豐成君, 張 鵬, 孫煒鋒, 譚成軒

中國地質科學院地質力學研究所, 國土資源部新構造運動與地質災害重點實驗室, 北京 100081

北京昌平十三陵鉆孔地應力測量與實時監(jiān)測在斷層活動危險性分析中的應用探討

豐成君, 張 鵬, 孫煒鋒, 譚成軒*

中國地質科學院地質力學研究所, 國土資源部新構造運動與地質災害重點實驗室, 北京 100081

本文嘗試運用北京昌平十三陵鉆孔98 m深度原地應力測量和實時監(jiān)測數據, 依據彈性力學應力張量疊加原理, 計算得到不同時段地應力結果; 根據斷層滑動摩擦準則, 探討南口山前斷裂活動性, 對了解該區(qū)地震危險性有重要的意義。原地應力測量與實時監(jiān)測計算結果表明: 在2010年1月初和2013年3月31日, 最大水平主應力平均值分別為5.30 MPa和7.56 MPa, 呈增加趨勢; 最大水平主應力方向也由NNW逐漸過渡到NE至近EW向。斷層面上剪應力與正應力的比值結果顯示: 在2010年1月初和2013年3月底, 平均比值分別為0.12和0.22, 雖均沒有達到斷層面臨界滑動摩擦系數0.6, 但其顯示出的增加趨勢在一定程度上反映了該地區(qū)構造活動有增強的跡象, 該現象值得關注。

首都圈; 地應力測量; 地應力實時監(jiān)測; 摩擦滑動準則; 地震危險性

地應力是導致地震發(fā)生的重要影響因素之一,大地震的孕育和發(fā)生是在特定構造部位地應力長期積累、集中、加強和最終導致應變能突然釋放的過程, 地殼物質的力學性質與地應力對地殼運動具有決定的意義(李四光, 1973)。在地震地質工作的基礎上, 研究地應力狀態(tài)的變化與地震孕育、發(fā)生、發(fā)展的關系, 進而實現地震預測, 是李四光教授提出的實現地震預報的一條技術思路(黃相寧等, 1982a,b; 孫葉等, 2012)。

大震發(fā)生前后, 震源及附近地區(qū)地殼淺層地應力分布特征(主應力大小、方位及應力狀態(tài))確實能發(fā)生明顯的改變(李方全等, 1979, 1988; Liao et al., 2003;郭啟良等, 2009; 豐成君等, 2013a; Lin et al., 2013),該現象對于認識震前應力積累、震時應力降、震后應力調整及余震分布均具有一定的指示作用(安其美等, 2004; 吳滿路等, 2010; 陳群策等, 2010; 秦向輝等, 2013)。由于震源點受力, 在上地殼很大范圍內形成應力集中區(qū), 雖然難以直接找到應力集中點, 但在大范圍內測量和監(jiān)測地殼淺層應力及其變化, 進而可能尋找和確定當前應力增高區(qū), 并研究其狀態(tài)和變化趨勢, 則有可能判斷未來大地震的震中區(qū)(趙文津, 2009)。此外, 通過地應力測量與監(jiān)測, 獲取地殼淺層的地應力絕對值及其變化規(guī)律, 進而推測其深部特征, 并以此作為初始條件, 結合地殼深部應力場的模擬研究, 使得地震的數值預報的實現成為可能(石耀霖等, 2013)。

首都圈地區(qū)(北緯 39°—41°, 東經 114°—119°)是我國政治文化中心, 同時也是我國東部板內地震多發(fā)區(qū), 自公元前 231年至 2012年, 京津唐張地區(qū)發(fā)生5級以上的地震52次, 其中破壞性地震(MS>5.5,震中烈度約Ⅶ度)9次, 如: 1679年三河—平谷8級地震; 1966年邢臺隆堯MS6.2級地震, 寧晉MS7.2級地震; 1967年河間MS6.3級地震; 1976年唐山MS7.9級地震和 1998年張北MS6.2級地震等(高文學等,1993; 孫士宏, 1994), 這些破壞性地震都給首都圈地區(qū)造成不同程度的損失和破壞, 該地區(qū)長期以來也成為我國地震監(jiān)視的重點區(qū)域。根據華北地區(qū)地震活動的“時、空、強”分布特征, 該區(qū)可能會進入第五個地震活躍期, 直接威脅到首都的安全(馬文濤等,2004; 譚成軒等, 2010; 孫葉等, 2012)。

2011年8月3日至2013年3月31日, 北京昌平十三陵新型壓磁地應力監(jiān)測臺站的應力監(jiān)測曲線顯示該區(qū)應力值呈緩慢增加的趨勢(圖 1), 其顯示出的應力增量是否會增強其附近斷層的活動危險性值得討論。本文嘗試運用十三陵鉆孔98 m深度原地應力測量和實時監(jiān)測數據, 依據庫侖摩擦滑動準則, 探討了鉆孔在2010年1月初和2013年3月31日時的應力狀態(tài)及其對附近斷層活動危險性的影響,并結合研究區(qū) 2002年至 2013年期間的小震(ML1.0～3.0)分布規(guī)律, 初步認識了研究區(qū)現今構造活動狀況。

1 研究區(qū)主要活動斷裂及特征概述

本文研究范圍為北京城區(qū)西北側昌平十三陵地區(qū), 研究區(qū)及附近主要展布NE和NW向兩組活動斷裂(圖 2)。NE向斷裂主要有南口山前斷裂、八寶山斷裂、黃莊—高麗營斷裂帶和順義—良鄉(xiāng)斷裂帶; 其中: (1)南口山前斷裂主體走向40°～60°, 傾向SE, 傾角 50°～80°, 燕山早期斷裂活動為逆沖性質, 之后有過多期活動, 上新世至全新世部分段落則轉為張性正斷層(冉洪流等, 1996; 黃秀銘等, 1991); (2)八寶山斷裂總體走向 N40°～60°E, 傾向 SE, 傾角 25°～35°,該斷裂形成于中侏羅世至晚侏羅世, 早白堊世斷裂具有拉張活動特性, 末期受到燕山運動 NW—SE向強烈擠壓作用, 該斷裂則具逆斷層性質(王士德等,1982; 黃秀銘等, 1991), 中更新世至全新世仍有活動,但活動性較弱(彭一民等, 1981; 車兆宏等, 1997); (3)黃莊—高麗營斷裂總體走向NNE—NE, 傾向SE, 傾角 55°～75°, 形成于早白堊世晚期, 第三紀與八寶山斷裂共同構成北京凹陷西邊界, 第四紀期間向北擴展, 形成順義和懷柔等第四紀次級凹陷, 由南向北活動性逐漸加強, 斷裂具有正斷兼右旋走滑的活動性質(彭一民等, 1981; 王挺梅等, 1983; 王若柏等,1984; 車兆宏等, 1997); (4)順義—良鄉(xiāng)斷裂總體走向25°～30°, 傾向 NW, 傾角 60°～80°, 主要活動時期為中生代和新生代早期并持續(xù)到第三紀, 其北段第四紀以來仍在活動, 主體為正斷層(胡平等, 2000)。研究區(qū)內NW向斷裂主要為南口—孫河斷裂(東三旗以西), 斷裂走向 N45°～50°W, 傾向 WS, 傾角約 70°,該斷裂作為首都圈中部一條規(guī)模最大的北西向活動斷層, 對首都圈活動構造和地殼運動具有控制作用,既是華北板塊的北邊界之一, 又是一條強震活動帶,第四紀以來活動方式為張性反扭(彭一民等, 1981;黃秀銘等, 1991)。研究區(qū)內, 歷史上MS≥4.0地震相對較少, 最大的是1730年9月30日京西6.5級地震, 震中位于西北旺附近; 研究區(qū)內歷史地震震中大致沿 NW 向南口—孫河斷裂帶及附近地區(qū)展布(圖2)(王宋賢, 1982; 馬文濤等, 2004)。

2 北京昌平十三陵鉆孔水壓致裂地應力測量與斷層活動危險性討論(2010年初)

北京昌平十三陵地應力測量與監(jiān)測鉆孔位于北京市昌平區(qū)十三陵長陵鎮(zhèn)泰陵村國土資源部

圖1 北京昌平十三陵鉆孔新型壓磁地應力監(jiān)測曲線(2011年8月3日—2013年3月31日)Fig. 1 New piezomagnetic stress monitoring curves at Ming tombs boreholes in Changping District, Beijing(2011.8.3—2013.3.31)

圖2 研究區(qū)主要活動斷裂分布Fig. 2 Distributions of main active fractures in the research region

表1 十三陵鉆孔水壓致裂地應力測量結果Table 1 Hydraulic fracturing in-situ stress measuring results at Ming Tombs boreholes

圖3 北京昌平十三陵地應力測量與監(jiān)測鉆孔地層剖面(A-A’)簡圖Fig. 3 Stratigraphic section of in-situ stress measuring and monitoring borehole at Ming Tombs in Changping District, Beijing

十三陵培訓中心院內(圖 2), 地理坐標為 116°12′49″E,40°19′22″N, 鉆孔高程 171 m, 深度 600 m, 于 2009年8月25日開鉆, 12月30日終孔。鉆孔附近野外地質調查和鉆孔巖芯初步表明, 該鉆孔位于南口山前斷裂附近, 鉆孔淺部(約 0～182 m)位于斷裂上盤,為太古代片麻巖, 巖體較完整; 而在鉆孔深部(約182～600 m)則處于斷裂下盤, 為中元古代灰?guī)r, 巖體較破碎(圖3)。

2.1 北京昌平十三陵鉆孔水壓致裂地應力測量及結果分析

水壓致裂地應力測量方法是國際巖石力學學會試驗方法委員會建議的確定巖體應力方法之一,目前也是國際上能較好地直接進行深孔應力測量的先進方法(Haimson et al., 1989, 2003)。關于水壓致裂地應力測量的原理和方法本文不再贅述。北京十三陵鉆孔水壓致裂地應力測量結果見表1。

十三陵鉆孔在103.50～207.50 m深度范圍內, 最大水平主應力SH為4.33～6.25 MPa, 最小水平主應力Sh為3.33～4.71 MPa。在165.00 m以上, 三個主應力之間的關系為SH>Sh>Sv(圖 4), 為逆斷型應力狀態(tài),該特征與南口山前斷裂燕山早期逆沖活動性質相一致; 而在 180.00 m以下, 三個主應力之間的關系則轉為Sv>SH>Sh(圖4), 為正斷型應力狀態(tài), 該特征則與南口山前斷裂現今活動特性相吻合。鉆孔附近最大水平主應力SH方向為 N18°W—N26°W, 平均為N22°W(圖 4), 該方向與附近十三陵抽水蓄能電站廠區(qū)內水壓致裂地應力測量得到的最大水平主應力方向(N16°W)基本一致(圖 2), 而與首都圈及華北區(qū)域構造應力場主壓應力方向(NE—NEE)有較大的差別(李欽祖, 1980; 李欽祖等, 1982; 魏光興等, 1982;黃福明等, 1995; 周翠英等, 2001; 馬文濤等, 2004;崔效鋒等, 2010); 由于該鉆孔測量得到的最大水平主應力方向數據多取自200.00 m以上, 而區(qū)域構造應力場主壓應力方位多由震源機制解確定得到, 其深度均在幾km至幾十km, 受地形地貌、巖石物理力學性質及局部構造活動不同等因素的影響, 地殼淺表層與深部的地應力特征可能會存在差異(譚成軒等, 2006)。

圖4 北京昌平十三陵鉆孔主應力值及最大水平主應力方向隨深度變化Fig. 4 Magnitude of principal stresses and direction of maximum horizontal principal stress versus depth at Ming Tombs boreholes in Changping District, Beijing

2.2 斷層活動危險性討論

在不考慮斷層內聚力的情況下, 當斷層面上的剪應力τn大于或等于滑動摩擦阻力μσn, 則斷層出現摩擦滑動, 其中,σn為斷層面上的正應力,μ為斷層面的摩擦系數, 斷層滑動失穩(wěn)的條件為(Byerlee,1978):

建立三維直角坐標系xyz, 其中,x軸正方向和鉆孔最大水平主應力平均方向(N22°W)一致,y軸正方向與最小水平主應力方向一致,z軸垂直向上十三陵鉆孔附近南口山前斷層傾向取 148°, 傾角為70°(圖 3), 根據任意斜截面上的正應力與剪應力的計算公式(梁海慶等, 1993; 李同林等, 2006), 計算鉆孔附近斷層面上的剪應力(τn)、正應力(σn), 及兩者之間的比值τn/σn(表 2)。

研究表明, 大部分巖石的摩擦系數位于0.6～1.0之間(Byerlee, 1978; Zoback et al., 2003), 在分析地殼淺部斷層活動時, 該摩擦系數可近似代表斷層面的滑動摩擦系數, 并將 0.6作為判斷斷層失穩(wěn)的臨界摩擦系數(安其美等, 2004; 陳群策等, 2010; 秦向輝等, 2013; 豐成君等, 2013b)。由表2可看出, 2010年初, 在0～210 m深度范圍內, 十三陵鉆孔附近斷層面上的剪應力與正應力的比值為0.05～0.18, 遠沒達到斷層面上的臨界摩擦系數0.6, 理論上, 南口山前斷裂不存在因為應力達到臨界狀態(tài)而發(fā)生黏滑失穩(wěn)的危險。

表2 十三陵鉆孔附近斷層面外法線與主應力坐標軸夾角余弦值與斷層面上剪應力值、正應力值及兩者比值計算結果Table 2 Results of l, m, n, σn, τn and τn/σn

3 北京昌平十三陵鉆孔地應力監(jiān)測與變化(2011年8月3日—2013年3月31日)

3.1 北京昌平十三陵鉆孔地應力監(jiān)測與數據分析

十三陵鉆孔水壓致裂地應力測量結束后, 于2010年1月在該鉆孔98 m深度安裝了4分量新型壓磁地應力監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由中國地質科學院地質力學研究所研制, 目前, 已實現 4分量監(jiān)測探頭自動加(卸)載、監(jiān)測數據遠程無線傳輸的功能, 且安裝深度已超過200 m, 處于國際領先水平(陳群策等,2011; 董樹文等, 2012, 2013)。十三陵鉆孔4分量應力監(jiān)測探頭安裝方位見圖5。

從 2011年 8月至今, 該地應力監(jiān)測儀器已連續(xù)、穩(wěn)定地獲得了地應力監(jiān)測數據(圖1)。圖1顯示的地應力監(jiān)測數據從2011年8月3日00:00至2013年2013年3月31日00:00, 可以直觀看出: 分量1、2、4變化幅度較小, 分量 3變化較大, 但不超過4 MPa, 總體上, 4個分量監(jiān)測探頭顯示的正應力變化比較平穩(wěn)(圖 1)。參考應力觀測數據的自檢條件“(1+2)正應力變化=(3+4)正應力變化”(張培耀等,2008; 黃相寧等, 2009; 池順良等, 2013), 由圖6可以看出, 在該階段, 分量(1+2)正應力變化曲線與分量(3+4)正應力變化曲線形態(tài)較為相近, 兩者之間雖然并不相等, 但其差值比較小, 介于 0～1.5 MPa之間, 且多小于1.0 MPa, 故該階段4分量所顯示出的正應力變化是比較可靠的。

圖5 十三陵鉆孔4分量新型壓磁地應力監(jiān)測探頭方位Fig. 5 Positions of four new piezomagnetic probes at Ming Tombs boreholes

圖6 十三陵地應力臺站應力觀測數據自檢曲線Fig. 6 Self checking curves of stress monitoring data at Ming Tombs in-situ stress monitoring station

由圖1可看出, 與2011.8.3 00:00相比, 在該階段末(2013.3.31 00:00), 4分量應力監(jiān)測得到的正應力均有不同程度的增加, 假設 4個分量探頭在該階段內的正應力變化量分別記為: △σ1, △σ2, △σ3,△σ4, 有 : △σ1=0.89 MPa, △σ2=1.73 MPa,△σ3=3.98 MPa, △σ4=0.28 MPa。

3.2 基于 4分量應力監(jiān)測數據計算其引起平面應力狀態(tài)下應力分量變化

假設三個方向a、b、c相互夾角為45°, 三個方向上正應力(或變化量)分別為σa、σb、σc(或△σa、△σb、△σc), 而兩個主應力(或引起a、b、c三個方向正應力變化量的主應力變化量)分別為σHmax、σhmin(或△σHmax、△σhmin), 其中,σHmax(或△σHmax)與a方向的夾角為θ, 則由公式(2)可計算出主應力(或變化量)(王連捷等, 1991):

表3 二維平面應力分量變化計算結果(2011.8.3—2013.3.31)Table 3 Results of variations of stress tensors under the two-dimensional plane stress state (2011.8.3—2013.3.31)

表4 初始水平主應力及應力分量計算結果Table 4 Results of initial horizontal principal stresses and components of stress tensors

建立直角坐標系xoy,x正方向與正東方向一致,y正方向與正北方向一致(圖5), 根據二維平面應力張量轉換公式(李同林等, 2006), 將由公式(2)計算得到的主應力變化量計算得到其引起在坐標系xoy下的平面應力分量變化。計算過程中基于4分量監(jiān)測探頭中任意 3個方向上的正應力變化量, 共有 4組方案, 分別為: ①(分量 2, 4, 1)、②(分量 4, 1, 3)、③(分量1, 3, 2)和④(分量3, 2, 4)。二維平面應力張量變化量計算結果見表3。

4 北京昌平十三陵鉆孔地應力計算結果與斷層活動危險性討論(2013年3月底)

4.1 初始地應力場(2011年8月初)

參考表1中十三陵鉆孔2010年1月初的地應力測量結果, 在2011年8月初, 壓磁探頭安裝深度(98 m)處的最大水平主應力σiHmax=5.30 MPa,σihmin=3.91 MPa,σiv=2.60 MPa, 最大水平主應力方向仍然為 N22°W, 并將該應力結果作為初始應力值。根據二維平面應力張量轉換公式可以計算出其在直角坐標系xoy下的應力分量σixx、σiyy、τixy(表 4)。

4.2 現今地應力場(2013年3月底)

設在2013年3月底鉆孔98 m處的最大水平主應力為σPHmax, 最小水平主應力為σPhmin, 垂向應力為σPv, 在直角坐標系xoy下的應力分量為σPxx、σPyy,τPxy, 將初始應力分量(表 4)和該階段(2011.8.3—2013.3.31)應力分量變化(表3)進行疊加(公式3), 即可得到在2013年3月底的二維應力分量(表5), 再由二維平面應力狀態(tài)下主應力計算公式(李同林等,2006)分別計算出現今最大水平主應力σPHmax、最小水平主應力σPhmin和最大水平主應力方向(表5)。

由表5可以看出, 在2013年3月底, 鉆孔98 m處的最大水平主應力值為 6.06～8.73 MPa, 最小水平主應力值為 2.17～6.91 MPa, 最大水平主應力優(yōu)勢方向為NE—近EW向, 逐漸趨于華北區(qū)域構造應力場NEE—近EW向的主壓應力方位。2010年1月初, 地應力絕對測量得到鉆孔內的最大水平主應力方向平均為N22°W, 由此看來, 從2010年1月初至2013年3月底, 十三陵鉆孔附近的最大主應力方向有調整,并呈現出與區(qū)域構造應力場方位一致的趨勢。

4.3 斷層活動危險性討論

計算出十三陵鉆孔98 m位置在初始應力條件下(2011年 8月初)和現今應力條件下(2013年 3月底)附近斷層面上的剪應力、正應力和兩者的比值(表6)。

由表6可以看出, 在2011年8月初, 十三陵鉆孔附近斷層面上的剪應力與正應力的比值為 0.18;在2013年3月底, 兩者之間的比值為0.16～0.24, 平均為 0.22; 兩個階段剪應力與正應力的比值均沒有達到斷層面上的臨界摩擦系數 0.6, 理論上, 鉆孔附近的南口山前斷裂不存在黏滑失穩(wěn)的危險。比較可以看出, 在 2013年 3月底, 斷層面上剪應力與正應力的比值大于2011年8月初的值, 表明, 從2011年8月初至2013年3月底約3年的時間內, 十三陵鉆孔附近應力水平在逐漸增加, 斷層面上的剪應力與正應力的比值在也逐漸增大, 該變化趨勢值得關注。

4.4 北京昌平及其附近地區(qū)現今地震活動性

上述分析表明北京昌平十三陵及其附近地區(qū)的應力水平自 2010年初以來是增加的, 由地應力資料計算得到的淺層南口山前斷裂面上的剪應力與正應力的比值雖沒有達到斷層發(fā)生黏滑失穩(wěn)時的臨界值0.6, 卻呈現出增大的趨勢。為直觀了解該區(qū)構造活動的強度, 我們根據中國地震臺網中心首都圈地區(qū)地震數據庫搜集到研究區(qū)內 347條ML1.0～3.0級小震活動記錄(2002年1月8日至2013年4月24日) (http://www.csndmc.ac.cn/newweb/data.htm)(注:該區(qū)沒有ML＞3.0級地震記錄); 為深入地了解這些小震分布特征, 將本文研究區(qū)根據經緯度分為 9個區(qū), 分別記為 A、B、C、D、E、F、G、H 和 I(圖7); 將 347條小震分布區(qū)域進行分區(qū)統(tǒng)計, 并給出其 M-T(震級-時間) 圖(圖 8), 并描繪出各個小區(qū)塊內小震發(fā)生時間和震級圖(圖9)。

研究區(qū)小震活動分布特征分析如下:

(1)從空間尺度上可看出, 研究區(qū)內ML1.0～3.0小震活動主要分布在區(qū)域 B、D、G、H和 I, 即昌平區(qū)、海淀區(qū)北部和順義區(qū)南部(圖 8a)。其中, 以昌平為中心, 15 km為半徑的范圍內, 小震活動分布(區(qū)域 A+區(qū)域 B+區(qū)域 D+區(qū)域 E)則占到了總數的40%(圖 8a), 該區(qū)域內, NW 向孫河—南口斷裂和NE向南口山前斷裂在南口附近交匯, 小震活動分布又相對密集, 一定程度上可能反映出南口山前斷裂現今活動性有所增強。

(2)從時間尺度上可以看出, 在整個研究區(qū)內,大致從 2007年以來, 小震活動發(fā)生較頻繁, 其中,在2009年至2013年時間段內, 其分布更加密集(圖8b)。在十三陵鉆孔附近 4個區(qū)域(A、B、D和 E)中, 區(qū)域A和B在2010年4月以后, 小震活動明顯多于該時間點之前; 區(qū)域D和E在2008年4月以后, 小震活動也顯著增加; 在其他區(qū)域中, 小震活動分布相對較均勻; 總體上, 研究區(qū) 9個小區(qū)域內小震發(fā)生頻次在近 5年間大體呈現出增加的趨勢,其中, 昌平區(qū)的A、B、D和E四個區(qū)域中這種變化趨勢更明顯(圖9)。

綜上所述, 研究區(qū)近12年小震活動表明, 受控于區(qū)域內斷裂活動, 十三陵鉆孔所在的昌平及附近地區(qū)現今構造活動有增強的趨勢, 該現象與十三陵鉆孔地應力測量和監(jiān)測結果所反映出斷層活動危險性增加的趨勢基本一致。

圖7 研究區(qū)小震活動分布區(qū)域(ML1.0～3.0; 圖例同圖2)Fig. 7 Distribution of small earthquakes in the study area(ML1.0～3.0; legends as for Fig. 2)

表5 十三陵鉆孔98 m位置現今主應力計算結果(2013年3月底)Table 5 Results of current principal stress at the depth of 98 m at Ming Tombs borehole

表6 北京十三陵鉆孔附近斷層面外法線與主應力坐標軸夾角余弦值與斷層面上剪應力值、正應力值及兩者比值計算結果Table 6 Results of l, m, n, σn, τn and τn/σn

5 結論與討論

5.1 十三陵鉆孔原地應力測量結果及變化

(1)2010年1月初, 在鉆孔103.50～207.50 m深度范圍內, 最大水平主應力SH為4.33～6.25 MPa; 最小水平主應力Sh為3.33～4.71 MPa; 最大水平主應力SH方向為 N18°W～N26°W, 平均為 N22°W; 其中, 在鉆孔98 m深度,SH約為5.30 MPa,Sh約為3.91 MPa。

(2)2013年3月底, 在鉆孔98 m深度, 最大水平主應力SH值為6.06～8.73 MPa, 平均為7.56 MPa;最小水平主應力Sh值為 2.17～6.91 MPa; 最大水平主應力優(yōu)勢方位為NE—近EW向。

比較該鉆孔不同時段應力測量結果可得, 從2010年1月初至 2013年3月底, 最大水平主應力平均值由 5.30 MPa增加到 7.56 MPa, 增加了近42.6%; 最大水平主應力方向由 NNW 逐漸過渡到NE—近EW向。

5.2 十三陵鉆孔附近斷層活動危險性分析

在2010年1月初, 在0～210 m深度范圍內, 十三陵鉆孔附近南口山前斷層面上的剪應力與正應力的比值為0.05～0.18, 平均為0.12; 在2013年3月底,在98 m深度, 該比值為0.16～0.24, 平均為0.22; 2個階段斷層面上的剪應力與正應力的比值均小于斷層面滑動臨界摩擦系數0.6, 理論上, 在現今應力水平下該斷層不存在發(fā)生黏滑活動的危險, 但其增加的趨勢一定程度上表明了該區(qū)構造活動有所增強,該現象值得關注。

5.3 討論

圖8 小區(qū)域內小震活動分布統(tǒng)計及研究區(qū)“M-T”圖Fig. 8 Statistic distribution of small earthquakes in each sub-region and “M-T” chart in the study area

圖9 小區(qū)域內小震活動“M-T”圖Fig. 9 “M-T” chart of small earthquakes in each sub-region

本文論述過程中, 主要基于鉆孔 98 m深度原地應力測量與實時監(jiān)測資料, 故地應力監(jiān)測數據的可靠性直接決定了鉆孔在不同時段地應力計算結果的正確性, 進而影響到對該區(qū)地震活動危險性的判斷。分析認為, 從2011年 8月 3日00:00至 2013年3月31日00:00的地應力實時監(jiān)測數據基本滿足自檢條件, 監(jiān)測數據較客觀、可靠, 該臺站測量和監(jiān)測數據所顯示出的地應力變化規(guī)律一定程度上直觀反映出研究區(qū)現今構造活動的強度, 因此, 繼續(xù)加強野外地質調查, 充分利用現有地震地質資料,并深入分析地應力實時監(jiān)測數據, 對于認識區(qū)域內斷裂活動、地震危險性及地殼穩(wěn)定性是有必要的。致謝:衷心地感謝中國地質科學院地質力學研究所王連捷研究員、廖椿庭研究員、陳群策研究員、吳滿路研究員、孫東生博士、周能娟博士和秦向輝助理研究員對本文提出寶貴的建議。

安其美, 丁立豐, 王海忠, 趙仕廣. 2004. 龍門山斷裂帶的性質與活動性研究[J]. 大地測量與地球動力學, 24(2): 115-119.

車兆宏, 鞏曰沐, 劉善華, 劉天海, 孟國杰. 1997. 北京黃莊—高麗營斷層、八寶山斷層中段活動性綜合研究[J]. 中國地震, 13(4): 330-337.

陳群策, 安其美, 孫東生, 杜建軍, 毛吉震, 豐成君. 2010. 山西盆地現今地應力狀態(tài)與地震危險性分析[J]. 地球學報,31(4): 541-548.

陳群策, 李宏, 廖椿庭, 吳滿路, 崔效鋒, 楊樹新. 2011. 地應力測量與監(jiān)測技術實驗研究——SinoProbe-06項目介紹[J].地球學報, 32(增刊1): 113-124.

池順良, 劉琦, 池毅, 鄧濤, 廖成旺, 陽光, 張貴萍, 陳潔. 2013.2013年蘆山Ms7.0級地震的震前及臨震應變異常[J]. 地震學報, 35(3): 296-303.

崔效鋒, 謝富仁, 李瑞莎, 張紅艷. 2010. 華北地區(qū)構造應力場非均勻特征與煤田深部應力狀態(tài)[J]. 巖石力學與工程學報,29(增1): 2755-2761.

董樹文, 李廷棟, 陳宣華, 魏文博, 高銳, 呂慶田, 楊經綏, 王學求,陳群策, 石耀霖, 黃大年, 周琦. 2012. 我國深部探測技術與實驗研究進展綜述[J]. 地球物理學報, 55(12): 3884-3901.

董樹文, 李廷棟, 高銳, 呂慶田, 魏文博, 楊經綏, 王學求, 陳群策, 石耀霖, 黃大年, 陳宣華, 周琦. 2013. 我國深部探測技術與實驗研究與國際同步[J]. 地球學報, 34(1): 7-23.

豐成君, 陳群策, 譚成軒, 吳滿路, 秦向輝, 廖椿庭. 2013a. 汶川Ms8.0級地震對龍門山斷裂帶附近地應力環(huán)境影響初探——以北川、江油地區(qū)為例[J]. 地震學報, 35(2): 137-150.

豐成君, 陳群策, 譚成軒, 吳滿路, 秦向輝, 孟文. 2013b. 龍門山斷裂帶東北段現今地應力環(huán)境研究[J]. 地球物理學進展,28(3): 1109-1121.

高文學, 馬瑾. 1993. 首都圈地震地質環(huán)境與地震災害[M]. 北京: 地震出版社.

郭啟良, 王成虎, 馬洪生, 王崇艮. 2009. 汶川Ms8.0級大震前后的水壓致裂原地應力測量[J]. 地球物理學報, 52(5): 1-7.

胡平, 羅華春, 孟勇琦, 白立新, 王湘南. 2000. 從順義地表破裂帶分析順義—良鄉(xiāng)斷裂北段的活動性[J]. 地震地質, 22(2):123-128.

黃福明, 馬延著, 李群芳, 黃佩玉, 王靜. 1995. 華北北部構造應力場[J]. 中國地震, 11(2): 121-132.

黃相寧, 康仲遠, 張超, 李健春, 王恩福. 1982. 地應力變化與地震預報[J]. 中國地質科學院地質力學研究所所刊, 3: 153-169.

黃相寧, 王連捷, 葛麗明. 2009. 壓磁應力計測量地應力相對變化結果討論[C]//地殼構造與地殼應力文集. 北京: 中國地震局地殼應力研究所, (21): 40-57.

黃相寧. 2006. 我所經歷的地應力分析預測地震之發(fā)展[C]//地殼構造與地殼應力文集. 北京: 中國地震局地殼應力研究所,(2): 26-36.

黃秀銘, 汪良謀, 徐杰, 方仲景, 張裕明, 向家翠, 王輝. 1991.北京地區(qū)新構造運動特征[J]. 地震地質, 13(1): 43-51.

李方全, 祁英男. 1988. 地殼應力隨深度變化規(guī)律[J]. 巖石力學與工程學報, 7(4): 301-309.

李方全, 王連捷. 1979. 華北地區(qū)地應力測量[J]. 地球物理學報,22(1): 1-8.

李欽祖, 靳雅敏, 于新昌. 1982. 華北地區(qū)的震源機制與地殼應力場[J]. 地震學報, 4(1): 55-61.

李欽祖. 1980. 華北地殼應力場的基本特征[J]. 地球物理學報,23(4): 376-388.

李四光. 1973. 地質力學概論[M]. 北京: 科學出版社.

李同林, 殷綏域. 2006. 彈塑性力學[M]. 武漢: 中國地質大學出版社.

梁海慶, 劉建中, 劉其向. 1993. 西南部分活動斷裂面上現今應力狀態(tài)與斷裂失穩(wěn)變形的關系[J]. 中國地震, 9(1): 46-53.

馬文濤, 徐錫偉, 于貴華, 張?zhí)m鳳. 2004. 首都圈地區(qū)的地震活動性與斷裂的關系[J]. 地震地質, 26(2): 293-304.

彭一民, 李鼎容, 謝振釗, 王安德, 劉清泗. 1981. 北京平原區(qū)同生斷裂的某些特征及其研究意義[J]. 地震地質, 3(2): 57-64.

秦向輝, 陳群策, 譚成軒, 安其美, 吳滿路, 豐成君. 2013. 龍門山斷裂帶西南段現今地應力狀態(tài)與地震危險性分析[J]. 巖石力學與工程學報, 32(增1): 2870-2876.

冉洪流, 董瑞樹, 馮榮梅. 1996. 昌平南口山前斷裂斷層分段的地震學特征[J]. 山西地震, 86(3): 45-48.

石耀霖, 張貝, 張斯奇, 張懷. 2013. 地震數值預報[J]. 物理,42(4): 237-255.

孫士宏. 1994. 首都圈地區(qū)地震活動的分期與分區(qū)研究[J]. 地震,6: 19-25.

孫葉, 譚成軒, 苗培實, 王連捷, 吳樹仁, 王瑞江, 陳群策, 孫煒鋒, 孫東生, 趙衛(wèi)華. 2012. 地震地質與地震預報[M]. 北京: 地質出版社.

譚成軒, 秦向輝, 王瑞江, 龍長興, 鄧乃恭, 孫葉, 張春山, 孫煒鋒. 2010. 中國大陸中東部Ms≥8.0級特大地震發(fā)震背景初步分析[J]. 巖石力學與工程學報, 29(增2): 162-171.

譚成軒, 孫煒鋒, 孫葉, 王連捷. 2006. 地應力測量及其地下工程應用的思考[J]. 地質學報, 80(10): 1627-1632.

王連捷, 潘立宙, 廖椿庭, 丁原辰, 區(qū)明益. 1991. 地應力測量及其在工程中的應用[M]. 北京: 地質出版社.

王若柏, 黃立人. 1984. 北京地區(qū)的水平形變及其構造意義[J].地震地質, 6(4): 17-24.

王士德, 張之一, 吳新國. 1982. 北京西山“八寶山斷裂帶”特征及其形成機理探討[J]. 河北地質學院院報, 12(Z1): 111-127.

王宋賢. 1982. 北京地區(qū)斷層活動的階段性特征[J]. 地震地質,4(3): 73-79.

王挺梅, 胡言, 方仲景, 丁夢林, 徐杰. 1983. 北京黃莊斷裂活動的地質證據[J]. 地震地質, 5(1): 1-2.

魏光興, 周翠英, 趙興蘭. 1982. 華北地區(qū)中小地震應力場的優(yōu)勢方位[J]. 地球物理學報, 25(4): 333-343.

吳滿路, 張岳橋, 廖椿庭, 陳群策, 馬寅生, 吳金生, 嚴君鳳,區(qū)明益. 2010. 汶川地震后沿龍門山斷裂帶原地應力測量初步結果[J]. 地質學報, 84(9): 1292-1299.

張培耀, 張道儀, 朱萬守, 范良龍, 陳若萍, 延軍. 2008. 四川汶川 8及地震地應力異常——來自壓磁頻率應力測量系統(tǒng)的記錄[J]. 地質學報, 82(12): 1788-1799.

趙文津. 2009. 就汶川地震失報探討地震預報的科學思路—再論李四光地震預報思想[J]. 中國工程科學, 11(6): 4-15.

周翠英, 王華林, 王紅衛(wèi), 王梅, 柳鳳蘭, 周元夫. 2001. 華北4次中、強地震前震源區(qū)及其附近應力場的變化[J]. 地震地質, 23(1): 98-110.

AN Qi-mei, DING Li-feng, WANG Hai-zhong, ZHAO Shi-guang.2004. Research of property and activity of Longmen Mountain fault zone[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics,24(2): 115-119(in Chinese with English abstract).

BYERLEE J O. 1978. Friction of Rocks[J]. Pure and Applied Geophysics, 116(45): 615-626.

CHE Zhao-hong, GONG Yue-mu, LIU Shan-hua, LIU Tian-hai,MENG Guo-jie. 1997. Comprehensive Study of Fault Activity of Huangzhuang-Gaoliying and Babaoshan Fault in the Middle Section[J]. Earthquake Research in China, 13(4):330-337(in Chinese with English abstract).

CHEN Qun-ce, AN Qi-mei, SUN Dong-sheng, DU Jian-jun, MAO Ji-zhen, FENG Cheng-jun. 2010. Current In-situ Stress State of Shanxi Basin and Analysis of Earthquake Risk[J]. Acta Geoscientica Sinica, 31(4): 541-548(in Chinese with English abstract).

CHEN Qun-ce, LI Hong, LIAO Chun-ting, WU Man-lu, CUI Xiao-feng, YANG Shu-xin. 2011. An Experimental Study of the Technique for In-Situ Stress Measurement and Monitoring: An Introduction to the Project sinoProbe-06[J]. Acta Geoscientica Sinica, 32(S1): 113-124(in Chinese with English abstract).

CHI Shun-liang, LIU Qi, CHI Yi, DENG Tao, LIAO Cheng-wang,YANG Guang, ZHANG Gui-ping, CHEN Jie. 2013. Borehole strain anomalies before the 20 April 2013 Lushan MS7.0 earthquake[J]. Acta Seismologica Sinica, 35(3): 296-303(in Chinese with English abstract).

CUI Xiao-feng, XIE Fu-ren, LI Rui-sha, ZHANG Hong-yan. 2010.Hetherogeneous features of state of tectonic stress field in north China and deep stress in coal mine[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 29(S1): 2755-2761(in Chinese with English abstract).

DONG Shu-wen, LI Ting-dong, CHEN Xuan-hua, WEI Wen-bo,GAO Rui, Lü Qing-tian, YANG Jing-sui, WANG Xue-qiu,CHEN Qun-ce, SHI Yao-lin, HUANG Da-nian, ZHOU Qi.2012. Progress of deep exploration in mainland China: A view[J]. Chinese Journal of Geophysics, 55(12): 3884-3901(in Chinese with English abstract).

DONG Shu-wen, LI Ting-dong, GAO Rui, Lü Qing-tian, WEI Wen-bo, YANG Jing-sui, WANG Xue-qiu, CHEN Qun-ce,SHI Yao-lin, HUANG Da-nian, CHEN Xuan-hua, ZHOU Qi.2013. Progress of Sinprobe-Deep Exploration in China 2008—2012[J]. Acta Geoscientica Sinica, 34(1): 7-23(in Chinese with English abstract).

FENG Cheng-jun, CHEN Qun-ce, TAN Cheng-xuan, WU Man-lu,QIN Xiang-hui, LIAO Chun-ting. 2013a. A preliminary study of the influence of WenchuanMs8.0 earthquake on in-situ stress state near Longmenshan fault zone: A case study in Beichuan and Jiangyou areas[J]. Acta Seismologica Sinica,35(2): 137-150(in Chinese with English abstract).

FENG Cheng-jun, CHEN Qun-ce, TAN Cheng-xuan, WU Man-lu,QING Xiang-hui, MENG Wen. 2013b. Analysis on current in-situ stress state in northern segment of Longmenshan fault belt[J]. Progress in Geophys, 28(3): 1109-1121(in Chinese with English abstract).

GAO Wen-xue, MA Jin. 1993. Seismo-geological background and earthquake hazard in Beijing area[M]. Beiijng: Seismological Press(in Chinese with English abstract).

GUO Qi-liang, WAGN Cheng-hu, MA Hong-sheng, WANG Chong-gen. 2009. In-situ hydro-fracture stress measurement before and after the WenchuanMs8.0 earthquake of China[J].Chinese Journal of Geophysics, 52(5): 1-7(in Chinese with English abstract).

HAIMSON B C, CORNET F H. 2003. ISRM Suggested Methods for rock stress estimation—Part 3: Hydraulic fracturing (HF)and /or hydraulic testing of pre-existing fractures(HTPF)[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences,40(7-8): 1011-1020.

HAIMSON B C. 1989. Measurement of Rock Stress Using the Hydraulic Fracturing Method in Cornwall U.K.-Part.Ⅱ Data Reduction and Stress Calculation[J]. Int.J.Rock Mech.Min.Sci.and Geomech, Abstr., 26(5): 361-372.

HU Ping, LUO Hua-chun, MENG Yong-qi, BAI Li-xin, WANG Xiang-nan. 2000. Analysis for activity of north section of the Shunyi-Liangxiang fault from the Shunyi ground rupture zone[J]. Seismology and Geology, 22(2): 123-128(in Chinese with English abstract).

HUANG Fu-ming, MA Yan-zhu, LI Qun-fang, HUANG Pei-yu,WANG Jing. 1995. The Tectonic Stress Field in the Northern Part of North China[J]. Earthquake Research in China, 11(2):121-132(in Chinese with English abstract).

HUANG Xiang-ning, WANG Lian-jie, GE Li-ming. 2009. A Discussion on the Relative Variation of Crustal Stress Measured by Piezom agnetic Stress Gauge[C]// Crustal structure and stress. Institute of crustal dynamics, SSB, (21): 40-57(in Chinese with English abstract).

HUANG Xiang-ning. 2006. The development of my experience of applying the stress to analyze the prediction of earthquake[C]//Crustal structure and stress. Beijing: Institute of Crustal Dynamics, SSB, (2): 26-36(in Chinese).

HUANG Xiu-ming, WANG Liang-mou, XU Jie, FANG Zhong-jing, ZHNAG Yu-ming, XIANG Jia-hui, WANG Hui.1991. Characteristics of neotectonic movement in Beijing area[J]. Seismology and Geology, 13(1): 43-51(in Chinese with English abstract).

HUANG-Xiang-ning, KANG Zhong-yuan, ZHANG Chao, LI Jian-chun, WANG En-fu. 1982. Variation of Terrestrial Stress and Prediction of Earthquake[J]. Journal of Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, 3:153-169(in Chinese with English abstract).

LI Fang-quan, QI Ying-nan. 1988. Variation of Crustal Stresses with Depth in China[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 7(4): 301-309(in Chinese with English abstract).

LI Fang-quan, WANG Lian-jie. 1979. Stress measurement in north China[J]. Acta Geophysica Sinica, 22(1): 1-8(in Chinese with English abstract).

LI Qin-zu, JIN Ya-ming, YU Xin-chang. 1982. Focal mechanisms and crustal stress field in north China[J]. Acta Seismological Sinica, 4(1): 55-61(in Chinese with English abstract).

LI Qin-zu. 1980. General features of the stress field in the crust of north China[J]. Acta Geophysica Sinica, 23(4): 376-388(in Chinese with English abstract).

LI Si-guang. 1973. Introduction to Geomechanics[M]. Beijing:Science Press(in Chinese).

LI Tong-lin, YIN Sui-yu. 2006. Mechanics of Elasticity and Plasticity[M]. Wuhan: Chinese Universityu of Geosciences Press(in Chinese).

LIANG Hai-qing, LIU Jian-zhong, LIU Qi-xiang. 1993. The Relationship between Present State of Stress in Part of Active Faults Plane and Their Unsteady form in Southeast China[J].Earthquake Research in China, 9(1): 46-53(in Chinese with English abstract).

LIAO Chun-ting, ZHANG Chun-shan, WU Man-lu, MA Yin-sheng,OU Ming-yi. 2003. Stress change near the Kunlun fault before and after theMs8.1 Kunlun earthquake[J]. Geophysical Research Letters, 30(20): 2027-2030.

LIN Wei-ren, CONIN M, MOORE J C, CHESTER F M,NAKAMURA Y, Mon J J, ANDERSON L, BRODSKY E,EGUCHI N, SCIENTISTS E. 2013. Stress State in the Largest Displacement Area of the 2011 Tohoku-Oki Earthquake[J].Science, 339(6120): 687-690.

MA Wen-tao, XU Xi-wei, YU Gui-hua, ZHANG Lan-feng. 2004.The relationship between seismic activity and fault activity in Beijing region[J]. Seismology and Geolgoy, 26(2): 293-304(in Chinese with English abstract).

PEN Yi-ming, LI Ding-rong, XIE Zhen-zhao, WANG An-de, LIU Qing-si. 1981. Some features of contemporaneous faults in Beijing plain and their significance[J]. Seismology and Geolgoy, 3(2): 57-64(in Chinese with English abstract).

QIN Xiang-hui, CHEN Qu-ce, TANG Cheng-xuan, AN Qi-mei,WU Man-lu, FENG Cheng-jun. 2013. Analysis of current geostress state and seismic risk in southwest segment of Longmenshan fracture belt[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 32(S1): 2870-2876(in Chinese with English abstract).

RAN Hong-liu, DONG Rui-shu, FENG Rong-mei. 1996. Seismological Features of the Segmentation of Nankou Piedmont Fault in Changping County[J]. Earthquake research in Shanxi,86(3): 45-48(in Chinese with English abstract).

SHI Yao-lin, ZHANG Bei, ZHANG Si-qi, ZHANG Huai. 2013.Numerical earthquake prediction[J]. Physiscs, 42(4): 237-255(in Chinese with English abstract).

SUN Shi-hong. 1994. Study on substage and zoning of seismicity in capital circle area[J]. Earthquake, 6: 19-25(in Chinese with English abstract).

SUN Ye, TAN Cheng-xuan, MIAO Pei-shi, WANG Lian-jie, WU Shu-ren, WANG Rui-jiang, CHEN Qu-ce, SUN Wei-feng,SUN Dong-sheng, ZHAO Wei-hua. 2012. Seismological and the prediction of earthquake[M]. Beijing: Geological Publishing House(in Chinese).

TAN Cheng-xuan, QIN Xiang-hui, WANG Rui-jiang, LONG Chang-xin, DENG Nai-gong, SUN Ye, ZHANG Chun-shan,SUN Wei-feng. 2010. Preliminary analysis of earthquake occurrence background ofMs≥8.0 catastrophic earthquake in middle and east part of Chinese content[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 29(S2): 162-171(in Chinese with English abstract).

TAN Cheng-xuan, SUN Wei-feng, SUN Ye, WANG Lian-jie. 2006.A Consideration on In-Situ Crustal Stress Measuring and Its Underground Engineering Application[J]. Acta Geological Sinica, 80(10): 1627-1632(in Chinese with English abstract).

WANG Lian-jie, PAN Li-zhou, LIAO Chun-ting, DING Yuan-chen,OU Ming-yi. 1991. Crustal stress measurements and their application in Engineering[M]. Beijing: Geological Publishing House(in Chinese).

WANG Ruo-bai, HUANG Li-ren. 1983. Horizontal deformation and its geotectonic implication in the Beijing area[J]. Seismology and Geolgoy, 6(4): 17-24(in Chinese with English abstract).

WANG Shi-de, ZHANG Zhi-yi, WU Xin-guo. 1982. Dicussion of the features and formation mechanism of Babaoshan fault in Xishan,Beijing[J]. Journal of Hebei College of Geology,12(Z1): 111-127(in Chinese).

WANG Song-xian. 1982. The feature of the fault activities by stages in the Beijing region[J]. Seismology and Geolgoy, 4(3):73-79(in Chinese).

WANG Ting-mei, HU Yan, FANG Zhong-jing, DING Meng-lin,XU Jie. 1983. Geological Evidence for the Recent Activity of Huangzhuang Fault in Beijing[J]. Seismology and Geolgoy,5(1): 1-2(in Chinese with English abstract).

WEI Guang-xin, ZHOU Cui-ying, ZHAO Xing-lan. 1982. Dominant directions of stress field from minor earthquakes in north-eastern China[J]. Acta Geophysica Sinica, 25(4):333-343(in Chinese with English abstract).

WU Man-lu, ZHNAG Yue-qiao, LIAO Chun-ting, CHEN Qun-ce,MA Yin-sheng, WU Jin-sheng, YAN Jun-feng, OU Ming-yi.2009. Preliminary Results of In-Situ Stress Measurements Along the Longmenshan Fault Zone After the WenchuanMS8.0 Earthquake[J]. Acta Geological Sinica, 84(9):1292-1299(in Chinese with English abstract).

ZHANG Pei-yao, ZANG Dao-yi, ZHU Wan-shou, FAN Liang-long,CHEN Ruo-ping, YAN Jun. 2008. Anomalous Earth Stress of theMS8.0 Wenchuan Earthquake in Sichuan,China—Recording from Piezomagnetic Frequency Measurement to the Earth Stess[J]. Acta Geological Sinica, 82(12):1788-1799(in Chinese with English abstract).

ZHAO Wen-jin. 2009. Pondering over the scientific thinking of earthquake prediction from the miss report of Wenchuan Earthquake—re-discussing Li Siguang’s earthquake prediction thought[J]. China Engineering Science, 11(6): 4-15(in Chinese with English abstract).

ZHOU Cui-ying, WANG Hua-lin, WANG Hong-wei, WANG Mei,LIU Feng-lan, ZHOU Yuan-fu. 2001. The changes of stress field in the focal region and its adjacent areas before four moderate-strong earthquakes in north China[J]. Seismology and Geolgoy, 23(1): 98-110(in Chinese with English abstract).

ZOBACK M D, BARTON C A, BRUDY M, CASTILLO D A,FINKBEINER T, GROLLIMUND B R, MOOS D B, PESKA P,WARD C D, WIPRUT D J. 2003. Determination of stress orientation and magnitude in deep wells[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 40:1049-1076.

The Application of in Situ Stress Measuring and Real-time Monitoring Results to Analyzing the Fault Activity Hazard at Ming Tombs Borehole in Changping District, Beijing

FENG Cheng-jun, ZHANG Peng, SUN Wei-feng, TAN Cheng-xuan*
Key Laboratory of Neotectonic Movement and Geohazard,Ministry of Land and Resources,Institute of Geomechanics,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing100081

According to the elasticity of the stress tensors superposition principle, the authors calculated the stress state in different periods at the borehole drilled at Ming Tombs, Changping District, Beijing, attempting to apply the data obtained by in-situ stress measuring and monitoring. Based on the frictional sliding criteria, this paper deals with the sliding of piedmont Nankou fault near the borehole, which serves as an important implication for understanding the seismic hazard in this region. The in-situ stress results show that, at the stages of early January,2010 and March 31, 2013, the average maximum horizontal principal stress was respectively 5.30 Mpa and 7.56 MPa, showing an increasing trend; the direction of maximum horizontal principal stress was gradually converted from NNW to NE–nearly EW. The ratio between shear stress and normal stress on the fault plane revealed that, at the stages of early January, 2010 and the end of March, 2013, the average ratio was respectively 0.12 and 0.22 at the depth of 98 m, which didn’t achieve the threshold sliding friction coefficient 0.6 of the fault.However, the increasing trend of the average ratio indicates that the tectonic activity in the region may increase to some extent. The phenomenon deserves further attention.

Beijing region; in-situ stress measurement; in-situ stress real-time monitoring; frictional sliding criteria; seismic hazard

P315.727; P553

A

10.3975/cagsb.2014.03.10

本文由中國地質調查局地質礦產調查評價專項“首都圈地區(qū)關鍵構造部位深孔地應力測量監(jiān)測與地質安全評價”(編號: 12120113012100)與國土資源部公益性行業(yè)科研專項“我國東部沿海核電站區(qū)域地殼穩(wěn)定性與地質災害研究”(編號: 201211096)聯合資助。

2013-09-25; 改回日期: 2014-01-07。責任編輯: 魏樂軍。

豐成君, 男, 1985年生。博士研究生。主要從事構造應力場方向研究。E-mail: fcj19850718@163.com。

*通訊作者: 譚成軒, 男, 1964年生。研究員, 博士生導師。主要從事構造應力場方向研究。E-mail: tanchengxuan@tom.com。