基于GPS同震位移场约束反演2008年5.12汶川大地震破裂空间分布

2008年5月12日发生在四川汶川的大地震造成映秀—北川断裂和灌县—江油断裂同时破裂,分别形成了240多公里和70多公里的地表破裂带.本文以GPS观测获得的同震位移场为约束,反演地震破裂的空间分布.反演结果显示映秀—北川主破裂带倾向北西,沿破裂带的走向从南到北倾角逐渐变大,破裂断层的平均宽度在10~18 km左右.破裂断层的错动在南段以逆冲为主,在北段走滑分量逐步加大,右旋走滑成为断层破裂的主要特征.断层破裂最大段落错动量分别达到了7.8 m和7.4 m,恰好对应这次地震中地表破坏最为严重的映秀和北川地区.本次地震释放地震矩6.70×10²⁰N·m,相应矩震级M_w=7.9.     

汶川M_S8.0地震地表破裂带及其发震构造

震后应急野外考察表明,2008年5月12日汶川MS8.0地震在青藏高原东缘龙门山推覆构造带上同时使北川-映秀断裂和灌县-江油断裂两条倾向NW的叠瓦状逆断层发生地表破裂。其中,沿北川-映秀断裂展布的地表破裂带长约240km,以兼有右旋走滑分量的逆断层型破裂为主,最大垂直位移6.2m,最大右旋走滑位移4.9m;沿灌县-江油断裂连续展布的地表破裂带长约72km,最长可达90km,为典型的纯逆断层型地表破裂,最大垂直位移3.5m;另外,在上述两条地表破裂带西部还发育着1条NW向带有逆冲垂直分量、左旋走滑性质的小鱼洞地表破裂带,长约6km。这一地表破裂样式是近期发生的特大地震中结构最复杂的一次逆断层型地表破裂,地表破裂的长度也最长。利用已有的石油地震剖面,结合余震分布和地表破裂带特征等资料构建的三维发震构造模型表明,龙门山推覆构造带现今和第四纪时期以地壳缩短为主,斜滑逆冲型地震表明青藏高原中东部的水平运动在华南地块与巴颜喀拉地块之间的龙门山推覆构造带上转化为地壳的缩短和隆升     

汶川M_S8.0地震地表破裂带

2008年5月12日14时28分4秒,四川省汶川县发生MS8.0大地震。发震断裂为龙门山断裂带中的映秀-北川断裂。该次地震的地表破裂可分成2条,分别出现在龙门山断裂带中的映秀-北川断裂、彭县-灌县断裂上,前者破裂长度约200km,后者破裂长度约80km。本次地震的最大垂直和右旋水平同震位移出现在都江堰市虹口乡附近的映秀-北川断裂上,分别为(5±0.2)m和(4.8±0.2)m。破裂带南段出露的地表断层产状为N32°E/NW∠76°,其上的侧伏角为S75°～80°W,反映了该次地震在南段以逆冲运动为主,兼有少量的右旋走滑分量     

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.     

汶川8级大地震的地表破裂特征及分段

2008年5月12日14时28分,四川省汶川县境内发生MS8.0地震.地表破裂多以跌水、陡坎形态发育在河流沟谷或晚新生代沉积层内,位移明显.山地受崩塌、滑坡影响,位移量较难获得.发震断裂主要有三条,即北川-映秀断裂、彭县-灌县断裂和小鱼洞断裂.北川-映秀断裂地表破裂由南向北活动性质从逆冲为主逐渐转变为走滑为主,长约220 km,平均垂直位移量约3 m,按位移量沿断裂走向的变化可以分为虹口段、北川段和南坝段;彭县-灌县断裂地表破裂以逆冲活动为主,长约82 km,平均垂直位移量约1.5 m,可以划分为白鹿段和汉旺段,断裂断距分布的几何特征与北川-映秀断裂的中南段相近;小鱼洞断裂是一条新生北西走向的次级破裂,长约5.6 km,平均垂直位移量约1.5 m,调节两侧构造单元变形差异,具有捩断层特征,活动以逆(左行)走滑为主,可划分出小鱼洞段和中坝段.姚都镇地表破裂可能说明南坝以北的地震具有不同的活动特征.活动断裂的运动方式反映区域应力场有北西西向挤压特征.     

GPS测定的2008年汶川Ms 8．0级地震的同震位移场

2008年5月12日四川汶川发生Ms8．0级地震,龙门山断裂带的映秀．北川断裂和灌县-江油断裂同时发生破裂,分别形成了240多公里和70多公里长的地表破裂带,最大垂直错距和水平错距分别达到6和4．9m．利用GPS获取的地表形变资料,揭示了大区域、远场同震位移场,发现地壳形变以映秀-北川断裂为中心,两侧发生相向运动和强烈的水平缩短;而且青藏高原东缘的向东运动幅度大于四川盆地向西的运动幅度．5．12汶川大地震还具有右旋走滑分量,GPS定量地揭示了映秀一带南段的右旋水平位移很小,北川县城以北的北段具有明显的右旋位移,但幅度仍然小于水平缩短幅度．垂直同震位移在龙门山断裂带东侧的成都平原以下降为主,断裂上盘只在距断裂很近处观测到了向上的运动,很快又转为下降运动,这种运动图像与高角度逆断裂产生的弹性位移场类似．上述观测事实对于进一步研究岩石圈构造运动、地震动力学特征及判定未来地震趋势等都具有十分重要的意义．     

汶川M_S8.0地震地表破裂带北川以北段的基本特征

对北川-青川间汶川MS8.0地震地表破裂的野外地质调查表明,在这一段内主要存在一条地震地表破裂带,总体沿北川-青川断裂带分布。沿黄家坝、陈家坝、桂溪、平通、南坝、石坎等地的观察显示,该段地表破裂沿走向连续分布,结构单一,破裂长度为60~90km,地表破裂没有到达青川县关庄镇。可观察到的破裂长度在北川北至石坎之间,长62km,走向总体为20°~55°,运动学性质主要为右旋走滑逆冲。地震形成的地表破裂主要表现为垂向上的地表拱曲,指示了深部断层的逆冲性质;在水平运动方向上则主要表现为右旋走滑,不存在左旋走滑分量。地震地表破裂显示的同震垂直位移从西南段黄家坝的3m左右,向东北逐渐降低至南坝、石坎的1.5m左右;右旋水平位移没有明显变化或者略有增加,一般在1.5~2.0m之间。地表破裂特征表明,引起本次汶川MS8.0地震的发震构造是映秀-北川-青川断裂带,该断裂以逆冲运动为主,兼具右旋走滑分量,逆冲方向由NW向SE     

Yabuki&Matsu’ura方法在汶川M_W7.9地震反演中的应用

2008年5月12日,青藏高原东缘龙门山断裂带发生汶川MW7.9地震,该地震使得北川—映秀断裂、灌县—江油断裂发生了同震破裂。本文主要利用震后通过复测获得的GPS同震形变场,采用Yabuki&Matsu’ura反演计算方法和分段平面断层模型,反演了地震同震滑动分布。结果表明:映秀—北川主破裂带的断层错动,在映秀附近以逆冲滑动为主,而在北川以北,其走滑运动明显大于逆冲,这一结果与震后地质调查结果与通过地震波研究获得的断层破裂特征相一致;反演得到的最大滑动量达到9.3m和9.6m,分别对应于这次地震中地表破坏最为严重的北川和映秀地区;由所获得的滑动分布计算的地震矩为8.07×1020 N.m,对应的震级为MW7.9。研究结果初步显示,Yabuki&Matsu’ura反演方法可适用在内陆地震断层反演计算中。     

基于SAR影像偏移量获取汶川地震二维形变场

本文以ALOS卫星PALSAR影像为数据源,采用强度图像偏移量方法获得的整个汶川地震地表二维形变场显示,整个映秀-北川地表破裂带全长约240 km,从西南端的虹口往北东方向一直延伸到青川县附近,在虹口及北川县城所在地为两个形变量最大区域,偏移量可达4~6 m,局部更是达到了6~8 m.在高川乡附近出现一斜列拉分阶区,宽约8~10 km.在映秀-北川断层的地表破裂迹线南侧约12 km处还有一条汉旺-白鹿次级破裂带,从漩口镇一直延伸到秀水镇,长度大约100 km,在白鹿附近形变量较大,可达3~4 m.另外在小鱼洞附近可见一个NW 走向、长宽约10×5 km、形变幅度达3~4 m的连接以上两条破裂带的地表破裂带,性质为逆冲兼具左旋走滑.研究表明,利用SAR影像偏移量法能够获取近场几米量级的大形变量及客观揭示断层破裂迹线的真实形态和分段特征,可以成为野外观测、InSAR等手段的有益补充,综合以上几种观测手段,优势互补,我们可以构建更为真实的断层模型,进而对汶川地震的复杂破裂过程有更深入的了解.     

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.     

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.     

汶川地震震中映秀地区地表破裂特征

汶川8级大震的震中位于映秀镇,地震在映秀地区造成了多处地表破裂,如公路拱曲、地震陡坎,坡中槽新变形等,长度达300余米.经实地全站仪和GPS测量,定量分析了地表破裂的垂直分量与水平分量以及两者之间的比值,以此揭示了映秀-北川断裂的运动性质为逆冲兼右行走滑,在映秀地区逆冲分量大于走滑分量.将本次地震造成的位错数据与震前资料对比,发现汶川地震产生的地表破裂位置与地质历史上映秀-北川断裂造成的断层位错位置是相当吻合的,说明映秀地区Ⅳ级阶地上40余米的的断层陡坎可能是地质历史时期若干次大地震的结果.     

龙门山断裂带重力变化与汶川8.0级地震关系研究

利用成都地区1996~2008年绝对重力和相对重力观测资料获得区域重力场时空动态变化结果,系统分析了龙门山断裂带重力场变化特征及其与汶川8.0级地震的关系.①重力变化与龙门山断裂构造活动存在密切空间联系,重力测量较好地反映了伴随活动断层的物质迁移和构造变形引起的地表重力变化效应.②成都地区重力场动态图像较完整地反映了2008年5月12日汶川8.0级地震孕育、发生过程中出现的流动重力前兆信息.③映秀及北川重力点值时序变化累积量达120×10^-8m·s^-2,较好地反映了汶川地震前映秀和北川两个极震区附近的重力测点随时间的剧烈波动性上升变化.④汶川地震前,龙门山断裂带东侧的四川盆地相对稳定,而较显著的重力变化发生在龙门山断裂带西侧的川西高原上.     

汶川MS8.0级地震InSAR同震形变场观测与研究

利用InSAR技术,采用地震前后日本ALOS/ PALSAR数据,提取了2008年5月12日四川汶川地震7个条带的地表同震形变场.每个形变条带南北向500 km,东西向70 km,7个形变场覆盖了映秀镇、都江堰、茂县、北川、平武和青川.结果显示,此次地震地表破裂带在北川—映秀断裂带上.地表破裂带从汶川县映秀镇西南震中附近一直到青川县苏河北侧,全长约为230 km.发震断层西北盘为抬升盘,南东盘断层附近,仍然表现为隆起区,显示出以逆冲为主的断层性质.在汶川县映秀镇西侧震中区,最大相对卫星视线向形变量达260 cm,如果全部换算成垂直形变,则两个区域的垂直相对形变达3.3 m.从北川至平通一带,卫星视线向形变范围在120～180 cm的隆起带.其中,擂鼓镇隆起形变范围170～180 cm,换算成垂直形变约在2.2～2.3 m之间.在青川苏河北附近,有70～80 cm范围的隆起形变.在雅安、峨眉山一带,以及射洪至重庆北侧一带有大范围沉降区.在重庆及其南侧区域有幅度在20～30 cm小范围隆起.由青川向东至广元、宁强一带,有形变幅度在60～70 cm的隆起区.整个形变场影响范围较大,四川盆地出现了不同程度的地表形变.     

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.     

基于InSAR同震形变场反演汶川M_w7.9地震断层滑动分布

通过综合分析2008年5月12日汶川地震野外地震地质考察的地表破裂带空间分布及分段资料,结合InSAR干涉形变场资料,构建了五段断层儿何结构模型,该模型与野外地震地质考察结果在多数分段上基本一致;基于此五段断层模型,运用敏感性迭代拟合算法反演了汶川地震InSAR同震形变场,获得了断层滑动分布及部分震源参数.结果表明,基于余震精定他获得的地震断层倾角模型模拟的同震形变场与InSAR形变场吻合较好,且残差较小;反演的滑动分布主要集中于地下0～20 km,最大滑动量分别位于北川及青川等地区,最大可达到10 m;沿SW-NE走向,断层面的滑动方向主要以右旋兼逆冲形式为主,在汶川及都江堰地区以强烈的逆冲为主兼有一定右旋走滑分量,在北川及映秀地区以逆冲兼右旋运动为主,在平武及青川等地区则逐渐过渡为以右旋运动为主兼有一定的逆冲分量,其中汶川地区的平均滑动角为97°,北川地区的平均滑动角为119°,青川地区平均滑动角为138°.反演矩张量为7.7×10~(20)N·m,矩震级达M_w7.9.     

西秦岭北缘断裂带黄香沟段晚第四纪水平位移特征及其微地貌响应

西秦岭北缘断裂带是青藏高原东北部一条左旋走滑为主的活动断裂带,其在黄香沟一段活动性较强,活动现象典型。对沿断裂带分布的地貌、地质体等晚第四纪位移量的研究表明,在黄香沟一带,断裂晚更新世晚期以来的水平位移量最大为40~60m;最小为6~8m,可能是一次滑动事件的特征位错量。断裂带上的位移具有分组特征,各组位移值之间具有6~8m的稳定增量。位移值的分组性和增量特征反映了该段断裂具有特征地震的活动特征,而7组位错值则反映了断裂7次特征活动事件。关于黄香沟一带与断裂相关的微地貌分析,也获得了大致相对应的事件次数。并由此初步推测,晚更新世晚期以来,该断裂带有过多次强烈活动,活动期次明显     

汶川8.0级地震北川县城震害原因分析

汶川MS8.0地震中,处于映秀—北川断裂带上的北川县城区地震烈度达Ⅺ度。地震断层活动在地表形成了3条破裂带,城区地表破裂带占总面积的比例超过6.5%,使建筑物遭受严重破坏,并引发了滑坡与崩塌灾害,加剧了震害损失。各种成灾机制之间存在相互耦合现象,不良地质现象发育是导致北川县城区震害程度极为严重的主要原因。     

汶川Ms8.0地震前InSAR垂直形变场变化特征研究

利用D-InSAR技术,选用汶川地震前日本ALOS/PALSAR数据,提取了汶川地震前4个条带的形变场,形变场覆盖了映秀镇、茂县、北川县、平武和青川县.结果显示,汶川地震前形变场沿断层呈“凸”状对称形变分布特征,沿发震断层附近出现隆起形变,而远离发震断层两盘均出现下沉,且随着远离断层距离的增加,沉降幅度逐步增加.在断层两侧附近的平武、北川、安县、江油一带出现了大面积形变隆起,幅度为5～10 cm,且断层西侧抬升范围大于东侧.在映秀镇和汶川地震震中附近,沿断层两侧呈现出小范围斑块状隆起,范围在10～15 cm.该隆起区域与汶川震中位置和破裂最强烈段落基本一致.在远离断层的两盘区域出现沉降,绵阳至成都一带沉降范围在0～ -10 cm之间,松潘至文县一带沉降范围在-5～ -10 cm之间.研究表明对于处于闭锁阶段的逆冲断层,震前的垂直变形可能是其主要变形特征.虽然获得的震前形变变化可能存在5 cm的DEM和对流层大气延迟造成的误差,但这种震前垂直形变场变化趋势仍然存在,可能为地震监测预报提供科学依据.