)測(cè)研究等領(lǐng)域也得到了重視和應(yīng)用，獲得了一系列重要的研究成果［7-9］.本文給出的地應(yīng)力測(cè)量成果均為水壓致裂地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果.

需要指出的是，在本文給出的6個(gè)鉆孔的地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果中，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試程序以及數(shù)據(jù)采集、處理和計(jì)算方法嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范執(zhí)行［6］.對(duì)于裂縫的瞬時(shí)關(guān)閉壓力，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)取值的數(shù)據(jù)處理方法，如dt／dp、dp／dt和單切線法［10］，并且用上述方法中不少于兩種方法的結(jié)果的平均值做為最終計(jì)算結(jié)果.另外，簽于水壓致裂印模定向試驗(yàn)結(jié)果常常存在一定的離散性，對(duì)于每一個(gè)鉆孔，在條件允許的情況下，單孔印模段數(shù)一般不少于5次，有的多達(dá)8次以上，以此盡可能增加試驗(yàn)結(jié)果的可靠性.

3.1 各測(cè)點(diǎn)地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果簡(jiǎn)介

各測(cè)點(diǎn)編號(hào)分別為 PW－1、QZ－1、QZ－2、QZ－3、GY－1、GY－2.其具體位置如圖1所示.下面對(duì)各測(cè)點(diǎn)的相關(guān)信息和測(cè)試結(jié)果分別進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹.

PW－1：該測(cè)點(diǎn)位于四川平武縣木座鄉(xiāng)和平行政村下達(dá)里自然村，緊靠省道，交通條件便利.鉆孔坐標(biāo)：32°37′25″N，104°29′54″E，孔口高程：1315.00m.鉆孔深度500.00m，揭露的地層巖性主要為震旦系上統(tǒng)木座組（Zbm）灰色厚塊狀含礫黑云母變粒巖，以及黑云母變粒巖.巖芯堅(jiān)硬完整，常見連續(xù)完整的2～3m巖芯柱，對(duì)于開展水壓致裂應(yīng)力測(cè)量十分有利.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)共獲得了17個(gè)測(cè)段的有效測(cè)試數(shù)據(jù)，以及其中7個(gè)測(cè)段的印模定向有效試驗(yàn)數(shù)據(jù)（詳見表1）.在此需要說(shuō)明的是，在表1中列出了7個(gè)測(cè)段的印模定向試驗(yàn)數(shù)據(jù).實(shí)際上，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試進(jìn)行了更多的印模定向試驗(yàn)，但印模效果不好，未得到清晰的印模痕跡，無(wú)法確定誘發(fā)破裂的方位.另外，在給出的7個(gè)測(cè)段的印模結(jié)果中，有3個(gè)測(cè)段的印模結(jié)果明顯不同于其余4個(gè)測(cè)段，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析認(rèn)為可能是預(yù)存的裂隙張開所致，因而在計(jì)算該測(cè)點(diǎn)的最大水平主應(yīng)力優(yōu)勢(shì)作用方向時(shí)予以舍棄.以下個(gè)別測(cè)點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果中也存在類似問(wèn)題，就不再作說(shuō)明.

從該測(cè)點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果中（見表1），可以看出，在該孔孔深99.13～439.00m測(cè)試深度范圍內(nèi)，最大水平主應(yīng)力的量值范圍在4.90～46.82MPa之間；最小水平主應(yīng)力的量值范圍在3.21～25.39MPa之間.

圖1 研究區(qū)主要斷裂與地應(yīng)力測(cè)量鉆孔位置圖Fig.1 Sketch showing main faults and location of test boreholes in the study area

表1 汶川5.12大地震后龍門山斷裂帶東北段地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果Table 1 Results of in－situ stress measurement of the north－east parts of Longmenshan Fault after the 5.12Wenchuan earthquake

續(xù)表1Table 1 （continued）

QZ－1：該測(cè)點(diǎn)位于四川江油市北大康鎮(zhèn)附近，孔口坐標(biāo)為：E104°44′58″，N31°49′09″，孔口高程583.00m.鉆孔終孔深度200.57m.從鉆探巖芯來(lái)看，地層主要為侏羅系上統(tǒng)蓮花口組（J3l）紫紅色細(xì)砂巖，兼有泥巖、頁(yè)巖和泥灰?guī)r.總體來(lái)看，巖石完整、堅(jiān)硬，節(jié)理裂隙不發(fā)育，有利于選擇完整巖石段，開展水壓致裂原地應(yīng)力測(cè)量.

在該孔孔深85.40～178.50m測(cè)試深度范圍內(nèi)，共取得了8個(gè)測(cè)段的地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果和其中4個(gè)測(cè)段的印模定向有效試驗(yàn)數(shù)據(jù)（詳見表1）.最大水平主應(yīng)力的量值范圍在4.73～11.26MPa之間；最小水平主應(yīng)力的量值范圍在3.76～8.10MPa之間.

QZ－2：該測(cè)點(diǎn)位于四川省北川縣桂溪鎮(zhèn)永利村北，孔口坐標(biāo)為：E104°39′59″，N31°57′46″，孔口高程628.00m.鉆孔終孔深度200.55m.從鉆探巖芯來(lái)看，地層主要為泥盆系中統(tǒng)甘溪組（D2g）砂巖、粉砂巖.總體來(lái)看，巖石完整、堅(jiān)硬.相比較QZ－1，巖石完整性稍差.

在該孔孔深58.00～195.00m測(cè)試深度范圍內(nèi)，共取得了9個(gè)測(cè)段的地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果和其中5個(gè)測(cè)段的印模定向有效試驗(yàn)數(shù)據(jù)（詳見表1）.最大水平主應(yīng)力的量值范圍在2.46～7.07MPa之間；最小水平主應(yīng)力的量值范圍在1.82～6.48MPa之間.該孔獲得的5個(gè)測(cè)段印模定向試驗(yàn)結(jié)果一致性較好.

QZ－3：該測(cè)點(diǎn)位于四川省北川縣桂溪鎮(zhèn)永利村南，與QZ－2測(cè)點(diǎn)直線距離約1.0km.孔口坐標(biāo)為：E104°40′20″，N31°57′17″，孔口高程624.00m.鉆孔終孔深度200.40m.從鉆探巖芯來(lái)看，巖石地層和QZ－2測(cè)點(diǎn)相同，主要為泥盆系中統(tǒng)甘溪組（D2g）砂巖、粉砂巖，總體來(lái)看，巖石完整、堅(jiān)硬.

在該孔孔深77.00～193.00m測(cè)試深度范圍內(nèi)，共取得了11個(gè)測(cè)段的地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果和其中3個(gè)測(cè)段的印模定向有效試驗(yàn)數(shù)據(jù)（詳見表1）.最大水平主應(yīng)力的量值范圍在3.85～15.91MPa之間；最小水平主應(yīng)力的量值范圍在2.77～9.18MPa之間.

GY－1：測(cè)點(diǎn)位于廣元市蟠龍鎮(zhèn)附近，緊鄰108國(guó)道和綿廣高速公路，交通便利.孔口坐標(biāo)為：E105°41′38″，N32°23′47″，孔口高程 539.00m.鉆孔終孔深度400.00m.鉆孔揭露的地層主要為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組灰色塊狀長(zhǎng)石石英砂巖和紫色粉砂巖.

在該孔孔深67.00～323.00m測(cè)試深度范圍內(nèi)，共取得了12個(gè)測(cè)段的地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果和其中6個(gè)測(cè)段的印模定向有效試驗(yàn)數(shù)據(jù)（詳見表1）.最大水平主應(yīng)力的量值范圍在2.90～33.12MPa之間；最小水平主應(yīng)力的量值范圍在2.55～18.98MPa之間.

GY－2：測(cè)點(diǎn)位于廣元市三堆鎮(zhèn)龍洞鄉(xiāng)，緊鄰212國(guó)道.孔口坐標(biāo)為：E105°32′57″，N32°33′41″，孔口高程727.00m.鉆孔終孔深度400.00m.鉆孔揭露的地層主要為泥盆系中統(tǒng)觀霧山組白云巖、石英砂巖和粉砂巖.

在該孔孔深68.00～348.00m測(cè)試深度范圍內(nèi)，共取得了15個(gè)測(cè)段的地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果和其中8個(gè)測(cè)段的印模定向有效試驗(yàn)數(shù)據(jù)（詳見表1）.最大水平主應(yīng)力的量值范圍在2.55～25.24MPa之間；最小水平主應(yīng)力的量值范圍在2.07～13.76MPa之間.

另外需要提及的是，對(duì)以上各測(cè)點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，三向主應(yīng)力的關(guān)系均表現(xiàn)為SH＞Sh＞Sv（參見表1和圖2），由此表明研究區(qū)淺表層地殼應(yīng)力狀態(tài)以水平應(yīng)力作用為主的特征.其中SH、Sh分別是實(shí)測(cè)的最大和最小水平主應(yīng)力；Sv是根據(jù)上覆巖石埋深計(jì)算的垂向主應(yīng)力，計(jì)算公式為Sv＝ρgh，其中，ρ為巖石密度，g為重力加速度，h為測(cè)段處上覆巖石埋深.

以下，將主要針對(duì)地應(yīng)力的量值及其作用方向，對(duì)各測(cè)點(diǎn)的地應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析，以獲得龍門山斷裂帶東北段現(xiàn)今地應(yīng)力的分布特征.

3.2 對(duì)各測(cè)點(diǎn)地應(yīng)力量值的分析和討論

眾所周知，在地殼巖層的三維空間內(nèi)，存在著不同尺度的不連續(xù)帶和不連續(xù)面，如斷裂帶、巖脈、斷層、裂隙、節(jié)理等.地殼介質(zhì)的不連續(xù)性和非均質(zhì)性造成了地殼應(yīng)力賦存狀態(tài)的非均質(zhì)性和復(fù)雜性.探測(cè)和揭示地殼應(yīng)力場(chǎng)的非均質(zhì)性，進(jìn)而獲得地應(yīng)力的賦存狀態(tài)和空間分布規(guī)律是開展地應(yīng)力測(cè)量與研究的主要目的，也是深入研究地震孕育和發(fā)生機(jī)制的重要途徑.

對(duì)以上6個(gè)測(cè)點(diǎn)的地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果進(jìn)行初步分析，可以發(fā)現(xiàn)，不同測(cè)點(diǎn)的地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果存在一定的差異性，比如，PW－1測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值明顯偏高，在該孔的253.96m、366.00m兩個(gè)測(cè)段深度，最大水平主應(yīng)力分別高達(dá)45.17MPa和46.82MPa.而其余測(cè)點(diǎn)獲得的地應(yīng)力值一般不超過(guò)15MPa.為了對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行深入的分析，下面以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合庫(kù)侖破裂準(zhǔn)則，并引用Byerlee等人關(guān)于斷層滑動(dòng)方面的研究成果［11-12］，對(duì)上述測(cè)點(diǎn)附近的地應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行研究.

庫(kù)侖準(zhǔn)則指出，如果斷層面上的剪應(yīng)力τ大于或等于滑動(dòng)摩擦阻力μσn，則斷層出現(xiàn)滑動(dòng).若再引入有效應(yīng)力的概念，在可能產(chǎn)生滑動(dòng)的斷層面上最大與最小有效應(yīng)力之比是“摩擦系數(shù)”μ的函數(shù)，并表示為

式中S1和S3分別為最大與最小水平主應(yīng)力值，P0為孔隙壓力，μ為滑動(dòng)摩擦系數(shù).

若最大與最小有效主應(yīng)力之比小于（（μ2＋1）1／2＋μ）2值，則斷層面穩(wěn)定，若大于或等于此值，則在方位合適的層面上可能發(fā)生滑動(dòng).關(guān)于μ的取值，Byerlee綜合各種類型的巖石試驗(yàn)資料得出，大部分巖石的摩擦系數(shù)位于0.6～1.0之間，在應(yīng)力值小于100MPa時(shí)，巖石的μ值大多為0.85［11］.在本項(xiàng)分析中，μ值上下限分別取0.6和1.0.

在以上關(guān)于測(cè)量結(jié)果的介紹中，已經(jīng)知道6個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)均表現(xiàn)為SH＞Sh＞Sv.按照以上所述的基本原理，S1＝SH；S3＝Sv.對(duì)于給定的深度，首先計(jì)算出垂向應(yīng)力Sv，進(jìn)而根據(jù)上述公式計(jì)算出SH的臨界值，從而分別得到對(duì)應(yīng)μ值分別為0.6和1.0的兩條臨界線，如圖2所示.從圖中可以看出，QZ－1測(cè)點(diǎn)除個(gè)別測(cè)段深度外，所有深度的最大水平主應(yīng)力的實(shí)測(cè)值均位于臨界線的左側(cè)，也就是說(shuō)，該測(cè)點(diǎn)最大水平主應(yīng)力的量值均未超過(guò)臨界應(yīng)力值；對(duì)于QZ－2測(cè)點(diǎn)，所有測(cè)段實(shí)測(cè)應(yīng)力值均在臨界線的左側(cè).至于GY－2和GY－3測(cè)點(diǎn)，除個(gè)別測(cè)段外，其最大水平主應(yīng)力實(shí)測(cè)值均低于臨界值.QZ－3測(cè)點(diǎn)較前面幾個(gè)鉆孔則顯示出較強(qiáng)的斷層活動(dòng)性，最大水平主應(yīng)力大多超過(guò)了斷層滑動(dòng)的最小臨界值，但仍未超過(guò)最大臨界值.與其他測(cè)點(diǎn)相比，PW－1測(cè)點(diǎn)顯示了明顯的不同，除個(gè)別測(cè)段外，大部分測(cè)段的實(shí)測(cè)應(yīng)力值超過(guò)了臨界值，甚至超過(guò)了當(dāng)μ取值為1.0時(shí)的最大臨界值.

圖2 各測(cè)點(diǎn)主應(yīng)力隨孔深分布示意圖Fig.2 Distributions of principal stresses with borehole depths

以上，利用庫(kù)侖準(zhǔn)則對(duì)各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了對(duì)比分析.實(shí)際上該準(zhǔn)則在水庫(kù)誘發(fā)地震以及油氣開采中由于注水造成的斷層失穩(wěn)分析中應(yīng)用的最為廣泛，也取得了重要的研究成果和實(shí)際效益.但是此處的分析其目的并非在于討論斷裂的穩(wěn)定性，而是借此分析以揭示各點(diǎn)現(xiàn)今地應(yīng)力作用強(qiáng)度特征.從上述分析中可以看出，位于龍門山斷裂帶上盤的PW－1測(cè)點(diǎn)，其應(yīng)力作用強(qiáng)度明顯高于位于下盤的其余測(cè)點(diǎn).斷裂帶兩側(cè)應(yīng)力作用強(qiáng)度存在較大的差異.

3.3 龍門山斷裂帶東北段現(xiàn)今地應(yīng)力作用方向基本特征

除了作用強(qiáng)度特征以外，地應(yīng)力的另一個(gè)重要表征參數(shù)是應(yīng)力作用方向.在上述6個(gè)鉆孔中，通過(guò)水壓致裂原地應(yīng)力測(cè)量，獲得了33個(gè)測(cè)段的印模定向數(shù)據(jù).根據(jù)印模定向?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)，確定了每個(gè)鉆孔相應(yīng)深度段的地應(yīng)力作用方向.需要指出的是，和一般工程測(cè)量不同，在這6個(gè)鉆孔的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量過(guò)程中，我們盡可能多地開展了印模定向?qū)嶒?yàn)，其目的就在于盡可能準(zhǔn)確地獲得每個(gè)測(cè)點(diǎn)附近最大水平主應(yīng)力的優(yōu)勢(shì)作用方向，為該區(qū)域現(xiàn)今構(gòu)造活動(dòng)研究提供可靠的地應(yīng)力基礎(chǔ)資料.在這些印模定向?qū)嶒?yàn)資料中，大部分鉆孔的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一致性較好，但也存在個(gè)別鉆孔資料較分散的現(xiàn)象，如PW－1測(cè)點(diǎn)，在該孔所獲得7個(gè)印模定向?qū)嶒?yàn)結(jié)果中，存在兩個(gè)優(yōu)勢(shì)方向，其一為北東—北東東方向，其二為近南北方向.在對(duì)原始資料進(jìn)行認(rèn)真分析和比對(duì)的基礎(chǔ)上，我們認(rèn)為近南北方向的印模結(jié)果可能受原生裂隙的影響，不代表原地應(yīng)力作用方向.在對(duì)所有原始資料進(jìn)行核對(duì)和確認(rèn)的基礎(chǔ)上，對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)的印模定向?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)計(jì)算，得到其最大水平主應(yīng)力的優(yōu)勢(shì)作用方向，結(jié)果詳見表2和圖3.另外，需要指出的是，由于QZ－2、QZ－3兩個(gè)鉆孔相距很近（直線距離不到1km），且其數(shù)據(jù)結(jié)果比較接近，因而在統(tǒng)計(jì)計(jì)算中將兩個(gè)鉆孔資料進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)算處理，并標(biāo)注在圖3中.

圖3 龍門山斷裂東北段現(xiàn)今地應(yīng)力作用方向示意圖Fig.3 Directions of in－situ stress around northeast section of the Longmenshan fault zone

表2 龍門山斷裂帶東北段現(xiàn)今地應(yīng)力作用方向Table 2 Directions of in－situ stress around northeast section of Longmenshan fault zone

關(guān)于龍門山斷裂帶及其周邊地區(qū)現(xiàn)今地應(yīng)力的作用方向，已有的研究主要從斷裂活動(dòng)特征和震源機(jī)制解分析入手，從較大的區(qū)域范圍討論龍門山斷裂帶及其附近區(qū)域的現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)總體特征.如張致偉等人利用汶川地震前該區(qū)域記錄的數(shù)字地震波資料，測(cè)定了其震源機(jī)制解［13］，其研究結(jié)果表明，紫坪鋪庫(kù)區(qū)（汶川主震起始破裂區(qū)）和龍門山斷裂帶呈現(xiàn)的主壓應(yīng)力方位分別為132.6°和116°，與根據(jù)汶川8.0級(jí)地震震源機(jī)制解給出的主壓應(yīng)力方位（103°～122°）大體一致.謝富仁等人從應(yīng)力分區(qū)的角度對(duì)中國(guó)大陸現(xiàn)今地應(yīng)力分布特征進(jìn)行了比較全面和系統(tǒng)的研究.在研究中，將龍門山斷裂帶及其附近區(qū)域劃入中國(guó)大陸四級(jí)應(yīng)力分區(qū)之一的龍門山—松潘應(yīng)力區(qū)［14］.在該應(yīng)力分區(qū)中，根據(jù)水壓致裂、應(yīng)力解除、鉆孔崩落、震源機(jī)制解和斷層滑動(dòng)資料得到的最大水平主壓應(yīng)力方向分布圖，其優(yōu)勢(shì)方位集中在80°～130°之間.但限于研究手段和研究程度所限，這些研究都未能進(jìn)一步給出關(guān)于龍門山斷裂帶更細(xì)致的應(yīng)力分區(qū)特征.

值得一提的是，劉健等人從地質(zhì)構(gòu)造分析入手，主要借助于斷層滑動(dòng)擦痕反演構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的技術(shù)手段，對(duì)龍門山斷裂帶及其鄰近區(qū)域現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力作用方向特征進(jìn)行了較深入的研究.其研究結(jié)果表明，大致以北川為界，龍門山斷裂帶西南段及其鄰近區(qū)域的最大主壓應(yīng)力的方向?yàn)榻降腘W—NWW向，其東北段最大主壓應(yīng)力為近水平的SWW—W向［15］.這一研究結(jié)論從側(cè)面佐證了本文給出的龍門山斷裂帶東北段的地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果.

基于以上分析可以認(rèn)為，龍門山斷裂帶現(xiàn)今地應(yīng)力的作用方向呈現(xiàn)出與川青塊體總體格局不盡一致的現(xiàn)象.突出表現(xiàn)為，沿龍門山斷裂帶及其附近區(qū)域，其現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)表現(xiàn)為一定的分段性特征.大致以北川為界，其東北一側(cè)的北川、江油、平武的最大水平主應(yīng)力優(yōu)勢(shì)方向?yàn)镹EE向；廣元附近為NWW或近東西方向.顯然有別于川青塊體現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)擠壓方向總體為北西方向的總體特征.對(duì)此可能的解釋是，岷山隆起帶可能對(duì)來(lái)自西側(cè)的中下地殼軟流物質(zhì)阻擋作用，使其發(fā)生北東方向分流，其上部的上地殼物質(zhì)也發(fā)生了同方向的運(yùn)動(dòng)，從而應(yīng)力方向由NW向NE方向轉(zhuǎn)換［15］.而遠(yuǎn)離岷山隆起帶的區(qū)域，由于受到華南應(yīng)力分區(qū)的影響，應(yīng)力方向又趨于NWW方向.因而從中央斷裂的北川縣—南壩鎮(zhèn)到后山斷裂的平武縣—青川縣主壓應(yīng)力方向逐漸由NE—NEE向NWW轉(zhuǎn)換.

4 認(rèn)識(shí)和討論

本文給出了龍門山斷裂帶東北段6個(gè)測(cè)點(diǎn)的水壓致裂原地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果，包括72個(gè)測(cè)段的地應(yīng)力量值測(cè)試數(shù)據(jù)和33個(gè)測(cè)段的印模定向試驗(yàn)數(shù)據(jù).根據(jù)這些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)該區(qū)域現(xiàn)今地應(yīng)力的分布特征進(jìn)行了初步的分析，得到以下認(rèn)識(shí)和結(jié)論：

（1）在給出的6個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)中，位于龍門山中央斷裂帶上盤的平武測(cè)點(diǎn)，實(shí)測(cè)應(yīng)力值明顯高于位于下盤的其余5個(gè)測(cè)點(diǎn).根據(jù)庫(kù)侖準(zhǔn)則，結(jié)合Byerlee定律對(duì)各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以看出，平武測(cè)點(diǎn)大部分測(cè)段的最大水平主應(yīng)力實(shí)測(cè)值高于μ值取值為0.6對(duì)應(yīng)的臨界值；與之相比，其余測(cè)點(diǎn)在不同深度得到的實(shí)測(cè)值，除個(gè)別測(cè)段外均小于對(duì)應(yīng)的臨界值.據(jù)此可以初步認(rèn)為，龍門山斷裂帶上盤現(xiàn)今地應(yīng)力的作用強(qiáng)度高于下盤.龍門山斷裂帶上、下兩盤現(xiàn)今地應(yīng)力賦存狀態(tài)特征及其差異性顯示該區(qū)域處于不均衡的應(yīng)力環(huán)境，容易導(dǎo)致斷裂失穩(wěn)而產(chǎn)生新的活動(dòng).

（2）根據(jù)印模定向試驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得了6個(gè)測(cè)點(diǎn)處現(xiàn)今地應(yīng)力的優(yōu)勢(shì)作用方向.研究結(jié)果表明，龍門山斷裂帶東北段的北川、江油、平武的最大水平主應(yīng)力優(yōu)勢(shì)方向?yàn)镹EE向；廣元附近為NWW或近東西方向.結(jié)合已有的研究成果，初步得到龍門山斷裂帶現(xiàn)今地應(yīng)力作用方向的分段性特征，即大致以北川為界，龍門山斷裂帶北段應(yīng)力方向顯示了與其西南段不同的特征.其西南段現(xiàn)今地應(yīng)力的優(yōu)勢(shì)作用方向?yàn)楸蔽鞣较颍c川青塊體的現(xiàn)今構(gòu)造活動(dòng)特征顯示了較好的一致性和協(xié)調(diào)性.而龍門山斷裂帶東北段則顯示了與之明顯有別的現(xiàn)今地應(yīng)力作用方向特征，自江油、北川、平武一帶至廣元、青川附近，其現(xiàn)今地應(yīng)力的最大水平主壓應(yīng)力的優(yōu)勢(shì)作用方向呈現(xiàn)了NEE→NWW的賦存狀態(tài)和變化趨勢(shì).

（3）有關(guān)研究表明，不同應(yīng)力分區(qū)之間的轉(zhuǎn)換帶或過(guò)渡帶往往表現(xiàn)為應(yīng)力作用方向的突然變化，相應(yīng)地，應(yīng)力分區(qū)之間的轉(zhuǎn)換帶往往是應(yīng)力集中區(qū)，也是孕震和發(fā)震的危險(xiǎn)區(qū)［16］.就此而言，作為龍門山斷裂帶西南和東北兩個(gè)應(yīng)力分區(qū)的分界和轉(zhuǎn)換地帶，汶川—北川一帶具有發(fā)生地震的動(dòng)力學(xué)條件.本文獲得的研究結(jié)果對(duì)于認(rèn)識(shí)5.12汶川特大地震的動(dòng)力學(xué)機(jī)制具有一定的借鑒和啟示作用.

截至目前為止，尚未有關(guān)于龍門山斷裂帶應(yīng)力分區(qū)的文獻(xiàn)公開發(fā)表.本文基于龍門山斷裂帶東北段6個(gè)鉆孔的地應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合已有的相關(guān)研究成果，對(duì)龍門山斷裂帶東北段現(xiàn)今地應(yīng)力的分布特征進(jìn)行了初步的分析和研究，就其現(xiàn)今地應(yīng)力的作用強(qiáng)度以及作用方向特征得到了一些初步認(rèn)識(shí)和結(jié)論，并進(jìn)一步指出龍門山斷裂帶東北段有別于其西南段的現(xiàn)今應(yīng)力場(chǎng)分區(qū)特征.需要指出的是，文中利用的實(shí)測(cè)資料主要限于6個(gè)鉆孔的數(shù)據(jù)，據(jù)此得到的認(rèn)識(shí)難免存在一定的局限.希望以后能夠有更多可靠的地應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)參與計(jì)算分析，以期獲得更為全面和翔實(shí)的研究成果，為該區(qū)域地球動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)研究以及地震孕育和發(fā)生機(jī)理研究提供地應(yīng)力依據(jù).

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