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构造应力场方向对库仑破裂应力及其变化的影响1 胡才博 蔡永恩 (北京大学地球物理系，计算地球动力学实验室， 北京， 100871) 大地震后震中周围区域地震触发或抑制的机制，是很多学者十分关心的问题。一些人用弹性半无限空间的位 错模型来模拟地震，引入库仑破裂应力变化来预测大地震后震中周围哪些区域是危险区、哪些区域是安全区。单 纯从应力的角度看，地震的发生，不仅与应力扰动幅度有关，还与震前初始应力状态有关。 地应力场主要取决于岩石的力学性质、构造运动驱动力的大小和方向。本文利用准静态弹性二维平面应变有 限元方法，研究了一个直立走滑地震断层模型，通过断层带介质的变化(降低杨氏模量)来模拟地震，探讨不同 的构造运动驱动力方向对地震应力场和库仑破裂应力CFS=If卜u盯。的影响。对于CFS／0的地方，代表岩石 处于破裂状态或地震：CFS0的地方表示不会破裂或没有地震，处于安全状态。地震前后库仑破裂应力变化 △CFS0，表示地震危险性增加；△∞S0，表示地震危险性降低。 Pa和10Pa，库仑破裂的内摩擦系数11分别取 宽度为50m。地震前后，断层带内介质的杨氏模量分别为1．0×1010 为0．6和0．1；断层带外介质的杨氏模量和库仑破裂的内摩擦系数保持不变，分别为1．0×10¨Pa和0．7。构造运动 驱动力为作用在区域边界的远场主应力，地震前后，其大小保持不变，分别为a=IOOMPa和盯，=30MPa。本文 分别探讨了边界最大主应力仉与断层走向夹300和600两种情况下，地震前后的库仑破裂应力及其变化特征，重点 研究了边界构造应力场方向的不同对震前初始应力场和库仑破裂应力的影响。 结果表明，对于盯。与断层走向夹300的情况，震前库仑破裂应力大于零的区域位于断层带的两端附近和断层 带的中部，在每一端，可能的地震区呈现三个大小不同的花瓣状小分支，它们彼此之间成钝角，面积中等的一支 沿断层带走向向外延伸，断层带内库仑破裂应力接近于零，临近破裂状态。与震前相比，震后库仑破裂应力CFS0 的区域分布很大。可能的地震区位于断层带两侧(包括断层带)，向外延伸断层带长度的2倍以上，该区宽度与断 层带长度相当。震后最可能发生地震的区域是震前可能的地震区中最大两支的延伸和拓展。地震前后库仑破裂应 力变化△CfS≥0．0l^俨a的区域位于断层带两侧，向外延伸断层带长度的30倍以上，整体呈纺槌状，比震后库 仑破裂应力大予零的区域(地震触发区)大得多。对于矾与断层走向夹600的情况。震前库仑破裂应力大于零的 区域几乎没有，基本不存在可能的地震区。这表明构造运动驱动力的方向对震前应力场的影响很大。震前断层带 上的库仑破裂应力比周围介质大，基本接近于零。震后库仑破裂应力大于零的区域分布较大，可能的地震区位于 断层带两侧(包括断层带)，向外延伸约断层带长度的1倍距离，这个区域的宽度与断层带长度相当。震后最可能 发生地震的区域是震前库仑破裂应力最接近零的区域中最大的两支的延伸和拓展。△CF3≥0．01MP目区域的图案 与300的情形类似，该区位于断层带两侧，向外延伸断层带长度的40倍以上，比震后库仑破裂应力大于零的区域 大得多。 · 几点认识：构造运动驱动力方向对库仑破裂应力的影响很大。对比构造应力场为300和600这两种情况，前者 震前可能的地震区很小，后者基本没有；震后可能的地震触发区前者大约是后者的2倍。对于熬两种情况，根据 △CFS≥0．0lMPa得到的地震危险性增加的区域也不一样，前者比后者要小，这表明初始应力场对库仑破裂应力 FS≥ 的变化也有影响。ACFSo的区域虽然地震的危险性相对增加，但是如果这个变化不能导致库仑破裂应力C 0，就不会触发地震。利用库仑应力变化ACFS≥0．01MPa的区域评价地震的危险区会导致对地震危险区的估计 过大。 ‘国家自然科学基金资助 · · 410