北京及鄰區(qū)斷層相互作用及強(qiáng)震活動(dòng)的數(shù)值分析

李 紅陳連旺詹自敏邢成起朱紅彬武安緒武敏捷岳曉媛北京市地震局，北京 1000802）中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029中國地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085中國核電工程有限公司，北京 100840

北京及鄰區(qū)斷層相互作用及強(qiáng)震活動(dòng)的數(shù)值分析

李 紅1,2）陳連旺3）詹自敏4）邢成起1）朱紅彬1）武安緒1）武敏捷1）岳曉媛1）
1）北京市地震局，北京 100080
2）中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029
3）中國地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085
4）中國核電工程有限公司，北京 100840

北京及鄰區(qū)處于華北地區(qū)張渤帶與華北平原帶、汾渭帶相匯區(qū)域，歷史上曾發(fā)生過多次強(qiáng)震。為探索該區(qū)在構(gòu)造應(yīng)力作用下，斷層相互作用及強(qiáng)震活動(dòng)的影響，在多學(xué)科研究成果的基礎(chǔ)上，建立了北京及鄰區(qū)（38. 5°～41.7°N，114.0°～119.0°E）三維黏彈性有限元模型，模型深60 km，分為上（分上下兩層）、中下地殼及地幔層，涉及了NE、NW、近EW向等不同切割深度的斷裂近30條（其中7 km 2條，15 km 21條，22 km 4條，39 km 3條），斷層處理為遵從庫侖摩擦的間斷面。有限元模型節(jié)點(diǎn)數(shù)為98 316，單元數(shù)為133 406。

華北地區(qū)晚第三紀(jì)以來主要處于NNE—SWW向、近水平的統(tǒng)一構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下。依據(jù)GPS觀測(cè)，華北地區(qū)平原以北的區(qū)域內(nèi)地殼運(yùn)動(dòng)速率總體較小（小于2.5mm/a），中部平原以及南部地區(qū)，速度由北向南逐漸增大，大約在2～7 mm/a，運(yùn)動(dòng)方向總體為南東向。將GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)插值處理作為模型的邊界位移約束（假定其隨深度不變），考慮重力，經(jīng)過千年構(gòu)造應(yīng)力作用得到區(qū)域背景應(yīng)力場(chǎng)，在此基礎(chǔ)上考慮研究區(qū)內(nèi)3組7級(jí)以上歷史強(qiáng)震，以斷層同震錯(cuò)動(dòng)模擬強(qiáng)震發(fā)生，得到綜合應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)，結(jié)果如下：

（1）背景應(yīng)力場(chǎng)。①模擬顯示，區(qū)域內(nèi)復(fù)雜活動(dòng)斷裂對(duì)應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)分布有較強(qiáng)的控制作用，切割越深，控制作用越強(qiáng)，斷裂端點(diǎn)與斷裂交匯區(qū)域?yàn)閼?yīng)力易集中區(qū)。②地表與15 km深度的應(yīng)力場(chǎng)分布特征不同。地表，在NNE向的黃莊-高麗營與順義-良鄉(xiāng)斷裂之間以及夏墊斷裂北段的鄰近區(qū)域最大主壓應(yīng)力值明顯高于其他區(qū)域，此外，唐山斷裂及其以東區(qū)域最大主壓應(yīng)力值較高，這兩個(gè)高值區(qū)域正是1679年三河-平谷8.0級(jí)地震和1976年唐山7.8級(jí)地震所在范圍。15 km深度的最大主壓應(yīng)力高值則與斷層展布具有較好的一致性。

（2）綜合應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)。①有效應(yīng)力反映應(yīng)力效應(yīng)，不同深度的等效應(yīng)力顯示， 強(qiáng)震活動(dòng)明顯改變了區(qū)域應(yīng)力、應(yīng)變分布，地表，除強(qiáng)震發(fā)生區(qū)域外，NNW向的昌平-豐南、南口-孫河斷裂與NNE向的黃莊-高麗營、順義-良鄉(xiāng)斷裂交匯區(qū)域以及NNE向的順-良鄉(xiāng)、南苑-通縣斷裂南端以南為等效應(yīng)力高值區(qū)。15 km深度，強(qiáng)震影響范圍較地表更局限于斷層周圍，除與地表的高值區(qū)域類似外，沿滄東斷裂附近及黃莊—高麗營斷裂南、北端處也為高值區(qū)。②應(yīng)變能密度反映單元應(yīng)變能積累程度，不同深度的應(yīng)變能密度分布總體特征類似于等效應(yīng)力，但仍存在如高值區(qū)范圍大小、應(yīng)變能密度變化梯度等的細(xì)節(jié)差別。

（3）斷層面的庫侖應(yīng)力分布。①黃莊-高麗營斷裂： 7 km與22 km深度，該斷裂與南口-孫河斷裂交匯處、南北端點(diǎn)均為高值區(qū)，交匯處最高；7 km深度總體為庫侖應(yīng)力增加，22 km深度以斷裂交叉處為界，南段除中點(diǎn)小范圍減小外，多為增加，北段總體應(yīng)力減小。②夏墊斷裂：7 km深度，與南口-孫河斷裂交匯處庫侖應(yīng)力減小，其余為增加，與昌平-豐南斷裂交匯處為應(yīng)力最大；22 km深度，與南口-孫河、昌平—豐南斷裂交匯處之間的斷層段應(yīng)力增加，該段以南、以北分別存在較長、較短的應(yīng)力減小段。③唐山斷裂：地表除南端點(diǎn)應(yīng)力減小外，其余為應(yīng)力增加；與昌平-豐南斷裂交匯處最高；15 km深度斷裂北段應(yīng)力減小，南段應(yīng)力增加；與昌平-豐南斷裂交匯處在地表與15 km深度均為高值區(qū)。

·強(qiáng)震與深淺構(gòu)造的關(guān)系·