渤海及邻区地应力场分析及构造稳定性评价
渤海海域及邻区是中国东部构造活动最为强烈的地区之一,同时也是海、陆油气开发等工程的集中区域。因此,研究渤海及邻区地应力场分布规律,并开展构造稳定性评价,对该区内动力地质灾害预报、评价及海洋工程安全建设都具有重要的实际参考意义。
论文基于较为详实的地球物理资料,结合渤海及邻区地应力实测资料,综合区域动力学背景和基础地质研究的成果,建立渤海及邻区地壳结构模型,并采用有限元技术、最优化理论等对现今地应力场进行研究,得到研究区地应力场空间分布特征,并进行区域构造稳定性的模糊综合评判。主要研究工作及成果如下:
(1)建立研究区深至Moho面的合理三维地壳结构模型。模型包括浅、中、深三层,分别对应从地表至新生界底、中生界至结晶基底、结晶基底以下的地壳层,同时,考虑了主断裂的实际分布及特征。
(2)运用CAE技术建立研究区三维非线性有限元模型,对现今地应力场进行研究。主要从应力场平面展布、垂向变化规律、断裂带对地应力场分布的影响以及地应力场与地震分布关系等方面进行分析,得到地应力场空间分布规律。
浅层最大主应力低值区均位于负向构造单元内,隆起区值较大,等值线圈闭展现的特征与构造单元相关;随着深度的增加,界面等值线形态趋于简单,与构造单元的对应关系迅速弱化;结晶基底以下的界面,最大主应力主要受重力应力的影响,等值线形态单一,相对高值和相对低值差别变小。差应力在浅部梯度较大,随着埋深的增加梯度有所减小。最大主压应力方位在表层以一致性的近东西向为主要特征;由浅至深主压应力轴由水平向垂直过渡,壳底以垂直应力的作用表现突出。在郯庐断裂和张家口-蓬莱断裂带位置,差应力和最大主应力都显示出相对低值和高梯度的特征;断裂附近的主应力方位发生了一定程度的偏转,但幅度较小。研究区的中强地震主要发生在高、低应力值的过渡区,剪应力的高值区或是剪应力的相对高梯度带。整个区域深部水平主压应力轴主体方位为近NW向,与震源机制解结果接近。
(3)采用Hooke-Jeeves优化算法与有限元计算相结合的方法开展研究区地应力场优化反演研究。分别选取表层和2km深度,采用二维面面接触模拟断层,建立二维有限元模型,由实测值与有限元计算值构建误差函数作为优化目标函数,通过Hooke-Jeeves优化算法逐步调整边界载荷参数使误差函数趋于极小值,反演得到的具有绝对值意义的应力场分布,能够较好地与实测数据吻合。
(4)基于层次分析法、综合模糊评判方法等理论,在构造分区的基础上,建立快速有效的构造稳定性综合评判模型,评判结果与采用网格密度为0.25°×0.14°的均匀单元法基本一致,但工作量仅为后者的十六分之一;基于矩阵相似性与差异性思想,引入专家群组评判可信度方法,考虑了专家因知识结构与对问题熟悉程度不同带来的差异性影响,从而得到基于专家群组评判可信度的构造稳定性评价,评判结果更为客观。
地应力场;稳定性评价;区域动力学;地壳结构;模糊综合评判
中国海洋大学
博士
海洋地球物理学
刘保华
2011
中文
P315.727;P736
144
2011-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）