1 前言

    活動斷裂，尤其是深大斷裂的存在及其幾何產狀的變化，影響區域應力應變場分布、斷裂帶滑移速率及地震活動性的變化，而數值模擬方法是研究活動斷裂與應力應變場關系的重要手段。Avouacetal利用包含活動斷裂的三維球殼模型反演中亞地區現今速度場，指出印度-歐亞板塊的匯聚速率可以由天山、阿爾金山、喀喇昆侖山和喜馬拉雅山四條斷裂帶的滑動變形來解釋，其中一半被高原物質的北東向排出所吸收。Peltzeretal結合包含活動斷裂的亞洲大陸球殼模型，利用有限單元法反演區域形變場，認為亞洲大陸的長期變形主要集中在大斷裂附近，可吸收總變形的80%。Acharya通過分析San Andreas 斷裂帶滑移速率特征，研究斷層產狀變化對滑移速率的影響，發現系列地震的最大滑移量分布在斷層走向發生最大變化的區域。Duanetal利用二維動力學模型，研究在多地震周期中由于斷層走向變化產生的長期效應，認為斷層走向的變化造成轉折點處應力場完全不同于區域應力場，且在轉折點的壓性區由于具有較高的屈服應力，使得斷層滑動減慢或終止，從而成為未來地震的成核點。Lietal利用有限單元法，研究San Andreas斷裂走向彎曲對斷裂帶應力場及地震活動性的影響，認為斷裂帶應變分區及地殼變形與斷裂帶走向密切相關，尤其是走向的突變，造成斷裂帶滑移速率減小，使得斷裂帶周圍存在大范圍內的高剪應力和應變能區。鄭勇等應用非連續性模型模擬斷層活動對青藏高原應力應變場的影響，認為斷層的存在尤其是斷層的滑動作用很大程度上影響高原物質東移的速度，且使得南北向的應力轉變為東西向的物質外流的動力。Wangetal利用彈黏塑性三維有限元模型，研究斷裂帶幾何形態及走向變化對斷裂帶滑移速率及區域應變的影響，結果認為斷裂帶的滑移速率隨斷裂帶幾何分布及走向變化呈現分段特征，應變則主要集中在斷裂帶走向發生急劇變化的分段附近。

    為了考察活動斷裂的存在對區域應力場的影響，本文結合鮮水河斷裂帶的最新研究成果，建立斷裂帶的三維有限元模型。在此基礎上，分析斷層楊氏模量不同取值情況下，斷裂帶應力場的變化特征。最后以斷裂帶上高應力區為研究對象，確定斷裂帶上不同區域應力場的相對大小。

2 活動斷裂地質構造概況

    鮮水河斷裂帶西起甘孜，經爐霍、道孚、乾寧、康定至瀘定的磨西以南，全長300余公里，斷裂總體走向NW40°-50°，斷面傾向NE，傾角較陡，以惠遠寺拉分區為界，大致可分為結構特征不同的兩段：北西段結構較為簡單，由主干斷裂鮮水河斷裂和相伴的小規模斷裂組成；南東段則表現為由雅拉河、色拉哈、折多塘和磨西斷裂等四條斜列式主干斷裂組成的復雜結構。這種斷裂帶結構的分段性，造成了地震活動的分段差異，同時也是斷層滑移速率的空間變化的主要原因。自1725年以來，發生M≥7.0地震8次，是一條地震活動頻度高、強度大的活動斷裂帶。

3 活動斷裂與應力場分布關系

    3.1 三維有限元模型的建立

    綜合研究區現有地震地質、地球物理和大地測量等多學科研究成果，建立鮮水河斷裂的三維有限元模型，并對斷裂帶局部區域網格進行細化，最終整個模型包含節點211182，單元1201331，具體見圖1。

圖1 鮮水河斷裂帶的三維有限元模型

    3.2 活動斷裂與應力場特征的模擬分析

    對于斷層物性參數的確定，以往的研究大多將斷層的楊氏模量取為周圍介質的1/3或1/10，本文分別討論兩者比值R分別為1/2(圖2.a)，1/5(圖2.b)和1/10(圖2.c)情況下，最大剪應力的變化特征。從圖2可以看出，斷裂帶的存在造成最大剪應力的高值區主要分布在斷層的端部、斷層的交匯區及斷層走向顯著變化的區域，且隨著R從1/2到1/10的變化，斷裂帶的應力水平逐漸增加。為了更加直觀地展現不同部位高值區之間的相對大小，通過歸一化處理，即假定最高值為1，進一步分析各區域應力水平高低，具體見圖2(d)，從圖上可以看出，鮮水河斷裂帶的應力相對高值區為老乾寧(D區)、爐霍(B區)和甘孜(A區)地區，且應力高值區不隨R值變化而改變。對比鮮水河斷裂各分段滑移速率的研究結果，可以看出斷裂帶應力場的分布特征與斷裂帶長期滑移速率的研究結果是一致的，即高滑移速率的分段應力水平相對較高。

圖2 鮮水河斷裂帶的存在對區域應力場的影響

    其中：圖2(a)，2(b)，2(c)，2(d)分別為R=1/2，1/5和1/10情況下斷裂帶周圍應力場的分布特征及各區域相對應力水平。

4 結論

    基于鮮水河斷裂帶較為精細的三維有限元模型，研究斷裂的存在對區域應力場的影響。研究結果表明，活動斷裂的存在及其走向的變化，造成應力高值區主要集中在斷層的端部，斷層的交匯區及斷層走向顯著變化的區域；隨著斷層楊氏模量的減小，更有利于在斷層附近產生較大的應變分布，從而易于形成高應力水平區。但斷層楊氏模量的變化不會造成斷裂帶相對應力高值區的分布；通過對鮮水河斷裂的相對高值區歸一化處理，發現高值區主要集中在乾寧、爐霍和甘孜地區為高。該項工作的開展為斷裂帶周圍的臺陣布設提供力學參考依據。

核心關注：拓步ERP系統平臺是覆蓋了眾多的業務領域、行業應用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業務管理理念，功能涉及供應鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業務領域的管理，全面涵蓋了企業關注ERP管理系統的核心領域，是眾多中小企業信息化建設首選的ERP管理軟件信賴品牌。

轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.guhuozai8.cn/

本文標題：基于ANSYS的活動斷裂與應力場關系研究

本文網址：http://www.guhuozai8.cn/html/solutions/14019313576.html