南迦巴瓦地區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)估算與構(gòu)造穩(wěn)定性探討

豐成君李 濱李 惠周銘輝張 鵬朱思雨任雅哲戚幫申王苗苗譚成軒陳群策

1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所,北京 100081;

2.自然資源部活動(dòng)構(gòu)造與地質(zhì)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081;

3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局,北京 100037;

4.山東省地震局菏澤地震監(jiān)測(cè)中心站,山東 菏澤 274020;

5.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京),北京 100083;

6.長(zhǎng)安大學(xué),陜西 西安 710064

0 引言

東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)(簡(jiǎn)稱東構(gòu)造結(jié))指喜馬拉雅弧形造山帶東部弧頂部位,位于青藏高原東南段、印度次大陸的東北和緬甸西北角的地帶,是歐亞板塊與印度板塊碰撞、匯聚的南緣地帶(滕吉文等,2006)。始新世,印度板塊和歐亞板塊碰撞擠壓,東構(gòu)造結(jié)作為兩大板塊匯聚擠壓應(yīng)力最為集中的部位,地殼物質(zhì)強(qiáng)烈變形,發(fā)生了大規(guī)模的北東—南西向水平縮短和垂直增厚(England and Molnar, 1997; 王二七等,2001);上新世,東構(gòu)造結(jié)快速抬升,逐漸形成了以南迦巴瓦峰(海拔7782 m)為隆升中心的“拇指狀”南迦巴瓦構(gòu)造結(jié)(丁林等,1995;張進(jìn)江等,2003)。

地質(zhì)構(gòu)造上,東構(gòu)造結(jié)由拉薩地塊、印度板塊和緬甸地塊構(gòu)成,區(qū)域內(nèi)分布南喜馬拉雅逆沖推覆褶皺帶、藏南拆離系、雅魯藏布江斷裂帶、嘉黎斷裂帶及阿帕龍斷裂帶等區(qū)域性活動(dòng)構(gòu)造帶(Schelling and Arita, 1991; Burchfiel et al., 1992; Yin and Harrison, 2000; Ding et al., 2001)。南迦巴瓦周緣還發(fā)育東久-米林、西興拉、墨脫等第四紀(jì)地震斷裂(董漢文等,2018;唐方頭等,2019),地震活動(dòng)強(qiáng)烈,1970—2016年間共發(fā)生3級(jí)以上地震2270次,4.5級(jí)以上地震234次,6級(jí)以上地震27次,大多集中在雅魯藏布江大拐彎頂端,此外,墨脫斷裂帶西南段與喜馬拉雅主中央斷裂的桑構(gòu)造結(jié)結(jié)頂端地震活動(dòng)也頻發(fā)(楊建亞等,2017)。20世紀(jì)以來(lái),最大強(qiáng)震為1950年察隅8.6級(jí)地震,震中位于阿帕龍斷裂帶與喜馬拉雅主前緣斷裂的交匯部位,最大地震烈度Ⅻ度,地震滑坡導(dǎo)致雅魯藏布江下游堵江,產(chǎn)生大量堰塞湖(詹慧麗等,2023)。

地殼深部動(dòng)力過(guò)程與淺表層構(gòu)造響應(yīng)及產(chǎn)生的自然災(zāi)害,如地震、火山、地震滑坡、巖爆及軟巖大變形等,都與地殼應(yīng)力密切相關(guān)(王思敬,2002;彭建兵,2006;何滿潮,2014)。區(qū)域構(gòu)造尺度上,地震發(fā)生是在關(guān)鍵構(gòu)造部位地殼應(yīng)力長(zhǎng)期積累、集中、加強(qiáng)并最終導(dǎo)致應(yīng)變能突然釋放的過(guò)程(石耀霖等,2018)。局部山體尺度上,大型山體變形、斜坡失穩(wěn)等均與山體或坡體應(yīng)力調(diào)整直接相關(guān)(殷躍平,2008)。工程場(chǎng)區(qū)尺度上,深埋隧道面臨的巖爆、軟巖大變形等工程災(zāi)害一般多在高地應(yīng)力環(huán)境下發(fā)生(馮夏庭等,2008)?！笆奈濉逼陂g,隨著東構(gòu)造結(jié)及其周邊地區(qū)的工程規(guī)劃建設(shè),全面掌握南迦巴瓦地區(qū)深淺部地應(yīng)力場(chǎng)無(wú)疑對(duì)于區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究、交通廊道地質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)防控具有重要的科學(xué)意義。

關(guān)于南迦巴瓦地區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)的研究,交通廊道規(guī)劃建設(shè)之前,主要依靠大地構(gòu)造解析(吳中海等,2015;謝超等,2017)、震源機(jī)制反演(王曉楠等,2018;楊帆等,2019)、GPS觀測(cè)(唐方頭等,2010; Zhang et al., 2020)、數(shù)值模擬(宋鍵等,2011;孫玉軍等,2017)等方法,重點(diǎn)對(duì)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)最大主應(yīng)力方向進(jìn)行詳細(xì)刻畫,基本形成了較確切的認(rèn)識(shí)。交通廊道規(guī)劃建設(shè)之后,逐步開(kāi)展的原位地應(yīng)力測(cè)量初步揭示了南迦巴瓦周邊地區(qū)重要橋隧區(qū)地應(yīng)力大小和方向,主要集中在波密至林芝地區(qū)(張鵬等,2017;陳興強(qiáng)等,2022;田朝陽(yáng)等,2022;張重遠(yuǎn)等,2022;張寧等,2022)。然而,在新構(gòu)造活動(dòng)最為強(qiáng)烈的大拐彎段及雅魯藏布江下游墨脫斷裂帶沿線,有關(guān)地應(yīng)力場(chǎng)的研究成果幾乎為空白,當(dāng)前難以有效支撐國(guó)家交通廊道規(guī)劃選址與安全運(yùn)行對(duì)地質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的新需求。

在收集整理南迦巴瓦周邊地區(qū)已有地震震源機(jī)制解數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)應(yīng)力張量反演,揭示南迦巴瓦構(gòu)造結(jié)不同區(qū)段構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)最大主應(yīng)力方向,依據(jù)不同活動(dòng)類型斷層失穩(wěn)臨界地應(yīng)力條件,聯(lián)合應(yīng)力形因子和斷層摩擦系數(shù)反演,估算南迦巴瓦周邊不同區(qū)域地應(yīng)力場(chǎng)大小,并與原位實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行合理性比較,在此基礎(chǔ)上,采用基于摩爾-庫(kù)侖準(zhǔn)則的斷層滑動(dòng)失穩(wěn)概率分析方法,重點(diǎn)探討東久-米林?jǐn)嗔褞А⒛摂嗔褞Ъ凹卫钄嗔褞е卸位瑒?dòng)失穩(wěn)危險(xiǎn)性。文章研究方法可為基于深部震源機(jī)制解數(shù)據(jù)估算淺層地應(yīng)力絕對(duì)大小提供有效借鑒,研究成果為南迦巴瓦地區(qū)未開(kāi)展原位地應(yīng)力測(cè)量區(qū)域提供地應(yīng)力參考,并為交通廊道和清潔能源基地規(guī)劃選址開(kāi)展區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供地應(yīng)力支撐。

1 活動(dòng)斷裂與第四紀(jì)活動(dòng)性

文中研究區(qū)主要位于喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)南迦巴瓦周邊地區(qū)(圖1),區(qū)域內(nèi)分布北東向喜馬拉雅主前緣斷裂(F3)、主邊界斷裂(F4)、主中央斷裂(F5),近東西向的雅魯藏布江斷裂帶(F10),以及北西西向的嘉黎斷裂帶(F1)和阿帕龍斷裂帶(F2)等區(qū)域性大型活動(dòng)斷裂帶(Yin and Harrison, 2000; Ding et al., 2001)。已有研究表明,喜馬拉雅主前緣斷裂(MFT)、主邊界斷裂(MBT)、主中央斷裂(MCT)均為向北傾的低角度(25°～35°)韌 性 逆 沖 斷 層,其 中,MCT自10 Ma以來(lái)仍有活動(dòng)性(尹安,2006),MBT全新世以來(lái)活動(dòng),沿?cái)嗔褍蓚?cè)時(shí)有地震發(fā)生(Nakata, 1989),MFT為全新世活動(dòng)斷裂,1934年尼泊爾8.2級(jí)地震發(fā)生在該斷裂上,并產(chǎn)生了明顯的地表破裂帶(Kumar et al., 2010; Sapkota et al., 2013)。雅魯藏布江斷裂帶,傾向北北西向,傾角在55°～80°之間,逆沖為主兼走滑運(yùn)動(dòng)特征,其東段最新活動(dòng)時(shí)代為晚更新世(武長(zhǎng)得等,1990;彭小龍和王道永,2013)。嘉黎斷裂帶中段(易貢-波密)、南段(波密-察隅)晚第四紀(jì)以來(lái)表現(xiàn)為右旋走滑兼逆沖活動(dòng),具有低活動(dòng)速率、長(zhǎng)復(fù)發(fā)周期地震特征,發(fā)生M7.0級(jí)以上地震危險(xiǎn)性高(鐘寧等,2021)。阿帕龍斷裂帶,傾向北東向,全新世活動(dòng)斷層,具有右旋走滑運(yùn)動(dòng)特征,很大可能為1950年察隅8.6級(jí)地震的發(fā)震斷層(白玲等,2019)。

此外,南迦巴瓦周緣還分布北東向的東久-米林?jǐn)嗔褞?F9)、墨脫斷裂帶(F6)和北西向的西興拉斷裂(F7)等主要活動(dòng)斷裂(圖1)。東久-米林?jǐn)嗔褞槟襄劝屯邩?gòu)造結(jié)西邊界斷層,從米林以南向東北方向延伸至通麥,東北端與嘉黎斷裂帶交匯,以西傾為主,傾角為60°～70°,全新世以來(lái)以左旋走滑兼逆沖活動(dòng)為主,2017年米林M6.9級(jí)地震發(fā)生在斷裂帶北段與北西向的西興拉斷裂交匯部位(葉進(jìn)等,2020)。墨脫斷裂帶為南迦巴瓦構(gòu)造結(jié)東邊界斷裂,展布在雅魯藏布江東、西兩側(cè),由多條次級(jí)斷層斜列而成,傾向南東向,傾角為60°～70°,全新世左旋走滑活動(dòng)斷裂,其西南段局部還表現(xiàn)出逆沖、正斷運(yùn)動(dòng)特征(謝超等,2016;董漢文等,2018)。西興拉斷裂,傾向南西向,傾角60°～70°,全新世活動(dòng)斷裂,右旋走滑為主兼具逆沖活動(dòng),1950年以來(lái),沿該斷裂發(fā)生過(guò)2次6.0級(jí)以上地震和多次4.0級(jí)地震(韋偉等,2018)。

圖1 南迦巴瓦周邊地區(qū)主要活動(dòng)斷裂帶與中強(qiáng)地震活動(dòng)分布(1951—2019年)Fig.1 The main active fault belts surrounding the Namcha Barwa syntaxis and the distribution of moderate-strong earthquakes from 1951 to 2019

2 地應(yīng)力估算模型與方法

對(duì)于任意先存斷層(或節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面)(圖2a),在不考慮內(nèi)聚力的前提下,依據(jù)摩爾-庫(kù)侖破裂準(zhǔn)則可知,當(dāng)斷層面上的剪應(yīng)力大于或等于其抗滑阻力時(shí),理論上斷層就會(huì)發(fā)生剪切滑動(dòng)失穩(wěn)(圖2b;Healy et al., 1968; Raleigh et al., 1976):

公式中:σn為斷層面上的正應(yīng)力;τf為斷層面上的剪應(yīng)力;μ為斷層面摩擦系數(shù);μσn為斷層面上的抗滑阻力。

依據(jù)斷層滑動(dòng)失穩(wěn)時(shí)的臨界應(yīng)力摩爾圓(圖2c),可得到斷層面滑動(dòng)失穩(wěn)狀態(tài)時(shí)的剪應(yīng)力、正應(yīng)力和摩擦系數(shù)表達(dá)式:

圖2 斷層滑動(dòng)失穩(wěn)力學(xué)解析示意圖Fig.2 Sketch map of mechanical analysis on fault slip instability(a) Two-dimensional stress state of different fractures; (b) Frictional sliding on an optimally oriented fault; (c) Mohr diagram corresponding to arbitrary sliding fault σ1-The maximum principal stress; σ3-The minimum principal stress; σn-The normal stress on the fault plane; τf-The shear stress on the fault plane; φ-Internal frictional angel of the fault; β-Angle between the outward normal vector of the fault plane and the direction of σ1

公式中:σ1和σ3分別代表最大和最小主應(yīng)力大小;φ為斷層內(nèi)摩擦角;其他含義同上。

由公式(2)中斷層面摩擦系數(shù)表達(dá)式還可得:

聯(lián)合公式(1)—(3),可得到斷層剪切滑動(dòng)失穩(wěn)時(shí)臨界地應(yīng)力條件和摩擦系數(shù)的相互關(guān)系:

引入有效應(yīng)力概念,可將公式(4)中最大、最小主應(yīng)力替換為最大、最小有效主應(yīng)力,此時(shí)斷層剪切滑動(dòng)失穩(wěn)時(shí)的臨界地應(yīng)力條件可進(jìn)一步改寫為(Zoback and Healy, 1992):

公式中:Pp為地層孔隙水壓力(近似等于靜水壓力)。

區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)通常以水平或近水平作用為主導(dǎo),在三維主應(yīng)力空間直角坐標(biāo)系中,不妨假設(shè)兩個(gè)主應(yīng)力為水平,另外一個(gè)主應(yīng)力垂直且近似等于上覆巖層的重量。依據(jù)Anderson主應(yīng)力大小和斷層類型分類建議(表1;Zoback, 2007),由公式(5)可得到正斷層、逆沖斷層、走滑斷層滑動(dòng)失穩(wěn)時(shí)的臨界地應(yīng)力條件,見(jiàn)公式(6)—(8)。

表1 主應(yīng)力大小與斷層分類Table 1 Principal stress magnitudes and faulting regimes

正斷層滑動(dòng)失穩(wěn)時(shí)的臨界應(yīng)力狀態(tài):

逆沖斷層滑動(dòng)失穩(wěn)時(shí)的臨界應(yīng)力狀態(tài):

走滑斷層滑動(dòng)失穩(wěn)時(shí)的臨界應(yīng)力狀態(tài):

公式中變量含義同表1。

對(duì)于單一活動(dòng)類型或者以某類活動(dòng)性為主的斷層,當(dāng)其滑動(dòng)失穩(wěn)發(fā)生地震時(shí),理論上,在給定斷層臨界摩擦系數(shù),就能限定其滑動(dòng)失穩(wěn)時(shí)的地應(yīng)力條件。

然而,由公式(6)—(8)僅能估算出有效主應(yīng)力的比值,暫不能得到最大、最小水平主應(yīng)力的絕對(duì)大小。鑒于此,繼續(xù)引入應(yīng)力形因子(R)這一關(guān)鍵地應(yīng)力參數(shù)。在三維主應(yīng)力直角坐標(biāo)系下,當(dāng)斷層面發(fā)生剪切滑動(dòng)破壞時(shí),垂直于滑動(dòng)方向的平面內(nèi)剪應(yīng)力為0,應(yīng)力形因子可表示為(Gephart and Forsyth, 1984):

公式中:σ1、σ2和σ3分別為最大、中間和最小主應(yīng)力大小。

由公式(9)進(jìn)一步得到不同應(yīng)力類型作用下斷層活動(dòng)的應(yīng)力形因子:

① 正斷層狀態(tài)應(yīng)力形因子

② 逆沖斷層狀態(tài)應(yīng)力形因子

③ 走滑斷層狀態(tài)應(yīng)力形因子

確定應(yīng)力形因子R后,再聯(lián)合公式(6)—(8)就可估算得到斷層滑動(dòng)失穩(wěn)時(shí)的最大、最小水平主應(yīng)力絕對(duì)大小。應(yīng)力形因子參數(shù)R可通過(guò)地震震源機(jī)制解數(shù)據(jù)反演得到(萬(wàn)永革,2015;王璞等,2019)。

3 南迦巴瓦地區(qū)地應(yīng)力場(chǎng)估測(cè)

3.1 震源機(jī)制解數(shù)據(jù)與應(yīng)力參數(shù)反演方法

當(dāng)前,南迦巴瓦地區(qū)地應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)較缺乏,但該區(qū)中小地震頻發(fā),已公開(kāi)發(fā)表的地震震源機(jī)制解數(shù)據(jù)相對(duì)充分。利用震源機(jī)制解反演地殼應(yīng)力場(chǎng)已在地質(zhì)、地震、地球物理、地球動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域研究中得到普遍應(yīng)用。世界地應(yīng)力圖中基于震源機(jī)制解反演得到的應(yīng)力數(shù)據(jù)占比約54%(Zoback, 1992)。中國(guó)大陸及鄰區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中,震源機(jī)制解資料占比近70%(謝富仁等,2004)。震源機(jī)制解反演和原地應(yīng)力測(cè)量得到的最大主應(yīng)力方向一致性較好,總體能反映出穩(wěn)定的地殼深部區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)(Feng et al., 2020)。

參考南迦巴瓦周邊地區(qū)已公開(kāi)發(fā)表的中小地震震源機(jī)制解數(shù)據(jù)(邵翠茹,2009;王曉楠等,2018)、2017年11月18日米林M6.9級(jí)(白玲等,2017)、2019年4月23日米林M6.3級(jí)等強(qiáng)震數(shù)據(jù)(李國(guó)輝等,2020),收集得到研究區(qū)M≥2.0級(jí)地震震源機(jī)制解數(shù)據(jù)78條(1985年7月至2019年7月)(圖3),其中,M≥2.5級(jí)地震的震源機(jī)制解數(shù)據(jù)48條,且主要分布在:

圖3 南迦巴瓦周邊地區(qū)M≥2.0級(jí)地震震源機(jī)制解分布(1985—2019年)Fig.3 Focal mechanism solutions of the M≥2.0 earthquakes surrounding the Namcha Barwa syntaxis from 1985 to 2019

(1)南迦巴瓦峰東北側(cè)的“派鎮(zhèn)-魯朗-易貢-古鄉(xiāng)”區(qū),位于東久-米林?jǐn)嗔褞Ш臀髋d拉斷裂交匯部位,2017年11月18日的米林M6.9地震為逆沖型,其余中小地震多以走滑、逆走滑型為主;

(2)南迦巴瓦峰東南側(cè)的“都登-幫辛-布宗-阿帕龍”區(qū),其西邊界為墨脫斷裂帶,北邊界為嘉黎斷裂帶,南邊界為阿帕龍斷裂帶,東南部可延伸至1950年8月15日察隅8.6級(jí)地震位置,震源機(jī)制解以走滑型為主;

(3)南迦巴瓦峰西南側(cè)的“梅楚卡-都登-格刀”區(qū),位于墨脫斷裂帶與阿帕龍斷裂帶交匯部位,震源機(jī)制解以走滑型、逆走滑型為主。

基于震源機(jī)制解數(shù)據(jù)反演應(yīng)力張量時(shí)假設(shè):地震滑移沿已知的斷層面發(fā)生,且斷層面為平面;斷層滑動(dòng)方向(滑動(dòng)角)與斷層面上的剪應(yīng)力方向一致;地質(zhì)體為各向同性;區(qū)域地殼應(yīng)力場(chǎng)相對(duì)穩(wěn)定,且參與反演的震源機(jī)制解為相互獨(dú)立事件。國(guó)外學(xué)者提出并發(fā)展了幾種基于震源機(jī)制解數(shù)據(jù)反演應(yīng)力張量的方法(Michael, 1984; Gephart and Forsyth, 1984; Lund and Slunga, 1999; Hardebeck and Michael, 2006)。目 前,基 于Michael方法開(kāi)發(fā)的MSATSI反演程序被廣泛應(yīng)用于應(yīng)力張量反演,代入震源機(jī)制解樣本數(shù)據(jù),采用網(wǎng)格化的阻尼最小二乘法,可以反演得到不同網(wǎng)格內(nèi)3個(gè)主應(yīng)力的方向、傾角和應(yīng)力形因子等參數(shù)(Martínez-Garzón et al., 2014)。

然而,采用MSATSI程序代入震源機(jī)制解節(jié)面參數(shù)反演時(shí),需要輸入與發(fā)震斷層產(chǎn)狀相一致的主斷面參數(shù),以確保得到相對(duì)精確的主應(yīng)力方向和應(yīng)力形因子。事實(shí)上,僅根據(jù)震源機(jī)制解難以限定發(fā)震斷層的優(yōu)勢(shì)面,往往需要結(jié)合地質(zhì)調(diào)查、地震觀測(cè)或地球物理探測(cè)等資料綜合判定,在不能準(zhǔn)確輸入優(yōu)勢(shì)斷層面參數(shù)情況下,反演得到的主應(yīng)力方向與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)相差甚遠(yuǎn)(Feng et al., 2020)。

對(duì)此,基于Michael方法,捷克學(xué)者Vavrycuk在反演過(guò)程中增加了斷層失穩(wěn)參數(shù)I(0≤I≤1;公式(13))用于識(shí)別主斷層面,當(dāng)I=0,斷層相對(duì)穩(wěn)定;I=1時(shí),斷層處于滑動(dòng)失穩(wěn)狀態(tài),此時(shí)反演得到的節(jié)理面即為優(yōu)勢(shì)發(fā)震斷層面(Vavrycˇuk, 2011):

公式中:σn和τf分別為任意走向斷層面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力(圖4中黑圈);σc和τc分別為主斷層面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力(圖4中紅圈);μ為摩擦系數(shù);其他含義同上。

圖4 斷層失穩(wěn)參數(shù)在應(yīng)力莫爾圓中的定義Fig.4 Definition of the fault instability parameter in the Mohr’s diagram σ1-The maximum principal stress;

斷層失穩(wěn)參數(shù)I不依賴于主應(yīng)力的絕對(duì)大小,反演過(guò)程中設(shè)定最大主應(yīng)力σ1為單位應(yīng)力大小“-1”(負(fù)代表壓應(yīng)力)、最小主應(yīng)力σ3為“1”(正代表拉應(yīng)力),由公式(9)得到中間主應(yīng)力σ2=2R-1。聯(lián)合公式(2)和(3)進(jìn)一步得到主斷層面上滑動(dòng)失穩(wěn)時(shí)的正應(yīng)力σc和剪應(yīng)力τc表達(dá)式:

將公式(14)代入(13)中,斷層失穩(wěn)參數(shù)I可改寫為: 任意斷層面上的正應(yīng)力σn和剪應(yīng)力τf計(jì)算公式為:

公式中:n1、n2、n3分別為斷層面外法線和3個(gè)主應(yīng)力軸夾角的方向余弦,R為應(yīng)力形因子。

斷層失穩(wěn)參數(shù)對(duì)識(shí)別發(fā)震斷層面具有重要的物理意義,給定任意斷層面參數(shù)(走向、傾角和滑動(dòng)角),理論上,均可計(jì)算其I值,I值接近“1”的節(jié)面即為發(fā)震斷層面。基于上述理論,Vavrycˇuk開(kāi)發(fā)了基于Matlab平臺(tái)的聯(lián)合迭代線性反演程序STRESSINVERSE,并以捷克2008年West Bohemia地區(qū)167個(gè)中小地震震源機(jī)制解為例,比較了與Michael方法反演結(jié)果的差別,結(jié)果顯示,STRESSINVERSE程序反演得到的主應(yīng)力方向、主斷層面參數(shù)和應(yīng)力形因子更加穩(wěn)定(Vavry cˇuk, 2014)。此外,在輸入震 源機(jī)制解參數(shù)反 演時(shí),也不需要輸入主斷層面參數(shù)。文章將采用STRESSINVERSE程序,反演南迦巴瓦地區(qū)最大主應(yīng)力方向、斷層摩擦系數(shù)和應(yīng)力形因子等關(guān)鍵地應(yīng)力參數(shù)。

3.2 南迦巴瓦周邊地區(qū)最大主應(yīng)力方向

綜合考慮地震震源機(jī)制解分布、區(qū)域內(nèi)北東向和北西西向活動(dòng)斷裂規(guī)模、活動(dòng)強(qiáng)度及平面切割關(guān)系等因素,將南迦巴瓦周邊地區(qū)進(jìn)一步劃分為6個(gè)研究區(qū)(圖5):Ⅰ區(qū),“易貢-魯朗-派鎮(zhèn)-古鄉(xiāng)”封閉區(qū)域,位于南迦巴瓦峰西北角;Ⅱ區(qū),“傾多-古鄉(xiāng)-幫辛-那母隆巴-松宗-波密”封閉區(qū)域,位于南迦巴瓦峰東北角;Ⅲ區(qū),“幫辛-都登-格刀-阿帕龍-布宗-那母隆巴”封閉區(qū)域,位于南迦巴瓦峰東南側(cè);Ⅳ區(qū),“格刀-阿帕龍-納姆卡姆”封閉區(qū)域,位于Ⅲ區(qū)南側(cè);Ⅴ區(qū),“都登-米林-梅楚卡-格刀”封閉區(qū)域,位于南迦巴瓦峰西南側(cè);Ⅵ區(qū),由喜馬拉雅主邊界斷裂、主中央斷裂及其他次級(jí)斷層組成的圈閉區(qū)域。

圖5 南迦巴瓦周邊地區(qū)震源機(jī)制解分區(qū)特征Fig.5 Subarea characteristics of focal mechanism solutions surrounding the Namcha Barwa syntaxis

采用STRESSINVERSE程序,分別將各區(qū)內(nèi)震源機(jī)制解數(shù)據(jù)進(jìn)行整體反演,得到每個(gè)應(yīng)力分區(qū)內(nèi)最大主應(yīng)力方向(圖6),結(jié)果顯示,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ區(qū)內(nèi)最大主應(yīng)力優(yōu)勢(shì)方向分別為N28°E、N15°W、N43°E、N35°E、N34°E、N62°W,其中,南迦巴瓦峰北側(cè)的Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)為北北東向—近南北向,南側(cè)的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ區(qū)為北東—北北東向。

已有原位地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果表明,通麥隧道(位于Ⅰ區(qū)內(nèi))最大水平主應(yīng)力方向?yàn)楸睎|向(陳興強(qiáng),2022),色季拉山隧道(魯朗南側(cè))為北東—北北東向(田朝陽(yáng)等,2022),林芝-通麥沿線拉月隧道(位于Ⅰ區(qū)內(nèi))為北東—北東東向(張重遠(yuǎn)等,2022),林芝八一鎮(zhèn)為北北東向(平均N26°E)(張鵬等,2017)。文中反演得到Ⅰ區(qū)內(nèi)地殼深部最大主應(yīng)力方向與淺層原位地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果一致性較好。

喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)及周邊地區(qū)GPS應(yīng)變場(chǎng)和震源機(jī)制解反演結(jié)果顯示,喜馬拉雅構(gòu)造帶現(xiàn)今地殼形變以南北向劇烈壓縮和東西向伸展變形為主要特征,南迦巴瓦構(gòu)造結(jié)及周邊地區(qū)最大主壓應(yīng)力方向自西向東由北北東向偏轉(zhuǎn)至北東向(楊帆等,2019)。文中結(jié)果顯示,從南迦巴瓦峰西北側(cè)的Ⅰ區(qū)至東南側(cè)的Ⅴ區(qū)最大主應(yīng)力方向基本由北北東向順時(shí)針偏轉(zhuǎn)至北東向(圖6),與相關(guān)學(xué)者關(guān)于東構(gòu)造結(jié)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的研究結(jié)論相符合。南迦巴瓦周邊地區(qū)北北東—近南北向的最大主壓應(yīng)力方向反映了印度板塊北向俯沖青藏高原的深部動(dòng)力過(guò)程(張培震等,2002),而東側(cè)逐漸偏轉(zhuǎn)的北東向最大主應(yīng)力方向一定程度上揭示了青藏高原內(nèi)部地殼物質(zhì)向東南不均勻擠出,并圍繞東構(gòu)造結(jié)產(chǎn)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)模式(曹建玲等,2009;吳中海等,2015)。

圖6 南迦巴瓦周邊地區(qū)不同應(yīng)力區(qū)主應(yīng)力方向反演結(jié)果Fig.6 Principal stress directions retrieved by the STRESSINVERSE program in different stress areas surrounding the Namcha Barwa syntaxis

反演結(jié)果中,Ⅵ區(qū)內(nèi)最大主應(yīng)力方向?yàn)楸北蔽飨蚧虮蔽魑飨?與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)主壓應(yīng)力方向不一致。該區(qū)內(nèi)震源機(jī)制解樣本數(shù)僅有3個(gè),反演結(jié)果相對(duì)離散,可靠性有所降低。區(qū)域內(nèi)最大地震為2019年4月24日的米林M6.3級(jí)地震,震源機(jī)制解走向/傾角/滑動(dòng)角分別為202°/17°/20°(李國(guó)輝等,2020),基于該斷層面參數(shù)反演得到的主壓應(yīng)力方向?yàn)镹16°W(近南北向),由圖3可以看出,該地震發(fā)生在喜馬拉雅主邊界斷裂近似90°大拐彎地區(qū),現(xiàn)今北北西向的最大主壓應(yīng)力方向可能反映了桑構(gòu)造結(jié)西向俯沖南迦巴瓦構(gòu)造結(jié)和北向推擠的動(dòng)力過(guò)程(白玲等,2019)。

3.3 南迦巴瓦周邊地區(qū)應(yīng)力形因子與斷層摩擦系數(shù)

Ⅰ—Ⅵ應(yīng)力分區(qū)內(nèi)應(yīng)力形因子(R)反演結(jié)果如圖7所示,整體上,南迦巴瓦周邊地區(qū)應(yīng)力形因子位于0.37～0.75之間,南迦巴瓦峰西側(cè)(0.53～0.59)低于東側(cè)(0.62～0.75)。楊帆等(2019)利用102個(gè)M4.7～6.5地震震源機(jī)制解反演得到南迦巴瓦構(gòu)造結(jié)周邊地區(qū)應(yīng)力形因子為0.4～0.8,且顯示該值自西北向東南呈增加趨勢(shì)。文中反演得到的南迦巴瓦地區(qū)應(yīng)力形因子結(jié)果與楊帆等(2019)研究成果基本一致。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ區(qū)內(nèi)優(yōu)勢(shì)應(yīng)力形因子R值分別為0.59、0.53、0.62、0.70、0.75和0.37。依據(jù)林芝-通麥段地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果擬合得到的主應(yīng)力隨深度變化關(guān)系式(張重遠(yuǎn)等,2022),估算得到在1000～2000 m深度范圍內(nèi)應(yīng)力形因子為0.44～0.65,平均為0.53,與文中Ⅰ區(qū)內(nèi)反演結(jié)果0.59比較接近,一定程度上也表明地殼深淺部應(yīng)力形因子具有較好的關(guān)聯(lián)性。

圖7 南迦巴瓦周邊地區(qū)不同應(yīng)力區(qū)應(yīng)力形因子反演結(jié)果Fig.7 Stress shape ratio retrieved by the STRESSINVERSE program in different stress areas surrounding the Namcha Barwa syntaxis

將Ⅰ—Ⅵ區(qū)內(nèi)每個(gè)震源機(jī)制解樣本進(jìn)行單獨(dú)反演,還可以得到優(yōu)勢(shì)斷層面滑動(dòng)失穩(wěn)時(shí)的臨界摩擦系數(shù)μ值。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ區(qū)內(nèi)μ值分 別 為0.13～0.32、0.12～0.27、0.12～0.33、0.12～0.32、0.14～0.32、0.12～0.34。潘 前(2021)基于83個(gè)地應(yīng)力測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得到重大鐵路工程拉林段沿線1200 m深度范圍應(yīng)力積累水平表征參數(shù)μm值[(σ1-σ3)/(σ1+σ3)],其結(jié)果顯示,μm值為0.23～0.30。張寧等(2022)基于青藏高原東南緣900組地應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),計(jì)算得到墨脫-昌都應(yīng)力區(qū)內(nèi)μm值為0.28。

由圖2c應(yīng)力摩爾圓可以看出,μm可以用公式(17)表達(dá):

由公式(17)可以計(jì)算得到,川藏鐵路拉林段沿線地殼淺層μ為0.24～0.31,墨脫-昌都應(yīng)力區(qū)內(nèi)μ為0.29,上述結(jié)果與文中估算得到的南迦巴瓦周邊墨脫-波密地區(qū)(Ⅱ、Ⅲ區(qū))μ最大值0.33基本一致,充分表明文中反演結(jié)果相對(duì)合理、可靠。

分析認(rèn)為,南迦巴瓦周邊地區(qū)主要發(fā)震斷層相對(duì)低的摩擦系數(shù)可能與斷裂帶物質(zhì)含較高的黑云母有關(guān)。以往研究表明,黑云母礦物在400℃剪切條件下的平均摩擦系數(shù)一般在0.25左右,最大不超過(guò)0.36(任鳳文和何昌榮,2014;路珍和何昌榮,2014)?；A(chǔ)地質(zhì)資料顯示,南迦巴瓦周邊地區(qū)片狀分布含黑云母片巖、片麻巖等構(gòu)造混雜巖帶(潘桂棠等,2020;涂繼耀等,2021)。

3.4 南迦巴瓦周邊地區(qū)地應(yīng)力大小

綜合考慮南迦巴瓦周邊地區(qū)交通廊道和清潔能源基地規(guī)劃選址和建設(shè)需求,將重點(diǎn)對(duì)Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)和Ⅴ區(qū)內(nèi)的地應(yīng)力大小進(jìn)行估算。

3.4.1 Ⅰ區(qū)地應(yīng)力大小

Ⅰ區(qū)位于北東向東久-米林?jǐn)嗔褞?北段)和北西向的西興拉斷裂(西段)交匯部位,第四紀(jì)以來(lái),前者以左旋走滑活動(dòng)為主,后者表現(xiàn)為右旋走滑運(yùn)動(dòng)方式,該區(qū)北部還展布北西西向嘉黎斷裂帶,晚第四紀(jì)以來(lái)表現(xiàn)出右旋走滑活動(dòng)特征。此外,Ⅰ區(qū)內(nèi)震源機(jī)制解類型除2017年11月18日的M6.9級(jí)地震為逆沖型外,大多中小地震以走滑型為主,與區(qū)域內(nèi)主要發(fā)震斷裂運(yùn)動(dòng)學(xué)特征相符合。鑒于此,選取走滑斷層失穩(wěn)臨界應(yīng)力條件和應(yīng)力形因子計(jì)算公式進(jìn)行估算。

將Ⅰ區(qū)內(nèi)發(fā)震斷層臨界摩擦系數(shù)的最大值0.32代入公式(8),并將該區(qū)優(yōu)勢(shì)應(yīng)力形因子R=0.59代入公式(12),孔隙水壓力Pp近似等于靜水壓力P0。對(duì)于花崗巖、閃長(zhǎng)巖和片麻巖,其平均天然密度取2.72 g/cm3,進(jìn)而估算得到Ⅰ區(qū)內(nèi)最大水平主應(yīng)力值(σH)線性增加梯度為0.0337 MPa/m,最小水平主應(yīng)力值(σh)線性增加梯度為0.0227 MPa/m,垂向應(yīng)力線性增加梯度為0.0272 MPa/m(圖8)。

圖8 Ⅰ區(qū)主應(yīng)力大小隨深度變化特征Fig.8 Variation characteristics of principal stresses with depth in region Ⅰ

陳興強(qiáng)(2022)基于通麥隧道15個(gè)鉆孔地應(yīng)力測(cè)量結(jié)果,擬合得到相對(duì)完整巖體內(nèi)最大、最小水平主應(yīng)力線性增加梯度分別為0.0336 MPa/m 和0.0222 MPa/m,與文中Ⅰ區(qū)估算結(jié)果吻合度高。依據(jù)張重遠(yuǎn)等(2022)擬合得到的林芝-通麥段主應(yīng)力隨深度變化關(guān)系式,估算該區(qū)1000 m深度最大、最小水平主應(yīng)力值分別為32.95 MPa和23.02 MPa,由圖8擬合關(guān)系式估算相同深度最大、最小水平主應(yīng)力值分別為33.7 MPa和22.7 MPa,兩者結(jié)果也很相近?？傮w上,文中估算得到的Ⅰ區(qū)內(nèi)地應(yīng)力大小結(jié)果是合理的。

3.4.2 Ⅱ區(qū)地應(yīng)力大小

Ⅱ區(qū)內(nèi)主要分布北西西向的嘉黎斷裂帶(中段),晚第四紀(jì)以來(lái)右旋走滑活動(dòng),區(qū)域內(nèi)震源機(jī)制解均為走滑型。分別將μ最大值0.27代入公式(8)、R=0.59代入公式(12),估算得到Ⅱ區(qū)主應(yīng)力大小隨深度變化規(guī)律(圖9),最大水平主應(yīng)力值(σH)線性增加梯度為0.032 MPa/m,最小水平主應(yīng)力值(σh)線性增加梯度為0.0229 MPa/m,垂向應(yīng)力線性增加梯度為0.0272 MPa/m。位于區(qū)內(nèi)的波密縣嘎隆拉隧道鉆孔應(yīng)力解除法測(cè)量結(jié)果顯示,在800 m埋深最大水平主應(yīng)力值為25.3 MPa(孫曉光等,2011),由圖9估算得到該深度最大水平主應(yīng)力為25.6 MPa,與嘎隆拉隧道地應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果基本相符。

圖9 Ⅱ區(qū)主應(yīng)力大小隨深度變化特征Fig.9 Variation characteristics of principal stresses with depth in region Ⅱ

3.4.3 Ⅲ區(qū)地應(yīng)力大小

Ⅲ區(qū)內(nèi)主要分布北東向的墨脫斷裂帶,晚第四紀(jì)以來(lái)以左旋走滑運(yùn)動(dòng)為主,該區(qū)內(nèi)震源機(jī)制解多表現(xiàn)為走滑型。分別將μ最大值0.33代入公式(8)、R=0.62代入公式(12),估算得到Ⅲ區(qū)主應(yīng)力大小隨深度變化規(guī)律(圖10),最大水平主應(yīng)力值(σH)線性增加梯度為0.0344 MPa/m,最小水平主應(yīng)力值(σh)線性增加梯度為0.0227 MPa/m,垂向應(yīng)力線性增加梯度為0.0272 MPa/m。根據(jù)張寧等(2022)擬合得到的墨脫-昌都應(yīng)力區(qū)主應(yīng)力隨深度變化關(guān)系式,在1000 m深度最大、最小水平主應(yīng)力值分別為29.89 MPa和17.34 MPa,由圖10中關(guān)系式估算得到該深度最大、最小水平主應(yīng)力值分別為33.4 MPa和22.7 MPa,該區(qū)水平主應(yīng)力估算結(jié)果普遍高于墨脫-昌都區(qū)平均應(yīng)力水平約4～5 MPa。分析認(rèn)為,墨脫-昌都區(qū)覆蓋面積近6×104km2,將整個(gè)區(qū)域內(nèi)的地應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一擬合,往往忽略地應(yīng)力場(chǎng)的非均勻特征,部分高應(yīng)力區(qū)難以得到體現(xiàn)。

圖10 Ⅲ區(qū)主應(yīng)力大小隨深度變化特征Fig.10 Variation characteristics of principal stresses with depth in region Ⅲ

3.4.4 Ⅴ區(qū)地應(yīng)力大小

Ⅴ區(qū)位于北東向墨脫斷裂帶的西南端,區(qū)域內(nèi)震源機(jī)制解有正斷型、逆沖型和走滑型、逆走滑型等,其中走滑型地震占比54%、逆沖型占比20%、正斷型占比20%,綜合上述考慮,該區(qū)仍然選取走滑斷層滑動(dòng)失穩(wěn)臨界條件進(jìn)行地應(yīng)力估算。分別將μ最大值0.32代入公式(8)、R=0.75代入公式(12),估算得到Ⅴ區(qū)主應(yīng)力大小隨深度變化規(guī)律(圖11),最大水平主應(yīng)力值(σH)線性增加梯度為0.0355 MPa/m,最小水平主應(yīng)力值(σh)線性增加梯度為0.0236 MPa/m,垂向應(yīng)力線性增加梯度為0.0272 MPa/m。由于該區(qū)內(nèi)目前未見(jiàn)相關(guān)地應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)公開(kāi),暫不能與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行可靠性比較。

圖11 Ⅴ區(qū)主應(yīng)力大小隨深度變化特征Fig.11 Variation characteristics of principal stresses with depth in region Ⅴ

4 南迦巴瓦地區(qū)主要活動(dòng)斷裂構(gòu)造穩(wěn)定性探討

南迦巴瓦地區(qū)位于印度板塊與歐亞板塊碰撞最強(qiáng)烈的前緣地帶,即喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)雅魯藏布江大拐彎附近,構(gòu)造變形顯著,新構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,活動(dòng)斷裂發(fā)育,地震活動(dòng)頻發(fā)。1950年察隅8.6級(jí)地震后,該區(qū)內(nèi)未發(fā)生M7.0級(jí)以上強(qiáng)震,多以中小地震為主(楊建亞等,2017),其中最大地震為2017年11月18日米林M6.9級(jí)地震,震中烈度達(dá)到Ⅷ度,Ⅵ度以上區(qū)域面積近1.3×104km2,涉及巴宜、米林、墨脫、波密及工布江達(dá)5個(gè)縣(區(qū))(唐方頭等,2019)。

研究表明,1950年察隅8.6級(jí)和2017年米林6.9級(jí)地震導(dǎo)致周邊區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)重新分布,對(duì)喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)周邊活動(dòng)斷層產(chǎn)生較大影響,庫(kù)侖應(yīng)力變化達(dá)到數(shù)兆帕量級(jí)(尹鳳玲等,2018;李振月等,2020)。南迦巴瓦構(gòu)造結(jié)周緣主要活動(dòng)斷裂在現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力背景下仍可能產(chǎn)生強(qiáng)震、錯(cuò)斷等地質(zhì)安全問(wèn)題,影響高鐵、水電等交通廊道地質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)防控(蘭恒星等,2021;祁生文等,2022)。相關(guān)案例也屢見(jiàn)不鮮,如2022年1月8日青藏高原東北緣門源縣M6.6級(jí)地震,沿冷龍嶺斷裂產(chǎn)生明顯地表破裂帶,地表最大同震位移達(dá)3.1 m,發(fā)震斷裂的左旋走滑剪切作用直接導(dǎo)致蘭新高鐵大梁隧道、硫磺溝大橋等設(shè)施嚴(yán)重?fù)p壞(張威等,2022;韓帥等,2022)。

文章聚焦活動(dòng)斷裂構(gòu)造穩(wěn)定性問(wèn)題,采用基于摩爾-庫(kù)侖破裂準(zhǔn)則的斷層滑動(dòng)失穩(wěn)概率分析方法(Snee and Zoback, 2018),將上文地應(yīng)力估算結(jié)果作為邊界條件,定量評(píng)價(jià)南迦巴瓦周邊Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)和Ⅴ區(qū)內(nèi)主要活動(dòng)斷裂滑動(dòng)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn),以期為交通廊道和清潔能源基地活動(dòng)斷裂地質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供參考。

為便于計(jì)算,根據(jù)不同斷裂走向,將4個(gè)應(yīng)力區(qū)內(nèi)的主要活動(dòng)斷裂簡(jiǎn)化為不同長(zhǎng)度的直線段(圖12)。參考地質(zhì)、地球物理等資料,合理確定各分段斷層的走向、傾角、長(zhǎng)度等參數(shù),同時(shí)考慮不同參考資料之間的差異性,分別將各分段斷層的走向和傾角設(shè)定為±5°和±10°誤差范圍(表2)。如上所述,4個(gè)區(qū)域內(nèi)反演得到的斷層摩擦系數(shù)與其他研究成果相比,最大殘差為0.08,故將各分段斷層摩擦系數(shù)的誤差范圍設(shè)定為±0.08?；谀?庫(kù)侖準(zhǔn)則的斷層滑動(dòng)失穩(wěn)概率分析方法,可詳見(jiàn)作者團(tuán)隊(duì)已發(fā)表論文(朱思雨等,2022;Zhu et al., 2022; Feng et al., 2022; Fan et al., 2022)。

表2 南迦巴瓦周邊地區(qū)主要活動(dòng)斷裂帶屬性參數(shù)Table 2 Characteristic parameters of the main active fault belts surrounding the Namcha Barwa syntaxis

圖12 南迦巴瓦周邊地區(qū)主要活動(dòng)斷裂帶簡(jiǎn)化分段特征Fig.12 Simplified segments of the main active fault belts surrounding the Namcha Barwa syntaxis

采用美國(guó)斯坦福大學(xué)開(kāi)發(fā)的斷層滑動(dòng)失穩(wěn)概率計(jì)算程序FSP1.0(Walsh Ⅲ and Zoback, 2016),定量估算Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)和Ⅴ區(qū)內(nèi)主要活動(dòng)斷裂當(dāng)前滑動(dòng)失穩(wěn)概率(圖13)。

圖13 南迦巴瓦周邊地區(qū)主要活動(dòng)斷裂滑動(dòng)失穩(wěn)概率Fig.13 Fault slip probability in the main active fault belts surrounding the Namcha Barwa syntaxis

(1)Ⅰ區(qū)內(nèi),嘉黎斷裂帶西北段(F1-4)、西興拉斷裂帶西支(F7-1、F7-2)和東久-米林?jǐn)嗔褞|北支(F9-3)在當(dāng)前地應(yīng)力作用下滑動(dòng)失穩(wěn)概率很低,一般不超過(guò)10%,斷層相對(duì)穩(wěn)定,而東久-米林?jǐn)嗔褞|北段(F9-2、F9-1)滑動(dòng)失穩(wěn)概率較高,分別為25%和39%,需重點(diǎn)關(guān)注F9-2段未來(lái)地震活動(dòng)危險(xiǎn)性。

(2)Ⅱ區(qū)內(nèi),嘉黎斷裂帶中段(F1-1、F1-2和F1-3)滑動(dòng)失穩(wěn)概率較高,分別為24%、38%和39%,地震活動(dòng)危險(xiǎn)性較高,而墨脫斷裂帶的東北端(F6-9)滑動(dòng)失穩(wěn)概率很低,小于5%,斷層活動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定。

(3)Ⅲ區(qū)內(nèi),墨脫斷裂帶中段(F6-4、F6-5、F6-6、F6-7、F6-8)整體滑動(dòng)失穩(wěn)概率偏高,位于16%～45%之間,其中,背崩鄉(xiāng)至幫辛鄉(xiāng)段斷層滑動(dòng)失穩(wěn)概率普遍大于30%,最高達(dá)45%(F6-8),需要重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)墨脫斷裂帶中段地震活動(dòng)性的持續(xù)跟蹤與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。阿帕龍斷裂帶滑動(dòng)失穩(wěn)概率較高,為36%～39%,地震活動(dòng)危險(xiǎn)性高,已有GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示,阿帕龍斷裂帶可能處于閉鎖階段,為強(qiáng)震危險(xiǎn)區(qū)。

(4)Ⅴ區(qū)內(nèi),墨脫斷裂帶南段(F6-1、F6-2、F6-3)當(dāng)前滑動(dòng)失穩(wěn)概率很低,均小于8%,相比之下,喜馬拉雅主邊界斷裂北段(F4-1)滑動(dòng)失穩(wěn)概率很高,最高可達(dá)50%,2019年4月24日M6.3級(jí)地震就發(fā)生在F4-1斷層南側(cè)約20 km位置,該區(qū)未來(lái)仍是中強(qiáng)地震頻發(fā)區(qū)。

此外,從交通廊道地質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)防控角度來(lái)看,交通廊道波密至林芝段在古鄉(xiāng)附近轉(zhuǎn)至與嘉黎斷裂帶(F1-4)平行,由于嘉黎斷裂帶(F1-4)當(dāng)前滑動(dòng)失穩(wěn)概率很低,斷層活動(dòng)穩(wěn)定,可能不會(huì)對(duì)工程建設(shè)和安全運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響,比較而言,東久-米林?jǐn)嗔褨|北段(F9-2)具有較高的滑動(dòng)失穩(wěn)概率,后期需深入研究該條斷裂發(fā)生強(qiáng)震時(shí)對(duì)交通廊道產(chǎn)生的工程錯(cuò)斷效應(yīng)。另外,對(duì)于區(qū)域內(nèi)水電工程規(guī)劃選址而言,則需要重點(diǎn)評(píng)估雅魯藏布江下游墨脫斷裂帶的地震活動(dòng)危險(xiǎn)性及其可能產(chǎn)生的地質(zhì)安全問(wèn)題。

5 結(jié)論與建議

(1)南迦巴瓦周邊地區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)最大主應(yīng)力方向?yàn)楸睎|—北北東向,反映了印度板塊北向俯沖青藏高原的動(dòng)力背景。

(2)南迦巴瓦周邊地區(qū)地應(yīng)力大小表現(xiàn)出非均勻特征,最大、最小水平主應(yīng)力線性增加梯度在西北部的“易貢-魯朗-派鎮(zhèn)-古鄉(xiāng)”區(qū)為0.0337 MPa/m、0.0227 MPa/m,東北部的“古鄉(xiāng)-幫辛-那母隆巴-松宗-波密”區(qū)為0.032 MPa/m、0.0229 MPa/m,東南部的“幫辛-都登-阿帕龍-布宗”區(qū)為0.0344 MPa/m、0.0227 MPa/m,西南部的“都登-米林-梅楚卡-格刀”區(qū)為0.0355 MPa/m、0.0236 MPa/m。

(3)在當(dāng)前地應(yīng)力環(huán)境下,南迦巴瓦周邊地區(qū)主要斷裂活動(dòng)危險(xiǎn)性也具有差異性,東久-米林?jǐn)嗔褞|北段(派鎮(zhèn)至古鄉(xiāng))滑動(dòng)失穩(wěn)概率為25%～39%,嘉黎斷裂帶中段(古鄉(xiāng)至松宗)為24%～39%,墨脫斷裂帶東北段(背崩至幫辛)為30%～45%,阿帕龍斷裂帶西北段(都登至阿帕龍)為30%～45%,以上區(qū)段均具有較高的地震活動(dòng)性。水電工程規(guī)劃選址階段,需重點(diǎn)關(guān)注墨脫斷裂帶未來(lái)大概率發(fā)生強(qiáng)震并可能引起工程錯(cuò)斷等地質(zhì)安全問(wèn)題。

(4)依據(jù)斷層滑動(dòng)失穩(wěn)臨界應(yīng)力條件,結(jié)合基于震源機(jī)制解數(shù)據(jù)的應(yīng)力形因子、斷層摩擦系數(shù)等參數(shù)反演,可估算地應(yīng)力場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)方向和絕對(duì)大小,估算與實(shí)測(cè)結(jié)果相似性較好,一定程度上可為未開(kāi)展原位地應(yīng)力測(cè)量的區(qū)域提供補(bǔ)充。估算過(guò)程中,設(shè)定的區(qū)域面積、震源機(jī)制解樣本數(shù)量、地震震級(jí)與類型等因素一定程度上會(huì)影響應(yīng)力形因子和斷層摩擦系數(shù)結(jié)果,因此,文中估算得到的南迦巴瓦周邊地區(qū)地應(yīng)力場(chǎng),仍需要結(jié)合區(qū)域內(nèi)原位地應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)和完善。