现代地质 ›› 2017, Vol. 31 ›› Issue (05): 900-910.
• 川藏铁路沿线重大地质灾害与工程地质问题 • 上一篇 下一篇
张鹏1,2(), 曲亚明3, 郭长宝1,2(
), 丰成君1,2, 孟文1,2, 范玉璐4, 谭成轩1,2, 王磊5
收稿日期:
2016-10-12
修回日期:
2017-05-10
出版日期:
2017-10-10
发布日期:
2017-11-06
通讯作者:
郭长宝,男,博士,1980年出生,地质工程专业,副研究员,主要从事工程地质与地质灾害方面的研究。Email: guochangbao@163.com。
作者简介:
张鹏,男,助理研究员,1986年出生,地质工程专业,主要从事地应力测量与监测、地壳稳定性评价等研究工作。Email:zhangpeng0713@163.com。
基金资助:
ZHANG Peng1,2(), QU Yaming3, GUO Changbao1,2(
), FENG Chengjun1,2, MENG Wen1,2, FAN Yulu4, TAN Chengxuan1,2, WANG Lei5
Received:
2016-10-12
Revised:
2017-05-10
Online:
2017-10-10
Published:
2017-11-06
摘要:
为查明川藏铁路林芝段现今地应力状态和附近主要断裂运动学和动力学活动特征,在西藏林芝北侧开展了300 m深度钻探工程和随深度系统水压致裂现今原位地应力测量与压磁法地应力实时监测工作。原地应力测量结果表明:(1)三个主应力大小之间关系为SH>Sh≥SV,表明区域构造作用水平应力起主导作用,易于发生逆断活动;(2)现今最大水平主应力方向为北北东向,反映区域内北东—近南北向断裂带现今活动具有顺时针走滑的特征;(3)基于实测数据得到剪应力相对大小μm=0.11~0.23,反映了该区域应力积累较低,区域内断层活动的危险性较小。地应力实时监测结果表明2015年尼泊尔MS8.1级强震在该地应力实时监测站点具有显著的远场效应:(1)尼泊尔地震前,最大与最小水平主应力值分别增加了0.35 MPa和0.24 MPa,最大水平主应力方向基本保持不变;(2)尼泊尔地震时同震应力变化表明,地震导致最大与最小水平主应力值分别减小了0.05 MPa和0.04 MPa,最大水平主应力方向基本保持不变;(3)尼泊尔地震4个月后,最大水平主应力减小了0.05 MPa,而最小主应力增加了0.01 MPa,最大水平主应力方向基本保持不变。基于钻孔原地应力测量与实时监测数据分析尼泊尔地震前、震时、震后该站点地应力变化情况,对于区域内断裂活动、地震危险性、地壳稳定性等研究具有重要意义。
中图分类号:
张鹏, 曲亚明, 郭长宝, 丰成君, 孟文, 范玉璐, 谭成轩, 王磊. 西藏林芝地应力测量监测与尼泊尔MS8.1级强震远场响应分析[J]. 现代地质, 2017, 31(05): 900-910.
ZHANG Peng, QU Yaming, GUO Changbao, FENG Chengjun, MENG Wen, FAN Yulu, TAN Chengxuan, WANG Lei. Analysis of In-situ Stress Measurement and Real-time Monitoring Results in Nyching of Tibetan Plateau and Its Response to Nepal MS8.1 Earthquake[J]. Geoscience, 2017, 31(05): 900-910.
图1 研究区主要活动断裂及地震震中分布图 ①嘉黎断裂带;②阿帕龙断裂;③东久—米林断裂;④阿尼桥断裂;⑤藏南拆离系;⑥墨竹工卡—工布江达断裂带;⑦志岗—沃卡断裂带;⑧雅鲁藏布江断裂带;⑨米林—鲁朗断裂;⑩八一断裂;?达希—大莫谷热断裂;?腔达断裂
Fig.1 Distribution map of main active faults and seismic centers in the research area
序号 | 压裂段中心深度/m | PH/MPa | Po/MPa | Pb/MPa | Pr/MPa | Ps/MPa | Sh/MPa | SH/MPa | Sv/MPa | T/MPa | SH方向 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 56.60 | 0.57 | 0.31 | 14.00 | 4.25 | 3.70 | 3.70 | 6.54 | 1.50 | 9.75 | |
2 | 71.40 | 0.71 | 0.45 | 12.39 | 6.11 | 5.59 | 5.59 | 10.21 | 1.89 | 6.28 | |
3 | 76.36 | 0.76 | 0.50 | 18.21 | 9.39 | 6.66 | 6.66 | 10.09 | 2.02 | 8.82 | |
4 | 102.50 | 1.03 | 0.77 | 10.83 | 3.71 | 2.74 | 2.74 | 3.74 | 2.72 | 7.12 | |
5 | 115.00 | 1.15 | 0.89 | 13.58 | 4.97 | 4.18 | 4.18 | 6.68 | 3.05 | 8.61 | |
6 | 125.50 | 1.26 | 1.00 | 12.21 | 4.93 | 4.26 | 4.26 | 6.85 | 3.33 | 7.28 | |
7 | 137.50 | 1.38 | 1.12 | 10.59 | 3.81 | 3.22 | 3.22 | 4.73 | 3.64 | 6.78 | |
8 | 149.20 | 1.49 | 1.23 | 10.77 | 4.63 | 3.66 | 3.66 | 5.12 | 3.95 | 6.14 | |
9 | 182.30 | 1.82 | 1.56 | 13.63 | 7.01 | 5.63 | 5.63 | 8.32 | 4.83 | 6.62 | NE31° |
10 | 188.40 | 1.88 | 1.62 | 17.35 | 8.68 | 6.28 | 6.28 | 8.54 | 4.99 | 8.67 | |
11 | 208.00 | 2.08 | 1.82 | 17.84 | 9.41 | 6.44 | 6.44 | 8.09 | 5.51 | 8.43 | NE21° |
12 | 250.20 | 2.50 | 2.24 | 16.69 | 8.78 | 7.88 | 7.88 | 12.62 | 6.63 | 7.91 |
表1 西藏林芝八一钻孔水压致裂地应力测量结果表
Table 1 Results of hydraulic fracturing in-situ stress measurements of Bayi drilling hole in Nyching Tibet
序号 | 压裂段中心深度/m | PH/MPa | Po/MPa | Pb/MPa | Pr/MPa | Ps/MPa | Sh/MPa | SH/MPa | Sv/MPa | T/MPa | SH方向 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 56.60 | 0.57 | 0.31 | 14.00 | 4.25 | 3.70 | 3.70 | 6.54 | 1.50 | 9.75 | |
2 | 71.40 | 0.71 | 0.45 | 12.39 | 6.11 | 5.59 | 5.59 | 10.21 | 1.89 | 6.28 | |
3 | 76.36 | 0.76 | 0.50 | 18.21 | 9.39 | 6.66 | 6.66 | 10.09 | 2.02 | 8.82 | |
4 | 102.50 | 1.03 | 0.77 | 10.83 | 3.71 | 2.74 | 2.74 | 3.74 | 2.72 | 7.12 | |
5 | 115.00 | 1.15 | 0.89 | 13.58 | 4.97 | 4.18 | 4.18 | 6.68 | 3.05 | 8.61 | |
6 | 125.50 | 1.26 | 1.00 | 12.21 | 4.93 | 4.26 | 4.26 | 6.85 | 3.33 | 7.28 | |
7 | 137.50 | 1.38 | 1.12 | 10.59 | 3.81 | 3.22 | 3.22 | 4.73 | 3.64 | 6.78 | |
8 | 149.20 | 1.49 | 1.23 | 10.77 | 4.63 | 3.66 | 3.66 | 5.12 | 3.95 | 6.14 | |
9 | 182.30 | 1.82 | 1.56 | 13.63 | 7.01 | 5.63 | 5.63 | 8.32 | 4.83 | 6.62 | NE31° |
10 | 188.40 | 1.88 | 1.62 | 17.35 | 8.68 | 6.28 | 6.28 | 8.54 | 4.99 | 8.67 | |
11 | 208.00 | 2.08 | 1.82 | 17.84 | 9.41 | 6.44 | 6.44 | 8.09 | 5.51 | 8.43 | NE21° |
12 | 250.20 | 2.50 | 2.24 | 16.69 | 8.78 | 7.88 | 7.88 | 12.62 | 6.63 | 7.91 |
σHmax方向 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
6.92 | 4.70 | 2.51 | 5.13 | 6.68 | -0.87 | N26°E |
表2 初始水平主应力及应力分量计算结果
Table 2 Results of initial horizontal principal stress and stress tensors
σHmax方向 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
6.92 | 4.70 | 2.51 | 5.13 | 6.68 | -0.87 | N26°E |
组合方案 | 分量 | Δ01σxx/MPa | Δ01σyy/MPa | Δ01τxy/MPa |
---|---|---|---|---|
① | 3、2、4 | -0.011 3 | -0.021 7 | 0.303 2 |
② | 2、4、1 | 0.124 2 | 0.238 5 | -0.014 1 |
③ | 4、1、3 | 0.187 1 | 0.208 3 | 0.110 9 |
④ | 1、3、2 | 0.334 8 | 0.603 2 | -0.208 6 |
表3 二维平面应力分量变化计算结果(地应力缓慢增加阶段)
Table 3 Results of variations of stress tensors under the two-dimensional plane stress state(the first stage)
组合方案 | 分量 | Δ01σxx/MPa | Δ01σyy/MPa | Δ01τxy/MPa |
---|---|---|---|---|
① | 3、2、4 | -0.011 3 | -0.021 7 | 0.303 2 |
② | 2、4、1 | 0.124 2 | 0.238 5 | -0.014 1 |
③ | 4、1、3 | 0.187 1 | 0.208 3 | 0.110 9 |
④ | 1、3、2 | 0.334 8 | 0.603 2 | -0.208 6 |
组合 方案 | /MPa | /MPa | /MPa | /MPa | /MPa | /MPa | 方向 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
① | 5.12 | 6.66 | -0.57 | 6.85 | 4.93 | 2.51 | NE18° |
② | 5.25 | 6.92 | -0.89 | 7.31 | 4.87 | 2.51 | NE23° |
③ | 5.31 | 6.89 | -0.76 | 7.20 | 5.00 | 2.51 | NE22° |
④ | 5.46 | 7.29 | -1.08 | 7.79 | 4.96 | 2.51 | NE24° |
表4 林芝八一钻孔尼泊尔地震前时刻主应力计算结果
Table 4 Results of the principal stress in Bayi drilling hole in Nyching before Nepal earthquake
组合 方案 | /MPa | /MPa | /MPa | /MPa | /MPa | /MPa | 方向 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
① | 5.12 | 6.66 | -0.57 | 6.85 | 4.93 | 2.51 | NE18° |
② | 5.25 | 6.92 | -0.89 | 7.31 | 4.87 | 2.51 | NE23° |
③ | 5.31 | 6.89 | -0.76 | 7.20 | 5.00 | 2.51 | NE22° |
④ | 5.46 | 7.29 | -1.08 | 7.79 | 4.96 | 2.51 | NE24° |
组合方案 | 分量 | Δ02σxx/MPa | Δ02σyy/MPa | Δ02τxy/MPa |
---|---|---|---|---|
① | 3、2、4 | -0.055 5 | 0.109 7 | 0.094 5 |
② | 2、4、1 | 0.105 4 | 0.164 4 | 0.012 6 |
③ | 4、1、3 | 0.198 7 | 0.093 2 | 0.128 0 |
④ | 1、3、2 | 0.285 6 | 0.422 8 | -0.132 6 |
表5 二维平面应力分量变化计算结果(同震快速变化阶段)
Table 5 Results of variations of stress tensors under the two-dimensional plane stress state(the second stage)
组合方案 | 分量 | Δ02σxx/MPa | Δ02σyy/MPa | Δ02τxy/MPa |
---|---|---|---|---|
① | 3、2、4 | -0.055 5 | 0.109 7 | 0.094 5 |
② | 2、4、1 | 0.105 4 | 0.164 4 | 0.012 6 |
③ | 4、1、3 | 0.198 7 | 0.093 2 | 0.128 0 |
④ | 1、3、2 | 0.285 6 | 0.422 8 | -0.132 6 |
组合 方案 | /MPa | /MPa | /MPa | /MPa | /MPa | /MPa | 方向 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
① | 5.07 | 6.79 | -0.78 | 7.10 | 4.77 | 2.51 | NE21° |
② | 5.23 | 6.85 | -0.86 | 7.22 | 4.86 | 2.51 | NE23° |
③ | 5.33 | 6.78 | -0.75 | 7.09 | 5.01 | 2.51 | NE22° |
④ | 5.41 | 7.11 | -1.01 | 7.58 | 4.94 | 2.51 | NE25° |
表6 林芝八一钻孔尼泊尔地震发生同震监测主应力计算结果
Table 6 Results of principal stress of coseismic monitoring with Nepal earthquake in Bayi drilling hole in Nyching
组合 方案 | /MPa | /MPa | /MPa | /MPa | /MPa | /MPa | 方向 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
① | 5.07 | 6.79 | -0.78 | 7.10 | 4.77 | 2.51 | NE21° |
② | 5.23 | 6.85 | -0.86 | 7.22 | 4.86 | 2.51 | NE23° |
③ | 5.33 | 6.78 | -0.75 | 7.09 | 5.01 | 2.51 | NE22° |
④ | 5.41 | 7.11 | -1.01 | 7.58 | 4.94 | 2.51 | NE25° |
组合方案 | 分量 | Δ03σxx/MPa | Δ03σyy/MPa | Δ03τxy/MPa |
---|---|---|---|---|
① | 3、2、4 | -0.113 5 | 0.062 8 | 0.141 5 |
② | 2、4、1 | -0.005 0 | 0.179 6 | 0.049 8 |
③ | 4、1、3 | 0.159 4 | 0.049 8 | 0.214 0 |
④ | 1、3、2 | 0.370 0 | 0.479 6 | -0.109 5 |
表7 二维平面应力分量变化计算结果(震后应力调整阶段)
Table 7 Results of variations of stress tensors under the two-dimensional plane stress state(the third stage)
组合方案 | 分量 | Δ03σxx/MPa | Δ03σyy/MPa | Δ03τxy/MPa |
---|---|---|---|---|
① | 3、2、4 | -0.113 5 | 0.062 8 | 0.141 5 |
② | 2、4、1 | -0.005 0 | 0.179 6 | 0.049 8 |
③ | 4、1、3 | 0.159 4 | 0.049 8 | 0.214 0 |
④ | 1、3、2 | 0.370 0 | 0.479 6 | -0.109 5 |
组合 方案 | /MPa | /MPa | /MPa | /MPa | /MPa | /MPa | 方向 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
① | 5.01 | 6.75 | -0.73 | 7.02 | 4.74 | 2.51 | NE20° |
② | 5.12 | 6.86 | -0.82 | 7.19 | 4.79 | 2.51 | NE22° |
③ | 5.29 | 6.73 | -0.66 | 6.99 | 5.03 | 2.51 | NE21° |
④ | 5.50 | 7.16 | -0.98 | 7.62 | 5.04 | 2.51 | NE24° |
表8 林芝八一钻孔尼泊尔地震发生后监测主应力计算结果
Table 8 Results of the monitoring principal stress in Bayi drilling hole in Nyching after Nepal earthquake
组合 方案 | /MPa | /MPa | /MPa | /MPa | /MPa | /MPa | 方向 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
① | 5.01 | 6.75 | -0.73 | 7.02 | 4.74 | 2.51 | NE20° |
② | 5.12 | 6.86 | -0.82 | 7.19 | 4.79 | 2.51 | NE22° |
③ | 5.29 | 6.73 | -0.66 | 6.99 | 5.03 | 2.51 | NE21° |
④ | 5.50 | 7.16 | -0.98 | 7.62 | 5.04 | 2.51 | NE24° |
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