地震前熱異常機(jī)理多物理場耦合數(shù)值模擬初步研究

鄧志輝 丁留偉 陳梅花

（中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029）

地震的孕育和異常的產(chǎn)生是多物理場相互作用相互影響的過程，其中應(yīng)力場、滲流場和熱場是其中最重要的物理場。巖石變形與熱效應(yīng)導(dǎo)致流體孔隙壓力和滲透特性的改變；流-固傳熱和巖石變形生熱引起溫度變化；熱應(yīng)力與流體孔隙壓力變化影響巖石變形。

本研究建立了一個理想化二維模型，10 km×10 km, 域內(nèi)為飽和彈性多孔介質(zhì)，斷層帶寬1 km，傾角79°；底邊界40 ℃，左右絕熱，初始域內(nèi)溫度y向線性減少，頂面為20 ℃。左邊界以3[mm/year]向右擠壓，右邊界固定，下邊界在y方向上固定。域內(nèi)初始水頭值為10 m，左、右、下邊界無流動。計算時長1000年，步長1年。

圖1 為滲流速度和流向分布計算結(jié)果。若把流速矢量放大，并且只顯示流速小于4*10-12m/s的圖像，則速度場和速度方向分布如圖2。從圖2中可見，當(dāng)巖體受擠壓作用時，地下水總體向上運(yùn)動，斷裂帶滲流速度遠(yuǎn)大于非斷裂帶，上部流速大于下部，斷層兩側(cè)流體流向斷裂帶。

圖1 斷裂帶內(nèi)流速和流向分布圖

圖2 流速小于4*10-12 m/s的滲流速度和流向分布圖

圖3為溫度場分布圖，溫度等值線通過斷層帶時都向上彎曲，表明斷裂帶內(nèi)的溫度高于帶外的溫度。在模型頂面處，斷裂帶內(nèi)溫度上升了約10 ℃，而非斷裂帶的溫度只上升了約2 ℃。

圖3 溫度場等值線分布圖（箭頭表示流向）