关于汶川地震发震机制

2008年5月12日汶川8级地震的发震断层是四川龙门山逆冲带的前锋灌县—安县断层,或此断层附近新产生相同产状的断层。发震断层走向NE倾向NW,逆冲兼右行平移。汶川地震的发震机制是印藏陆-陆碰撞后,印度次大陆活塞状嵌入欧亚板块造成青藏高原东部向SEE方向近水平挤压,在龙门山冲断带前锋向东南逆冲到四川盆地,构造应力积累和释放的结果。汶川地震演示了一个青藏高原东缘龙门山隆起的构造模型,即其经由龙门山冲断带的地壳冲断作用和缩短作用而隆升。这与Burchfiel的模型不同,该模型认为龙门山上升是由于韧性下地壳流受到四川盆地高强度地壳阻挡而上涌所致。这两种模型可能各有其适用时间阶段,然而本文的模型是不可或缺的,因汶川地震已显示了它的真实性。     

2008年汶川大地震孕震、同震及震后变形和应力演化全过程的数值模拟

2008年M_S 8.0级汶川大地震发生在具有复杂的地质构造背景、强烈的地表起伏、不均匀的弹性和黏性结构的龙门山断裂带上。由于震前地震活动性不够强烈且地表构造变形较小,龙门山断裂带的地震危险性在汶川地震之前被低估。从数值模拟的角度,建立黏弹性有限元模型,考虑了初始地形、重力、构造加载、黏弹性松弛等因素对2008年汶川大地震的孕震、同震及震后150年变形全过程的影响,定量研究了映秀-北川断裂带的同震及震后变形,分析了弹性层、黏弹性层的应力积累、释放、调整的特点,模拟得到地表同震和震后位移与大地测量资料较为吻合,对汶川大地震的余震分布进行了力学上的解释,模拟得到震前、同震及震后的应力变化有助于深入分析大地震的动力学成因及其对周围区域的地震危险性影响。      

2008年汶川8.0级地震的发震构造:沿龙门山断裂带新生的地壳深部断裂

在区域地质构造研究中,龙门山断裂带也称为龙门山褶皱-冲断带或推覆构造带。许多研究者认为,2008年汶川8级地震的发震构造是这条断裂带或其中央映秀—北川断裂。笔者在深入分析龙门山断裂带的构造演化和岩石圈结构构造特征的基础上,着重探讨8级地震的发震构造,提出不同的认识。龙门山断裂带经历了松潘—甘孜造山带的前陆褶皱-冲断带(T3-J)、造山带(K-E)和青藏高原边缘隆起带(N-Q)3个动力学条件不同的演化阶段,在前两个阶段断裂带递进发展,第三阶段断裂带则被改造。从三维空间看,龙门山断裂带位于松潘—甘孜地块东南缘的上地壳内,并被推覆到扬子陆块上;而松潘—甘孜地块的中—下地壳和岩石圈地幔发生韧性增厚,而且向扬子陆块壳下俯冲,从而使浅、深部构造在垂向上形成"吞噬"扬子地块的"鳄鱼嘴"式结构。虽然在平面上汶川8级地震的主余震分布与映秀—北川断裂一致,但从剖面上看其震源所构成的震源破裂体位于龙门山断裂带之下的扬子陆块内。这种不一致性表明,8级地震的发震构造不是龙门山断裂带,而是扬子陆块内新生的高角度断裂,其走向基本与龙门山断裂带一致。推测这一震源断裂的形成过程是:当松潘—甘孜地块向东南推挤时,其前缘"鳄鱼嘴"构造咬合并错断被吞噬的扬子陆块部分,形成具有右旋逆平移性质的新断裂,导致汶川8级地震的发生。     

四川汶川Ms 8.0级地震的同震位移量

2008年5月12日四川汶川映秀发生了旷世罕见的8.0级大地震.这次震发生在盆地之间的龙门山断裂带,其主震震级之大、余震次数之多令世人震惊.     

四川类前陆盆地须家河组震积岩的发现及其研究意义

四川盆地是扬子地块上的一个多旋回类前陆盆地,盆地边缘长期剧烈的构造活动控制着上三叠统须家河组的沉积作用。通过地表剖面和岩芯观察,首次在该盆地上三叠统须家河组地层中识别出微裂缝、微褶皱层、[JP2]微断层、液化砂岩构造、球—枕构造和角砾岩等典型的软沉积变形构造的地质记录,这些变形构造可能与印支构造运动期的地震活动有关。越靠近断裂带附近,软变形构造呈明显增加的趋势,表明震积岩的分布与龙门山和米仓山—大巴山构造活动有关。因此,研究该盆地须家河组震积岩,对了解控制盆地边界的龙门山和米仓山—大巴山造山带的活动史具有重要意义。     

四川汶川Ms 8.0级地震同震变形特征和分段性

汶川地震发育2条地表破裂带,一条沿中龙门山活动断裂带分布,另一条沿前龙门山活动断裂带分布,前者长超过200km,后者长约80km。同震变形在地表表现为逆冲膝折带,走向N45～60°E,形成公路路面隆起和农田陡坎。逆冲膝折带西北侧抬高,东南侧下降。在剖面上冲断带倾向北西,倾角50～60°。膝折带两侧相对高差沿映秀－北川断裂一般为2.5～3.0m,沿都江堰－汉旺断裂为1.5～1.1m。沿中龙门山活动断裂带,同震变形运动方式具有明显的分段性,映秀－擂鼓镇段,表现为逆冲,走滑现象不明显;北川－青川段既有逆冲又有右旋走滑分量。沿前龙门山活动断裂带,同震变形运动方式主要表现为逆冲,走滑位移和分段性不明显。     

四川汶川5.12大地震同震滑动断层泥的发现及意义

2008年汶川8.0级地震沿龙门山断裂带内的映秀—北川断裂和灌县—安县断裂产生了近300 km的同震地表破裂带。震后地质科学考察发现地表变形以逆冲为主,并伴有右旋走滑。地震地表破裂带大多沿古生代碳质泥岩、页岩和三叠系煤系地层内的滑动面出露地表,这些软弱地层为地震破裂带冲到地表提供了超低摩擦滑动带。我们发现在同震垂直和水平位错达6m左右的地表破裂带,地震的同震滑动发生在厚度约0.5~2cm 的狭窄滑动带内,以发育新鲜的灰色断层泥为特征,这些断层泥是地震断层快速滑动过程中岩石—流体相互作用的结果。     

2013年四川芦山7.0级地震发震构造机理及青衣江上游流域地貌的响应

2013年4月20日发生在四川芦山的7.0级地震位于龙门山断裂带南段,文中通过分析震区青衣江上游流域地貌的构造响应与典型的震灾特征,研究此次地震的发震构造机理。对穿越龙门山断裂带南段的青衣江上游水系地貌特征及流域盆地面积高程积分的分析结果表明：该地区流域地貌发育对龙门山断裂带的新活动具有明显的反馈作用。在芦山地震中,遭受严重破坏的建筑物呈条带状分布,并产生大量次生地表张性地裂缝、串珠状砂土液化等地表破坏现象,其展布方向均与震区中的主断裂和背斜隆起相平行。余震分布表明,芦山地震与本区的双石-大川断裂、新开店断裂和大邑断裂的新活动有关。龙门山断裂带为典型的逆冲推覆构造,具有前展式发育特征,芦山地震的发震构造就具有该特征。综合龙门山南段的地貌响应过程、芦山地震的地表破坏及余震分布特征,认为芦山7.0级地震应为龙门山断裂带持续向SE逆冲扩展、地壳挤压缩短的产物。     

汶川地震（MS 8.0）地表破裂及其同震右旋斜向逆冲作用

2008年5月12日14时28分,青藏高原东缘龙门山地区发生了震惊世界的汶川地震（MS 8.0）,地震不仅造成巨大的人员伤亡和财产损失,并形成了迄今为止空间上分布最为复杂、长度最大的逆冲型同震地表破裂带。通过多次野外考查表明,汶川地震（MS 8.0）在龙门山断裂带上至少使两条NE走向、倾向NW的映秀-北川断裂和灌县-安县断裂同时发生地表破裂,并沿映秀-北川断裂产生的地表破裂带长度约275 km,以逆冲运动伴随右旋走滑为其破裂特征,最大垂直位移量约11 m,最大右旋走滑位移量至少约12 m;沿灌县-安县断裂产生的地表破裂带长度约80 km,表现为纯逆冲运动的破裂特征,最大垂直位移量约4 m;另外发育一条长约6 km呈NW走向连接于映秀-北川破裂带和汉旺破裂带的小鱼洞破裂带,以左旋走滑兼有逆冲运动为特征。地表破裂基本沿袭早先活动断裂带上,并使早先抬高的地貌更加抬高,表明龙门山地区地震在同一断裂带上重复发生过,并且无数次地震活动（包括类似汶川MS 8.0地震的强震）的累积,逐渐形成了现今的龙门山。根据同震断裂面以及断裂面上的擦痕分析表明,汶川地震是由两次破裂事件叠加而成,初期破裂以逆冲运动为主,后期破裂以右旋走滑为主,这种破裂过程与地震波数据反演结果（陈运泰等,2008;Ji, 2008;王为民等,2008）一致。在地表破裂带南段（映秀—清平段）叠加了两次不同性质的破裂过程,北段（北川—南坝段）只反映了第二次破裂事件的过程。利用长期滑移速率与汶川地震同震位移对比,估算出在龙门山断裂带上类似汶川地震（MS 8.0）的强震复发周期为3000~6000 a。通过对比研究,西昆仑山、阿尔金山和东昆仑山与龙门山具有很相似的转换挤压构造特征,斜向逆冲作用是青藏高原周缘山脉快速崛起的主要机制。     

龙门山中段彭灌断裂带汶川Ms8.0地震同震破裂断层识别及其浅、表构造特征

2008年汶川Ms8.0地震在龙门山中段的彭灌断裂带产生的地表破裂,是该地震产生的第二大地表破裂带.综合应用地质、钻井以及二维、三维地震数据,利用横贯前山带的多条人工地震反射剖面,对彭灌断裂带产生同震破裂的断层进行准确识别和解释.研究表明,龙门山中段的彭灌断裂带是一套由3条主要断层和次级广泛发育的断裂组合构成,浅层表现...     

Surface Rupture and Co-seismic Displacement Produced by the Ms 8.0 Wenchuan Earthquake of May 12th, 2008, Sichuan, China： Eastwards Growth of the Qinghai-Tibet Plateau

An earthquake of Ms 8 struck Wenchuan County,western Sichuan,China,on May 12~(th), 2008 and resulted in long surface ruptures (>300 km).The first-hand observations about the surface ruptures produced by the earthquake in the worst-hit areas of Yingxiu,Beichuan and Qingchuan, ascertained that the causative structure of the earthquake was in the central fault zones of the Longmenshan tectonic belt.Average co-seismic vertical displacements along the individual fault of the Yingxiu-Beichuan rupture zone reach 2.5-4m and the cumulative vertical displacements across the central and frontal Longmenshan fault belt is about 5-6 m.The surface rupture strength was reduced from north of Beichuan to Qingchuan County and shows 2-3 m dextral strike-slip component.The Wenchuan thrust-faulting earthquake is a manifestation of eastward growth of the Tibetan Plateau under the action of continuous convergence of the Indian and Eurasian continents.     

粘弹性数值模拟龙门山断裂带应力积累及大震复发周期

2008年5月12日在低地形变速率的龙门山断裂带上突发汶川强震,引发人们对该地震孕震机制的思考。本文根据GPS观测资料确定边界条件,通过三维粘弹性数值模拟探讨了汶川地震的孕震机理,计算了该区域岩石圈的应力增加速率和积累过程,以及汶川地震同震应力变化与震后应力松弛,在此基础上估算了汶川8.0级大地震的复发周期。数值模拟结果表明:印度板块对欧亚板块的推挤造成青藏高原的物质东流,高原中、下地壳物质在龙门山断裂带处遭到相对坚硬的四川盆地的阻挡之后,部分中、下地壳物质在龙门山断裂带下堆积产生应力集中。两个重要因素为应力集中提供了重要控制作用:其一是青藏高原中、下地壳较低的粘滞系数与四川盆地中、下地壳较高的粘滞系数的差异,其二是从青藏高原到四川盆地的Moho面深度在龙门山断裂带的突变。低应变速率的龙门断裂带岩石圈在数千年时间尺度的应力积累过程中,脆性上地壳的应力随时间近乎线性增长,并且上地壳深部的应力增长率超过浅部,6000年内应力积累最大量达到-21.6MPa,应力增长速率为-0.0036MPa/a;而柔性的中、下地壳以及岩石圈上地幔的应力在增长一段时间之后趋于稳定。在空间上,龙门山断裂带受到的压应力从断层西南向北东方向逐渐减小,而剪应力从西南到北东方向逐渐增大,应力状态有利于地震发生时断层的破裂方式从西南的逆冲运动向北东的逆冲兼走滑运动的方式发展。通过应力积累与地震应力降的计算得到汶川8.0级大地震的复发周期约为5400年。     

基于GPS速度场的四川地区1999～2018年应变场特征演化分析

基于1999～2018年GPS水平运动速度场数据,解算并分析了四川“Y”形构造区各周期网格速度场、地壳应变率场,并讨论了近20年尺度的地壳应变场演化过程。研究表明：1）2008年汶川地震前1999～2007期GPS速度场相对稳定,整体“Y”型构造区地壳运动变化不大,但汶川地震后龙门山断裂带发生较大变化,由4.0 mm/a增至10.0 mm/a。2）1999～2007年,整个四川“Y”型构造区应变场演化特征微弱,而汶川地震之后的两个周期,最大剪应变自龙门山山前断裂向西到汶川一带,形成了由高到低、平行于龙门山断裂带走向的高密度梯度带。龙门山断裂带以ES或EES向的主压应变为主,其量值变化范围为 5.0×10^-8 /a～12.0×10^-8 /a;鲜水河断裂由震前主拉应变,改为震后近EW向的主压应变特征。面膨胀结果则显示龙门山断裂带由震前低密度梯度带瞬间变为平行于龙门山断裂带走向的高密度变化区。3）2008年汶川地震和2013年芦山地震是最为重要的时刻分割点。近20年的应变率场变化,更似一个“时间—地壳构造运动”的大轮回,目前四川“Y”型构造区整体处于2008年汶川地震前较为稳定的活动周期。龙门山断裂带仍值得我们做出更为深入的研究。     

量子地震模型:对汶川地震的解释

从大量的地震参数分析可知,在由同一主震引发的所有的余震发生的位置都不同。在发生地震之前,地震的震中位置都是一些相互独立、互不连续且发生了弹性应变的单元个体,笔者称这些独立不连续的弹性应变单元称为应变量子。综合前人研究成果,笔者建立了一个地震模型。运用该模型对2008年5月12日发生在中国汶川地震作了解释:由于在龙门山断裂带周围形成了许多的应变量子,这些应变量子的形成阻碍了龙门山断裂的运动,产生滑移亏损,从而造成在地震前测量到的龙门山断裂带速度场变化很不显著。2008年5月12日14时28分时,在龙门山断裂周围已形成应变量子中的其中一应变量子最先达到它的最大储能,释放它所储存的应变能,引发了汶川Ms8.0地震。此次地震产生的地震波引发了龙门山断裂周围地壳应力的重分布,使得其他应变量子提前达到最大储能,释放出能量,于是触发成千上万次余震。此外,我们或许可以通过观测断裂滑移速率的变化情况来预测断裂周围应变量子的形成,从而来预测该断裂是否存在潜在地震的可能。     

汶川地震断裂带结构特征与龙门山隆升的关系

2008年汶川地震(MW7.9)发生在青藏高原东缘龙门山断裂带上,并沿映秀-北川断裂和灌县-安县断裂分别产生约270km和80km的不同性质的地表破裂带。断裂岩是断裂活动的产物,是断裂带的物质组成,其结构特征记录了断裂活动演化的历史。本文以汶川地震发震断裂映秀-北川断裂带中虹口八角庙地区地表露头和汶川地震科学钻探一号孔(WFSD-1)岩心为主要研究对象,通过详细的野外调研、显微结构及XRD分析等,识别出映秀-北川断裂带由五个次级单元组成,分别为:碎裂岩带、黑色断层泥和角砾岩带、灰色断层角砾岩带、深灰色断层角砾岩带以及断层泥和角砾岩带。断裂岩组合显示映秀-北川断裂带具有多核断裂结构特征。映秀-北川断裂带在地表出露的宽度约为240m,岩心中厚度约为105m,碎裂岩、断层角砾岩、断层泥在地表及岩心中均发育,而假玄武玻璃仅在地表碎裂岩部分出现。汶川地震主滑移带斜切了映秀-北川断裂带,不完全沿袭古地震滑移带,暗示汶川地震断裂带与映秀-北川断裂带可能不是同一个断裂体系。通过断裂岩的研究确定了映秀-北川断裂带存在着摩擦熔融、热增压、动态润滑和机械润滑等多种断裂滑移机制。低温热年代学的研究推断映秀-北川断裂带的形成时代为15～10Ma,自形成以来,映秀-北川断裂带的长期活动控制着龙门山的快速隆升。断裂带五个不同断裂岩组合的内部结构带,可能与龙门山不同的隆升速率期有着一定的联系。     

汶川8.0地震地表破裂平通镇段的变形特征

2008年5月12日14时28分04秒,四川省汶川县发生M_S8.0大地震。发震断裂为龙门山断裂带,地震地表破裂带分布在北川-映秀断裂上的映秀-石坎子段和江油-灌县断裂上的磁峰-睢水段。平武县平通镇地表破裂现象典型,在T1和T2阶地上形成了地震断坎和裂缝。应用高精度GPSRTK技术对平通镇地震断坎及两侧作详细的地形测量,并测量了线性显著的路面中线和鱼塘西边壁。在室内生成高分辨率DEM与大比例尺地形剖面图,量取同震垂直与水平位移,并估算压缩缩短量和断层产状。结果显示汶川8.0级地震在平通镇形成的同震垂直位移为3.0±0.1m,右旋水平位移为4.0±0.2m,压缩缩短量为2.5m,断层产状为NE40°/NW∠50°。平通镇的同震右旋位移与本次地震的最大右旋位移相近,而逆冲垂直位移有所降低。     

汶川M_w 7.9级地震同震断层陡坎类型与级联破裂模型

2008年5月12日,汶川Mw7.9级地震在青藏高原东缘沿龙门山逆冲断裂带中段形成了两条NE向和一条NW向逆冲走滑型地表破裂。依据同震地表陡坎形态特征,将其分为8种类型:逆断层陡坎、上盘垮塌陡坎、挤压推覆陡坎、右旋挤压推覆陡坎、断层相关褶皱陡坎、后冲挤压陡坎、上冲叠覆陡坎和局部正断层陡坎。汶川地震所形成的同震地表破裂主要由以逆冲为主的映秀破裂段和兼具逆冲、右旋走滑的北川破裂段两部分组成,这两个破裂段分别对应于Mw7.8与Mw7.6级地震事件;它们还可进一步细分为分别对应于Mw7.5、Mw7.7、Mw7.0和Mw7.5等4个次级事件的4个次级破裂段。这些次级破裂段的级联破裂可以用来解释为什么汶川地震的持续时间长达110 s。余震震源机制分析结果表明,发震断层的倾角随深度的增加而变缓,且从西南向北东逐渐变陡可以用来解释走滑分量增加的成因。此次大地震还表明,沿青藏高原东缘地形抬高的主要驱动力可能是地壳挤压缩短,而不一定是下地壳物质流动和膨胀引起上地壳的隆升。     

龙门山及邻区断裂分布及地震前后断裂形态差异

利用欧拉方程(欧拉反褶积法)对龙门山地区重力数据进行反演,得到了地震前龙门山及邻区断裂的分布特征及参考深度。汶川地震波及范围广、破坏性大,地震前后发震断裂及周围断裂的形态必然会存在一定差异。笔者布设了一条实测重力剖面来对比地震前后断裂的形态。对比发现,地震后龙门山断裂带的逆冲趋势减弱,映秀—北川断裂与都江堰—江油断裂之间产生了多个破碎带。通过断裂形态的变化探究本次地震的成因,提出了应力面(第二地震面)和多震源的观点。