区域应力状态与断层的相互作用：韩国东南部钻孔现场应力与地震震源机制的互补分析.doc

区域应力状态与断层的相互作用：韩国东南部钻孔现场应力与地震震源机制的互补分析 2010年第5期世界地震译丛55 区域应力状态与断层的相互作用:韩国东南 部钻孔现场应力与地震震源机制的互补分析 ChandongChangJunBokLeeTae—SeobKang 摘要为了了解区域现今应力状态及其与断层群体之间的关系,我们用两组不同的 数据(岩土工程的现场应力数据和地震震源机制解)来描述朝鲜半岛东南部地区的现今应 力张量特征.两组数据都给出了相似的结果,即主压应力方向为NEE—SWW向,这 与亚欧板块东部一级构造应力分区的构造主应力方向是一致的.经过对现场应力数据以 及震源机制反演的更多严格分析可知,现今应力场在方向和大小上呈现出有规律的不均 匀性,而这种不均匀性可能是由于断层组的影响引起的.在地壳浅部开展现场应力测量 时,一般最大最小水平主应力随空间位置变化,且与垂直主应力正交.研究显示现场应 力量值与区域断层逆相关.这表明由于断层活动而产生的应力释放可能是导致区域内低 应力区的主要因素之一.为了证实这一推论,我们根据现今应力场仔细调查了新近活动 过的第四纪断层的产状.在这一给定的应力条件下,断层滑移面上剪应力与主应力的高 比值表明大部分断层位于优势滑移方向,这意味着可能是断层在维持着现在的应力场. 当代的地震分布显示低应力区地震活动性密度较大,表明相应区域内的断层强度可能受 现今应力状态影响处于摩擦极限状态.这也许告诉我们断层强度的不均匀性导致了区域 应力状态的不均匀性. 关键词:现今应力张量区域应力变化断层密度断层强度 引言 对现今地壳应力状态的认识为我们了解 区域构造背景及小尺度构造特征提供了信息 (Zoback,1992).先前的研究提出诸如节理 和断层这种脆性构造可能会引起应力方向的 变化(SassiandFaure,1997;Homberget 口Z,1997;Andewegetal,1999;Arlegui andSim,2001;Yale,2003).然而,关于 构造如何影响完全现场应力张量,包括对应 力大小的影响的数据却少之又少.Barton 和Zoback(1994)曾根据局部应力扰动及与 活断层相关的应力降利用井孔内的观测数据 来研究构造对应力量值的控制作用.诸如此 类研究缺乏的原因部分归咎于这样一个事 实:对现场应力大小的估算通常需要从钻孔 中取得专业,昂贵的数据,然而即使可以获 得此类数据,这些数据也只能大概地限定应 力量值的范围. 另一方面,由于在工程项目开始前按照 常规需要进行应力测量,服务于工程建设的 应力测量是很普遍的.这些应力测量的缺点 是通常涉及的深度较浅,有可能产生一些不 确定因素,如地形影响,不一致的试验程序 及不同试验小组的不同解译等,并且浅部的 现场应力测量本身不可能完全代表深部的地 壳应力.不过,如果我们能从大量这种数据 中提取一些有意义的一致性,由于可获取的 数据(包括应力大小)很充足,因此这种一致 性对我们仍是有用的.事实上,在韩国一些 与工程项目相关的浅部水压致裂应力测量表 56世界地震译丛 g 图1(a)研究区内现场应力测量点位置(正方形表示)与区域断层图.应力实测数据来自两种应力 测量方法(水压致裂和应力解除法).不同的标识符代表不同的应力测量方法,且基于3个 主应力的相对大小的不同应力状态,如图例所示(NF:正断层应力状态,SS:走滑断层应 力状态,RF:逆断层应力状态).每个点上的实线描述的是最大水平主应力的平均方向 (一).插入的玫瑰花图显示了…方向的变化范围.(b)不同测点应力方向数据的深度 侧视图 明这些地区的应力状态,正如许多陆地和海 洋的震源机制解以及像沿中国近海岸的钻孔 崩落等所显示的,与区域地壳应力状态是一 致的(Haimsonetal,2003). 由于试图描述在一个相当大的区域内现 今应力状态的特征(包括应力方向和应力量 值),我们在研究中收集并分析了当今各种 类型的应力数据.此次研究的最终目标是在 相当大的尺度内验证应力场与以断层和地震 为代表的构造单元之间相互关联的可能性. 我们使用的应力数据包括两类,一类是通过 岩土工程中的现场应力测量技术获得的,如 水压致裂和套芯应力解除,另外一类是地震 事件的震源机制解资料.而这两种应力估算 技术有各自的优势和不足,彼此相互补充. 岩土工程的方法尽管通常受限于测量深度 较浅,但其提供了一个点的现场应力张量 (大小及方向);而地震震源机制解可以给出 第5期区域应力状态与断层的相互作用:韩国东南部钻孔现场应力与地震震源机制的互补分析57 窿 厘 g 图2水压致裂测试中获取的典型压力～时间与流量一时间曲线.通常要进行4～5 次压力循环以确定破裂压力(),重张压力(P)以及关闭压力(P),用来估 计现场应力的大小