东构造结墨脱关键区域地应力场特征及其构造稳定性分析.pdf

引用格式：张斌，孙尧，马秀敏，等，2023.东构造结墨脱关键区域地应力场特征及其构造稳定性分析 J.地质力学学报，29（3）：388401.DOI：10.12090/j.issn.1006-6616.20232908Citation:ZHANGB，SUNY，MAXM，etal.，2023.Analysisofin-situstressfieldcharacteristicsandtectonicstabilityintheMotuokeyareaoftheeasternHimalayansyntaxisJ.JournalofGeomechanics，29（3）：388401.DOI：10.12090/j.issn.1006-6616.20232908东构造结墨脱关键区域地应力场特征及其构造稳定性分析张斌1,2,3，孙尧1,2,3，马秀敏1,2,3,4，彭华1,2,3，姜景捷1,2,3，毛佳睿1,2,3，张文汇1,5，翟玉栋1ZHANGBin1,2,3，SUNYao1,2,3，MAXiumin1,2,3,4，PENGHua1,2,3，JIANGJingjie1,2,3，MAOJiarui1,2,3，ZHANGWenhui1,5，ZHAIYudong11.中国地质科学院地质力学研究所，北京100081；2.自然资源部北京地壳应力应变野外科学观测研究站，北京100081；3.自然资源部活动构造与地质安全重点实验室，北京100081；4.北京科技大学土木与资源工程学院，北京100083；5.中国地质大学（武汉）工程学院，湖北武汉4300741.Institute of Geomechanics,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100081,China;2.Observation and Research Station of Crustal Stress and Strain in Beijing,Ministry of Natural Resources,Beijing 100081,China;3.Key Laboratory of Active Tectonics and Geological Safety,Ministry of Natural Resources,Beijing 100081,China;4.School of Civil and Resources Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China;5.School of Engineering,China University of Geosciences(Wuhan),Wuhan 430074,Hubei,ChinaAnalysis of in-situ stress field characteristics and tectonic stability in the Motuo key area of theeastern Himalayan syntaxisAbstract:Inordertoobtainthein-situstressfieldcharacteristicsandanalyzetectonicstabilityintheMotuokeyareaoftheeasternHimalayansyntaxis,thein-situstressmeasurementofonein-situstressholeand11testsectionsoftheXirangsectionoftheMotuofaultzonewerecarriedoutbythehydraulicfracturingmethod.Theresultsshowthatthemaximumandminimumhorizontalprincipalstressvalues(SH,Sh)inthetestsectionof61.43121.34mare3.0514.50MPaand2.169.87MPa,respectively,andtheverticalprincipalstressvalues(Sv)are1.633.31MPa,namely,SHShSv.Thein-situstressfieldatthemeasuringpointisdominatedbyhorizontalcompression,andallofthembelongtothein-situstressstateofreversefault.Theprincipalstressvaluesgraduallyincreasewiththeincreaseofdepth,andthedominantdirectionofthemaximumprincipalstressisNEE.Inthewholerangeofin-situstressdepth,thelateralpressurecoefficients(Kav)are1.394.38,themaximumhorizontalstresscoefficients(KHv)aregreaterthan1,andtheratioincreaseswiththeincreaseofdepth.Theregionalstressfieldofthiskeyareaisdominatedbyhorizontalstressanditishighlydirectional.Thehorizontalstresscoefficients(KHh)ofalltestsectionsare1.231.66,whicharesimilartothecalculationresultsofin-situstresscharacteristicparametersinLinzhiTongmaisection.Thehorizontaltectonicstressoftheshallowlevelat98misrelativelysmall,andthestressaccumulationlevelislow.Thefrictioncoefficientrequiredtomaintainfaultstabilityissmallerthan基金项目：中 国 地 质 调 查 局 项 目（DD20230249，DD20221644，DD20230014）；中 国 地 质 科 学 院 地 质 力 学 研 究 所 基 本 科 研 业 务 项 目（DZLXJK202106）ThisresearchisfinanciallysupportedbytheChinaGeologicalSurveyProject(GrantsDD20230249,DD20221644andDD20230014)andtheBasicResearchFundoftheInstituteofGeomechanics,ChineseAcademyofGeologicalSciences(GrantDZLXS202106).第一作者：张斌（1989），男，博士，副研究员，从事工程地震学、地应力测量和监测等方面研究。E-mail:vincent_通讯作者：孙尧（1983），男，博士，助理研究员，从事地震学、地应力测量和监测等方面研究。E-mail:收稿日期：20230228；修回日期：20230418；责任编辑：王婧第29卷第3期地质力学学报Vol.29No.32023年6月JOURNALOFGEOMECHANICSJun.2023thecriticalfrictioncoefficientofactualfault,andthetectonicenvironmentisrelativelystable.Whenthedepthexceeds98m,thefrictioncoefficientrequiredtomaintainfaultstabilityisclosetothecriticalfrictioncoefficientvalueoftheactualfault due to the dominant role of horizontal tectonic stress,and there is a small risk of fault instability slip.ThesuperpositionoftheCoulombstresschangeinthesinistralstrike-slipdirectionandthethrustdirectioncausedbythestrongregionalearthquakesonthefaultplaneoftheMotuofaultzoneinthestudyareaareallnegativenumbers,whichinhibitsfaultslipanddoesnotincreasetheriskoffaultactivityinthestudyarea.Keywords:eastern Himalayan syntaxis；hydraulic fracturing；in-situ stress measurements；in-situ stress fieldcharacteristics；tectonicstability摘 要：为获取东构造结关键构造部位地应力特征、分析其构造稳定性，采用水压致裂法开展了墨脱断裂带西让段 1 个地应力孔、11 个测试段的原位地应力测量工作。结果表明：61.43121.34m 测试段最大、最小水平主应力值（SH、Sh）分别为 3.0514.50MPa 和 2.169.87MPa，垂向主应力值（Sv）为 1.633.31MPa，即 SHShSv；测点处应力场以水平挤压作用为主，均处于逆断层应力状态，且其主应力值随深度增加而逐渐增大，测点的最大水平主应力优势方位为北东东向；在整个地应力测量深度范围内，侧压系数值（Kav）为 1.394.38，最大水平应力系数值（KHv）均大于 1，且比值随深度的增加而增大，该关键部位区域应力场以水平应力为主导，方向性较强，所有测试段水平应力系数值（KHh）为 1.231.66，与林芝通麦段地应力特征参数计算结果基本相似；测点位置 98m 以浅地层水平构造应力作用程度较小，应力积累水平较低，保持断层稳定所需的摩擦系数值小于实际断层的临界摩擦系数值，构造环境相对稳定，超过 98m 深度地层由于水平构造应力起主要作用，保持断层稳定所需的摩擦系数值接近于实际断层的临界摩擦系数值，存在小概率发生断层失稳滑动的风险；区域强震在墨脱断裂带断层面上造成的左旋走滑方向上及逆冲方向上的库仑应力变化值的叠加量均为负值，抑制了断层的滑动，未能增加墨脱关键区域断层活动的危险性。关键词：喜马拉雅东构造结；水压致裂；地应力测量；构造应力场特征；构造稳定性中图分类号：P315.72+7文献标识码：A文章编号：10066616（2023）03038814DOI：10.12090/j.issn.1006-6616.202329080引言喜马拉雅东构造结位于喜马拉雅造山带的东端，其构造格架、地貌与水系均有一个近铅直的转折。该地区是喜马拉雅造山带地壳大规模缩短和构造运动方向发生转变的轴心地区，是喜马拉雅造山带岩石圈变形最为强烈的地区之一，区内地形变化剧烈、地质构造复杂、地震活动频繁、地质灾害频发，是开展陆陆碰撞过程中岩石圈变形模式和构造演化规律等地球动力学研究的天然实验场所（黄臣宇等，2021；王凯悦等，2021）。该地区分布着诸多构造复杂的断裂带，且多为地震构造，主要以北北东北东向和北西西北西向 2 组断裂为主，如北西西北西向的班公错怒江断裂、仲沙断裂、嘉黎断裂、迫龙旁辛断裂、阿帕龙断裂等；北北东北东向的东久米林断裂、雅鲁藏布江断裂、拉孜扎日拿格断裂、墨脱断裂带、喜马拉雅南麓主边界断裂等。中国历史和现代地震目录表明，喜马拉雅东构造结地区发生过大量大震和强震。地震活动具有空间分布不均匀性，大震和强震主要发生在隆起区差异运动强烈地带或地段。历史上发生 MS4.7 地震 100 余次，其中破坏性地震27 次（MS6.0），最大地震为 1950 年察隅 8.6 级地震。构造应力变化和聚集是诱发地震的重要因素之一，构造应力场在一定程度上能反映板块构造运动特征。为了获取东构造结地区构造应力场特征，许多学者开展了构造应力场理论和实测数据研究。许忠淮（2001）根据震源机制解计算了东亚地区的现今构造应力场，认为在喜马拉雅东构造结区域主压应力场以北北东向或北东向为主。徐纪人和赵志新（2006）通过震源机制解分析出东构造结区域地应力优势方位为北东 20北东 40，大多垂直于喜马拉雅山弧。Wan（2010）基于中国地壳应力数据库和哈佛大学矩心矩张量目录，反演了中国现代构造应力场，结果显示东构造结地区最大主应力为水平应力，从西到东主应力方向从北北东向到北东东向转变。Changetal.（2015）以喜马拉雅东构造结及周边地区 GPS 和第四纪断裂滑动速率数据为基础，第3期张斌，等：东构造结墨脱关键区域地应力场特征及其构造稳定性分析389利用曲线网格模型联合模拟出研究区地表连续应变率场，结果显示该区域挤压应力场主要为北北东北东方向。黄艺丹等（2020）从造山机制出发，结合GIS 技术和相关地学理论，对喜马拉雅 3 个地块进行了对比分析，认为喜马拉雅东构造结地区水平应力相对较大，最大主应力方向近北东南西方向。丰成君等（2022）基于震源机制解数据，采用应力张量反演方法，揭示南迦巴瓦地区现今构造应力场最大主应力方向为北东北北东向。综上所述，东构造结地区构造应力场以水平应力为主，最大主应力方向为北东北北东向。近年来，依托西部某铁路建设和重大水电工程规划，部分学者在喜马拉雅东构造结北部区域开展实测地应力相关研究工作。王成虎等（2019）在波密西至林芝段实测地应力数据表明，林芝附近水平最大主应力优势方向为北北东北北西向，东构造结区域水平最大主应力方向由北北西向北西西向转化，并从构造形迹分析波密西林芝段水平最大主应力优势方向为南北北东向。严健等（2019）对拉（萨）林（芝）铁路的桑珠岭隧道和巴玉隧道进行了现场地应力试验及应力场三维反演，结果表明最大水平主应力方向为 NW20NW30，2 个隧道轴线 最 大 水 平 主 应 力 和 垂 向 主 应 力 分 别 为 32.98MPa、35.80MPa 和 22.97MPa、45.77MPa。郭长宝等（2021）获取林芝地区 500m 深孔地应力实测数据，揭示了以水平构造应力为主导的逆断型应力场特征，且最大水平主应力方向近南北北北东向。黄艺丹等（2021）对拉林铁路 13 个地应力测量数据分析表明，地应力结构以逆断型和走滑型为主，最大主应力方向分布于 NW19NE30之间。张重远等（2022）采用水压致裂法在东构造结西侧某铁路林芝通麦段进行了 20 个钻孔原位地应力测量，结果表明实测主应力随埋深的增大而增加，但整体应力积累水平相对偏低，500m 以深发育走滑型应力，水平主应力占主导，实测最大水平主应力(SH)平均方位角为 NE61NE72，构造应力方向受区域构造运动方式控制。综上，东构造结北缘地应力测量与应力场反演结果表明，以水平应力为主，多数处于逆断或走滑应力状态，其最大水平主应力方位由西向东具有一定的转换，即北西向北东东转向。尽管已有研究在喜马拉雅东构造地区获得了一些地应力实测数据，但主要集中于某铁路波密林芝段和拉林铁路工程区，对于新构造活动最为强烈的雅鲁藏布江下游墨脱断裂带地应力实测及其应力场精细化研究几乎为空白。随着国家“十四五”在该地区规划部署重要交通廊道以及清洁能源基地建设，亟需开展该地区地应力测量工作，获取研究区关键部位实测地应力状态，补充完善研究区构造应力场特征，为重大工程规划设计、建设施工提供地应力参数。1研究区概况墨脱地区位于雅鲁藏布江中下游，属东喜马拉雅构造结的一部分。雅鲁藏布江板块结合带从中部弯曲而过，沿着这条构造带，在悠久的地质演化过程中发生过新特提斯洋（雅鲁藏布江洋）的生成、俯冲、闭合和印度板块欧亚板块的陆陆碰撞以及碰撞后陆内汇聚阶段的逆冲、伸展、隆升、走滑、变质、熔融等地质作用，是喜马拉雅山造山带中最引人瞩目的地区之一，也是目前青藏高原上隆升和剥蚀速率最快的地区。因此，以雅鲁藏布江结合带（大致沿雅鲁藏布江及支流桑曲一线）为界，区域内的地壳分为东、西两部分，东部属冈底斯陆块，西部为喜马拉雅陆块。而区域最南部以主边界断裂为界，以南属印度陆块。研究区活动断裂分布众多，全新世活动断裂如墨脱断裂、巴登则断裂、月尔东断裂仍在强烈活动，地震活动频繁。研究区地震活动频繁、活动断裂分布众多，尤其是全新世活动断裂如墨脱断裂、巴登则断裂、月尔东断裂仍在强烈活动。为了获取墨脱地区关键构造部位地应力分布特征，补充完善研究区应力场资料，根据资料收集、遥感解译、地表断裂调查、地球物理探测等技术手段，确定墨脱地区关键构造部位为巴登则断裂和月尔东断裂的交汇地带（图 1），并在该构造部位完成 150m 深的墨脱地应力孔。根据 地 应 力 孔 钻 探 编 录 情 况，地 层 分 为 4 层。016.00m 为河流沉积，主要为砂砾石、卵石、砾、粗砂等；16.0024.00m 为冰碛物；24.0032.00m 为漂砾；32.00150.00m 均为片麻岩，主要由石英、斜长石和黑云母等组成，条带较多，裂隙较发育，倾角为1035。2地应力测量情况目前，地应力测量方法有很多，水压致裂法由于测量设备操作简单、数据处理方便，被认为是获取深部地应力信息最可靠的原位测量方法之一，也390地质力学学报https:/2023是 国 际 岩 石 力 学 学 会 建 议 的 地 应 力 测 量 方 法（HaimsonandCornet,2003；王成虎等，2020；张浩等，2020）。该方法是以弹性力学为基础，利用一对可膨胀的封隔器在选定的测段深度封隔一段钻孔，然后通过泵入流体对试验段（常称压裂段）增压，同时利用数据采集器记录压力随时间的变化。对实测记录曲线进行分析，得到压力特征参数，再根据相应的理论计算公式，可得到测试段处的最大、最小水平主应力值、垂向主应力值和岩石抗拉强度等岩石力学参数。文章在墨脱县背崩乡西让村施工了1 个 150m 深地应力孔（图 1），该孔位于片麻岩地层上，钻孔中岩石较为完整，为开展水压致裂原位地应 力 测 量 提 供 了 良 好 的 地 质 条 件。严 格 遵 循ISRM 建议的测量流程（LeeandHaimson,1989），在该地应力孔完成了 11 段压裂和 2 段印模。从压裂曲线来看，11 个测试段大多数压裂特征明显，其压力时间记录较为标准，破裂压力峰值清晰，各个重张循环可重复性强，具有良好的一致性（图 2）。因此，该测点的地应力测量值较为可信地反映出各测试段的应力状态。3地应力测量结果及其特征分析 3.1地应力测量结果通过整理原位地应力测试资料及数据计算分析，确定了各个测试段破裂压力（Pb）、重张压力（Pr）、瞬时闭合压力（Ps）、孔隙压力（P0）及抗拉强度（T）。根据获得的力学参数及相关力学理论公式，计算出各测段最大水平主压力（SH）、最小水平主压力（Sh）及垂向主应力（Sv）等主应力值（表 1）。其中，垂向主应力值是根据水压致裂理论，由上覆岩层厚度计算得到，计算中土层和岩石容重综合取2.7g/cm3。利用该孔 11 个有效测试段最大水平主应力、最小水平主应力、垂向主应力的散点图（图 3），将主应力测值进行线性回归，得出该测孔 SH、Sh和Sv随深度变化规律（式 1式 3）。SH=0.1612H7.6017 相关系数：0.8241（1）Sh=0.0871H3.2129 相关系数：0.7539（2）Sv=0.0283H0.1307 相关系数：0.9999（3）其中，H钻孔深度（向下为正），单位为 m；主应力单位为 MPa。由表1 和图3 可知，墨脱地应力孔61.43121.34m深度范围内，最大水平主应力值为 3.0514.50MPa，最小水平主应力值为 2.169.87MPa，垂向主应力值为 1.633.31MPa，即 SHShSv，整个测试段深度范围内均处于逆断层地应力状态（RF），表明在该深度范围内实测地应力以水平挤压作用为主，且该孔各地应力孔冲积河床砂砾石层堆积条带状混合岩多雄拉混合岩旁辛蛇绿岩片：由超镁铁岩岩块及基质组成希让变玄武岩岩片：以玄武岩为主，局部见变余枕状构造老虎嘴石英片岩岩片：由中薄层状绢云石英岩和二云石英片岩组成八玉碳酸盐岩块：白色粒状大理岩、含少量透辉岩、镁杆栏石等崩崩弄巴单元：中粒黑云母花岗闪长岩安扎拉单元：中粒斑状黑云母二长花岗岩白母单元：中粒黑云母二长花岗岩右旋走滑断层正断层逆断层图 例2924N2918N2912N2910N9454E9500E9506E9512E9515EDmiopDmiSaDmiDmiDmiSaSaSc月尔东断裂巴登则断裂西让村那儿东村背崩乡西工河巴登则断裂月尔东断裂江新村地东村德尔贡村格林村阿苍村马尼翁村巴登则村易公白村白马西路河汗密村雅鲁藏布江雅鲁藏布江MTDYL-0102.55.0 kmQhalQhalQhalQhalDmiopSaScN1BN1BN1BN1BN1B（）N1A（）N1AN1BN1B泸公河AnZNqaAnZNqaAnZNqaAnZNqaN图1墨脱地应力孔位置的构造与岩性Fig.1Structureandlithologysurroundingtheboreholeforin-situstressmeasurementinMotuo第3期张斌，等：东构造结墨脱关键区域地应力场特征及其构造稳定性分析3916.05.04.03.02.01.00.0压力/MPa25:55.2 26:38.4 27:21.6 28:04.8 28:48.0 29:31.2 30:14.4 30:57.6 31:40.8 32:24.0时间（hh:mm）61.43 m 处压裂曲线7.06.05.04.03.02.01.00.0压力/MPa58:04.859:31.200:57.602:24.003:50.405:16.806:43.2时间（hh:mm）107.53 m 处压裂曲线4.03.02.01.00.0压力/MPa10:33.612:00.013:26.414:52.816:19.217:45.619:12.0时间（hh:mm）70.65 m 处压裂曲线12.010.08.06.04.02.00.0压力/MPa34:04.8 35:31.2 36:57.6 38:24.0 39:50.4 41:16.8 42:43.2 44:09.6时间（hh:mm）112.14 m 处压裂曲线5.04.03.02.01.00.0压力/MPa08:52.8 09:36.0 10:19.2 11:02.4 11:45.6 12:28.813:55.213:12.0时间（hh:mm）78.87 m 处压裂曲线12.010.08.06.04.02.00.0压力/MPa54:14.455:40.857:07.658:33.600:00.001:26.402:52.8时间（hh:mm）116.74 m 处压裂曲线8.06.04.02.00.0压力/MPa43:55.2 44:38.4 45:21.6 46:04.8 46:48.0 47:31.2 48:14.4 48:57.6 49:40.8 50:24.0时间（hh:mm）89.09 m 处压裂曲线16.014.012.010.08.06.04.02.00.0压力/MPa25:55.227:21.628:48.030:14.431:40.833:07.234:33.6时间（hh:mm）118.84 m 处压裂曲线10.08.06.04.02.00.0压力/MPa12:57.614:24.015:50.417:16.818:43.220:09.621:36.0时间（hh:mm）98.31 m 处压裂曲线18.016.014.012.08.04.010.06.02.00.0压力/MPa40:48.042:14.443:40.845:07.246:33.648:00.0时间（hh:mm）102.92 m 处压裂曲线14.012.010.08.06.04.02.00.0压力/MPa34:04.8 35:31.2 36:57.6 38:24.0 39:50.4 41:16.8 42:43.2 44:09.6 45:36.0 47:02.4时间（hh:mm）121.34 m 处压裂曲线图2墨脱地应力孔各测段水压致裂时间压力曲线特征Fig.2CharacteristicsofthetimepressurecurvesbyhydraulicfracturingmethodineachmeasuringsectionoftheMotuoin-situstresshole392地质力学学报https:/2023测试段主应力值有逐渐增大趋势。而 11 个测试段中 70.65m 处测得的最大主应力最小，102.92m 处测得的最大主应力最大，这可能是由局部应力松弛或集中所致。3.2最大水平主应力方向确定利用印模定向法，确定测试段最大水平主应力方向。按照水压致裂应力测量的基本原理，水压致裂产生的破裂面走向就是最大水平主应力的方向。为确定该孔具有代表性的测段主应力方向，通过分析压裂测试曲线，选取 107.53m、121.34m 测试段完成了印模定向。107.53m 测试段的定向结果表明，最 大 水 平 主 应 力 方 位 角 为 NE79.6（图 4a）。121.34m 测段的定向结果表明，最大水平主应力方位角为 NE70.5（图 4b），即最大水平主应力优势方向为北东东向。3.3测区地应力特征分析一般情况下，不仅采用上述参数分析地应力特表1水压致裂地应力测量结果Table1Resultsofhydraulicfracturingin-situstressmeasurement测段深度/m破裂压力Pb/MPa重张压力Pr/MPa瞬时关泵压力Ps/MPa抗拉强度T/MPa孔隙水压力P0/MPa最大水平主应力SH/MPa最小水平主应力Sh/MPa垂向主应力Sv/MPa最大主应力方向61.435.034.482.220.550.604.583.421.6370.652.732.451.470.680.693.052.161.8779.873.853.432.110.420.783.682.892.1289.097.484.612.453.970.883.723.032.3898.318.647.523.863.620.987.544.842.65102.9216.2714.258.843.221.0314.509.872.78107.536.555.412.391.741.088.845.472.91NE79.6112.148.916.354.092.561.1310.066.223.04116.749.816.164.133.651.1810.426.313.18118.8413.466.546.496.921.2011.136.693.24121.3412.078.466.534.011.2312.747.753.31NE70.5注：地应力测量孔静水位为9.60m02468101214主应力/MPa13012011010090807060深度/mSH=0.1612H7.6017Sh=0.0871H3.2129Sv=0.0283H0.1307SHShSv图3主应力随深度变化特征Fig.3Characteristicsofprincipalstressvariationwithdepth090180270N基线裂缝破裂方位 NE 79.6深度 107.53 m基线 35.0破裂方位 NE 70.5深度 121.34 m基线 35.0ab180090180270N基线裂缝180a107.53m 压裂段印模定向；b121.34m 压裂段印模定向图4墨脱地应力孔不同压裂段印模定向Fig.4ImpressionorientationofdifferentfracturedsectionsintheMotuoin-situstresshole(a)Impressionorientationatthe107.53-meterfracturesection;(b)Impressionorientationatthe121.34-meterfracturesection第3期张斌，等：东构造结墨脱关键区域地应力场特征及其构造稳定性分析393征，通常还会采用侧压力系数 Kav、最大水平应力系数 KHv、水平应力系数 KHh（式 4式 6），如表 2 所示。Kav=(SH+Sh)/2Sv（4）KHv=SH/Sv（5）KHh=SH/Sh（6）其中，KHv反映水平向应力作用相对于自重作用的强度，KHh反映水平向差应力作用强度。从表 2可以看出，在 61.43121.34m 测试段，Kav值在 1.394.38 之间变化，显示研究区应力场以水平应力为主导；测孔内所有测段 KHv值均大于 1，且比值随深度增加逐渐增大，在 98m 深度以下均大于 3，反映出研 究 区 原 岩 应 力 状 态 以 水 平 应 力 为 主 导，且 在98m 深度以下水平构造应力起主要作用。测孔内所有测段的 KHh值在 1.231.66 之间变化，未出现较高的 KHh值，与张重远等（2022）获得的林芝通麦段结果基本一致。Kav、KHv、KHh值显示测试钻孔在地应力作用下，岩体破坏或节理面错动倾向于逆冲或走滑。在同一区域应力背景下，地应力大小明显受岩石完整程度、断裂构造的影响而差异较大。同一孔内，较完整孔段的地应力值较高；节理、裂隙发育、岩石破碎孔段的地应力值偏低。表2墨脱地应力孔水压致裂主应力间的变化规律Table2VariationlawofhydraulicfracturingprincipalstressintheMotuoin-situstressholeH/mKavKHhKHv61.432.461.342.8270.651.391.411.6379.871.551.271.7389.091.421.231.5798.312.341.562.85102.924.381.475.21107.532.461.623.04112.142.681.623.31116.742.631.653.28118.842.751.663.44121.343.101.643.854构造稳定性分析地应力钻孔位于墨脱地区关键构造部位，即墨脱断裂带的分支断裂巴登则断裂和月尔东断裂的交汇地带。墨脱断裂带是南迦巴瓦地块东南边界，总体呈北东走向，倾向南东，倾角 6070，全长约180km。该断裂由多条次级断层左行斜列组成，第四纪活动性较强，为以左旋走滑运动为主的全新世活动断裂（谢超等，2016）。4.1地应力与构造稳定性大量研究成果表明，一个地区的断裂活动特征和地震地质情况与该地区的地应力状态具有非常重要的关系（Linetal.,2011,2013；秦向辉等，2014；丰成君等，2017；陈群策等，2019；王斌等，2020）。因此，利用东构造结墨脱关键构造部位的实测地应力数据，探讨该区域地应力状态与构造稳定性的关系。根据库伦摩擦滑动准则，假设断裂面内聚力为零，当断裂面上的剪应力与有效正应力满足式（7）时，该 断 裂 将 沿 某 个 有 利 的 方 位 出 现 滑 动 失 稳（Stocketal.,1985；ZobackandTownend,2001；Zoback,2007；Jaegeretal.,2009）。=(SnP0)（7）式 中，剪 应 力，断 裂 面 的 摩 擦 系 数，Sn断裂面上的正应力，P0孔隙压力。式（7）还可以用有效主应力来表示，对于断层活动性质为走滑的墨脱断裂带，使断层发生走滑错动的最大水平主应力和最小水平主应力分别为 SH和 Sh（式（8）；McGarretal.,1982；ZobackandHickman,1982；Evans and Engelder,1989；Zoback and Healy,1992；Jaegeretal.,2009）。SHP0ShP0=(2+1+)2（8）当式（8）左边的比值大于右边比值时，该断裂可能发生滑动，反之则断裂稳定，换而言之，SH与Sh比值即 KHh值越大，使断层保持稳定所需的摩擦系数值就越大。因此，评价断裂是否稳定与断裂面上实际的摩擦系数值有非常重要的关系。通过式（8）分别计算各个测点在水平主应力作用下可能引起断裂滑动的摩擦系数临界值，研判断层摩擦系数在取值区间为 0.2，1.0 时，绘制出不同的实际摩擦系数值下发生断层失稳滑动的可能性（图 5）。由图 5 可知，所有测试段处发生断层失稳滑动的临界摩擦系数在=0.2 和=0.3 之间，即研究区断层面的实际摩擦系数0.3 时，断层相对稳定。丰成君等（2022）通过反演震源机制解，给出墨脱昌都地区断层临394地质力学学报https:/2023界摩擦系数值为 0.29，大体上大于或等于测试钻孔各个测点在地应力作用下断层保持稳定所需摩擦系数临界值。通过对比可得，研究区内距离地应力孔孔口 98m 以浅地层的地应力积累总体水平较低，未达到断层失稳的极限状态；超过 98m 深度地层由于水平构造应力作用增大，存在小概率发生断层失稳滑动的风险。这里需要说明的是，上述分析并未完全考虑区域邻近断裂产状和理想滑动角之间的差别，而是假定断裂沿着式（8）确定的某个有利方位失稳滑动；此外，实测地应力数值仅为 121.34m以浅的测试结果，深部的地应力特征特别是 KHv、KHh值可能与浅部的实测情况有所不同，即断层保持稳定所需的摩擦系数临界值与浅部存在差异。尽管如此，上述局部地应力数据的断裂稳定性分析，对于墨脱断裂带构造稳定性评价仍具有一定的参考意义。综合上述，研究区墨脱地应力孔地应力测量与断裂稳定性分析结果，可得到以下初步认识：研究区地层在 98m 以浅水平构造应力作用程度较小，应力积累水平较低，保持断层稳定所需的摩擦系数值小于实际断层的临界摩擦系数值，构造环境相对稳定；超过 98m 深度地层受水平构造应力主要作用，保持断层稳定所需的摩擦系数值趋近于实际断层的临界摩擦系数值，存在小概率发生断层失稳滑动的风险。4.2区域地震活动对构造稳定性的影响构造应力变化和聚集是诱发地震的重要因素之一，一定程度上能反映板块构造运动特征。根据IRIS 数据库下载的地震目录，1970 年以来地应力孔所在墨脱关键构造部位半径 40km 范围内发生了33 个M 3.0 地震。其中，M 5.06.0 级地震4 个，M 4.05.0 级 地 震 12 个，M 3.04.0 级 地 震 17 个（图 6）。IRIS 地震目录显示，研究区内强震（M 5.0）发生频度较低，多为 24 级地震，且震源深度较浅，均在30km 以内，特别是地应力孔位置（图 6 黑色三角），近年无强震发生。断裂地应力孔地应力孔半径 40 km 范围2930N2915N2900N2845N2830N9430E9445E9500E9515E9530E0510 15 20 25 30震源深度/km图 例M 34M 45M 56NSEW图6墨脱关键区域活动断裂和 19702013 年 M 3地震空间分布图Fig.6SpatialdistributionofactivefaultsandearthquakeswithM 3from19702013inthekeyareasofMotuo地震所释放的应力一部分会转移到相邻地区，造成这些地区的应力变化并最终触发断层滑动（HarrisandSimpson,1992；Kingetal.,1994）。由于