近地表倾角和无地表破裂前期逆冲地震对汶川MS8.0地震逆冲滑动量随深度分布形态的影响

逆冲滑动是汶川地震的初始和主要震源过程,其破裂滑动量随断层深度的分布形态与多数板内逆冲强震不一致.本文用摩压比值来表征断层沿线的局部破裂危险程度,通过数值实验讨论了底部破裂源、近地表倾角和无地表破裂的前期地震等对铲形逆冲断层的破裂危险分布和破裂滑动分布的影响.有限元数值模拟结果显示,在巴颜喀拉块体对龙门山断裂带的高强度挤压下,上陡下缓近地表陡倾角的铲形断层形态使得汶川发震断层近地表对逆冲破裂和滑动有一定的阻碍作用;破裂滑动量集中于发震断层中部的前期逆冲地震是造成汶川M_S8.0地震逆冲滑动分布异于板内逆冲强震滑动分布现象的一个可行解释.     

铲形逆冲断层地震破裂动力学模型及其在汶川地震研究中的启示

2008年发生了汶川地震的龙门山断层带是典型的铲形逆冲断层带.利用二维线弹性有限元模型,得到关于铲形逆冲断层带一些具普适性的认识:(1)如果断层带强度不随深度变化,则地震从断层带转换层附近开始发动,破裂沿断层向上传播,当地震蓄积能量足够大时,破裂可以冲破到地表,如汶川地震.(2)一旦到达地表,其最大同震位错将位于断层带...     

汶川地震震前与同震断层滑移的比较分析

本文利用GPS观测的1999-2007年汶川震前3期地表变形数据和2008年汶川同震地表变形数据,结合地震位错理论,通过高斯变换和坐标旋转建立断层模型,运用遗传算法,反演了龙门山断裂带断层震前3期和同震滑动参数。结果表明龙门山断层震前3期平均走滑位移为-5.39mm,倾向位移为2.66mm,与同震断层滑移相比较,发现震前断层的滑移趋势与同震断层滑移一致,均为逆冲兼右旋的挤压运动。比较震前3期逆冲方向的滑移量,发现逆冲滑移有加速的现象。并根据震前和同震的断层滑动量估算了汶川地震复发周期。     

根据GPS和水准资料反演2008年汶川地震同震破裂模型

通过分析2008年汶川8.0级地震前后的GPS观测资料和1983～2010年的精密水准观测资料,得到地表同震位移场。结合野外地质调查,反演了汶川地震同震断层几何模型和断层面上滑动分布。反演结果表明:北川—映秀断裂是一个铲形断层,长度为180km,地表倾角为62°,随指数函数形式逐渐变缓,深度18km,断层面滑动以逆冲为主;青川断裂长为120km,倾角为58°,断层面上走滑分量由南向北逐渐增加;灌县—江油断裂为纯逆冲断层,长度为80km,倾角35°。整个断层模型中最大错动量达到7.6m,对应破坏最严重的北川地区。本次地震释放的地震矩为7.62×1020N·m,相应矩震级为MW7.9。反演所得模型对于近场的水准观测资料和GPS观测资料拟合很好。     

龙门山断层地震周期及其动力学过程模拟研究

在断层面上引入速率-状态相依摩擦本构关系、考虑铲形逆冲断层几何结构特征、断层下盘和上盘中下地壳及上地幔为黏弹性介质、上盘上地壳为弹塑性介质,本文用二维有限元动力学模型模拟了龙门山断层上大震准周期复发行为、分析了断层上地震孕育位置、地震周期不同阶段的应力/应变场演化特征.不同于近垂直走滑断层上的地震周期行为,大陆铲形逆冲断层上的构造应力的积累和释放过程更复杂、有其独特性.我们得到如下认识：（1）铲形逆冲断层上的地震复发是准周期行为.（2）龙门山断层最大库仑应力位于断层17~20 km深处,应力长期积累和同震释放都在此深度最大,说明地震会在此处孕育、发动.（3）在断层破裂的深部和浅部,同震滑动大小和构造应力释放大小并非同步,而是差异悬殊.（4）地震仅部分释放区域积累的应变能,断层上盘上地壳顶部和底部的褶皱、破裂等永久变形形式也是释放应变能的重要形式.（5）应变能密度增量的演化图像分为：震间、同震、震后期,清晰反应了龙门山断层附近的地震动力学过程.（6）地震发生除释放能量外,同时也对近断层的中地壳和断层底部有很大的应变能加载;这些加载,在震后期可能通过震后滑移、余震或中下地壳乃至上地幔的驰豫形变用几十年时间释放.以上对大陆内铲形逆冲断层上变形特征的了解,有助于我们在其地震周期行为中评估地震危险性.     

2008年汶川地震中断坡-滑脱断层破裂: 龙门山挤压隆升的大地测量证据

青藏高原东缘龙门山构造隆升一直存在挤压造山模式和下地壳层流模式之争.下地壳层流模型认为,龙门山隆升与水平缩短关系不大,山前断层只是高原、盆地间差异性垂直运动的结果,高原之下无需挤压模式中的大规模水平滑脱层.本文利用近场密集的同震形变数据,约束汶川地震破裂几何特征及同震滑动分布.反演结果显示汶川地震撕裂龙门山中南段近水平滑脱层, 宽度达到60～80 km,释放能量约占总标量地震矩的12%,在16～21 km深度出现两三个滑动量高达6～7 m的破裂区.深部低角度破裂往上转为高角度逆冲,沿龙门山中央断裂以约55°倾角出露地表.汶川地震破裂的几何产状和滑移幅度表明龙门山冲断带发育大规模的近水平滑脱层,是青藏高原东缘地壳缩短增厚、龙门山挤压隆升的重要证据.     

断层横向构造在逆冲型地震破裂中的作用——以汶川地震小鱼洞断层为例

大地震破裂大多由横向构造(如阶区、弯曲和分叉)所分割的多个段落组成.2008年5·12汶川地震破裂沿北东走向上穿过了多个横向构造部位,特别在震中北东45 km的位置,小鱼洞断层、北川断层和彭灌断层三者之间呈现复杂的断裂切割相交关系.复杂断层几何结构对破裂的扩展是有抑制还是促进的作用？在相交的断裂段之间是否存在最优的破裂顺序？本文以库仑应力分析为手段,探讨在汶川同震破裂初始30 s内,破裂在多分支断裂中选择扩展路径时的可能应力相互作用.库仑应力分析显示:如果北川断层先发生破裂,其滑动对小鱼洞断层和彭灌断层均产生强烈负应力的抑制作用,而彭灌断层的滑动却反而对小鱼洞断层和北川断层浅部有强烈正应力的促进作用.因此,从准静态应力分析角度,彭灌断层先于北川断层发生破裂的可能性较大,这一破裂顺序与小鱼洞断层参与同震破裂过程的事实相符.此外,小鱼洞断层在链接北川和彭灌断层的同震位移中可能起到桥梁作用,但非静态应力的影响.横向构造在逆冲型地震破裂扩展过程中起到的牵引作用使得逆冲型地震破裂能够比走滑型地震跨越更宽的阶区.横向构造是逆冲断裂带内广泛发育的构成单元,因此在地震危险性分析的最大潜在震级测算中应该考虑其作用.     

汶川Ms8．0级地震断层滑动机制研究

汶川Ms8.0级地震的发震构造为龙门山断裂带,地震地表破裂主要分布在其中的北川-映秀断裂和江油-灌县断裂上,尤其是沿前者发育了长达240 km左右的地表破裂带.通过对龙门山断裂带震后断层擦痕的测量,得到311条断层擦痕数据,利用由断层滑动资料反演构造应力张量的计算方法,得到研究区8个测点的构造应力张量数据,并获得了研究区构造应力场特征:区域现代构造应力场以近水平挤压为主,最大主应力方向(σ1)为76°～121°,平均倾角9°,应力结构以逆断型为主.受构造应力场及断层几何特征的影响,地表破裂呈现出分段性:映秀-北川段主要以NW盘逆冲为主,垂直位移明显;北川以北段为逆冲兼走滑,水平位移量与垂直位移量基本相当,或水平位移略大.     

汶川MS8.0级地震断层滑动机制研究

汶川M_S8.0级地震的发震构造为龙门山断裂带,地震地表破裂主要分布在其中的北川－映秀断裂和江油－灌县断裂上,尤其是沿前者发育了长达240 km左右的地表破裂带.通过对龙门山断裂带震后断层擦痕的测量,得到311条断层擦痕数据,利用由断层滑动资料反演构造应力张量的计算方法,得到研究区8个测点的构造应力张量数据,并获得了研究区构造应力场特征：区域现代构造应力场以近水平挤压为主,最大主应力方向（σ1）为76°～121°,平均倾角9°,应力结构以逆断型为主.受构造应力场及断层几何特征的影响,地表破裂呈现出分段性：映秀—北川段主要以NW盘逆冲为主,垂直位移明显;北川以北段为逆冲兼走滑,水平位移量与垂直位移量基本相当,或水平位移略大.     

地表破裂型逆断层地表缩短量计算方法探讨——以汶川M_S 8.0地震地表变形为例

合理估计逆断层地表破裂缩短量是全面认识同震地表变形参数的核心内容,目前还没有较成熟的方法。以汶川MS8.0地震地表破裂为例,尝试通过探槽开挖来研究逆断层水平缩短量的计算问题。在分析汶川地震同震变形的基础上,总结了3种陡坎的成因模式:断层断错地表型、挠曲型、断层与挠曲叠加型,并依据这些模型提出了一些水平缩短量的计算方法及其限制条件,以及如何理解逆断层地表破裂探槽开挖所揭示的信息。最后给出了汶川MS8.0地震白鹿中心学校和汉旺全新村两地点水平缩短量的求解过程及结论,计算得到白鹿中心学校探槽水平缩短量为(2.83±0.3)m,汉旺全新村探槽水平缩短量为(0.61±0.11)m     

芦山地震断层的滑动分布与汶川地震断层的关系

本文利用2013年芦山M_S7.0级地震同震GPS数据反演了芦山断层几何与断层滑动分布,结果表明:芦山地震发震断层具有南陡北缓、上陡下缓的特征,低倾角的区域位于发震断层北段且靠近映秀断层的一侧;滑动分布模型的最大滑动量为0.82m,其深度为13.67km与小震发生集中平均深度12.5km接近.我们选取1998—2014年龙门山断裂带区域地壳形变观测数据,拟合获得了龙门山断裂带走向方向上的速度分量,发现在汶川M_S8.0地震与芦山M_S7.0地震之间宽度约30km破裂空区,龙门山断裂带西南段与东北段的形变分量以破裂空区为界方向相反.断裂带东北段(汶川地震主要发震断层)的形变分量方向与断层右旋走滑运动方向一致,而在断裂带西南段(芦山地震发震断层)的形变分量方向与断层左旋走滑运动方向一致.芦山地震走滑方向与汶川地震走滑方向相反是因为该断裂带构造运动在特有几何构造下受青藏高原东南向挤压,遇龙门山中段岩石圈楔状构造的阻挡,在汶川M_S8.0地震与芦山M_S7.0地震间的地震空区,形成了构造运动向其两侧分流的结果.     

2020年1月19日新疆伽师县MS6.4级地震InSAR同震形变场与断层滑动分布反演

利用欧空局Sentinel-1A SAR数据,重建了2020年1月19日新疆伽师县MS6.4地震InSAR同震形变场.以升降轨InSAR形变场联合约束,反演了发震断层参数与同震滑动分布.结果 表明,地震同震形变场(长轴走向近EW向)发生在柯坪塔格褶皱带与奥兹格尔它乌褶皱带之间的区域内,升降轨观测的视线向(LOS)形变量相同,反映出发震断层运动性质是以逆冲为主,最大LOS向形变量约7 cm,干涉形变场呈现非对称性分布.断层模型反演结果显示,破裂区域长度为24 km,宽8 km,集中于地下深度4～6km范围内,同震最大滑动量约0.34 m,平均滑动角85°,矩震级为MW6.0,北倾(倾角15°)逆冲推覆运动主导着断层破裂,兼具少量走滑运动分量.从发震断层模型、同震滑动深度分布及破裂运动学特征推测,这次伽师地震的发震构造是柯坪塔格褶皱带山前出露的柯坪塔格逆断裂,且支持柯坪塔格地区的薄皮构造模型.     

中国大陆古地震研究的关键技术与案例解析(2)——汶川地震地表变形特征与褶皱逆断层古地震识别

汶川MS8.0地震是近代少有的大陆褶皱逆断层型巨大地震,其地表破裂带是研究和解剖褶皱逆断层地表同震变形样式,并以此探讨古地震遗迹的不可多得的现实案例。在整理和分析汶川地震地表破裂带地质地貌调查资料的基础上,选择可能仅记录1次事件的平通、邓家(北川-映秀断裂)和九龙(江油-灌县断裂)等地为例,分析同震变形的特点和类型,并结合映秀、桂溪等地的古地震研究成果,讨论褶皱逆断层型古地震识别的技术要点。结果显示:地表变形主要包括逆断层直接位错、折曲位错变形和弯曲褶皱变形等类型;崩积楔、断层与地层切盖关系是分析断错地表型古地震事件的可行依据,而折曲位错变形型和弯曲褶皱变形型古地震识别则强调在上盘是否存在侵蚀不整合面,下盘是否存在生长地层,以及标志地层在断层两盘位差的突然增减;断层陡坎高度的倍数关系在一定程度上与古地震次数相关,但不能简单地用同震位移量除以陡坎高度的方法确定古地震期次;对于低角度逆断层的古地震识别,薄长状崩积楔、断层与堆积地层的切错关系和不同标志地层在断层两侧的累积位差的突变是重要的标志。识别古地震应因地制宜、思考多种因素的影响、用多种证据相互印证。     

龙门山高倾角逆断层结构与孕震机制

针对汶川8.0级地震的主破裂面是否以陡立倾角延伸至地壳深部的争议,我们的研究旨在明确发震断层形态随深度分布的二维结构特征, 即断层的倾角及相应段落的深度, 并在此基础上分析发震断层的孕震和发震机理. 利用子空间置信域非线性反演方法, 通过拟合近场的同震水准变形, 获得了分别对应于清平-北川和南坝-青川发震断层的二维弹性位错模型. 结果显示, 此次龙门山中央断裂带的发震断层系统存在明显的南北分区特征. 以北川-南坝为过渡带, 北川以南至清平的发震构造为二元结构, 包括两部分:一是浅部高倾角的逆断层, 倾角在70°~80°以上, 底部深度可达10~15 km, 同震位错主要发生在10 km以上深度, 平均位错超过6 m;二是深部缓倾角的逆断层, 反演得其倾角约25°, 底部可达30 km深度, 位错主要分布于断层的顶部和底部, 平均位错约4 m. 南坝以北的发震断层为单一结构的逆断层, 倾角约60°~70°, 逆断层位错分布于10 km深度以上, 平均位错小于2 m.余震分布和主震震源机制也支持清平以南发震断层为二元结构的推论. 有限元模拟显示,在二元结构的逆断层系统中, 通过提高断层面上正的库仑应力, 深部缓倾角的逆断层活动对浅部高倾角逆断层有明显的促震作用. 模拟还显示地壳缩短不是现今松潘地块地表垂直变形的主要原因, 垂直变形更可能反映了青藏高原东缘相对四川盆地的差异抬升. 对高倾角逆断层的库仑应力作用显示, 差异抬升对龙门山逆断层活动有重要的促进作用.     

2008年汶川地震中破裂的近平行倾斜断层

研究了2008年汶川地震期间一条复杂断层系的运动学破裂。我们假定为Hao等（2009）使用干涉合成孔径雷达（InSAR）数据计算的滑动分布,尝试拟合两个近断层台站记录的地震图,其中一个台站位于两个近平行倾斜断层之间。正演数值模拟结果显示,2008年汶川地震期间,两个近平行倾斜的断层同震地产生了破裂。这一结果为逆断层地震的动态断层相互作用提供了约束,与自由表面不影响破裂分支的分支走滑断层不同。     

汶川8.0级特大地震的断裂特性与强地面运动的关系

2008年汶川8级地震的发震构造是高角度铲形逆冲断层,伴随这种类型地震的远近场强地面运动在中国是第1次被记录到。综合汶川地震发震构造、破裂过程和强地面运动峰值加速度的资料,探讨高角度铲形逆冲断裂作用与强地面运动的关系。结果显示,龙门山断裂带内强地面运动峰值加速度明显大于断裂带外的台站,前者可达后者的2倍多。同时,该地震强地面运动具有很大的垂直分量,近断层垂直分量大于水平分量。结合远场资料,发现龙门山断裂带上盘峰值加速度垂直分量总体上大于下盘,上盘垂直分量的衰减比下盘慢。不考虑远场的高值异常,水平分量似乎也存在上盘效应,但目前无证据表明这些异常应该被剔除。另外,远场地面运动特征显示,相对于反方向,沿同震断层扩展方向(NNE)的峰值加速度水平分量衰减较慢,垂直分量的这种方向效应不明显。考虑到汶川地震破裂浅、断面陡和以垂直形变为主这3个显著的同震构造特性,近场和远场地面运动记录反映出位错类型和台站的实际断层距的控制作用。正因为汶川地震高角度铲形逆冲断裂结构的特殊性,导致其地面运动与普通逆断型地震强地面运动的同震效应在某些分量上相同,其他分量存在差异。     

联合GNSS和InSAR观测位移反演2008年汶川大地震断层位错模型参数

利用现代空间大地测量技术,尤其是卫星合成孔径雷达干涉测量,能够获取高精度、高空间分辨率的同震和孕震形变,为地震断层形变和破裂机制研究提供了前所未有的机遇。本文介绍了利用大地测量观测数据反演地震断层位错模型参数的贝叶斯反演方法。联合运用2008汶川大地震前后GNSS和InSAR技术观测获得的同震位移,反演了地震断层的几何参数和滑动位错分布。研究结果表明,汶川地震的断层滑动主要集中在倾角较陡的浅部,同时包含逆冲和右旋走滑,其中最大逆冲6.1m,最大右旋6.5m。根据断层滑动分布正演计算得到的上盘同震位移明显小于下盘,预示该断层两侧孕震形变可能存在较大的不对称性。     

四川汶川8.0级地震震源过程

2008年5月12日在青藏高原与四川盆地交界的龙门山山脉发生了M_s8.0级强烈地震,引发山体滑坡等地质灾害,造成了巨大的人员伤亡和经济损失.本文利用远场体波波形记录结合近场同震位移数据,根据地质资料和地震形成的地表破裂轨迹,构造了一个双“铲状”有限地震断层模型,利用反演技术重建地震的破裂过程.结果显示汶川大地震主要是沿龙门山构造带的映秀-北川断裂和灌县-江油断裂发生的逆冲兼右旋走滑破裂事件.断层面上的滑动分布显示两个高滑动区先后发生在地震破坏最为严重的映秀和北川地区,最大滑动量高达1200～1250 cm,且破裂过程也显示一定的复杂性.地震破裂的平均走滑量略大于平均倾滑量,与多种观测资料获得的震前龙门山断裂带构造变形相一致,推断是由于长期区域应力场作用和龙门山地区特殊的物质组成和结构孕育了这次千年尺度的强烈地震.     

汶川地震小鱼洞破裂带与北川地区地表变形构造探讨

2008年5月12日发生汶川MS8.0地震,青藏高原东缘的龙门山推覆构造带上三条断层同时发生运动,分别为后山断裂(汶川-茂县断裂)、中央断裂(北川-映秀断裂)、及前山断裂(灌县-江油断裂)。震后调查数据显示,这三条倾向西北的覆瓦状逆断层中,中央断裂的地表破裂最为剧烈,前山断裂次之,后山断裂的地表破裂极小不易查觉。中央断裂的地表破裂带长约240km,以兼有右移分量的逆断层破裂为主,最大垂直位移6.2m,最大右移量4.9m;前山断裂的地表破裂带长约72km(或称90km),是典型的纯逆冲断层所造成,最大垂直位移达3.5m。此外,在中央与前山断裂之间还发育了一条长约6km,兼具逆冲与左移性质的小鱼洞破裂带。伴随汶川地震发育的地表破裂,是近年发生大地震中总破裂长度最长,破裂形式也较复杂的,各破裂带之间的几何与运动关系有许多值得深入探讨的问题。     

汶川MS8.0地震逆冲滑动沿断层深度的分布特征及其数值模拟解释

汶川MS8.0地震逆冲滑动量沿断层深度的分布有明显的特点,可以分解成三个破裂的滑动量叠加：深度18 km附近的底部破裂滑动、深度11 km附近的中部破裂滑动和两个局部破裂以外的主体滑动。扣除局部破裂滑动量后,沿断层走向从映秀到南坝近200 km范围内,逆冲滑动量沿断层深度的分布形态是一致的。基于滑动反演几何模型的有限元模拟显示,汶川地震逆冲滑动分布的整体性特征可能源自于断层浅部构造及巴彦喀拉块体SE向挤压强度沿断层走向上的一致性。