汶川5.12地震引起的库仑应力变化及其对周边地震活动的影响.pdf

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1、第14卷第3期地质力学学报Vo】．J4NO．32008年9月JOURNALOFGEOMECHANICSSep．2008文章编号：1006．6616(2008)03—019308[编者按]本文根据汶川地震同震静态位移计算了周围地区一些断层的库仑应力变化，并据此评价了震后周围地区断层和地震的活动性，结果表明较大的余震分布与库仑应力增强区有较好的对应关系。从力学的角度深入解释了余震的发生机理。对研究汶川大震后地震的发展趋势有重要意义，值得一读。汶川5．12地震引起的库仑应力变化及其对周边地震活动的影响王连捷，周春景，孙东生，吴

2、珍汉，王薇(国土资源部新构造运动与地质灾害重点实验室，中国地质科学院地质力学研究所，北京100081)摘要：汶川“5．12”8．0级特大地震，造成重大人员伤亡和财产损失。地震对周围地区断层活动性的影响和余震发展方向是人们关心的一个问题。根据汶川地震同震静态位移我们计算了周围地区一些断层的库仑应力变化，并据此评价了震后周围地区断层和地震的活动性。计算结果表明，龙门山断裂带东北段，包括北川、青川、宁强等地，为库仑应力增强区，有利于地震的发生。较大的余震分布与库仑应力增强区有较好的对应关系。鲜水河断裂带主要为库仑应力下降区，只

3、有一小段为增高区，鲜水河断裂带总体上不利于地震活动。成都地区的西北部库仑应力增强，东南部应力下降。库仑应力变化的研究对大震后地震趋势的分析有重要意义。关键词：汶川地震；库仑应力变化；龙门山断裂带；有限元中图分类号：P3l5．727文献标识码：A0引言2008年5月12日四川汶川发生的特大地震，特点是持续时间长，破坏性强，滑坡、泥石流、堰塞湖等次生灾害严重n。地震发生在龙门山断裂带上。地震破裂开始于汶川映秀，然后以每秒2．8km的速度沿断裂带向NE向扩展，直到青川，破裂长度约300km。破裂持续时间约100s。震源机制比较

4、复杂，在地震过程中震源机制随着时间和空间发生变化。在地震的开始阶段表现为逆冲为主，但后来向NE方向逐渐转变为以走滑为主。这次大地震对周围收稿日期：200809．28基金项目：中国地质科学院基本科研业务费专项(编号：Ywf060717)经费资助；地质力学所基本科研业务费(编号DZLXJK200705)资助。作者简介：王连捷(1933．)，男，研究员，从事地质灾害、地应力测量、应力场数值分析及应用研究。E—mailWallgljO1@sina．corn，l94地质力学学报地区断层应力和地震活动有何影响，是人们关心的一个问题。

5、为此，我们计算了这次大震后周边地区一些主要断层的库仑应力的变化，据此分析了该区地震的活动性。1库仑应力变化近年来，大地震产生的库仑破裂应力变化对后续地震活动影响的研究受到广泛关注。很小的静态库仑应力变化就可能对地震活动性、地震的时空分布产生较大的影响“。许多震例表明，大地震后库仑应力的变化与后续地震活动有促进作用。大多数库仑破裂应力增加的地区地震活动速率增高；而库仑破裂应力减小的地区，地震活动减小。一些地区库仑破裂应力增加量大于0．01～0．03MPa就有可能触发地震活动⋯，库仑破裂应力变化起触发作用的典型值是0．1～1

6、MPa⋯。库仑应力对地震的触发作用有一个延迟时间。一般来说，延迟时间可为几秒到几十年。库仑应力的研究对地震危险性分析具有重要意义。库仑破裂应力是作用在断层面上，克服摩擦阻力使断层滑动的力。库仑破裂应力的变化是指库仑破裂应力的改变量。库仑破裂应力的变化Ar，的表达式如下“：△c，=Ar+(Aa)(1)式中，Ar为断层面滑动方向上的剪切应力的变化，剪切应力Ar与断面滑动方向一致时定义库仑应力的变化为正值，否则为负值。△为断面上正应力的变化(拉伸应力为正值)，为内摩擦系数，参照文献[14]，我们取=0．4。根据大震后产生的断层

7、的静态位移，计算出库仑应力的变化，增强或减弱，来分析地震活动性。△r，>0和△z．，<0分别表示断面上被加载(库仑应力加大)或被卸载(库仑应力减小)的情况。Ar，>0时，对地震活动有加强作用，△r，<0时对地震活动有减弱作用。2有限元模型采用大型有限元ANSYS软件¨进行断层静态位移引起的库仑应力的计算。模型的范围为东经98．5o到东经107．5。，北纬27．5。到北纬34。，深度为40km。地质构造参考中国活动构造图n’经简化而成(图1)。将龙门山断裂带看成不连续面，采用接触单元处理。其他断层看成连续介质，具有一定的宽

8、度。断层带内的弹性模量低于周围介质的弹性模量，断层带以外为均匀介质。采用六面体八节点单元，共有单元13010个，结点15046个(图2)。模型的四边分别为东西向和南北向约束，底部为沿深度方向约束。3汶川地震位错模型由震源机制解得知汶川地震破裂面走向为230。，倾向320。，倾角39。，滑动角120。。由地震波反演得到