逆冲型地震地表破裂带宽度与活断层“避让带”的分析研究

综合分析大量汶川地震地表破裂带宽度资料与其它逆冲型断层历史地震地表破裂带宽度数据,采用统计分析方法,计算得出逆冲型活断层“避让带”的有效宽度约为30 m,并给出活断层上盘的避让宽度约20～ 22.5 m,下盘的避让宽度约为7.5～10 m.研究结果可为建筑工程避让逆冲型断层和其他类型断层提供参考依据.     

活断层地震地表破裂“避让带”宽度确定的依据与方法

基于不同类型活断层产生的地震地表破裂带宽度和跨断层探槽地质剖面的地层强变形带宽度等观测事实 ,结合地面建筑设施毁坏带与活断层密切的空间位置关系 ,采用统计分析方法 ,确定了活断层“避让带”宽度为 30m。各活断层更为准确的避让带宽度可通过分析跨断层探槽地质剖面上地层的变形特征加以验证或修订 ;活断层斜列阶区、平行次级断层围限区、走向弯曲区等特殊地域的避让带宽度为这些地域宽度与两外侧各 15m之和。建议有关部门进行活断层“避让带”立法与执法管理 ,并加强活断层鉴定及其地表活动线几何结构形态的准确定位工作 ,积极而有效地减轻地震灾害     

基于高分辨率地形数据的富蕴M8.0地震地表破裂带精细特征

同震地表破裂带的空间展布及形变特征是地球深部断层活动在地表的直观地貌表现,不但记录着地震破裂和断层运动的信息,还反映了区域应力和地壳运动状况.因此,开展震后地震地表破裂带调查对于了解发震断层的构造活动尤为重要.高精度地形观测技术可以获取前所未有的高时空分辨率的地球表面特征,为辨别历史地震地表破裂遗迹、提取地表同震位移、活动构造地质填图等提供高质量数据.文中选取富蕴1931年地震地表破裂带作为研究区,利用SfM(Structural from Motion)摄影测量技术生成分辨率为1 m的数字高程模型(DEM),详细识别地表破裂并测量冲沟的右旋位移.基于地表破裂的几何及构造地貌特征,将富蕴地震地表破裂带由北向南分为S1、S2、S3、S44段,其间以挤压隆起或拉分盆地相连接.沿破裂带共获得194组最新冲沟的右旋水平位移,得到1931年同震位移的平均值为(5.06±0.13)m.同震位移局部缺失或突变的区域与几何阶区的位置也有良好的对应关系.以上结果填补了对富蕴地震地表破裂精细形态研究的空白,也进一步展示高分辨率的地形数据在活动构造研究中良好的应用价值.     

昆仑山地震(M_w7.8)破裂行为、变形局部化特征及其构造内涵讨论

地震地表破裂是地壳弹性应变转化为永久性构造变形的表现形式.2001年昆仑山地震在东昆仑断裂带库赛湖段产生的地表破裂带整体长426km,由西部剪切走滑破裂段、中部张剪切破裂段和东部剪切走滑破裂段等3个相对独立的地表破裂段组成,即昆仑山地震由震级为Mw=6.8,Mw=6.2和Mw≤7.8的3次地震破裂事件组成,其中东段Mw≤7.8级地震为昆仑山地震主震,由4次更次级地震事件组成.野外测量表明,不同段落上单条地表破裂宽度一般介于数米至15m,最大不超过30m;组合地表破裂带的宽度主要取决于几何结构,特别是次级地表破裂带斜列区的宽度,具有变形局部化的基本特征.结合东昆仑断裂带第四纪地质速率与GPS监测应变速率一致性,2001年昆仑山地震地表破裂局部化特征说明,青藏高原北部巴颜喀拉与祁连-柴达木两大块体间的构造变形主要表现为东昆仑断裂带宽度有限的剪切走滑错动,东昆仑山断裂带南北两侧块体具有整体运动特征.地震破裂局部化特征对确定重大工程、居民住宅和生命线工程等免遭走滑断层同震地表错动引起直接破坏的避让带宽度具有十分重要现实意义.     

昆仑山地震（Mw7．8）破裂行为、变形局部化特征及其构造内涵讨论

地震地表破裂是地壳弹性应变转化为永久性构造变形的表现形式．2001年昆仑山地震在东昆仑断裂带库赛湖段产生的地表破裂带整体长426km,由西部剪切走滑破裂段、中部张剪切破裂段和东部剪切走滑破裂段等3个相对独立的地表破裂段组成,即昆仑山地震由震级为Mw=6．8,Mw=6．2和Mw≤7．8的3次地震破裂事件组成,其中东段Mw≤7．8级地震为昆仑山地震主震,由4次更次级地震事件组成．野外测量表明,不同段落上单条地表破裂宽度一般介于数米至15m,最大不超过30m;组合地表破裂带的宽度主要取决于几何结构,特别是次级地表破裂带斜列区的宽度,具有变形局部化的基本特征．结合东昆仑断裂带第四纪地质速率与GPS监测应变速率一致性,2001年昆仑山地震地表破裂局部化特征说明,青藏高原北部巴颜喀拉与祁连．柴达木两大块体间的构造变形主要表现为东昆仑断裂带宽度有限的剪切走滑错动,东昆仑山断裂带南北两侧块体具有整体运动特征．地震破裂局部化特征对确定重大工程、居民住宅和生命线工程等免遭走滑断层同震地表错动引起直接破坏的避让带宽度具有十分重要现实意义．     

走滑断层地震地表破裂带分布影响因素数值模拟研究——以1973年炉霍MS7.6地震为例

地震后在断层两侧的强变形与破裂带是地震灾害最严重的区域.为系统、定量研究同震地表变形带特征及其影响因素,本研究建立了走滑断层的三维有限元模型,分别探讨了断层位错量、断层倾角、错动方式、上覆松散层厚度、沉积层土性等因素的影响规律.模拟结果显示：走滑断层同震地表变形表现为以断层为中心的近似对称单峰分布,强地表变形集中在断层两侧各50 m宽度范围,地表变形量峰值随位错量增加而增大,破裂带宽度也随位错量增加而增大,但增量逐渐减小,并趋于一个渐近值;断层倾角对地表变形与破裂带宽度影响表现为随倾角减小变形量峰值点向上盘小距离偏移;走滑兼正断位错引起的变形量峰值最大,但地表破裂带宽度最小,走滑兼逆断引起的变形量峰值最小,但地表破裂带宽度最大,直立纯走滑断层的两参量都居中;走滑断层地表变形量峰值随上覆松散层厚度增大而减小,但随厚度减小的速率逐渐变小,松散层厚度从5 m增加到20 m时,破裂带宽度随厚度增加而缓慢增加,但自厚度大于20 m时,破裂带宽度开始随厚度增加而逐渐下降;当不同土性覆盖层（粗砂、粉砂、黏土）厚度相同时,地震引起的地表变形量峰值自粗砂、粉砂、黏土逐次增大,当粗砂厚度为60 m以上时,3.6 m的同震水平位错已不能形成地表破裂,而粉砂的厚度为70 m以上,黏土的厚度则为75 m以上.     

汶川8.0级地震地表破裂带宽度调查

根据汶川8.0级地震地表破裂带的实地调查,龙门山断裂带的中央断裂与前山断裂地表破裂带宽度自北向南一般<40m。在Ⅹ—Ⅺ度极震区,沿断裂延伸方向破裂带之上及其两侧,各类房屋建筑无论何种结构均绝大部分倒塌损毁。考虑到逆断层作用引起的"地壳缩短"以及各种不确定性,并结合以往历史强震地表破裂带的宽度统计,提出汶川8.0级地震灾后重建时,极震区地震断层两侧的"避让带"宽度为25m。在"避让带"之内,只能建造高于抗震设防标准的2层以下的建筑物,应明确禁止兴建学校、医院等公共建筑     

高精度无人机航测在2021年玛多7.4级地震地表破裂精细研究中的应用

北京时间2021年5月22日,青海省果洛州玛多县发生M_S7.4地震,震中位于巴颜喀拉地块内部,根据震源机制解和野外地表破裂调查确定发震构造为以左旋走滑运动为主的江错断裂。本研究利用大疆Phantom 4 RTK无人机在震后采集大量地表破裂照片,采用集成SfM（Structure from Motion）算法的PhotoScan软件处理获得高分辨率DEM和正射影像,同时结合野外实地考察对研究区地表破裂的分布特征及断错地貌类型进行详细解译。利用基于MATLAB语言开发的位移测量软件LaDiCaoz,限定玛多地震在研究区产生的左旋走滑位移约为0.4 m。地表破裂精细化解译显示,在左旋右阶阶区发育小规模的挤压鼓包和里德尔共轭剪切破裂,在左旋左阶阶区发育走向为N40°～50°E,宽度达数十厘米的张裂缝带,指示发震构造的左旋走滑性质。本研究为震后基于无人机摄影测量技术快速提取地表破裂的定量参数和进行地表破裂精细化研究提供了可行、高效和科学的技术方法。     

汶川地震白沙河段最大地表水平位移量的成因分析

最大同震位移量是活动构造研究、断层活动特性判定和地震危险性分析的一个重要参数,它关系到地震危险区最大震级、地震复发间隔的确定等定量评估。地震地表破裂的同震位移分布十分复杂,影响因素也多种多样。汶川8.0级地震是一个以逆冲型为主的破裂事件,同震位移多表现为垂直位错,同时也存在右旋走滑位移,这与震源机制解的结果以及破裂面上擦痕所显示的运动方式基本一致。此次地震的最大同震水平位移量为4.5m,附近还有高达5m的垂直位移量。破裂的几何学和运动学分析表明,最大水平位移量可能是逆冲量沿不同方向破裂带分解以及断裂倾角变化的结果     

活动断层避让相关问题的讨论

2008年汶川地震、2010年玉树地震、2014年鲁甸地震等大量震例研究表明,严重的地震灾害损失和人员伤亡主要源于发震断层的同震地表破裂、近断层的强地面运动和地基失效引起的建(构)筑物倒塌。因此,避让活动断层是有效减轻可能遭遇的地震灾害损失的一项重要措施。但如何避让活动断层和避让多少距离能够保证地面建(构)筑物不受活动断层同震错动引起的直接毁坏,一直是国内外学者争论的焦点科学问题。1)首先基于历史地震地表破裂资料,定量分析了活动断层同震地表破裂的局部化特征、同震地表破裂与建(构)筑物的破坏关系,得出了地震地表破裂带及其直接严重地震灾害带宽度的平均统计值约为30m的认识。2)通过1999年集集地震、2008年汶川地震等地表破裂带宽度资料和地震灾害空间分布关系的分析,指出了倾滑断层具有明显的上盘效应,断层上、下盘地表破裂带或严重地震灾害带宽度之比为2︰1至3︰1。3)基于上述分析获得的最新认识,进一步讨论了避让对象、活动断层定位要求、不同类型活动断层最小避让距离、特殊建(构)筑物避让和"抗断"设计理念等问题。最后,呼吁立法机构加强活动断层避让和活动断层探测的立法工作,规范活动断层上及其邻近地段土地利用规划和基础设施建设过程中合理避让活动断层的行为,防患于未然,提高中国防震减灾的基础能力。     

2022年1月8日青海门源MS6.9地震序列、地表破裂特征及其工程效应

2022年1月8日01时45分,青海省海北藏族自治州门源县发生M_S6.9地震。为深入了解此次地震的活动特征,以地震灾害损失调查为基础,结合无人机低空摄影测量以及余震数据分析等多种手段,对硫磺沟内的地表破裂带及交通系统的震害进行了初步调查分析,此次同震地表破裂以左旋走滑变形为主,伴有一定的逆冲分量,最大左旋位移量为3.1 m。地震还造成兰新高铁硫磺沟大桥、大梁隧道遭受严重破坏,主要表现为主梁侧翻滑移,轨道扭曲变形,隧道内部结构出现错位变形等现象。最后,对该地区今后桥梁的抗震设防措施提出建议。     

基于无人机摄影测量技术的地震地表破裂带定量参数提取 ——以1709年中卫南M7½地震为例

本文首先介绍了无人机摄影测量技术获取数字高程模型（digital elevation model,缩写为DEM）和地貌数据（正射影像）的作业流程,对比分析了三种不同质量密集点云生成的DEM在水平位置和高程上的差异;然后以1709年中卫南M7?大地震的主体地表破裂带为例,提取其上地震断层的垂直位错量和水平位移量。研究结果显示:高质量密集点云生成的DEM分辨率可达厘米级,且处理时间不需太长,其水平位置和高程与另外两种质量密集点云生成的DEM差异均小于0.100 m;基于高质量密集点云可生成6.33 cm/pix分辨率的DEM,提取1709年中卫南地震地表破裂带上地震断层的垂直位错量为（0.704±0.293） m,水平位移量为5.1 m,与前人的研究结果相吻合,因此可以代表该地震的同震位移,这表明无人机摄影测量技术能够获取地震地表破裂带典型场点的高分辨率地形地貌数据,并基于生成的DEM可进一步提取地震断层的定量参数。      

2014年新疆于田Ms7.3地震地表破裂带精细填图及其破裂特征

大比例尺地震地表破裂带精细填图是研究强震破裂特征及机理的关键数据,为理解破裂动态过程提供重要的观测约束.青藏高原中西部的强震地表破裂研究因发震地点偏远不易到达而成为薄弱环节.文章利用无人机航拍新技术,详细解译获得了2014年于田Ms7.3地震地表破裂展布图.此次地震在阿尔金断裂西段南硝尔库勒断裂(南段S1)、硝尔库勒断裂(中段S2)以及阿什库勒断裂(北段S3)上分别产生了16、6.9和14.2km的地表破裂.南段平均左旋位错为(52±25)cm,最大为~90cm;北段平均左旋位错为(36±21)cm,最大为~84cm.共统计了5308处裂缝宽度,南段平均宽度为(85±71)cm,最宽可达~700cm;中段平均宽度为(39±21)cm,最宽可达243cm;北段平均宽度为(61±44)cm,最宽可达~340cm.另外,南段平均拉张量为(3.4±2.9)m,最大可达~17m;中段平均拉张量为(4.3±3.6)m,最大为~13m;北段平均拉张量为(1.7±1.6)m,最大为~6m.平均裂缝宽度和拉张量在弯曲和阶区部位均显示衰减的趋势.于田地震和其他全球走滑型地震的地表破裂在弯曲、阶区、断裂分叉等断裂几何复杂部位的宽度大于平直段,表明断裂几何结构对破裂宽度具有明显的控制作用.硝尔库勒与南硝尔库勒断裂锐角相交区域发育的大量裂缝可能指示构造拉张部位对近断裂分布式变形的控制,为地震动态破裂的数值模拟提供了观测约束.于田地震还造成罕见的大量伴生地震震动地表破坏,在地震震动的影响下含水盐层可能触发了缓坡度洪积扇的失稳,形成了密集的滑坡和地堑系.这些分布式变形以及浅表伴生变形是地震破裂扩展过程与断裂几何结构耦合关系的直接响应,并暗示破裂在穿过阶区后可能在阿什库勒断裂上双向扩展.     

隐伏活断层未来地表破裂带宽度与位错量初步研究

采用Okada(1992 )有关地震断层地表位移的计算方法和程序 ,依据《建筑抗震设计规范》(GB 5 0 0 11- 2 0 0 1) ,推导了隐伏活断层突然错动产生地表破裂带的临界值 ,即在相隔 5m的水平上 ,位移差超过 0 1m。初步讨论了隐伏活断层地表破裂带随埋深、倾角、断裂力学性质和断面位错量的变化特点。结果表明 :对于隐伏正断层 ,地表破裂带宽度随覆盖层埋深的增加表现出非线性特点 ,具有从小到大 ,再变小的特点 ;地表破裂带位错量峰值随埋深线性递减。在其他参数不变的情况下 ,隐伏正断层倾角越小 ,地表破裂带越偏向下盘 ,并且 ,地表破裂带的宽度也变小。与隐伏正断层相比 ,隐伏走滑断层地表位移差随埋深衰减更快。随着隐伏活断层断面上位错量的增加 ,地表破裂带宽度会显著变宽 ,位错量也随之增大。这些认识和计算结果为城市规划、各种生命线工程和建 (构 )筑物的跨断层设防 ,提供了可以参考的依据     

工程场地活断层避让距离研究

当代地震学普遍认为,强震和活断层相关,强震的发生往往都伴随着活断层的错动。在合适的条件下,活断层的错动会产生地表破裂,地表破裂往往会对破裂带附近的建筑物造成巨大破坏。因此,如何在工程建设的场址选择中避开活断层是岩土工程界和抗震设计关心的问题。围绕着活断层的避让问题所开展的一系列研究工作是当前工程界和学术界的热点问题。本文以活断层地表破裂场地为研究对象,总结了活断层与地表破裂的关系、研究了地表破裂特征(宽度)、地表破裂与结构震害影响和地表破裂与地震动特征,在总结震害实例和理论分析的基础上,给出了工程场地活断层避让距离的估计方法及方案。主要研究内容包括:(1)分析了活断层与地震的关系、地震与地表破裂的关系。定义了本文地表破裂下的工程活断层判别流程;明确了强震地表破裂的定义及归纳破裂的条件;对工程结构避让地表破裂的重要基础依据——强震地表破裂原地重复性,从特征地震与地表破裂分段等方面进行了典型实例或证据论证;系统总结了地表破裂定位分析的手段及精度方法。(2)分析了地表破裂特征(宽度)。对地表破裂基本特征进行了系统地总结和分析,讨论了地表破裂的机理。系统地总结给出了地表破裂的模式,为地表破裂数值模拟奠定了基础;详细讨论了地表破裂的影响因素,并通过对强震地表破裂带宽度和永久地质变形带宽度的大量统计分析,首次给出了一整套考虑破裂模式、破裂影响因素的地表破裂带宽度的计算公式及示意图。(3)分析了地表破裂与工程结构震害的关系,即活断层工程场地结构的避让距离问题。通过5次典型强震地表破裂展布迹线两侧一定范围内的结构破坏分析,给出了避让距离的建议值;并通过这5次地震破裂迹线上的单体结构震害分析,首次建立了既有结构在地表破裂效应下类似震害的选比案例资料库。为活断层场地新建结构的选址和设计提供了重要参考依据。为考虑地表破裂效应下结构震害的数值模拟提供了基础资料。(4)研究了地表破裂及其地震动场的数值模拟。给出了理论计算分析的计算模型及参数的确定,特别是数值模拟工况中覆盖层较薄、土砂砾石二元结构的土体,多次重复破裂(地震重复周期内再破裂)对地震动的影响及规律。选取了近场脉冲型加速度地震记录和一般记录,分别进行了0.1g、0.2g、0.4g输入下的倾滑、走滑断层地表破裂带附近的各点峰值加速度、反应谱的对比分析,首次给出了基于抗震设计参数分析的活断层避让距离和地表破裂带附近的抗震设计反应谱参数,并对其合理性进行了分析。(5)本文提出了一种可操作,基于工程考虑的符合目前我国实际的避让距离估计方法。通过以地表破裂宽度、破裂长度为指标的确定性分析,和地表破裂可能性、破裂不同距离处结构倒塌密度函数的概率性分析,并结合破裂定位精度成果,给出了一种较系统、全面地能具体划分出避让区域或避让带范围的方法及其判别流程。通过破裂宽度统计公式及宽度理想示意图、结构震害避让距离建议值及单体建筑结构在破裂附近的震害效应分析、脉冲型地震波输入下的破裂带附近峰值加速度及反应谱等地震动响应分析等,经综合比较,给出了合理的避让距离数值。系统地总结了目前国内外较好的避让距离估计方法及其应用,对我国避让距离有关规定进行了补充。     

5·12汶川地震地表破裂基本参数的再论证及其构造内涵分析

地震地表破裂基本参数是反演地震破裂过程的基本约束条件和预测其他活动断层地震危险性不可缺少的物理量.以野外地表破裂带重要观测点全站仪或差分GPS仪实测数据为基础,结合高分辨率遥感资料解译、先存断层陡坎构造地貌标志的识别、以及地形测绘资料的考证等,重新论证了5·12汶川地震地表破裂带展布样式、长度、最大同震位移值等基本参数.结果表明,地震地表破裂带长度可达240 km,最大垂直位移为6.5±0.5 m,最大右旋走滑位移4.9 m,基于倾角向下变缓逆断层模型推测汶川地震在龙门山推覆构造带中段产生了最大~7 m的地壳缩短量,说明青藏高原东缘横向逆断层为将高原内部东向水平运动转换为高原隆升的转换构造,这一研究结果有助于深化认识青藏高原东缘隆升机理.     

基于无人机倾斜航空摄影三维点云测量同震倾滑变形研究

2021年5月22日青海玛多发生M_S7.4地震,震源断层错动在地表形成了长达160 km的同震地表破裂。可靠的地震地表破裂带参数是研究震源断层活动机制和评价地震危险性的重要基础。采用无人机倾斜摄影测量技术可以获得高精度的点云数据并产出DOM和DEM数据。通过跨破裂带的地形测量,获取了玛多M_S7.4地震同震地表变形的垂直位移、水平缩短量和水平拉张量等参数。测量结果显示,玛多M_S7.4地震发震断层在不同破裂段具有不同性质和大小的倾滑分量,其中具有压扭性质的野马滩观测点断层垂直位移为0.69～1.01 m,倾向水平缩短量为0.17～0.41 m,倾滑位移为0.71～1.09 m;具有张扭性质的朗玛加合日段断层垂直位移为0.34～0.54 m,倾向水平拉张量为1.99～2.08 m。     

1936年甘肃康乐6(3/4)级地震地表破裂带调查

结合前人研究结果和野外考察,发现1936年甘肃康乐6(3/4)级地震的地表破裂带长14 km,走向NWW,主要由3小段(西段、中段和东段)呈右阶排列而成。地表破裂主要有地震陡坎、地裂缝等。西段长3.7 km,有新鲜的崩塌堆积;中段长4.4 km,有大规模的基岩崩塌,同震左旋位移和垂直位移分别为2.5 m和0.6 m;东段长约6 km,同震水平位移和垂直位移分别为1.5 m和0.3 m。同震变形以左旋走滑为主,兼具逆冲分量,最大地表垂直位错量(0.6 m)仅为水平位错量(2.5 m)的(1/4)。1936年康乐地震时崩落的岩块上零星生长着最大直径仅20~30 mm的丽石黄衣,部分无地衣生长,此次地震由围子山—大夏河断裂向东扩张所致。     

隐伏正断层错动致地表破裂变形特征的研究

通过建立三维计算模型,对隐伏正断层在均匀错动、倾斜错动和翘倾错动方式下地表土体的应力路径、破裂和变形特征进行了研究。根据地表破裂临界值,分析了工程建设“避让带”的宽度和起始位置的变化特征。根据行业规范,提出工程建设“关注带”的确定方法,分析了“关注带”的宽度和起始位置的变化特征,得到以下主要结论:①在断层错动过程中,位于两侧的地表土体应力路径变化明显不同,下盘一侧和上盘一侧分别以三轴拉伸和三轴压缩为主;②地表强变形带与地表破裂带的分布并不一致,需要综合考虑等效塑性应变和总位移比2个指标来评价同震地表错动对建筑物的影响;③当隐伏断层错动的垂直位移达到3m时,工程建设“避让带”的宽度在10—90m范围内变化,受上覆土体厚度和断层倾角的影响最大,而工程建设“关注带”的宽度在150—400m范围内变化,受上覆土体的性质影响最大。     

结合野外考察的2022年门源MS6.9地震地表破裂带的高分七号影像特征

2022年1月8日,青海省门源县发生了M_S6.9地震。为及时全面了解地震同震地表破裂带的空间分布并准确判定发震构造,文中通过对震后高分七号遥感影像进行解译判读,综合野外考察核实,获得了门源M_S6.9地震同震地表破裂带的展布情况,并识别出多种典型的同震破裂地貌,总结了多种同震地貌的影像特征。结果表明,此次地震产生了2条主要的地表破裂带,呈左阶斜列展布。北支主破裂带分布于冷龙岭断裂西段,长约22km,走向100°N～120°E;南支次级破裂带分布在托莱山断裂东段的局部段上,长约4km,走向为N90°E, 2条破裂带总长约26km;沿破裂带形成了一系列典型左旋走滑同震地貌,如张裂隙、张剪裂隙、挤压脊、挤压鼓包、左旋纹沟、左旋断错路基等;在此基础上,文中还对冷龙岭地区典型左旋地貌的累积位错进行了测量,并与前人的测量结果作对比研究,得到了较为准确的测量结果。文中基于高分影像对断裂沿线典型的断错地貌开展研究,不仅可为高分七号卫星数据的地质应用积累实例,所得结果也可为未来构造地貌研究提供强有力的数据支撑。