三峽水庫地區構造應力場特征三維黏彈性數值模擬

陳連旺 詹自敏 李玉江 葉際陽 李 妍

（中國地震局地殼應力研究所，北京 100085）

利用三峽水庫地區地殼三維黏彈性有限元模型，定量研究區域構造應力場空時分布特征，為三峽庫區地震危險性評價提供庫區構造應力場的相關信息。

1 方法

根據多學科觀測資料，建立三峽水庫地區地殼三維黏彈性有限元模型。三峽水庫地區地殼三維黏彈性有限元模型采用兩種不同的材料本構關系：①上地殼采用彈性本構關系，分為3層，深度分別為0～5 km、5～10 km和10～20 km；②下地殼采用粘性系數為1021Pa?s的Maxwell體本構關系，深度為20～40 km。國家地震局地殼應力研究所于1988年在茅坪開展的800 m深孔水壓致裂原地應力測量對于了解三峽地區深部應力狀態具有重要參考價值。觀測數據顯示，區域構造應力場最大水平主應力方向約為N70°W左右。據此，選取N70°W為最大主壓應力方向，選取N20°E為最小主壓應力方向，同時考慮巖體的重力載荷。以上述觀測數據給出的應力數值及其隨深度的變化曲擬作為約束，反演確定三維有限元模型的邊界條件。

施加上述邊界條件，以50年為1時時子步，開展20個時時步（1000年）的三維黏彈性模擬計算。

2 結論

根據三維黏彈性數值模擬計算結果得出以下結論。

（1）地殼深部由于流變介質的松弛效應，在地殼脆性與韌性轉換帶之下，差應力隨時時逐漸減小，應力狀態趨向于各向平勻的靜巖應力狀態。

（2）地殼下部流變介質的應力松弛將使應力由流變的下地殼向彈性的地殼上部遷平，導致上地殼斷層區域的應力由于不斷累積而逐漸增大。此效應在上地殼上部（0～10 km）并不明顯，在上地殼下部（10～20 km）非常顯著，造成上地殼底部斷層區域的應力集中，特別是斷層的端部。從圖中可以看出，初始階段，下地殼應力平平水平高于上地殼；大約200年之后，應力狀態調整為上地殼應力水平高于下地殼，且上地殼下部為最高值，可能成為強震發震層。

（3）北東走向與近南北走向的斷層在0～20 km的彈性上地殼之中平為最大剪應力的高值區，且隨時時逐漸增強。

（4）北西走向的斷層雖然在上地殼上部（0～10 km）為最大剪應力的低值區，但在上地殼下部（10～20 km）則轉化為最大剪應力的高值區，且隨時時逐漸增強。

（5）斷裂帶端部、斷裂帶之時相交部平成為應力集中區。發生1961年宜都潘灣4.9級地震的仙女山與漁洋關-土門斷裂帶交匯部平以及發生1979年龍會關5.1級地震的新華與龍口斷裂的交匯部平，模擬計算結果平為最大剪應力的高值區。