A preliminary study of the influence of Wenchuan MS8.0 earthquake on in-situ stress state near Longmenshan fault zone: A case study in Beichuan and Jiangyou areas
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摘要: 为探讨汶川MS8.0地震对龙门山断裂带现今地应力环境的影响， 2009年10—12月， 在龙门山断裂带的北川、 江油地区开展了3个200 m深度钻孔水压致裂地应力测量， 获得了汶川MS8.0地震发生1年多以后断裂带附近地壳浅表层地应力环境. 根据研究区内的原地应力测量结果及汶川MS8.0地震引起的断层错动等资料， 运用线弹性有限元数值模拟方法， 计算得到了由断层错动位移所产生的附加应力， 并推算了ZK02和ZK03位置震前应力分布特征. 通过对比分析， 揭示了断裂带附近地应力场的变化规律， 探讨了汶川MS8.0地震对龙门山断裂带附近地应力环境的影响.
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关键词:
- 龙门山断裂带 /
- 水压致裂地应力测量 /
- 地应力环境 /
- 线弹性有限元数值模拟
Abstract: In order to investigate the influence of Wenchuan MS8.0 earthquake on in-situ stress state near the Longmenshan fault zone, hydraulic fracturing measurements in three 200 m-deep boreholes were carried out in Beichuan and Jiangyou areas near the fault zone from Oct. to Dec., 2009, and the distribution of current in-situ stress there at the time more than 1 year after the earthquake was analyzed. Based on the in-situ stress measurements and coseismic fault displacement in the study areas, the distribution of additional stress induced by fault motion was calculated with a linear-elastic finite element simulation, and then distribution of the principal stress at the two boreholes before the earthquake was calculated. Finally, the influence of Wenchuan MS8.0 earthquake on in-situ stress state in a superficial zone near Longmenshan fault was discussed through comparative analysis. -
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图 1 研究区地质背景与地应力测量位置示意图(据杨晓平等(2008)补充绘制) F1-1: 耿达—陇东断裂； F1-2: 茂县—汶川断裂； F1-3: 平武—青川断裂； F2-1: 盐井—五龙断裂； F2-2: 北川—映秀断裂； F2-3: 茶坝—林庵寺断裂； F3-1: 大川—双石断裂； F3-2: 灌县—安县断裂； F3-3: 江油—广元断裂； F4: 山前隐伏断裂带； F5: 龙泉山断裂带； F6: 鲜水河断裂带； F7: 丽江—小金河断裂； F8: 峨边断裂； F9： 岷江断裂； F10： 虎牙断裂
Figure 1. Neotectonic setting and in-situ stress measurement sites (modified after Yang et al,2008) F1-1: Gengda——Longdong fault； F1-2: Maoxian——Wenchuan fault； F1-3: Pingwu——Qingchuan fault； F2-1: Yanjing——Wulong fault； F2-2: Beichuan——Yingxiu fault； F2-3: Chaba——Lin’ansi fault； F3-1: Dachuan——Shuangshi fault； F3-2: Guanxian——Anxian fault； F3-3: Jiangyou——Guangyuan fault； F4: Potential piedmont fault zone； F5: Longquanshan fault zone； F6: Xianshuihe fault zone； F7: Lijiang——Xiaojinhe fault； F8: Ebian fault; F9: Minjiang fault； F10: Huya fault
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图 2 圣安德烈斯断层附近(a)、 郯庐断裂带附近(b)和龙门山断裂带东北段(c)最大剪应力分布 横坐标为测点距断层的垂直距离
Figure 2. Distribution of maximum shear stress near San Andreas fault (a),Tanlu fault (b) and the northeastern segment of Longmenshan fault zone (c) Abscissa indicates vertical distance from measuring sites to fault
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图 3 三维有限元模型(a)和有限元网格划分(b)
Figure 3. Three-dimensional finite element model (a) and division of the finite element mesh (b)
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图 4 附加应力场中最大主应力分布(ZK02—ZK03剖面)
Figure 4. Distribution of the maximum principal stress among the additional stress near the fault (ZK02—ZK03 profile)
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图 5 ZK02附近(a)和ZK03附近(b)最大水平主应力方向
Figure 5. Orientation of the maximum principal stress near the holes ZK02 (a) and ZK03 (b)
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图 6 附加应力场中间主应力分布(ZK02—ZK03剖面)
Figure 6. Distribution of the intermediate principal stress among the additional stress near the fault (ZK02—ZK03 profile)
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图 7 平面直角坐标系(a)及应力分量(b)
Figure 7. Plane Cartesien coordinates (a) and stress components (b)
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图 8 ZK02和ZK03位置初始最大水平主应力(SH)降低值比较(h<200 m)
Figure 8. Contrast of decreased initial maximum principal stress between ZK02 and ZK03(h<200 m)
表 2 3个测量钻孔水压致裂地应力测量结果
Table 2 Results of hydraulic fracturing measurements at the 3 sites
注：Pb为岩石原地破裂压力；Pr为破裂面重张压力；Ps为破裂面瞬时关闭压力； Po为孔隙压力；SH为最大水平主应力；Sh为最小水平主应力；Sv为用上覆岩层(密度2650 kg/m3)重量估算的垂直应力． 
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表 3 ZK02和ZK03位置附加应力分量模拟结果
Table 3 Simulated additional stress components at various depths of the holes ZK02 and ZK03
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表 4 ZK02和ZK03位置震后应力分量计算结果
Table 4 Calculated stress components at ZK02 and ZK03 (after Wenchuan MS8.0 earthquake)
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表 5 ZK02和ZK03位置初始应力分量及水平主应力计算结果
Table 5 Calculated initial horizontal stress components and horizontal principal stress at ZK02 and ZK03
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