張春山，吳滿路，張重遠(yuǎn)，廖椿庭，張淼

1 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京　100081　2　國土資源部新構(gòu)造運(yùn)動與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京　100081

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長白山地區(qū)現(xiàn)今地應(yīng)力測量結(jié)果與應(yīng)力狀態(tài)分析

張春山1,2，吳滿路1,2，張重遠(yuǎn)1,2，廖椿庭1,2，張淼1

1 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京1000812國土資源部新構(gòu)造運(yùn)動與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081

摘要本文通過在長白山地區(qū)不同地點(diǎn)進(jìn)行原地測量獲得了現(xiàn)今地應(yīng)力實(shí)測值的大小和方向.為了研究長白山地區(qū)現(xiàn)今地應(yīng)力狀態(tài)，結(jié)合長白山火山監(jiān)測工程的需要，我們在長白山地區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)場地應(yīng)力測量，首次取得了該區(qū)的地應(yīng)力實(shí)測數(shù)據(jù).測量方法采用水壓致裂法，測點(diǎn)分別布置在安圖縣永慶鄉(xiāng)東清村和松江鎮(zhèn)冰湖屯村，撫松縣仙人橋鎮(zhèn)大青川村等三個不同的構(gòu)造部位，測量深度為40～95 m.測量結(jié)果表明：本區(qū)現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力方向在天池北部以NW—NNW向?yàn)橹?，而在天池西部則為近EW向?yàn)橹?；最大水平主?yīng)力值一般為2.31～12.39 MPa，最小水平主應(yīng)力值一般為1.39～7.02 MPa.與其他地區(qū)相比較，本區(qū)屬中等偏高應(yīng)力區(qū).本文對研究區(qū)現(xiàn)今應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了初步分析，本區(qū)現(xiàn)今地應(yīng)力狀態(tài)主要受區(qū)域構(gòu)造影響，同時受天池巖漿活動和地?zé)崽锏挠绊?，具有?fù)雜性.

關(guān)鍵詞長白山； 現(xiàn)今地應(yīng)力； 水壓致裂法； 測量結(jié)果； 地應(yīng)力狀態(tài)分析

1引言

長白山位于吉林省的東南部的中朝邊境地區(qū)，長白山天池是朝鮮族的圣湖之一，也是中國著名的風(fēng)景旅游勝地，同時也是鴨綠江、松花江和圖們江三江的發(fā)源地.地形地貌為玄武質(zhì)熔巖高原或熔巖臺地，主要由堿性巖組成的巨型復(fù)式火山錐或?qū)訝罨鹕?，以及環(huán)繞錐體的成席狀分布的堿性火山噴發(fā)碎屑堆積物.長白山火山錐體呈橢圓形,長軸方向?yàn)镾E115°，長徑約27 km，短徑約15 km.天池略呈不規(guī)則四邊形，南北長約4.85 km，東西寬約3.35 km，天池周圍有16 座山峰和刃形山脊環(huán)抱，最高峰是朝鮮一側(cè)的將軍峰，海拔2749 m；在我國一側(cè)最高峰是白云峰，海拔2691 m ，是我國東北第一高峰.

長白山地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，長白山火山是當(dāng)前地學(xué)界研究的熱點(diǎn)，現(xiàn)今構(gòu)造活動強(qiáng)烈，在北坡發(fā)育了多處高溫?zé)崛?長白山火山全新世以來分別在9.7±1.5 ka B.P.(距今)，5.3±1.2 ka B.P.，4.3±0.4 ka B.P.，1.0±0.5 ka B.P.，0.75±0.43 ka B.P.等時段發(fā)過活動.其中規(guī)模最大的噴發(fā)活動發(fā)生在公元1199—1200年(劉祥等，2004)，空落火山碎屑向東一直到達(dá)日本，超過1000 km，是世界上歷史時期最大的火山噴發(fā)之一(劉祥等，2004；劉松雪和劉祥，2005；崔鐘燮等,2008).在1668 年、1702年和1903 年也都發(fā)生小規(guī)模的天池火山噴發(fā)(劉祥等，2004；劉松雪和劉祥，2005；崔鐘燮等,2008).

許多學(xué)者研究了火山噴發(fā)的機(jī)制(趙文峰，1993；李繼泰和孫國軍，1996；樊祺誠，2008)，開展了地質(zhì)構(gòu)造研究(趙文峰，1993；李春鋒等，2006)，利用大地測量、震源機(jī)制解資料，結(jié)合長白山地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、地球物理等方面研究，分析了火山活動的構(gòu)造和構(gòu)造應(yīng)力場，取得了很多重要成果(湯吉等，1997；李繼泰，1998；劉一鳴等，1998；劉明軍等，2004；李春鋒等，2006；洪漢凈，2006；呂政等，2007).此外，在InSAR-GPS形變、溫泉地?zé)岷退瘜W(xué)方面也有相關(guān)研究(張希友和李國政,2006；陳國滸等，2008；王禹萌等，2009).主要結(jié)論認(rèn)為：長白山火山活動主要受北東向六道溝—天池—甑峰山(鴨綠江—天池—甑峰山)斷裂和北西向的白山鎮(zhèn)—天池—金策斷裂控制，同時還受火山口附近的環(huán)狀斷裂的控制.但究竟哪條斷裂控制今后火山活動，目前還存在爭論.據(jù)地形變資料，長白山是近代斷裂與隆起構(gòu)造活動強(qiáng)烈地區(qū)，平均上升4 mm·a-1.現(xiàn)今構(gòu)造形變以東西向擠壓為主，南北向拉伸為輔，太平洋板塊和歐亞板塊的碰撞作用仍控制著本區(qū)的現(xiàn)今應(yīng)力場；斷層大都屬于走滑斷裂，應(yīng)力分布明顯受斷裂控制，區(qū)域性構(gòu)造斷裂附近是應(yīng)力集中區(qū)，斷裂帶上和節(jié)理密集帶則是應(yīng)力釋放區(qū)，西太平洋板塊自日本海溝向我國大陸的持續(xù)俯沖作用是長白山天池火山噴溢的主要誘發(fā)機(jī)制.地應(yīng)力的大小和方向在火山活動性監(jiān)測、分析和研究中是基礎(chǔ)資料之一，火山活動中的巖漿囊活動會影響地應(yīng)力的變化，一旦埋藏于地下的巖漿發(fā)生彭脹，該地區(qū)的地應(yīng)力量值就會增大.但該區(qū)至今地應(yīng)力實(shí)測資料稀少，在資料收集過程中輸入長白山、地應(yīng)力兩個詞后沒有查詢到相關(guān)文獻(xiàn).為了對長白山火山活動進(jìn)行監(jiān)測，在國土資源部科技公益性行業(yè)專項(xiàng)“長白山火山監(jiān)測與活動性研究項(xiàng)目——長白山地區(qū)微地震與地應(yīng)力監(jiān)測”等項(xiàng)目的支持下，我們在不同的構(gòu)造單元和重點(diǎn)地區(qū)開展了淺表層地應(yīng)力現(xiàn)場測量工作，首次取得了該區(qū)的地應(yīng)力實(shí)測數(shù)據(jù)，為長白山火山監(jiān)測、大陸動力學(xué)和構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的研究提供了基礎(chǔ)的地表應(yīng)力數(shù)據(jù).

2地應(yīng)力測量采用的方法

目前國內(nèi)外廣泛采用的地應(yīng)力測量方法主要有水壓致裂法、壓磁應(yīng)力解除法、空芯包體式三軸應(yīng)力計(jì)解除法、鉆孔崩落法、超聲波法等.本次在長白山的地表地應(yīng)力測量工作中采用水壓致裂法，取得了平面地應(yīng)力數(shù)據(jù).然后安裝壓磁探頭進(jìn)行長期地應(yīng)力監(jiān)測.國外重大工程建設(shè)中常用的測量方法主要用采用水壓致裂方法和壓磁應(yīng)力解除法.水壓致裂方法一般絕對誤差在20%～30%左右，方向誤差在20°以內(nèi)，國外許多重大工程中都采用該方法進(jìn)行現(xiàn)場測量；壓磁應(yīng)力解除法具有可靠性好、靈敏度高等特點(diǎn)，測量值誤差在10%以內(nèi)，方向誤差在3°(王連捷等，1991).水壓致裂法主要用于50～1000 m地表現(xiàn)場測量，而壓磁應(yīng)力解除法則主要用于10～100 m地表現(xiàn)場測量和長期監(jiān)測.目前水壓致裂和壓磁應(yīng)力解除法在我國的許多重大工程和區(qū)域構(gòu)造研究中也廣泛應(yīng)用，如廣東大亞灣核電站(胡海濤等，1987)、青海拉西瓦水電站(施兆先等，1991)、二灘水電站(孫世宗等，1984)、華北及郯廬斷裂帶研究(李方全等，1982)、金川銅鎳礦地質(zhì)研究(廖椿庭等，1985)等.

3地應(yīng)力測點(diǎn)的位置及工程地質(zhì)條件

2012年9—10月，我們先后在安圖縣永慶鄉(xiāng)東清村和松江鎮(zhèn)冰湖村采用水壓致裂方法進(jìn)行了地應(yīng)力測量工作.2013年5月，我們又在撫松縣仙人橋鎮(zhèn)大青川村進(jìn)行了水壓致裂法地應(yīng)力測量工作.各測點(diǎn)的位置和工程地質(zhì)條件概述如下(圖1).

3.1東清地應(yīng)力測點(diǎn)

東清(DQ)地應(yīng)力測點(diǎn)位于長白山天池北約87 km處，屬安圖縣永慶鄉(xiāng)東清村，河流右岸，巖性主要為花崗巖.點(diǎn)位坐標(biāo)為北緯42°48′23″，東經(jīng)128°13′38″,高程為518 m.巖性為中粗粒角閃斜長花崗巖.巖體比較完整，局部地表巖石風(fēng)化較強(qiáng)烈.鉆孔位于沖溝緩坡地帶，鉆孔深100 m，套管下至15 m，但在地應(yīng)力實(shí)測深度部位巖石相對完整.

3.2冰湖屯地應(yīng)力測點(diǎn)

冰胡屯(BHT)地應(yīng)力測點(diǎn)位于長白山天池北約61 km處，屬安圖縣松花江鎮(zhèn)冰湖屯村，河流左岸，巖性主要為花崗巖.點(diǎn)位坐標(biāo)為北緯42°30′04″，東經(jīng)128°25′02″,高程為658 m.巖性為中粗粒閃長 巖或角閃斜長花崗巖.巖體比較完整，但地表風(fēng)化強(qiáng)烈，巖石比較松散，節(jié)理裂隙發(fā)育.鉆孔直接座落于采石場，鉆孔深100 m，套管下至21 m，地應(yīng)力實(shí)測深度部位巖石完整.

圖1　長白山地區(qū)地應(yīng)力測點(diǎn)及斷裂分布圖

3.3大青川地應(yīng)力測點(diǎn)

大青川(DQC)地應(yīng)力測點(diǎn)位于長白山天池西約70 km處，屬撫松縣仙人橋鎮(zhèn)大青川村，頭道松花江右岸，巖性主要為花崗巖.點(diǎn)位坐標(biāo)為北緯42°13′50″，東經(jīng)127°14′17″,高程為487 m.巖性為中粗粒角閃二長巖或鉀長花崗巖.巖體比較完整，但地表風(fēng)化強(qiáng)烈，巖石比較松散，節(jié)理裂隙發(fā)育.鉆孔位于沖溝緩坡地帶，鉆孔深100 m，套管下至22 m，地應(yīng)力實(shí)測深度部位巖石相對完整.

4地應(yīng)力測量結(jié)果

本次地應(yīng)力測量采用水壓致裂法，于2012年和2013年對各測點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場地應(yīng)力測量，得到了各測點(diǎn)的平面地應(yīng)力狀態(tài)(表1、圖1)和平面應(yīng)力橢圓(圖2).為了保證壓裂結(jié)果的準(zhǔn)確程度，每個測點(diǎn)在不同深度處均壓裂五次以上，從壓裂曲線分析，其重復(fù)性較好，表明試驗(yàn)結(jié)果均比較好(圖3—圖5).

現(xiàn)場地應(yīng)力測量結(jié)果表明：本區(qū)最大水平地應(yīng) 力的方向天池北部主要為NW—NNW向，而在天池西部則以近EW向?yàn)橹?本區(qū)最大水平主應(yīng)力數(shù)值為2.31～12.39 MPa，最高值約為最低值的5.36倍.總體上看，隨著測量深度的增加，其最大水平主應(yīng)力呈增加趨勢(圖6—圖8).其中永慶鄉(xiāng)東清測點(diǎn)最大水平主應(yīng)力值最高，為12.39 MPa，而最大水平主應(yīng)力的最低值為5.11 MPa.松江鎮(zhèn)冰湖屯測點(diǎn)最大水平主應(yīng)力值最高值為11.55 MPa，而最大水平主應(yīng)力的最低值為5.14 MPa.仙人橋鎮(zhèn)大青川測點(diǎn)最大水平主應(yīng)力值最高值為7.18 MPa，而最大水平主應(yīng)力的最低值為2.31 MPa.最大水平主應(yīng)力方向在天池北部(包括東清、冰湖屯二個測點(diǎn))主要為NNW—NW向，在天池西部主要為近EW向.本區(qū)最小水平主應(yīng)力數(shù)值為1.39～7.02 MPa，最高值亦約為最低值的5.05倍.其中永慶鄉(xiāng)東清測點(diǎn)最小水平主應(yīng)力值較高，為3.41～7.02 MPa，松江鎮(zhèn)冰湖屯測點(diǎn)最小水平主應(yīng)力值較低，為3.0～6.72 MPa，仙人橋鎮(zhèn)大青川測點(diǎn)最小水平主應(yīng)力值最低，為1.39～3.79 MPa.冰湖屯和東清兩個測點(diǎn)的最大和最小水平主應(yīng)力值范圍在同一深度范圍相差不大.而大青川測點(diǎn)的最大和最小水平主應(yīng)力值范圍在同一深度范圍都比前兩個點(diǎn)小.

圖2　長白山地區(qū)地應(yīng)力測點(diǎn)應(yīng)力橢圓示意圖

圖3　永慶鄉(xiāng)東清鉆孔水壓裂曲線

測量地點(diǎn)代碼測量時間中心深度(m)壓裂參數(shù)(MPa)PHP0P'bP'rP'sdt/dp法dp/dt法Muskat法單切線法最終取值PbPrPsT主應(yīng)力計(jì)算結(jié)果(MPa)SHShSV破裂DQ(永慶鄉(xiāng)東清村)2012年9月46.850.470.376.964.28///2.942.947.434.753.412.685.113.411.2448.550.490.398.774.48///3.543.549.264.484.034.787.224.031.2968.000.680.5811.925.704.674.654.545.174.6212.606.385.306.228.945.301.80N25°W77.950.780.6812.465.854.594.974.515.184.6913.246.635.476.799.105.472.0784.850.850.7412.285.985.335.205.305.825.2813.136.836.136.3010.716.132.2589.150.890.7913.326.996.336.046.026.406.1314.217.887.026.3312.397.022.36BHT(松江鎮(zhèn)冰湖屯村)2012年10月40.650.410.3612.727.355.395.965.386.475.3813.137.765.795.379.255.791.08N12°W46.000.460.415.222.992.462.382.772.722.545.683.453.002.235.143.001.2255.750.560.5111.165.213.644.063.954.543.8811.725.774.445.957.044.441.4860.400.600.555.623.59///3.573.576.224.194.172.037.774.171.6079.950.800.7510.586.055.285.425.185.985.2911.386.856.094.5310.676.092.12N18°W92.150.920.8712.676.775.676.105.626.425.8013.597.696.725.9011.556.722.44DQC(仙人橋鎮(zhèn)大青川村)2013年5月44.300.440.243.111.161.040.810.930.990.943.551.601.391.952.311.391.1752.900.530.333.801.261.321.151.151.631.314.331.791.842.543.411.841.4056.500.570.364.381.481.741.521.511.631.604.952.052.172.904.092.171.50N80°E69.500.700.495.201.582.782.42.342.552.525.902.283.213.626.873.211.84N85°W74.300.740.545.351.72.962.452.442.712.646.092.443.383.657.163.381.9777.000.770.575.522.093.072.612.542.812.766.292.863.533.437.153.532.0495.500.960.756.562.473.122.62.583.032.837.523.433.794.097.183.792.53

圖4　松江鎮(zhèn)冰湖屯鉆孔水壓裂曲線

圖5　 仙人橋鎮(zhèn)大青川鉆孔水壓裂曲線

圖6　永慶鄉(xiāng)東清鉆孔主應(yīng)力變化曲線

圖7　松江鎮(zhèn)冰湖屯鉆孔主應(yīng)力變化曲線

圖8　仙人橋鎮(zhèn)大青川鉆孔主應(yīng)力變化曲線

根據(jù)應(yīng)力測量結(jié)果和應(yīng)力橢圓圖可以得出：三個測點(diǎn)的主應(yīng)力方向性比較明顯，在天池北部的兩個測點(diǎn)的最大主應(yīng)力方向均為NNW—NW向，而天池西部測點(diǎn)的最大主應(yīng)力方向?yàn)榻麰W向.

5地應(yīng)力狀態(tài)分析

5.1淺部地應(yīng)力測量結(jié)果的代表性

一般地，如果淺部地應(yīng)力是由上覆巖體的重量而引起的，則鉛直地應(yīng)力和水平地應(yīng)力計(jì)算公式為

(1)

(2)

其中γ為巖石的容重，H為上覆巖體的厚度，μ為巖石的柏松比，σv為鉛直應(yīng)力，σH為最大水平主應(yīng)力，σh為最小水平主應(yīng)力.

一般地，花崗巖的容重為2.7 g·cm-3，μ=0.25，根據(jù)上式，可以計(jì)算出地表埋深40 m處由上覆巖體的重量而引起的鉛直應(yīng)力(σv)為1.08 MPa，水平主應(yīng)力(σH或σh)為0.36 MPa.埋深100 m處由上覆巖體的重量而引起的鉛直應(yīng)力(σv)為2.7 MPa，水平主應(yīng)力(σH或σh)為0.90 MPa.可見，現(xiàn)場實(shí)測最大水平主應(yīng)力的數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于由上式計(jì)算得出的水平主應(yīng)力，這說明現(xiàn)場實(shí)測的淺部最大水平主應(yīng)力主要是由構(gòu)造應(yīng)力引起的，重力作用不大.

目前，國內(nèi)外原地應(yīng)力測量的深度一般都不大，淺部測量一般在幾十米以內(nèi)，深部測量一般為幾百米至千米.這些地應(yīng)力測量的深度相對于地殼厚度來說都比較小.淺部地應(yīng)力測量受地質(zhì)構(gòu)造、地殼運(yùn)動和地形地貌等多方面的影響，雖然地應(yīng)力數(shù)值大小在不同構(gòu)造部位、不同深度和不同地點(diǎn)有所不同，但在一定區(qū)域內(nèi)最大主應(yīng)力的方向是比較穩(wěn)定的，與深部測量結(jié)果基本一致，可見，淺部地應(yīng)力主要由構(gòu)造應(yīng)力引起.此外，我們在測量時盡量把測點(diǎn)布置在地形相對比較平緩的地帶，大大削除了地形的影響，淺部地應(yīng)力測量結(jié)果基本上代表區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的特征.

5.2地應(yīng)力狀態(tài)分析

許多學(xué)者對本區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場進(jìn)行過研究.按板塊理論的劃分，松江鎮(zhèn)冰湖屯和仙人橋鎮(zhèn)大青川2個地應(yīng)力測點(diǎn)位于華北地塊內(nèi)，而永慶鄉(xiāng)東清1個地應(yīng)力測點(diǎn)位于吉黑地塊內(nèi)(圖1)，本區(qū)的活動構(gòu)造主要以近NE向和NW向的斷裂為主，其次為近SN向和近EW向的斷裂.受太平洋板塊與歐亞板塊碰撞作用的影響，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場主要為近EW向(鄧起東等，2002；張培震等，2003；陳為濤等，2012).根據(jù)震源機(jī)制解進(jìn)行的構(gòu)造應(yīng)力場分析(馬杏垣，1989)可知，本區(qū)的區(qū)域構(gòu)造主壓應(yīng)力方向主要為近EW向或NEE向.

本區(qū)實(shí)測的地應(yīng)力狀態(tài)之所以在不同測點(diǎn)出現(xiàn)大小和方向的變化，主要與測點(diǎn)所處的地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，同時也反映了火山活動對應(yīng)力方向和大小的影響，基本上反映了不同構(gòu)造部位的地應(yīng)力狀態(tài)，現(xiàn)將地應(yīng)力測量結(jié)果與構(gòu)造和火山活動之間的關(guān)系進(jìn)行如下探討：

(1) 根據(jù)現(xiàn)今活動斷裂分布與運(yùn)動特征，本區(qū)現(xiàn)今NE向和NW向的斷裂大都為壓性逆斷層，NW向具有左旋走滑的性質(zhì)，主要顯示張扭性特征，而NE向具有右旋走滑的性質(zhì)主要顯示壓扭性特征.而近EW向的斷裂大都為張性斷裂，并具有右旋走滑的性質(zhì).這與現(xiàn)今地應(yīng)力測量結(jié)果相吻合.

(2) 安圖縣永慶鄉(xiāng)東清地應(yīng)力測點(diǎn)，位于NW向深大斷裂F1的東北部(屬于吉黑地塊的南部邊緣).從區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力作用出發(fā)，可以分析出每個塊體的運(yùn)動特征和斷裂的活動特征.在區(qū)域應(yīng)力作用下，NW向的F1斷裂以左旋滑動為主并兼具張扭性，測點(diǎn)位于該斷裂東北5 km處，該地塊向NNW運(yùn)動.從構(gòu)造塊體的運(yùn)動方向分析來看，永慶地區(qū)的地應(yīng)力應(yīng)以NNW向?yàn)橹鳎覀?012年9月現(xiàn)場所測的最大主應(yīng)力方向?yàn)镹NW向，且地應(yīng)力值相對較高.這可能是在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的基礎(chǔ)上疊加了塊體之間的運(yùn)動力、火山活動和火山地?zé)崽锏母郊討?yīng)力的結(jié)果.在測點(diǎn)南部分布有天池地?zé)崽铮谔斐叵虏堪l(fā)育有兩個埋深11 km和7 km巖漿囊，地?zé)嵯蛩闹馨l(fā)散，在構(gòu)造應(yīng)力的基礎(chǔ)上增加了近SN向的地?zé)岣郊討?yīng)力，這也使得本區(qū)的地應(yīng)力狀態(tài)相對比較復(fù)雜.

(3) 安圖縣松江鎮(zhèn)冰湖屯地應(yīng)力測點(diǎn)，位于NW向深大斷裂F2的西南部(屬于化北地塊的北部邊緣).NW向的斷裂F2以左旋滑動為主并兼具張扭性.該測點(diǎn)西側(cè)發(fā)育一NE向的斷裂F3，垂直距離約20 km，而其北側(cè)還發(fā)育一條小規(guī)模的NW向斷裂F4，相距僅1 km.根據(jù)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場分析，該塊體向S或SSE方向運(yùn)動，地應(yīng)力方向應(yīng)為SSE或NNW向，而我們2012年10月現(xiàn)場所測的最大主應(yīng)力方向?yàn)镹NW向，且地應(yīng)力值相對較高.這可能是在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的基礎(chǔ)上疊加了塊體之間的運(yùn)動力、火山活動和火山地?zé)崽锏母郊討?yīng)力的結(jié)果.在測點(diǎn)南部分布有天池地?zé)崽?，且在天池下部發(fā)育有兩個埋深11 km和7 km巖漿囊，地?zé)嵯蛩闹馨l(fā)散，在構(gòu)造應(yīng)力的基礎(chǔ)上增加了近SN向的地?zé)岣郊討?yīng)力，因而形成相對比較復(fù)雜地應(yīng)力狀態(tài).

(4)撫松縣仙人橋鎮(zhèn)大青川地應(yīng)力測點(diǎn)，位于華北地塊內(nèi)，位于NE向斷裂F3的西部和NW向斷裂F5的南部，測點(diǎn)位于塊體內(nèi)部的NE向斷裂和NW向小斷裂交匯部位，這里巖石相對比較破碎，其應(yīng)力值較低.根據(jù)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場分析，該塊體向W或SWW方向運(yùn)動，最大主應(yīng)力的方向也應(yīng)為近NEE向或近EW向，而我們2013年5月現(xiàn)場所測的最大主應(yīng)力方向?yàn)镹EE向或近EW向，且地應(yīng)力值相對較低.此外，由于該點(diǎn)位于天池西部地區(qū)，在測點(diǎn)東部分布有天池地?zé)崽?，且在天池下部發(fā)育有兩個埋深11 km和7 km巖漿囊，地?zé)嵯蛩闹馨l(fā)散，在構(gòu)造應(yīng)力的基礎(chǔ)上增加了近EW向的地?zé)岣郊討?yīng)力，因而形成相對比較復(fù)雜地應(yīng)力狀態(tài).我們所測得的最大主應(yīng)力方向亦與此吻合，且應(yīng)力值是所有測點(diǎn)中的最小值，這可能與該點(diǎn)處巖體完整性相對較差有關(guān).

(5)影響應(yīng)力的因素主要有構(gòu)造運(yùn)動、地形地貌、火山活動等.本次測量的三個地應(yīng)力點(diǎn)均選在地形相對比較平緩丘陵區(qū)，且位于河谷或溪流岸邊部位，因此地貌對地應(yīng)力方向和量值的影響比較小，可認(rèn)為基本沒有影響.故本次地應(yīng)力測量的結(jié)果主要代表了構(gòu)造和火山活動的影響.火山活動中的巖漿囊活動會影響地應(yīng)力的變化，一旦埋藏于地下的巖漿發(fā)生彭脹，該地區(qū)的地應(yīng)力量值就會增大.根據(jù)地應(yīng)力測量和監(jiān)測結(jié)果再結(jié)合斷裂活動性、水熱活動特征和地面變形特征等因素，就可以對火山活動作出預(yù)測分析.

綜上所述，根據(jù)地應(yīng)力測量結(jié)果來看，長白山地區(qū)的構(gòu)造活動特征明顯，NE向斷裂現(xiàn)今以右旋滑動為主，具有壓扭性特征，NW向斷裂以左旋滑動為主，具有張扭性特征.火山活動一般都沿著具有張性特征的斷裂噴發(fā).在控制火山形成的兩條斷裂中，今后火山活動沿NW向斷裂發(fā)展的可能性比較大.

6結(jié)語

根據(jù)地應(yīng)力測量結(jié)果和分析可以得出：長白山地區(qū)現(xiàn)今最大水平主應(yīng)力方向在天池北部以NW—NNW向?yàn)橹?，而在天池西部則為近EW向?yàn)橹鳎畲笏街鲬?yīng)力值一般為2.31～12.39 MPa，最小水平主應(yīng)力值一般為1.39～7.02 MPa.隨著深度的增加地應(yīng)力值也增大.與其他地區(qū)相比較，本區(qū)屬中等偏高應(yīng)力區(qū).長白山地區(qū)地應(yīng)力測量結(jié)果直接為長白山火山監(jiān)測預(yù)警、水電工程施工提供了基礎(chǔ)依據(jù).在2012年9月—11月長白山北側(cè)現(xiàn)場測量的現(xiàn)今地應(yīng)力數(shù)值較較高，且方向?yàn)镹NW向，而2013年5月在長白山西側(cè)現(xiàn)場測量地應(yīng)力值較低，且方向以近EW向?yàn)橹?，可能反映了研究區(qū)現(xiàn)今地應(yīng)力除了受構(gòu)造塊體的運(yùn)動方向影響外，還受長白山地下巖漿放熱作用的影響，這也反映了構(gòu)造運(yùn)動特別是火山活動強(qiáng)烈區(qū)應(yīng)力具有復(fù)雜性.根據(jù)地應(yīng)力測量結(jié)果，在控制火山形成的兩條斷裂中，今后火山活動沿具有張性特征NW向斷裂發(fā)展的可能性比較大.由此可見，地表地應(yīng)力測量的結(jié)果對長白山火山監(jiān)測、大陸動力學(xué)和構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的研究具有重要的意義.

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(本文編輯張正峰)

基金項(xiàng)目國土資源部科技公益性行業(yè)專項(xiàng)(201211095-3)，國家科技支撐計(jì)劃子課題(2012BAK10B03-03)和中國地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(1212011220087)聯(lián)合資助.

作者簡介張春山，男，1964年生，博士，研究員，主要從事地應(yīng)力測量、地質(zhì)災(zāi)害和環(huán)境地質(zhì)研究工作.E-mail:zhangcs401@sina.com

doi:10.6038/cjg20160314 中圖分類號P542

收稿日期2014-02-21，2015-07-31收修定稿

Measurement of present-day stress and analysis of stress state in the Changbaishan mountains of Jilin province

ZHANG Chun-Shan1,2,WU Man-Lu1,2,ZHANG Chong-Yuan1,2,LIAO Chun-Ting1,2,ZHANG Miao1

1Instituteofgeomechanics,Chineseacademyofgeologicalscience,Beijing100081,China2KeyLaboratoryofNeotectonicMovement&Geohazard,M.L.R.，Beijing100081,China

AbstractThis paper presents the values and the directions of present-day stress measured at different sites in the Chnagbaishan Mountains of Jilin Province.In order to understand the current state of stress in the Changbaishan Mountains and meet demand of volcanic monitoring,the in-situ stress measurement was carried in this region.These data may be the first measurement results in the Changbaishan region.The measurement sites were located at different tectonic positions,including Dongqing village of Yongqing town(Antu county),Binghutun village of Songjianghe town (Antu county) and Daqingchuan village of Xianrenqiao town (Fusong county),and the measurement was made at depths from 40 m to 95 m using the method of hydraulic fracturing.The results indicate that the direction of maximum principal stress is mainly NW—NNW in the north of Tianchi and EW in the West of Tianchi.The values of maximum principal stress were between 2.31 and 13.9 MPa,which are high or middle compared with that obtained elsewhere in China.And the values of minimum principal stress were between 1.39 and 7.02 MPa.Based on these results,the state analysis of current stress was carried out for the region of Changbaishan Mountains.The state of present-day stress in this region is very complexity,because it was influenced by regional structure,magmatic movement and the geothermal field of Tianchi.

KeywordsChangbai Shan； Present-day stress； Method of hydraulic fracturing； Measurement results； Analysis of stress state

張春山，吳滿路，張重遠(yuǎn)等.2016.長白山地區(qū)現(xiàn)今地應(yīng)力測量結(jié)果與應(yīng)力狀態(tài)分析.地球物理學(xué)報(bào)，59(3):922-930,doi:10.6038/cjg20160314.

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