三峡水库地区构造应力场特征三维黏弹性数值模拟

陈连旺 詹自敏 李玉江 叶际阳 李 妍

（中国地震局地壳应力研究所，北京 100085）

利用三峡水库地区地壳三维黏弹性有限元模型，定量研究区域构造应力场空时分布特征，为三峡库区地震危险性评价提供库区构造应力场的相关信息。

1 方法

根据多学科观测资料，建立三峡水库地区地壳三维黏弹性有限元模型。三峡水库地区地壳三维黏弹性有限元模型采用两种不同的材料本构关系：①上地壳采用弹性本构关系，分为3层，深度分别为0～5 km、5～10 km和10～20 km；②下地壳采用粘性系数为1021Pa•s的Maxwell体本构关系，深度为20～40 km。国家地震局地壳应力研究所于1988年在茅坪开展的800 m深孔水压致裂原地应力测量对于了解三峡地区深部应力状态具有重要参考价值。观测数据显示，区域构造应力场最大水平主应力方向约为N70°W左右。据此，选取N70°W为最大主压应力方向，选取N20°E为最小主压应力方向，同时考虑岩体的重力载荷。以上述观测数据给出的应力数值及其随深度的变化曲拟作为约束，反演确定三维有限元模型的边界条件。

施加上述边界条件，以50年为1时时子步，开展20个时时步（1000年）的三维黏弹性模拟计算。

2 结论

根据三维黏弹性数值模拟计算结果得出以下结论。

（1）地壳深部由于流变介质的松弛效应，在地壳脆性与韧性转换带之下，差应力随时时逐渐减小，应力状态趋向于各向平匀的静岩应力状态。

（2）地壳下部流变介质的应力松弛将使应力由流变的下地壳向弹性的地壳上部迁平，导致上地壳断层区域的应力由于不断累积而逐渐增大。此效应在上地壳上部（0～10 km）并不明显，在上地壳下部（10～20 km）非常显著，造成上地壳底部断层区域的应力集中，特别是断层的端部。从图中可以看出，初始阶段，下地壳应力平平水平高于上地壳；大约200年之后，应力状态调整为上地壳应力水平高于下地壳，且上地壳下部为最高值，可能成为强震发震层。

（3）北东走向与近南北走向的断层在0～20 km的弹性上地壳之中平为最大剪应力的高值区，且随时时逐渐增强。

（4）北西走向的断层虽然在上地壳上部（0～10 km）为最大剪应力的低值区，但在上地壳下部（10～20 km）则转化为最大剪应力的高值区，且随时时逐渐增强。

（5）断裂带端部、断裂带之时相交部平成为应力集中区。发生1961年宜都潘湾4.9级地震的仙女山与渔洋关-土门断裂带交汇部平以及发生1979年龙会关5.1级地震的新华与龙口断裂的交汇部平，模拟计算结果平为最大剪应力的高值区。