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。     

互层胶结土中正断层地震地表破裂位错特征研究

为了解决采用Trimble GX 3D地面激光三维扫描仪分析互层胶结土中正断层地震地表破裂位错特征时,未有效模拟地表垂直和水平位移的基本特征,获取的地表破裂位错特征结果不准确的问题。提出新的互层胶结土中正断层地震地表破裂位错特征研究方法,先构建地震地表弹性位错模型,分析互层胶结土正断层的地表三维断裂特征,得到地表在受到走滑、逆冲和张开错动导致的地表错位变化情况;再通过正断层地震地表破裂离心机试验,获得互层胶结土中正断层地震地表破裂位错特征。试验结果说明,所提方法可有效分析互层胶结土中正断层地震地表破裂位错特征,且破裂点在土体模型中部和中下部的裂缝深度分别为22.4 m和33.4 m,裂缝上的破裂点处于土体模型的中下部时,裂缝的深度越深。     

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.     

隐伏正断层错动引发上覆土体破裂过程的三维数值模拟

通过建立三维数值模型,对隐伏正断层在均匀错动和倾斜错动方式下土体的破裂过程进行研究。利用应力罗德参数和等效塑性应变分别对断层错动过程中上覆土体的应力状态和破坏形式进行分析,并提出土体破裂的判别方法。通过对数值模拟结果的分析得到以下结论:① 在断层错动过程中,下盘一侧受断层错动影响的上覆土体的应力状态经压剪→纯剪→拉剪逐渐变化,而上盘一侧上覆土体的应力状态变化较为复杂,经压剪→纯剪→拉剪→纯剪→压剪重复变化;② 在断层均匀错动过程中,断层下盘一侧土体的破裂率先出现在地表拉剪区内,随错动量的增大,破裂带向两侧、向深部扩展;同时,下盘一侧土体的底部产生破坏,并斜向上扩展,逐渐与顶部破裂相连;③ 在断层倾斜错动过程中,地表破裂出现的位置和上覆土体的厚度有关。对于厚度较大的土体,正断层倾斜错动能够在地表形成与断层走向有一定夹角、且与断层长度相比长度很短的地表破裂或地裂缝,而数值模拟可对正断层错动导致的地表破裂的模式加以补充,为研究地裂缝的形成机理和分布形式提供依据。      

2022年青海门源6.9级地震引起的地表同震位移场研究

中国青海省门源县于2022年1月8日发生6.9级地震。依据该地震震源断层信息设置4种不同的位错分布模式,基于Okada提出的地表位移解析解分别计算4种模式下地表同震位移场,结合现场观测数据,探讨发震断层的滑动形式及其对周边地表产生的影响。结果表明,此次地震发震断裂初步判断主要为冷龙岭断裂西侧延伸至托莱山断裂,以左旋走滑断层为主,断层面上最大位错量达到4 m左右;震中西南侧向NE方向运动,东南侧向SE方向运动,西北侧和东北侧分别向NW以及SW方向运动;震中附近小范围区域产生了超过1.5 m的地表水平位移,破裂带上存在竖向地表位移超过0.5 m的区域;现场监测到局部产生最大约2.1～2.3 m的水平位错,以及部分区段垂直位错量最大达到0.7 m;以震中位置为中心,断层引起的地表位移影响范围达到约30 km×36 km,此范围内产生的地表位移大于0.1m。研究为此次地震的震后恢复工作以及此区域后续的工程设防等提供参考。     

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。      

基于第四代地震区划的跨越发震断层永久位移概率分析方法

本文主要借鉴了Lee(2007)和Youngs(2003)提出的地表永久位移估计方法,联合中国第四代地震区划图的潜在震源区参数,给出了适合中国跨越发震断层永久位移概率分析方法。震害调查表明,近场的结构破坏不仅是地震动引起的,地震地表的破裂或永久位移引起的破坏也占很大比重。应用与概率估计地震动相似的方法,给出不同概率水准的地震地表永久位移,使之服务于穿越地震发震断层管线、桥梁工程的抗震设防,采取有效的抗御永久地表位移措施,减小地震灾害带来的损失。     

云南中甸-大具断裂上新发现的地震地表破裂带

中甸-大具断裂是川滇菱形块体的西南边界,总体走向310°—320°。近年来我们对该断裂进行了1:50000条带状地质填图,发现了断裂活动的地质地貌证据。其中,在丽江大具盆地内（金沙江右岸）沿断裂新发现一处典型地震地表破裂带,长约600m,宽120m左右,主要表现为地表挤压鼓包、挤压垄脊、张裂缝、挤压阶区等,呈NW走向,与中甸-大具断裂走向基本一致。野外工作中,我们详细记录和测量了地表破裂的破裂样式、破裂规模和相关定量数据,利用旋翼无人机测绘了地表破裂带的形态和展布,获得了高精度DEM,分析了地表破裂表现出的运动性质。在已有资料的基础上讨论了地表破裂的形成时代、归属、震级大小,简要分析了其发震断层。新地震地表破裂带的发现为进一步研究中甸-大具断裂活动特征、古地震及地震危险性提供了基础资料。     

隐伏逆断层破裂扩展特征的实验研究及其地震地质意义

通过模拟实验研究了逆断层活动过程中上覆沉积层的破裂扩展特征,采用投影条纹测试方法分析了沉积层表面离面(即垂直)位移场的演化过程。结果表明,在沉积层厚度和断层倾角一定的条件下,基岩中的逆断层逐渐向上扩展,并在沉积层表面围绕基岩断层上断点的投影线形成一个离面位移梯度带(即形变带),基岩断层的位移越大,沉积层中的形变带越宽、变形越强烈;但当断层扩展至沉积层表面后,形变带宽度将保持稳定,只是变形随断层位移增加而更集中。对于同样的基岩断层位移和断层倾角,沉积层厚度越大,受基岩断层控制的形变带越宽,即基岩断层的影响范围越大;当沉积层厚度超过某一临界值时,沉积层中会发育因隆起引起的表面拉张破裂。在沉积层厚度和基岩断层位移量一定的情况下,基岩断层倾角的增加将会使表面形变带的宽度减小,但会使变形破坏程度更强烈。实验结果意味着,临界断层位移、临界沉积层厚度以及断层倾角对于确定隐伏逆断层发震产生的地表变形和破坏特征具有重要意义。文中的研究结果有助于进一步认识汶川MS8.0地震的地表变形特征     

亚像素相位相关法在获取汶川地震近场形变中的应用

震后地表实际破裂带的分布及其近场的形变特征,是理解块体运动学特性、断层破裂特征、地震发生机制等科学问题的十分重要的约束条件。基于InSAR获取的汶川地震同震形变场,由于发震断层附近同震形变梯度巨大,沿断层带出现了非相干条带,以致于无法获得断层附近的形变量。而基于亚像素级的光学影像偏移量法为获取断层附近大形变分布提供了可能。文中以SPOT卫星影像为数据源,采用光学影像偏移量法获得了什邡及茂县地区的水平位移形变场。结果显示龙门山断裂带上至少2条断裂同时发生破裂,形成了主要地表破裂带(龙门山镇-高川破裂带)和次级地表破裂带(汉旺破裂带),沿龙门山镇-高川破裂带平均位移量为4～6m,在高川附近伴随的平均右旋水平位移为1～3m; 汉旺破裂带因逆冲导致水平缩短,平均位移量一般为1～2m。汶川-茂县断裂带没有明显的地表破裂带。研究表明,利用光学影像相位相关法能够获得近断层位错量,可以成为InSAR手段的重要补充。     

The Activity of Liaocheng-Lankao Buried Fault During the Quaternary——An Important Buried Active Fault in the Eastern China Plain

On the basis of locating by the geochemical prospecting,shallow seismic sounding,drilling,geological profiling,and neogeochronological dating,we first found out the dislocation amount along the Liaocheng-Lankao buried fault since the Quaternary and the age of its latest activity phase and determined that the upper break point by the fault dislocation reaches 20m below the surface,The latest activity phase was in the early Holocene and the Fault is a shallow-buried active fault.An average dislocation rate along the fault is 0.12mm/a since the Quaternary.Thus,it is a buried active fault with intermediate to strong movement strength in the eastern china.     

利用断层围陷波研究昆仑山口西8.1级地震破裂面

利用横跨地表破裂带的小点距的地震测线, 对2001年11月14日昆仑山口西8.1级地震进行了断层围陷波的观测实验. 经过数字滤波和频谱分析等技术, 由地震记录图中分离出了断层围陷波. 资料处理结果表明: ① 无论是人工地震震源还是天然地震震源, 只要位于断层带内或紧靠断层带, 均能激发断层围陷波; ② 断层围陷波的能量主要集中于断层带内, 其振幅随测点与断层带距离的增加而急剧衰减; ③ 断层围陷波的优势频率与断层的宽度及断层带内介质的速度有关, 断层带越宽, 或断层带内部介质速度越低, 则观测到的断层围陷波的优势频率越低; ④ 断层围陷波存在着频散现象; ⑤ 根据昆仑山口西地震测线断层围陷波的观测结果, 可推断该处破裂面宽度为300 m左右, 远远大于地表破裂带的宽度.      

Study on rupture zone of the M=8.1 Kunlun Mountain earthquake using fault-zone trapped waves

Introduction The study on deep crustal faults has been one of the most vigorous subjects in seismology. In the past, 3-D deep seismic sounding and 3-D seismic tomography were usually used for this pur-pose. But it is difficult to obtain the fine structures of the faults in deep crust by these methods. Recently, seismologists in the world pay more attention to the fault zone trapped waves. Since the fault-zone trapped waves arise from coherent multiple reflections at two boundaries of the fau…     

Study on rupture zone of the <Emphasis Type="Italic">M</Emphasis>=8.1 Kunlun Mountain earthquake using fault-zone trapped waves

The observation of the fault-zone trapped waves was conducted using a seismic line with dense receivers across surface rupture zone of the M=8.1 Kunlun Mountain earthquake. The fault zone trapped waves were separated from seismograms by numerical filtering and spectral analyzing. The results show that: a) Both explosion and earthquake sources can excite fault-zone trapped waves, as long as they locate in or near the fault zone; b) Most energy of the fault-zone trapped waves concentrates in the fault zone and the amplitudes strongly decay with the distance from observation point to the fault zone; c) Dominant frequencies of the fault-zone trapped waves are related to the width of the fault zone and the velocity of the media in it. The wider the fault zone or the lower the velocity is, the lower the dominant frequencies are; d) For fault zone trapped waves, there exist dispersions; e) Based on the fault zone trapped waves observed in Kunlun Mountain Pass region, the width of the rupture plane is deduced to be about 300 m and is greater than that on the surface.     

2010年青海玉树Ms7.1级地震地表破裂带和形变特征分析

通过对SPOT卫星影像上地表破裂的目视解译,以及对ALOS PALSAR卫星数据进行D-InSAR形变提取和分析,结合地震活动性、震源机制、活动构造等资料,确定了发震断层空间分布、断层性质和同震形变场分布特征.结果显示,玉树地震发生在甘孜-玉树断裂带上,总体走向约为300°,断层近乎直立.根据相干性强弱将Ⅰ区地表破裂划...     

Centrifuge modeling of interaction between reverse faulting and tunnel

In this study, a series of centrifuge tests, modeling reverse fault rupture with 60° dip angle, were conducted in a dry sandy soil with a tunnel embedded in the soil layer. The test results showed that the tunnel and soil responses depended on the tunnel position, soil relative density and tunnel rigidity. Tunnels appeared be able to deviate the fault rupture path, while this deviation may be associated with significant rotation and displacement of the tunnel. However, a deeper tunnel was able to diffuse the shear deformation to a wider zone with an unsmooth surface displacement which may cause severe damage to the surface structures. Finally, the tunnel rotation, the location of the fault outcropping, the vertical displacement of the ground surface, the effect of tunnel rigidity on fault rupture path and surface displacement and the effect of soil relative density on fault–tunnel interaction were reported and discussed in this study.     

龙门山断裂带北段深部结构与反射地震特征

2008年5月12日汶川M_W7.9特大地震发生在龙门山断裂带,龙门山断裂带深部结构的复杂性制约了地震的破裂过程.通过对研究区区域地质、汶川地震前后采集的地震反射剖面等研究,在对龙门山北段汶川地震断裂带的深部结构和反射地震特征进行了分析的基础上,探讨了它对地表破裂过程的制约.研究结果表明,在地震剖面上,断裂带表现为能量破碎、联系性差;频率剖面上显示整体剖面频率在5~45 Hz,断裂带呈现频率低（15~26 Hz）等特征.龙门山北段映秀-北川断裂在10 km以上是一条倾向北西的高角度走滑兼逆冲性质的断裂,倾角50°~70°.它分割了西侧的轿子顶杂岩和东侧的唐王寨推覆体,错断了早期形成的逆冲岩片,从南到北总位移量由大变小.它高角度的几何形态约束了断裂以走滑为主兼逆冲分量的运动性质,降低了地表滑移量,影响了地震破裂过程以及余震沿断裂带两侧分布的特性.     

1812年尼勒克地震断层及最大位移

通过野外考察和地貌变形测量等手段,研究了尼勒克1812年8级地震的地震断层的平面分组特点、活动性质、分段特征,讨论了地震滑塌构造、地震断层与重力滑坡的区别,分析了线性滑坡后壁与地震断层的潜在关系。在正确区分地震断层和滑坡后壁的基础上,确定了地震断层的最大位移。该形变带从吉仁台延伸到乔尔马以东,东西总长124 km,南北最宽处约28 km,地震断层断续展布97 km,最大垂直错距为15 m,水平位移为4 m。     

基于数学建模的潜在地震破裂面源检测方法研究

大多数地震破裂面源检测方法都是通过简化地震震源,将地震震源表示成线源或者点源,无法有效描述地震带地震破裂面源产状和大小,不适用地震震级较大的情况下地震危险性检测。因此提出基于数学建模的潜在地震破裂面源检测方法,在地震震级较大时仍能检测出地震危险性概率。选取适宜的地震基岩水平峰值加速度衰减关系,分析地震震级、破裂长度、破裂宽度相互关系,确定地震引起的潜在地震破裂面源大小,计算给定地震动小于在场点处产生地震动的概率,将该概率同地震动加速度衰减关系结合,得到地震动年超越概率,分析地震危险性。经过实验检测发现,所提方法检测出的年超越概率与峰值加速度、最大震级有关,该概率能精准表示地震带地震破裂面源产状和大小,说明该方法检测地震危险性是合理的。     

2008年汶川地震断层北川段的几何学与运动学特征及地震地质灾害效应

2008年5月12日M_S8.0 汶川大地震的主要发震断层是龙门山断裂带的映秀—北川断裂.本研究通过地震后的实地调查和地震前后高空间分辨率航空与卫星影像的解译,对映秀—北川断裂带北川段（擂鼓镇—曲山镇）同震地表破裂带的几何学与运动学特征及相关地震地质灾害进行了详细分析.研究结果表明5·12汶川大地震沿映秀—北川断裂带产生的地表破裂带正穿过北川县城—曲山镇中心,并在曲山镇周围诱发了一系列大型滑坡和岩崩等地质灾害,致使北川县城遭到毁灭性破坏.野外考察表明北川段最大逆冲量和右旋走滑量都达8~10 m,这也是映秀—北川地表地震破裂带中位移量最大的地段.同时,值得注意的是曲山镇一带正是地震断层几何学和运动学特征改变的转换地带：曲山镇及其南西部断层倾向北西,呈现以逆冲为主兼右旋走滑的特征;在曲山镇北东断层倾向南东,表现为右旋走滑分量与垂直分量相当,走滑活动特征更明显.研究结果还表明,逆冲-走滑型（或斜向逆冲型）同震地表破裂带的几何学和运动学特征直接影响地震地质灾害及其破坏程度,地震地质灾害的分布表现出明显的不对称性：断层NW盘（上盘）远远强于SE盘（下盘）.地震断层的几何学特征与断层运动的应力及坡向的自由面之间相互作用,加强了滑坡、岩崩等地质灾害的破坏力.因此,汶川大地震为我们研究逆冲-走滑型同震地表破裂的几何学、运动学特征及其地震地质灾害效应提供了契机.