汶川地震的发生对周围断层稳定性影响的数值模拟

大地震发生后, 研究地震的发生对周围断层的影响尤为重要.利用川西-藏东地区三维粘弹性有限元模型,考虑地表高程和粘弹性松弛等因素的影响,研究主要断裂带库仑应力累积速率和汶川地震的发生对周围断层的影响.结果表明:(1)龙门山断裂带年累积速率为0.28×10-3~0.35×10-3 MPa/a,这种较小的累积速率与龙门山断裂带强震较长复发间隔一致;(2)汶川地震的发生除造成震源区应力减小外, 还造成断裂带北东段不同程度的应力增加, 这与震后余震的分布基本吻合;(3)鲜水河断裂北西段、东昆仑、龙日坝、岷江以及虎牙断裂库仑应力水平增加显著,且汶川地震对于玉树地震的发生有微弱的加载效应;(4)汶川地震的发生造成鲜水河断裂带强震复发间隔缩短约52~104 a,是值得关注的强震危险区.      

2019年6月17日四川长宁6.0级地震震后应力演化与余震关系

2019年6月17日四川长宁县发生6.0级地震,该次地震余震活动频度高、强度大,其中超过5.0级的强余震就有4次,具有不同于以往6.0级地震的独特特征.余震活动与震后区域应力变化密切相关,为研究它们之间的关系,考虑区域主要活动构造、地表起伏和深部反演结果,建立长宁地区岩石圈三维黏弹性有限元模型.采用数值方法重建基本符合研究区GPS观测和最大水平主压应力方向测量结果的现今构造背景应力场.进而依次模拟了长宁6.0级地震和5.0级以上强余震序列.通过计算库仑破裂应力变化研究了震后应力演化与余震分布,以及主震和5.0级强余震序列之间的关系.研究表明,长宁6.0级地震的发生可能与区域内非构造加载因素有关,余震活动明显受震后区域应力变化的控制.长宁地震后,于滩-长宁背斜在10 km深度应力得到充分释放,库仑破裂应力明显减小;而在3 km深度库仑破裂应力明显增加,应力水平仍然较高.      

芦山地震的发生对周围断层影响的数值模拟

芦山地震发生后,地震的发生造成周围断层应力变化值得关注。本文基于川滇地区的三维非线性有限元模型,利用芦山地震同震静态滑移量结果,分析地震的发生对川滇地区主要断裂的同震加卸载效应。初步结果表明,芦山地震的发生造成龙门山断裂中南段、岷江断裂、马尔康断裂、鲜水河断裂北西段、大凉山断裂南段、小江断裂南段不同程度的应力增加。其中龙门山断裂中南段增加最为显著,最大库仑应力增加量达0.035 MPa;岷江断裂次之,最大达0.0075 MPa;马尔康断裂增加量达0.0031 MPa;鲜水河断裂北西段达0.0008 MPa。而从断裂带同震应变积累与释放方面分析的结果同样表明上述四条断裂地震危险性增强。该结果可以为川滇地区地震危险性分析提供一定的参考依据。     

2011年3月24日缅甸7.2级地震对云南地区的影响研究

利用2011年1—6月云南地区的连续波形资料,采用背景噪声和波形互相关方法分别反演该地区的速度结构以及2011年3月24日缅甸7.2级地震前后60d的速度变化图像。同时,根据云南地区中小地震计算缅甸地震前后应变能释放响应比空间分布,并利用缅甸地震的震源参数,计算了缅甸地震对云南地区主要断裂产生的库仑破裂应力影响。结果显示:(1)禄劝至华坪一带、永定至泸水区域和通海至建水地区震后波速增加,同时该地区地震活动增强,相应断裂上库仑破裂应力增加,说明缅甸地震对这些区域具有加速构造活动的正影响;(2)小江断裂带以东马龙至宣威地区和南汀河断裂带以南临沧至景洪地区震后波速降低,地震活动减弱,断裂上库仑破裂应力降低,说明缅甸地震对该区域具有减缓构造活动的负影响。     

2011年3月24日缅甸7.2级地震对云南地区的影响研究

利用2011年1-6月云南地区的连续波形资料,采用背景噪声和波形互相关方法分别反演该地区的速度结构以及2011年3月24日缅甸7.2级地震前后60 d的速度变化图像。同时,根据云南地区中小地震计算缅甸地震前后应变能释放响应比空间分布,并利用缅甸地震的震源参数,计算了缅甸地震对云南地区主要断裂产生的库仑破裂应力影响。结果显示：(1) 禄劝至华坪一带、永定至泸水区域和通海至建水地区震后波速增加,同时该地区地震活动增强,相应断裂上库仑破裂应力增加,说明缅甸地震对这些区域具有加速构造活动的正影响;(2) 小江断裂带以东马龙至宣威地区和南汀河断裂带以南临沧至景洪地区震后波速降低,地震活动减弱,断裂上库仑破裂应力降低,说明缅甸地震对该区域具有减缓构造活动的负影响。     

探讨紫坪铺水库在汶川地震发生中的作用

汶川MS8.0级地震位于紫坪铺水库库尾附近。2002年紫坪铺水库开始截流,2005年10月正式开始蓄水后,库区先后发生不少小震群。2006—2008年迅速增多的水磨震群与主震相距不足5km。因此,紫坪铺水库蓄水在汶川地震发生中的作用成为一个被广泛关注的热点问题,从断层的库仑应力变化出发有过很多讨论。文中以汶川MS8.0级地震前的紫坪铺水库地震台网数据为基础,通过分析龙门山断裂带以及库区小震的时空演化,研究水库附近流体压力扩散过程,得到以下认识:(1)紫坪铺水库所在区域存在一系列北东向展布的断裂,水库位于碳酸盐岩地层上,存在渗漏的地质背景。伴随水位波动升高,回水逐渐向西南淹没,地震分布范围也逐渐由大坝向南西扩展,二者关系密切。根据地震随时间的分布,分析了水压力的扩散过程,拟合得到水压力的宏观扩散系数为0.7m2/s。该扩散系数较好地勾画了紫坪铺水库蓄水和地震活动过程。扩散过程既与河流纵断面形态关系密切,也与地下流体孔隙压力扩散、水位变化有关。(2)紫坪铺水库蓄水前龙门山断裂带汶川段已处于高应力状态,库区正好位于汶川段西南区的闭锁部位。蓄水后龙门山断裂带有过三次地震增强和地震活动范围沿断裂扩展的过程,均发生在水位升高后。已有实验结果表明,在亚失稳应力状态下断层在失稳前的活动存在协同化过程。其作用是降低断层上弱部位的强度和扩大弱部位的总长度以提高断层协同化程度,从而增加断层强部位的应力。研究认为,3次高水位后地震活动的增强正反映了在强区域构造应力背景下库水渗透到部分闭锁断层段并使之弱化引起的连锁反应。汶川地震发生在高区域应力和水体的共同作用下,多次高水位起了弱化断层闭锁段的作用,使断层上协同化程度达到临界水平,在强部位的应力作用下造成了较长断层段的快速失稳错动。此项研究为进一步分析紫坪铺水库蓄水在汶川地震发生中的作用提供了新的事实和论据。     

松潘—甘孜地区百年地震构造和现今动力学

研究区位于青藏高原的东北隅(96°～107°E,30°～35°N)。基于该地区长度大于2km的4 781条1∶20万数字化实测断裂、1900年以来的5 220条数字地震记录,以及野外地质观测数据,识别出993条不同属性的地震断层,构建了该地区百年地震构造格局。1970年以来十年期地震断层跃迁图像表明,自20世纪80年代中期白马—虎牙强烈震群爆发之后,地震活动在沿各主要走滑断层带自西(北西)向东(南东)迁移的同时,逐渐向中部贡玛—达曲断裂带和南部鲜水河断裂带的东南段集中。地震活动的断裂构造联系主要表现为挤压剪切转换机制和典型的楔顶效应。研究区165个GPS速度矢量展现了与3个地块和以鲜水河断裂带为主的速度域、速度梯度带和速度扰动区。跨研究区南缘鲜水河断裂带的位移速率因贡玛—达曲断裂带汇聚而达到了6.5～8.6mm/a,而跨北缘东昆仑断裂带的位移速度只有1.8～2.2mm/a。因鲜水河断裂走向在其中南段发生向南的急剧偏转,垂直断层面的位移矢量分量不断增强,形成了汶川8.0级地震成核及NE向单边破裂的动力学条件。     

鄂尔多斯块体周缘地区近期地震活动性与汶川地震应力触发作用的关系

采用β统计对汶川地震前后鄂尔多斯块体周缘地区的地震活动率进行了空间扫描分析,并采用JiChen的震源破裂模型计算了汶川地震产生的库仑破裂应力变化,以研究鄂尔多斯块体周缘地区近期地震活动性与汶川地震应力触发作用的关系。结果发现,鄂尔多斯块体西南缘弧形断裂束的南东段与南缘渭河盆地的地震活动率在汶川地震后提高显著,其他区域的地震活动率没有明显提高,库仑破裂应力计算得到两个区域的应力变化范围分别为0.005～0.02 MPa和0.001～0.01 MPa,表明汶川地震有可能触发了这两个区域的地震活动。鄂尔多斯块体东缘的山西断陷带处于库仑破裂应力计算的应力增加区,应力变化范围为0～0.012 MPa,2009年3月以来发生的4次ML4.5～5.2级强有感至微破坏地震有可能被汶川地震所延迟触发。b值、地震能量释放率与空间相关距离SCL等地震活动性参数随时间变化扫描结果显示,该区域可能处于不断趋近高应力累积的状态,其未来大震有可能提前发生。西缘地区为应力减小区,其目前的地震活动处于正常水平状态。     

从同震和震后形变分析1668年M8.5级郯城地震对周边地震活动性的影响

以山东郯城1668年大地震为例,以前人地表地质调查结果为约束,利用弹性位错理论初步获取了该地震的同震破裂模型;在此基础上,基于粘弹性分层模型分析了该地震的同震和震后形变,同时以主震断层为接收断层计算了库仑应力分布,进一步讨论了地幔不同粘滞性系数对地表形变和库仑应力变化的影响。计算结果显示,该地震是一个右旋走滑为主兼有一定逆冲性质的地震,其同震位移巨大,能量释放较彻底;同震破裂造成震中郯城县西北、东北和南部部分断层库仑应力增加,而震后形变使得这些断层库仑应力进一步增加,在单县、宿迁和日照等地,地震后350 a库仑应力变化量达到+1bar-+1MPa量级;地幔粘滞性系数不同,形变量和库仑应力变化达到稳定的时间不同,但最终趋于稳定的数值基本一致。     

汶川地震后龙门山断裂带活动特征

利用地震后2009 ～ 2011年GPS监测数据,获得了龙门山断裂带所在地区2009～2010年、2010～2011年以及2009～2011年GPS测站运动速度场,分析了区域地壳运动总体趋势及形变特征;通过分析龙门山断裂带北段、中段、南段横切剖面的测站运动速度变化,探讨了汶川地震后龙门山断裂带运动特征.分析表明:汶川地震前后,地壳运动总体趋势未变,作顺时旋转;断裂带西侧GPS测站运动速度变大,东侧运动速度变小;龙门山断裂带的断裂性质地震前后都为右旋走滑挤压,断裂带运动速率受汶川地震影响较大,震后运动速率较震前有显著的增加.龙门山断裂带震后各段次级断裂活动不同,中南段以前山断裂运动为主,其它各段以后山断裂运动为主.地震后龙门山断裂带表现出的运动特征主要与地震活动有关.受汶川地震的影响,区域动力学、运动学平衡被打破,龙门山断裂带东侧震后初期弹性回返,表现为低速反向运动.龙门山断裂带西侧震后松弛为拉张区,运动速度加大.地震对断裂带的影响不同,导致断裂带各段及次级断裂表现出不同的运动特征.     

Seismogenic Tectonics and Dynamics of the 2011 Ms5.9 Yingjiang Earthquake in Yunnan,China

In the southern South–North Seismic Zone, China, seismic activity in the Yingjiang area of western Yunnan increased from December 2010, and eventually a destructive earthquake of Ms5.9 occurred near Yingjiang town on 10 March 2011. The focal mechanism and hypocenter location of the mainshock suggest that the Dayingjiang Fault was the site of the mainshock rupture. However, most of foreshocks and all aftershocks recorded by a portable seismic array located close to the mainshock occurred along the N–S-striking Sudian Fault, indicating that this fault had an important influence on these shocks. Coulomb stress calculations show that three strong(magnitude ≥5.0) earthquakes that occurred in the study region in 2008 increased the coulomb stress along the plane parallel to the Dayingjiang Fault. This supports the Dayingjiang Fault, and not the Sudian Fault, as the seismogenic fault of the 2011 Ms5.9 Yingjiang earthquake. The strong earthquakes in 2008 also increased the Coulomb stress at depths of ≤5 km along the entire Sudian Fault, and by doing so increased the shallow seismic activity along the fault. This explains why the foreshocks and aftershocks of the 2011 Yingjiang earthquake were located mostly on the Sudian Fault where it cuts the shallow crust. The earthquakes at the intersection of the Sudian and Dayingjiang faults are distributed mainly along a belt that dips to the southeast at ~40°, suggesting that the Dayingjiang Fault in the mainshock area also dips to the southeast at ~40°.     

汶川特大地震后成都盆地内隐伏断层活动性分析

成都盆地内主要有3条隐伏的活动断裂带,包括大邑断裂带、蒲江-新津断裂带和龙泉山断裂带,它们在第四纪都表现出了一定的活动性."512"汶川特大地震后,笔者实地考察的结果表明,在汶川特大地震中成都盆地中的隐伏断裂没有产生新的活动性,目前成都盆地不存在发生特大地震的危险性,是安全的.     

汶川M_s 8.0级地震断层间相互作用及其对起始破裂段的启示

汶川地震在地表形成了北东向与北西向两个方向的地表破裂带,余震分布也清晰地显示沿着小鱼洞断裂存在一条北西向小震密集条带。为了研究北西向小鱼洞断裂在汶川地震破裂过程中的作用,在已有的地表破裂数据和认识的基础上,结合汶川地震前小震资料和余震资料,完善了汶川地震震源构造模型。分别计算了以北川—映秀断裂西南的虹口段(BY1)与小鱼洞断裂作为初始破裂段所产生的库仑静应力变化量(ΔCFS)分布图像。结果显示,以北川—映秀断裂虹口段(BY1)做为起始破裂段,虽然小鱼洞断裂西北段(XYD2)的局部地段处于应力触发区,但在出现地表破裂的小鱼洞断裂东南段(XYD1)却处于1.5 bar的应力抑制区,同时随着北川—映秀断裂向北东方向的进一步破裂,小鱼洞断裂仍处于应力抑制区,并且范围有所扩大。如果这样,在汶川地震过程中,小鱼洞断裂应该是稳定的,不可能产生地表破裂带及小震密集条带;以小鱼洞断裂作为起始破裂段,北川—映秀断裂BY1段的大部分区段处于1.0～1.5 bar的应力触发区,不但如此,小鱼洞断裂对彭灌断裂也有触发作用。基于以上结果,认为汶川地震破裂过程是以北西向小鱼洞断裂为起始破裂段,该断裂的破裂触发了北川—映秀断裂和彭灌断裂,并导致北川—映秀断裂向北东方向发生级联破裂。     

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。     

The large aftershocks triggered by the 2011 Mw 9.0 Tohoku-Oki earthquake,Japan

The Mw 9.0 Tohoku-Oki earthquake that occurred off the Pacific coast of Japan on March 11, 2011, was followed by thousands of aftershocks, both near the plate interface and in the crust of inland eastern Japan. In this paper, we report on two large, shallow crustal earthquakes that occurred near the Ibaraki-Fukushima prefecture border, where the background seismicity was low prior to the 2011 Tohoku-Oki earthquake. Using densely spaced geodetic observations (GPS and InSAR datasets), we found that two large aftershocks in the Iwaki and Kita-Ibarake regions (hereafter referred to as the Iwaki earthquake and the Kita-Ibarake earthquake) produced 2.1 m and 0.44 m of motion in the line-of-sight (LOS), respectively. The azimuth-offset method was used to obtain the preliminary location of the fault traces. The InSAR-based maximum offset and trace of the faults that produced the Iwaki earthquake are consistent with field observations. The fault location and geometry of these two earthquakes are constrained by a rectangular dislocation model in a multilayered elastic half-space, which indicates that the maximum slips for the two earthquakes are 3.28 m and 0.98 m, respectively. The Coulomb stress changes were calculated for the faults following the 2011 Mw 9.0 Tohoku-Oki earthquake based on the modeled slip along the fault planes. The resulting Coulomb stress changes indicate that the stresses on the faults increased by up to 1.1 MPa and 0.7 MPa in the Iwaki and Kita-Ibarake regions, respectively, suggesting that the Tohoku-Oki earthquake triggered the two aftershocks, supporting the results of seismic tomography.     

科学认识大地震

笔者从汶川大地震的成因出发,根据地震序列的类型、发生大地震的时间尺度和都江堰-江油断裂带对地震波的消减,以及成都平原特殊的地壳结构,认为发生大地震或大余震对成都平原的影响有限。在大地震后,随着地壳应力场的改变,可能在成都平原引发小地震,应加强对熊坡活动断裂等的监测,以及附近房地产等工程建设的管理,提高民众的防震意识。地震宏观前兆异常并不是都很明显。单一动物的异常行为,如蟾蜍或青蛙迁徙,不能构成预测地震的依据。大地震诱因是很复杂的,现阶段的科学技术还不能准确预测地震。     

Analysis of the Wenchuan Ms8.0 Earthquake’s Co-seismic Stress and Displacement Change by Using the Finite Element Method

The variation of in situ stress before and after earthquakes is an issue studied by geologists. In this paper, on the basis of the fault slip dislocation model of Wenchuan Ms8.0 earthquake, the changes of co-seismic displacement and the distribution functions of stress tensor around the Longmen Shan fault zone are calculated. The results show that the co-seismic maximum surface displacement is 4.9 m in the horizontal direction and 6.5 m in the vertical direction, which is almost consistent with the on-site survey and GPS observations. The co-seismic maximum horizontal stress in the hanging wall and footwall decreased sharply as the distance from the Longmen Shan fault zone increased. However, the vertical stress and minimum horizontal stress increased in the footwall and in some areas of the hanging wall. The study of the co-seismic displacement and stress was mainly focused on the long and narrow region along the Longmen Shan fault zone, which coincides with the distribution of the earthquake aftershocks. Therefore, the co-seismic stress only affects the aftershocks, and does not affect distant faults and seismic activities. The results are almost consistent with in situ stress measurements at the two sites before and after Wenchuan Ms8.0 earthquake. Along the fault plane, the co-seismic shear stress in the dip direction is larger than that in the strike direction, which indicates that the faulting mechanism of the Longmen Shan fault zone is a dominant thrust with minor strike-slipping. The results can be used as a reference value for future studies of earthquake mechanisms.     

Space–time analysis, faulting and triggering of the 2010 earthquake doublet in western Corinth Gulf

Two moderate magnitude earthquakes (M5.5 and M5.4) occurred in January 2010 with their epicenters at a distance of about 5?km between them, in the western part of the Corinth Gulf. The recordings of the regional seismological network, which is dense locally, were used for the location of the two main events and aftershocks, which are concentrated in three clusters beneath the northern coasts of the Gulf. The first two clusters accompany each one of the two stronger earthquakes, whereas the third cluster comprises only low magnitude aftershocks, located westward of the two stronger events. Seismic excitation started in January 18, 2010, with the M?=?5.5 earthquake in the area occupied by the central cluster. Seismicity immediately jumped to the east with numerous aftershocks and the M?=?5.4 earthquake which occurred four days later (January 22, 2010). Cross sections normal to the long axis of each cluster show ruptures on north dipping faults at depths of 7?C11?km. Focal mechanisms of the stronger events of the sequence support the results obtained from the spatial distribution of the aftershocks that three different fault segments activated in this excitation. The slip vectors of all the events have an NNW?CSSE to NNE?CSSW orientation almost parallel to the direction of extension along the Corinth Gulf. Calculation of the Coulomb stress changes supports an interaction between the different clusters, with the major activity being coincided with the area of positive induced stress changes after the first earthquake.     

强震作用下穿越断层隧道围岩力学响应研究

通常情况下,地下工程震害比地面建筑物震害较轻,但是在强震条件下,地下工程震害依然突出。2008年 512 汶川大地震(MS8.0)对地下工程造成了巨大破坏,尤其是穿越构造断裂带的铁路、公路隧道。本文采用三维离散元(3DEC)动力分析方法和实测汶川地震动记录,模拟研究了穿越断层的成兰铁路邓家坪隧道围岩在强震和断层共同作用下的动力响应过程。经过与实地调查的北川映秀断裂带地表破裂情况对比验证,模拟结果具有较高的可信度。结果表明:地震动荷载、断层等因素的共同作用改变了隧道围岩中的初始应力分布,进而引起断层附近隧道围岩应力累积、应力集中,最终导致了具有高度复杂性的渐进性断层破裂过程和隧道围岩破坏过程,这个过程可以定性地划分为5个主要阶段:弹性应力集中阶段、破裂起始阶段、破裂加速阶段、稳定破裂阶段和破裂逐渐停止阶段。本研究将有助于深刻认识在强震和断层共同作用下的隧道围岩动力响应过程,并对隧道安全性评价具有重大意义。