论文摘要
地震是岩石圈应力场动态演化的结果,一般认为它由地球内部的岩体受到构造应力作用,导致岩体突然断裂错动而产生。虽然强地震发生的频率较低,但其造成的破坏性极大,且易引起其它次生灾害,给人们生命财产带来严重的损失。若想最大限度的降低地震灾害,必须提高地震预测预报水平,这就需要加强基础理论研究,探索强震孕育、发生、发展的规律。构造应力场作为控制地震的主导因素,是开展地震研究的切入点。本文较系统的总结了构造应力场研究的发展、主要研究方法及其取得的一些研究成果,并对有限元模拟方法作了较全面介绍。我国的构造应力场始于二十世纪七十年代,之后很多学者在此方面取得了一系列成果。目前构造应力状态的研究方法主要包括地质资料分析、原地应力测量、震源机制解、断层擦痕反演、实验模拟以及数值模拟等。由于地球介质的固有特点,数值模拟方法弥补了其他方法的不足,成为定量研究构造应力场的重要手段。计算机技术的不断进步和GPS观测的应用,大大提高了数值模拟方法的可行性和可信性,越来越受到重视。地震除受应力场作用外,还与区域活动构造有关,特别是活动断裂对区域地震活动性具有一定的控制作用。本文从构造应力场与活动断裂共同作用的角度探讨了地震序列引起的区域应力场、形变场演化特点,分析了活动断裂的运动方式,引入摩擦断裂面的库仑破裂机制,尝试为区域未来地震活动性提供参考。以广州地区为研究实例一,建立了横向分区纵向分层,包含不同走向、倾角,新老断层交叉分布的活断层三维有限元模型,在较新的GPS边界约束下,计算形变场与应力场,发现活动断裂对区域形变场与应力场起到较大的控制作用,沿断裂带变化梯度大,在断裂交汇部位与端点处易形成应力集中。通过计算垂直位移与水平位移的比值,得出广州-从化断裂、瘦狗岭断裂、珠江口断裂西支和东支活动方式分别为压性逆断、以右旋走滑为主兼具逆断、以左旋走滑为主兼具逆断。同时计算了各活动断裂面的库仑破裂应力年累积速率,结果显示广州—从化断裂、瘦狗岭断裂东支库仑破裂年累积速率比瘦狗岭断裂西支、珠江口断裂西支和东支高一个量级,广州-从化断裂与珠江口断裂西支和东支均有断裂中段高于断裂两端的特点。总体来看,北东走向的值高于东西向、北西向断裂,这应该与区域应力场有密切的关系。这种应力分布较好的解释了广州地区历史地震分布特征,并为该区未来地震活动性作了初步预测。以川滇地区为研究实例二,综合地震地质、地球物理、大地测量等相关资料,建立较为精细的川滇地区三维弹性有限元接触摩擦模型,利用2000年～2006年Ms6.0以上和2007年1月～6月Ms4.5以上地震序列,计算地震后拟讨论区域的应力变化情况。通过对由其它前兆手段得出的滇西、滇西北、滇东、滇东北4个地震危险区域的应力变化趋势模拟,得出它们的相对危险程度,从高到低依次为滇东、滇西、滇西北、滇东北。根据5·12汶川特大地震的震源机制和破裂过程研究成果,分别讨论了上下盘位错相同与不同两种方案情况下的同震位移场、形变场,并就地震对区域主要活动断裂运动方式的影响作了初步分析。两种方案计算的结果显示了不同的地表位移场和应力场分布特征,上盘错动量大于下盘时,上盘影响区域明显大于下盘区域。此外,区域活动断裂展布对形变场、应力场具有较大的控制作用。菱形块体东边界,如甘孜-玉树、鲜水河、小江断裂带及岷江断裂、马尔康断裂,本次地震对其影响为卸载效应,而菱形块体西边界,如怒江断裂、红河断裂、龙陵-瑞丽断裂等则为加载效应。