曾揚(yáng)農(nóng)，蘇占東，2，孫進(jìn)忠，張建勇，唐 磊，周 劍，張 濤，吳雪麗

（1.防災(zāi)科技學(xué)院地質(zhì)工程學(xué)院，河北 三河 065201；2.河北省地震災(zāi)害防御與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 三河 065201；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）工程技術(shù)學(xué)院，北京 100083；4.中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045；5.北京工業(yè)大學(xué)城市與工程安全減災(zāi)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124）

0 引言

地應(yīng)力是賦存于原位地質(zhì)體內(nèi)的應(yīng)力，主要由構(gòu)造應(yīng)力和上覆巖層的自重應(yīng)力構(gòu)成［1，2］，它不僅是決定區(qū)域穩(wěn)定性的重要因素，而且是各種地下或地面開(kāi)挖巖土工程變形和破壞的主要驅(qū)動(dòng)力，也是巖體行為預(yù)測(cè)、隧道圍巖穩(wěn)定評(píng)價(jià)和支護(hù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。除此以外，地應(yīng)力是固體地殼最重要的物理量之一，是影響和控制地震孕育和發(fā)生、斷裂失穩(wěn)活動(dòng)的直接力源［2-5］。因此了解強(qiáng)震區(qū)和活動(dòng)斷裂附近的應(yīng)力狀態(tài)具有重要的科學(xué)意義，同時(shí)也是深入理解板塊運(yùn)動(dòng)、構(gòu)造變形以及地震活動(dòng)等地球力學(xué)行為的重要基礎(chǔ)［3，6］。

構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的變化控制地震的孕育和發(fā)生，地震的發(fā)生勢(shì)必造成地應(yīng)力場(chǎng)的變化［7，8］。大量研究表明，地震的發(fā)生會(huì)使活動(dòng)斷裂附近應(yīng)力場(chǎng)相對(duì)于區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力測(cè)試和分析發(fā)現(xiàn)地震前后斷裂局部應(yīng)力場(chǎng)會(huì)發(fā)生變化。Liao等［9］利用壓磁應(yīng)力傳感器測(cè)量得到地震前后斷裂附近巖體中同一地點(diǎn)的應(yīng)力，結(jié)果表明昆侖地震后斷裂附近地應(yīng)力最大水平主應(yīng)力方向發(fā)生了約20°的偏轉(zhuǎn)；李方全等［10］對(duì)華北及郯廬斷裂進(jìn)行了原位地應(yīng)力測(cè)量，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)大地震后，震中區(qū)域的主應(yīng)力方向與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的方向有較大的偏轉(zhuǎn)；針對(duì)震源處應(yīng)力場(chǎng)的變化，何金等［11］采用同一個(gè)地震多個(gè)震源機(jī)制中心解的方法篩去重復(fù)地震事件的震源機(jī)制解對(duì)汶川地震進(jìn)行剖析，發(fā)現(xiàn)西南到東北主壓應(yīng)力軸方向有所變化；孫業(yè)君等［12］以郯廬斷裂帶中南段及周邊為研究區(qū)，采用研究區(qū)中小地震震源機(jī)制解求出日本9.0級(jí)地震使其應(yīng)力結(jié)構(gòu)及應(yīng)力方向發(fā)生變化。此外，還有研究人員采用數(shù)值模擬的方法，對(duì)應(yīng)力場(chǎng)偏轉(zhuǎn)特征進(jìn)行分析，Su等［13］運(yùn)用PFC2D4.0軟件模擬發(fā)現(xiàn)玉樹(shù)地震引起甘孜-玉樹(shù)斷裂附近應(yīng)力場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，且不同位置的局部應(yīng)力場(chǎng)偏轉(zhuǎn)規(guī)律存在顯著差異。以上研究表明，無(wú)論是地殼淺表層的原位地應(yīng)力測(cè)量和震源處的震源機(jī)制解反演結(jié)果，還是數(shù)值模擬和分析方法，都反映出了地震發(fā)生時(shí)斷裂局部應(yīng)力場(chǎng)會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

由于斷裂構(gòu)造組成復(fù)雜，對(duì)于應(yīng)力場(chǎng)偏轉(zhuǎn)的機(jī)理認(rèn)識(shí)還不夠深入，還需要參照現(xiàn)有的同震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行多角度分析。為此，本文以2022年瀘定地震時(shí)姑咱和天全兩個(gè)地震臺(tái)站的YRY-4型四分量鉆孔應(yīng)變儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用離散元軟件（PFC2D5.0）模擬瀘定地震前后磨西斷裂局部應(yīng)力場(chǎng)的時(shí)空演化特征，為斷裂局部應(yīng)力場(chǎng)偏轉(zhuǎn)機(jī)理的認(rèn)識(shí)提供支撐。

1 研究區(qū)概況

本文選擇2022年瀘定地震發(fā)震斷裂—磨西斷裂為研究對(duì)象。磨西斷裂為鮮水河斷裂帶南東段的一條主干斷裂，位于鮮水河斷裂帶向安寧河與大涼山兩條斷裂轉(zhuǎn)換的構(gòu)造部位，具有變形強(qiáng)烈、性質(zhì)復(fù)雜、多期活動(dòng)的特點(diǎn)，一直被視為7級(jí)以上強(qiáng)震危險(xiǎn)區(qū)域［14-16］。

鮮水河斷裂帶北起甘孜東谷附近，大體呈北西-南東向展布，全長(zhǎng)約350km，是南北活動(dòng)構(gòu)造帶的重要組成部分，具有雁列組合和斷裂彎曲的幾何特性，由爐霍斷裂、道孚斷裂、乾寧斷裂、中谷斷裂、雅拉河斷裂、色拉哈-康定斷裂、折多塘斷裂、木格措南斷裂和磨西斷裂9條分支斷裂組成，均為全新世活動(dòng)斷裂，并在石棉附近與龍門(mén)山斷裂帶和安寧河斷裂帶交匯構(gòu)成了川西地區(qū)著名的“Y 字形”斷裂帶（圖 1藍(lán)色透明帶）［17，18］。鮮水河斷裂帶是中國(guó)西南山區(qū)一條現(xiàn)今活動(dòng)強(qiáng)烈的大型左旋走滑斷裂帶，具有規(guī)模大、活動(dòng)性強(qiáng)、地震頻度高等特點(diǎn)，自1700年以來(lái)已發(fā)生6級(jí)以上地震23次，其中7級(jí)以上地震8次，距今最近的一次強(qiáng)震為康定6.3級(jí)地震（圖1紅色實(shí)心圓）［14，19-21］。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造背景Fig.1 Tectonic background of the study area

2022年9月5日四川省甘孜藏族自治州瀘定 縣 發(fā) 生 MS6.8地 震，震 中 位 于 29.59°N，102.08°E，震源深度約為16km，最大烈度為Ⅸ（9）度［14，18，19，22，23］。

2 觀測(cè)方法和數(shù)據(jù)

鉆孔應(yīng)變觀測(cè)是研究地殼變形和地應(yīng)力場(chǎng)變化的一種重要手段［24］。本次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源于YRY-4四分量鉆孔應(yīng)變儀，該應(yīng)變儀分辨率可達(dá)10-10量級(jí)［25］，可以以每分鐘或每小時(shí)一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的采樣率獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)［26，27］。本文選取姑咱地震臺(tái)和天全地震臺(tái)在2022年瀘定地震前后的鉆孔應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，作為磨西斷裂局部應(yīng)力場(chǎng)變化分析的實(shí)際參考。

姑咱臺(tái)站的應(yīng)變測(cè)量傳感器安裝于40.69m深度處的基巖中，天全臺(tái)站的應(yīng)變測(cè)量傳感器安裝于39.5m深度處的基巖中，基巖巖性為花崗巖［26，28］。YRY-4四分量鉆孔應(yīng)變探頭由4個(gè)依次呈45°角的元件組成（圖2）［26］，以測(cè)量鉆孔徑向的應(yīng)變變化。由于姑咱臺(tái)站與天全臺(tái)站分別自2006年11月1日、2020年1月1日開(kāi)始運(yùn)行，因此可以調(diào)查2022年9月5日瀘定地震相關(guān)的應(yīng)變（ε）變化（圖3a、圖3c），根據(jù)臺(tái)站監(jiān)測(cè)的應(yīng)變數(shù)據(jù)，水平主應(yīng)變方向θ由式（1）求出：

圖2 四分量鉆孔應(yīng)變觀測(cè)示意圖Fig.2 Sketch diagram of four-component borehole strain observation

式中，εi（i＝1、2、3、4）是安裝在鉆孔中的四個(gè)元件的測(cè)量值；θ1為ε1對(duì)應(yīng)傳感器的方位角。

假設(shè)最大水平主應(yīng)力（SH）方向與水平主應(yīng)變方向一致（方向角均為θ），主應(yīng)力方向的變化（偏轉(zhuǎn)角變化值）記為Δθ。 由圖3b可以發(fā)現(xiàn)，從2006年11月到2022年9月姑咱臺(tái)站Δθ值大約由-5°變?yōu)?30°，意味著姑咱臺(tái)站鉆孔中觀察到的SH軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)了25°；由圖3d可以發(fā)現(xiàn)，從2020年1月到2022年9月天全臺(tái)站數(shù)據(jù)幾乎沒(méi)有變化。放大地震發(fā)生當(dāng)天姑咱臺(tái)站和天全臺(tái)站的數(shù)據(jù)（分鐘采樣率），如圖4所示，姑咱臺(tái)站Δθ與原始狀態(tài)相差約0.6°，天全臺(tái)站Δθ變化很小，但是由于地震的發(fā)生，兩個(gè)臺(tái)站的數(shù)據(jù)都存在明顯的階躍現(xiàn)象，地震發(fā)生前后姑咱臺(tái)站大約發(fā)生了1.5°偏轉(zhuǎn)，天全臺(tái)站大約發(fā)生了0.04°偏轉(zhuǎn)。

圖3 鉆孔應(yīng)變和偏轉(zhuǎn)角變化值隨時(shí)間的變化曲線Fig.3 Curves of drill hole str ain and deflection angle varied with monitoring date

圖4 2022年9月5日偏轉(zhuǎn)角變化值隨時(shí)間的變化曲線Fig.4 Curves of the variation value of the deflection angle varied with time on Sep.5 in 2022

3 數(shù)值模型和方法

3.1 PFC 2D 5.0

PFC（Particle Flow Code）程序是Itasca公司開(kāi)發(fā)的二維顆粒流離散單元程序，以牛頓第二定律及力-位移的物理理論為基礎(chǔ)，通過(guò)離散單元方法來(lái)模擬圓形顆粒介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和相互作用，分析大變形問(wèn)題和顆粒細(xì)觀結(jié)構(gòu)的變化及其力學(xué)特性。模型中的每個(gè)顆粒表示為一個(gè)實(shí)體，顆粒組合在一起便可模擬變形多面體顆粒。由于只需定義顆粒與黏結(jié)性質(zhì)，而不用定義整體的本構(gòu)關(guān)系，其在巖體力學(xué)研究方面有很大的優(yōu)勢(shì)［29-32］。

3.2 磨西斷裂模型

根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)模型，確定研究區(qū)幾何模型（圖5a）。如圖5b所示，使用PFC2D5.0生成相應(yīng)的磨西斷裂數(shù)值模型，模型尺寸為120km×60km，區(qū)域空間由78444個(gè)半徑120～200m的顆粒組成。為研究斷裂應(yīng)力場(chǎng)的空間變化特征，分別在斷裂錯(cuò)動(dòng)的前方（圖5b，測(cè)量圓1和2）、斷裂錯(cuò)動(dòng)的后方（圖5b，測(cè)量圓3和4）和斷裂的端部（圖5b，測(cè)量圓5和6）布置應(yīng)力測(cè)量圓，并且在斷裂的中部垂直剖面線上對(duì)稱設(shè)置4個(gè)應(yīng)力測(cè)量圓（圖5b，測(cè)量圓7至10），在姑咱臺(tái)站和天全臺(tái)站對(duì)應(yīng)位置分別布置應(yīng)力測(cè)量圓（圖5b，測(cè)量圓11和12）。

圖5 磨西斷裂模型示意圖Fig.5 Diagram of the Moxi fault model

在PFC離散元模擬中，對(duì)于模擬巖土體材料，平行黏結(jié)模型和平直節(jié)理模型能更好地模擬其特性，但采用平直節(jié)理模型對(duì)巖體進(jìn)行建模需要標(biāo)定的細(xì)觀參數(shù)數(shù)量增加，帶來(lái)了更復(fù)雜的宏觀-細(xì)觀參數(shù)關(guān)系，導(dǎo)致標(biāo)定困難［33］，因此本文選用平行黏結(jié)模型進(jìn)行數(shù)值模擬。對(duì)于斷裂（或節(jié)理）模型，一般是通過(guò)降低節(jié)理區(qū)域黏結(jié)強(qiáng)度或去除黏結(jié)實(shí)現(xiàn)，但是在節(jié)理滑動(dòng)過(guò)程中顆粒相互阻擋，存在微觀尺度的粗糙問(wèn)題；光滑節(jié)理模型設(shè)置平行于節(jié)理的平面，允許顆粒相互重疊或通過(guò)［33］，故本文采用光滑節(jié)理模型模擬磨西斷裂，模型參數(shù)如表1所示。

表1 數(shù)值模擬設(shè)置參數(shù)Tab.1 The setting of parameters of numerical simulation

假設(shè)模型剖面位于2km深處，應(yīng)力大小根據(jù)楊樹(shù)新等［39］提出的青藏地塊水平構(gòu)造應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算：

式中，Z為深度（m）。

因此，最大水平主應(yīng)力σT、最小水平主應(yīng)力σt分別為45MPa和20MPa。最大主應(yīng)力方向基于吳萍萍等［40］鮮水河斷裂模型速度邊界，并綜合參考GPS速度場(chǎng)進(jìn)行確定，最大主應(yīng)力方向約為N49°W，在進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)加載方向?yàn)樗椒较?，因此進(jìn)行建模時(shí)對(duì)最大主應(yīng)力方向與磨西斷裂整體進(jìn)行一定程度旋轉(zhuǎn)，使最大主應(yīng)力方向符合數(shù)值模擬中加載方向，如圖5a所示。

4 結(jié)果與討論

在PFC中，可以通過(guò)建立應(yīng)力測(cè)量圓（圖5b）來(lái)監(jiān)測(cè)裂隙周圍局部應(yīng)力場(chǎng)的變化。應(yīng)力測(cè)量圓記錄的應(yīng)力是測(cè)量圓中所有顆粒的應(yīng)力均值。應(yīng)力測(cè)量圓可以監(jiān)測(cè)笛卡爾坐標(biāo)系下所有的應(yīng)力分量（σxx、σyy和σxy）［41］，運(yùn)用式（4）對(duì)偏轉(zhuǎn)角進(jìn)行分析：

將測(cè)量圓11（圖6a，模型上姑咱臺(tái)站對(duì)應(yīng)點(diǎn)位）與測(cè)量圓12（圖6b，模型上天全臺(tái)站對(duì)應(yīng)點(diǎn)位）發(fā)生地震前后那一段的數(shù)據(jù)與圖4中所示的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)相比，在地震發(fā)生前后，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中姑咱臺(tái)站的Δθ先增大后減小然后再增大，整體呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，應(yīng)力測(cè)量圓11的Δθ在整體上同樣呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，大約逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)了0.4°。在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中姑咱臺(tái)站Δθ突然增大，可能是因?yàn)閿嗔褏^(qū)域邊界應(yīng)力比增大，導(dǎo)致應(yīng)力方向變化幅度增大［42］；而天全臺(tái)站的Δθ在實(shí)測(cè)中變化范圍較小，可能是該臺(tái)站距離斷裂較遠(yuǎn)，地震活動(dòng)對(duì)其影響不大，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)所得的結(jié)果與測(cè)量圓12所得的結(jié)果都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但兩者變化范圍不在一個(gè)數(shù)量級(jí)，可能是因?yàn)槟Ｐ湍M時(shí)間歷程與實(shí)際觀測(cè)時(shí)間歷程之間的關(guān)系有所差別。兩個(gè)測(cè)量圓變化情況與實(shí)際情況基本相似，表明數(shù)值模擬與實(shí)際情況基本吻合。瀘定地震震后現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，斷裂經(jīng)過(guò)的地貌位置沒(méi)有發(fā)生同震構(gòu)造變形，除局部發(fā)育的小裂縫外，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他明顯的地表變形現(xiàn)象［43］，表明本次地震未形成明顯的地表錯(cuò)動(dòng)，對(duì)淺表層的變形影響較小，因此整體而言最大主應(yīng)力的方向偏轉(zhuǎn)角度較小。而數(shù)值模擬與鉆孔觀測(cè)值不同，造成這種差異的原因可能是假設(shè)地震震源位于2km 的深度，而實(shí)際震源深度位于更深的位置，YRY-4四分量鉆孔應(yīng)變儀測(cè)量是在較淺的深度進(jìn)行的。

圖6 數(shù)值模擬臺(tái)站應(yīng)力測(cè)量圓的偏轉(zhuǎn)角變化值隨時(shí)間的變化曲線Fig.6 Curves of the variation value of the deflection angle of the stress measurement circle varied with time at the numerical simulation station

將同側(cè)應(yīng)力測(cè)量圓進(jìn)行作圖分析，根據(jù)萬(wàn)永革等［44］的初步研究結(jié)果，將應(yīng)力測(cè)量圓進(jìn)行分區(qū)，測(cè)量圓1和2位于壓縮應(yīng)力區(qū)，測(cè)量圓3和4位于拉伸應(yīng)力區(qū)。將分居斷裂中部測(cè)線兩側(cè)的應(yīng)力測(cè)量圓的偏轉(zhuǎn)角隨時(shí)間變化過(guò)程分別成圖，如圖7所示。由圖7可見(jiàn)，I區(qū)與Ⅱ區(qū)中三種不同的區(qū)域變化情況一致，壓縮應(yīng)力區(qū)與拉伸應(yīng)力區(qū)以及斷裂端部的應(yīng)力場(chǎng)偏轉(zhuǎn)角呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)：壓縮應(yīng)力區(qū)的Δθ整體下降，SH軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；而拉伸應(yīng)力區(qū)與斷裂端部的Δθ則是整體上升，SH軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。由于地震的發(fā)生，大約在70s后壓縮應(yīng)力區(qū)中測(cè)得的偏轉(zhuǎn)角大約逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)了0.3°（圖7，應(yīng)力測(cè)量圓1和2）；而拉伸應(yīng)力區(qū)中的最大主應(yīng)力順時(shí)針偏轉(zhuǎn)了約0.2°（圖7，應(yīng)力測(cè)量圓3和4）。兩個(gè)壓縮應(yīng)力區(qū)中應(yīng)力測(cè)量圓的Δθ先是緩慢下降，隨后急劇下降；在不同拉伸應(yīng)力區(qū)中應(yīng)力測(cè)量圓的Δθ先是幾乎不變，然后呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，Δθ隨著時(shí)間的變化整體是增加的。Hardebeck等［45］指出，1992年蘭德斯地震導(dǎo)致圣安德烈亞斯斷層SH大幅旋轉(zhuǎn)，其在拉伸應(yīng)力區(qū)SH方位角順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這與本文研究結(jié)果一致。在斷裂端部測(cè)量圓整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，說(shuō)明斷裂端部測(cè)量圓位于拉伸應(yīng)力區(qū)，順時(shí)針偏轉(zhuǎn)了約0.3°。3個(gè)區(qū)域Δθ在70s后隨時(shí)間的變化顯示出一些波動(dòng)性，主要是由于斷裂錯(cuò)動(dòng)導(dǎo)致的損傷擴(kuò)展所致［46］。

圖7 不同區(qū)域測(cè)量圓的偏轉(zhuǎn)角變化值隨時(shí)間的變化曲線Fig.7 Curves of the variation value of the deflection angle of the measured cir cles in different areas varied with time

圖8為斷裂中部垂直于斷裂走向測(cè)線上各測(cè)量圓處的應(yīng)力場(chǎng)偏轉(zhuǎn)角隨時(shí)間的變化過(guò)程。由圖8可見(jiàn)，垂直于斷裂剖面的近場(chǎng)測(cè)量圓（圖7，測(cè)量圓7和8）和遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量圓（圖7，測(cè)量圓9和10）的Δθ變化趨勢(shì)幾乎相似，且整體都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；斷裂NE盤(pán)測(cè)量圓（圖7，測(cè)量圓7和9）的Δθ變化比斷裂SW 盤(pán)測(cè)量圓（圖7，測(cè)量圓8和10）的Δθ變化大，這可能與斷裂兩盤(pán)巖體中局部應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)度差異有關(guān)。圖9展示了磨西斷裂中部垂直斷裂走向測(cè)線上最大偏轉(zhuǎn)角變化值（Δθmax）與測(cè)量圓到斷裂距離之間的關(guān)系。由圖9可見(jiàn)，同側(cè)靠近斷裂測(cè)量圓的Δθmax比遠(yuǎn)離斷裂測(cè)量圓的Δθmax大；從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，本次地震造成姑咱、天全臺(tái)站偏轉(zhuǎn)角偏轉(zhuǎn)較小，但是依然呈現(xiàn)了靠近斷層偏轉(zhuǎn)大，遠(yuǎn)離斷層偏轉(zhuǎn)小的特點(diǎn)，這主要是斷層的錯(cuò)動(dòng)在斷層周圍引起了一個(gè)較大的變形的積累。Δθmax出現(xiàn)在斷裂NE盤(pán)靠近斷裂的測(cè)量圓7處，且NE盤(pán)遠(yuǎn)離斷裂測(cè)量圓的Δθmax比SW 盤(pán)的大，說(shuō)明NE盤(pán)局部應(yīng)力場(chǎng)受到的擾動(dòng)比SW 盤(pán)大。NE盤(pán)測(cè)量圓7到測(cè)量圓9，由近到遠(yuǎn)Δθmax由大到??；SW 盤(pán)測(cè)量圓8到測(cè)量圓10，由近到遠(yuǎn)Δθmax也是由大到小。兩盤(pán)Δθmax由近到遠(yuǎn)，由大到小的空間變化規(guī)律相同，只是NE盤(pán)的Δθmax大于SW 盤(pán)的Δθmax。 不論是模擬數(shù)據(jù)還是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其結(jié)論與Su等［13］對(duì)于Δθmax隨著距離斷裂的測(cè)量距離增加而減小的結(jié)論一致。

圖8 斷裂中部垂直于斷裂走向上各測(cè)量圓的偏轉(zhuǎn)角變化值隨時(shí)間的變化曲線Fig.8 Curves of the variation value of the deflection angle of each measured circle in the middle of the fracture perpendicular to the its strike varied with time

圖9 斷裂中部垂直于斷裂走向上最大偏轉(zhuǎn)角變化值與測(cè)點(diǎn)到斷裂距離的關(guān)系圖Fig.9 The relationship of the variation value of the maximum deflection angle in the middle of the fault perpendicular to its strike with the distance from the measurement point to the fault

在本次模擬研究中，假設(shè)磨西斷裂附近的應(yīng)力變化主要與瀘定地震有關(guān)，周圍的其余斷裂可能受瀘定地震的影響而產(chǎn)生局部滑移，并可能影響鉆孔周圍的應(yīng)力變化。因此模擬時(shí)僅局限于磨西斷裂，該斷裂局部應(yīng)力場(chǎng)的變化代表了研究區(qū)域的主要局部應(yīng)力場(chǎng)的變化，在后期的研究中將會(huì)引入多個(gè)斷裂，考慮多個(gè)斷裂的影響，并調(diào)查其余斷裂對(duì)姑咱臺(tái)站和天全臺(tái)站同震應(yīng)力分布和應(yīng)力方向的影響。此外，此次模擬沒(méi)有采用嚴(yán)格的邊界條件進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的破裂模型的探索，而是基于模擬結(jié)果與姑咱、天全臺(tái)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)吻合程度的基礎(chǔ)上來(lái)分析斷裂周圍應(yīng)力場(chǎng)的時(shí)空演化規(guī)律。同時(shí)由于應(yīng)力場(chǎng)會(huì)受到研究區(qū)的工程地質(zhì)條件、流體、溫度等因素的影響，所以目前的分析僅限于定性的趨勢(shì)預(yù)測(cè)，并沒(méi)有深入的定量化分析。

5 結(jié)論

本文基于YRY-4四分量鉆孔應(yīng)變儀觀測(cè)數(shù)據(jù)，并采用PFC2D5.0軟件對(duì)瀘定地震誘發(fā)磨西斷裂局部應(yīng)力場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行定性分析，得出以下主要結(jié)論：

（1）瀘定地震后，在磨西斷裂附近的姑咱站臺(tái)YRY-4四分量鉆孔應(yīng)變儀的Δθ整體減小，天全臺(tái)站的Δθ變化范圍較小。

（2）模擬結(jié)果與臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)整體變化基本吻合，根據(jù)結(jié)果顯示應(yīng)力場(chǎng)偏轉(zhuǎn)對(duì)瀘定地震有貢獻(xiàn)。模擬結(jié)果表明，在走滑斷裂周圍形成了壓縮應(yīng)力區(qū)和拉伸應(yīng)力區(qū)，導(dǎo)致Δθ值在時(shí)空上產(chǎn)生了不同的變化。由于地震的發(fā)生，在壓縮應(yīng)力區(qū)中Δθ值大幅度下降，拉伸應(yīng)力區(qū)以及斷裂端部的Δθ值則大幅度上升。

（3）地震發(fā)生之后，在壓縮應(yīng)力區(qū)內(nèi)產(chǎn)生了壓應(yīng)力區(qū)，并與構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)形成了局部應(yīng)力場(chǎng)使SH軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；在拉伸應(yīng)力區(qū)內(nèi)產(chǎn)生了拉應(yīng)力場(chǎng)，并形成了一個(gè)局部應(yīng)力場(chǎng)使SH軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

（4）在斷裂中部垂直于斷裂走向的測(cè)線上，斷裂兩盤(pán)測(cè)量圓的Δθmax均表現(xiàn)出隨著離開(kāi)斷裂的距離增加而變小的規(guī)律，NE盤(pán)測(cè)量圓Δθmax大于SW 盤(pán)測(cè)量圓Δθmax，反映出NE盤(pán)斷裂局部應(yīng)力場(chǎng)受地震擾動(dòng)較大。

致謝：本文撰寫(xiě)過(guò)程中得到萬(wàn)永革研究員的耐心指導(dǎo)，在此表示衷心感謝。