小震震源机制解反演芦山断层倾角

断层的几何形态控制着上盘地层的变形特征,断层运动模型的地球物理与大地测量反演依赖于断层几何参数的给定,而在几何参数中,断层倾角参数对反演结果的影响最为显著.为探索芦山地震与地表同震位移的关系,本文以分布在芦山地震断层周围的地震震源机制解为起算数据,运用地震矩张量理论反演得到芦山地震断层面倾角的平均值为42°.为了进一步精细化断层的几何结构,根据震源机制解分布的差异特征,沿断层走向与断层面宽度方向将其划分成为3×3断层模型.经计算发现断层南段、中段、北段的倾角均随深度增加而减小,在同一深度上,断层中段的倾角小于南段和北段的倾角,在8～12 km深度时,从南到北断层面的倾角分别为66.29°、51.10°、55.22°,在12～16 km深度时,从南到北断层面的倾角分别为44.67°、34.95°、43.40°,在16～20 km深度时,从南到北断层面的倾角分别为42.00°、29.93°、31.11°.分别采用单一平面模型(1×1)与分段分层模型(3×3)计算地表同震位移,发现两个模型的计算结果具有较好的一致性.相对单一平面模型(1×1)而言,分段分层模型(3×3)的计算结果与GPS观测值符合性更好,由此表明本文给出的细化后断层更接近断层的真实形态.     

由地震分布丛集性给出断层参数的一种新方法

由于大范围内地质构造的复杂性和介质的非均匀性,发震断层面的几何形态一般十分复杂.如果大地震的破裂过程涉及多个断层的活动,则发震断层并非是单一断层平面,而是多个断层面的组合.利用地震空间位置分布丛集性,即震源点成丛位于断层面附近的假设,结合稳健扩充算法和主成分分析给出一种可以重构活断层网络三维空间结构的新方法.该方法每次从震源点集中处开始,利用假设检验扩充子断层面,并得到多个子断层面.接着按震源点属于最近断层面的准则把各子断层面内的震源点进行竞争,并根据一定假设合并和删除一些子断层面,最后用主成分分析确定每个子断层面参数.于是可根据地震事件目录给出一组矩形区域来描述断层面网络结构,其中每个矩形断层面由其位置、走向和倾角确定.通过计算机模拟发现,新方法可成功地重建模拟地震目录的断层面,最后用于南加州1992年6月28日发生的Landers地震部分余震目录中,得到各个子断层面参数与已知地质破裂或隐伏断层相当一致.     

利用InSAR确定2009年4月6日MW6.3拉奎拉(Italy)地震最优震源模型

2009年4月6日意大利拉奎拉城附近发生了MW6.3地震,造成了巨大人员伤亡和经济损失.本文利用欧洲空间局共享的ENVISAT ASAR卫星资料,生成了3幅独立的同震位移图像.采用当前流行的均匀网格、四叉树以及基于数据分辨率3种采样算法分别提取了4个独立的数据集(其中均匀网格算法采用2个不同的采样间隔),比较分析了这些不同数据资料约束下的单一断层反演参数的异同.通过变倾角迭代的方式,分析了最优单一断层与全局最优模型之间的几何参数的关系,确定了全局最佳拟合的滑动模型.该模型显示,这是一次正断层地震,断层几何中心位于(13.451°E,42.358°N),走向141°,倾角50°,倾向西南.最大滑动位于地表以下6.1 km深度位置,约为1.2 m;断层滑动未出露地表,上边界埋深约为3.1 km;释放地震矩约合3.65×1018N·m.     

2017年精河MS6.6地震的断层参数和破裂过程

利用远震资料、近场强震资料和合成孔径雷达干涉同震形变资料确定了2017年8月9日精河M_S6.6地震的断层面参数及震源破裂细节。为得到可靠的断层几何参数,发展了一套基于InSAR数据滑动分布反演的三维格点搜索流程,对本次地震断层面的走向、倾角和震源深度进行了格点搜索。结果显示,地震断层面走向为95°,倾角为47°,震源深度为14 km。基于搜索得到的断层模型进行破裂过程联合反演的结果显示:精河M_S6.6地震为一次单侧破裂事件,最大滑动量约为0.8 m,滑动区域集中在断层面上震源以西5—15 km,沿倾向15—25 km,破裂主要发生在10 km深度以下区域。断层面上的平均滑动角为106°。整个破裂过程释放的标量地震矩为3.6×1018 N·m,对应矩震级为M_W6.3。破裂过程持续约9 s,期间的破裂速度约为2.1—2.6 km/s。由于地震破裂主要集中在10 km以下,未来可能需要关注该区域0—10 km发生潜在地震的可能性。      

影像大地测量技术再探伊朗桑塞菲德2017年Mw6.1地震盲断层倾向

在盲断层参数未知的情况下,确定断层模型参数是获取震源机制的基础,也是地震风险性分析的首要任务.2017年伊朗桑塞菲德Mw6.1地震倾角的确定作为盲断层参数确定的一个宝贵实例,在研究观点上仍存在诸多争议.为更好地解释此次地震断层倾角,本文先基于弹性半空间模型构建了东北倾和南倾两种备选的单一平面断层模型.在此基础上,利用哨兵1号和ALOS-2提供的影像大地测量数据联合解算的二维同震形变揭示了两种不同断层模型的逆冲走滑运动特性以及俯冲带逆冲断层破裂模式.为进一步分析更多断层细节并充分解释断层倾向,本文以二维形变数据为约束采用最小二乘动力学反演和贝叶斯反演分别获取了两种潜在断层的最优断层参数和滑动分布并着重分析了两种方法反演结果的各向异性,结果表明东北倾断层具有较小残差且滑动分布更合理.通过分析主震后重定位的59次余震结果发现余震走向分布以及深度延伸方向与东北倾断层模型更吻合,并且东北倾向断层走向与伊朗东北部已知活动断层基本平行,因此可以作为桑塞菲德地震的发震断层为WNW ESE走向的进一步佐证.本文研究的断层参数为走向314.67°,倾角41.5°,平均滑动角128.8°,断层特征为东北倾逆冲兼具右旋走滑,滑动分布主要集中在沿走向6～22 km处,最大滑动量为7 km深处的1.09 m,断层破裂并未到达地表,反演矩张量为1.427×1018N·m,相当于Mw6.07矩震级地震.     

利用沿苏门答腊—安达曼消减系的震源持续时间检验断层带的变化

2004年12月26日在印度洋发生的苏门答腊-安达曼特大地震其强烈的震动和随之而来的海啸导致了大规模的破坏和大量人员伤亡。针对这一地震的一些研究提出不同的断层部分其破裂速度也不尽相同,沿1200km长的破裂长度观测到了快慢两种破裂速度。地震期间破裂速度的变化可能说明巨型冲断层摩擦条件沿走向的变化可能会影响到这个消减带上的其他地震。先前对全球消减带系所做的研究表明随深度而变的摩擦条件产生于沿断层带的不均匀介质条件。在环太平洋消减带的很多地区,沿着巨型消减冲断层的浅源地震较深源地震具有更长尺度的震源持续时间,可能是由于摩擦条件随深度变化所致。本文重点探讨苏门答腊～安达曼巨型冲断层上逆冲性质的地震,调查2004年Mw〉6．0级地震的余震以及在1992～2004年间该地区发生的地震。确定了这组地震的震源持续时间、深度和滑动分布以探索震源参数和摩擦条件沿走向和随深度而变化的可能性。这些地震的震源参数有随深度而变的迹象,较浅的地震持续时间更长,这与先前在全球范围的研究一致。由于先前大地震的震源参数与震后的相似,所以这种关系没有明显的时间变化。沿走向的模式显示出破裂带南部几个地震有持续时间长的特征,但是没有破裂带北部缓慢破裂的强有力证据。断层带特征的任何长期变化不大可能影响2004年地震可能的缓慢破裂过程。     

汶川M_W7.9地震起始破裂断层几何结构

本文收集使用紫坪铺水库台网记录到的汶川地震主震P波波形资料,利用P波反投影叠加法获取了2008年5月12日汶川M_W7.9地震起始破裂的时空演化过程.通过分析本次大地震起始破裂阶段(0～1s)破裂点在三维空间内的分布特征,确定了本次大地震起始破裂位置及起始破裂断层几何结构模型.得到以下结果:汶川地震起始破裂点位于31.013±0.002°N、103.392±0.002°E,震源深度为8.2±0.4km,发震时刻为2008年5月12日14∶27∶58.80±0.4.汶川地震起始破裂的最佳断层面走向为NE48°,倾向NW35°,起始阶段破裂的深度范围为地下7.5～9km.     

中国北天山褶皱逆冲带2016年MW6.0呼图壁地震—盲逆冲和上覆褶皱地震

2016年呼图壁M W6.0地震发生在中国天山褶皱逆冲带北部。然而,由于震级小、震源深且无地表破裂,2016年呼图壁地震的同震断层破裂模型和地震构造至今仍然未知。本文研究表明,2016年呼图壁地震发生在一个深地壳(15~20km)盲逆冲断层上,且深部盲逆冲断层的破裂触发了浅层上覆褶皱的运动。本文使用Sentinel-1A/1B卫星观测的升轨和降轨干涉合成孔径雷达(InSAR)数据反演构建了2016年呼图壁地震的发震构造。研究发现,单个断层不能很好地拟合Sentinel-1升轨和降轨数据观测到的InSAR形变场。基于InSAR观测大地测量数据,研究发现沿齐古背斜发育的一个沿深度方向倾角变化的小断层也在呼图壁地震中发生了破裂,增加了上述小断层后,模型反演残差显著降低。整体而言,2016年呼图壁地震发生在一条走向264.4°、倾角28.8°的地壳深部盲断层上,显著的断层滑移位于地表以下13~18km深度处,峰值滑移量约10.0cm。触发的浅层地壳断层弯曲褶皱具有铲形的断层几何形状,其破裂以逆冲运动为主。浅层褶皱结构上由主震产生的静态库仑应力变化为负,表明对于呼图壁地震浅层断层破裂,动态库仑应力可能比静态库仑应力在触发浅层断层破裂中起着更重要的作用。最后,研究结果表明,深震源的中强地震有可能引发该地区浅层上覆断层弯曲褶皱的破裂。     

1850年西昌地震地表破裂带

着重从1850年西昌地震的地表破裂带调查入手,通过对地表破裂的分布特征、几何特征以及与各次级断层的关系的研究,对这次地震的震级、震中位置和震源深度进行讨论.     

1303年山西洪洞8级地震震源断层研究

1303年在山西洪洞附近发生的8级巨大地震, 是中国根据现存较为详细的文献记载史料所确定的最早的一次8级地震。 这次地震距今已有700多年的历史, 而地震所在区域至今仍有持续不断的小地震活动。 本文根据地震破裂区1981年至2013年的中小地震精定位地震目录, 采用震源断层面拟合方法, 反演得到了1303年山西洪洞地震的震源断层面参数: 走向19.3°、 倾角88.5°、 滑动角-170.0°。 断层面长75.5 km, 宽26.2 km, 深度为地下11.12 ～37.35 km。 将地震破裂区的地震精确定位资料以近东西向的洪洞断裂为界划分为地震北段和地震南段, 分段进行地震震源断层拟合, 反演得到洪洞地震北段震源断层面参数: 走向13.7°、 倾角76.6°、 滑动角-157.6°。 断层面长32.7 km, 宽21.7 km, 深度为地下11.97～32.86 km; 南段震源断层面参数: 走向20.3°、 倾角87.1°、 滑动角-154.6°。 断层面长45.9 km, 宽16.6 km, 深度为地下9.32 km～25.50 km。 无论是分段还是不分段, 反演得到的洪洞地震震源断层均是右倾的近直立断层, 属于右旋走向滑动性质。 分段计算得到的地震北段震源断层深度比南段更深, 将反演得到的震源断层与临汾盆地深部构造最新研究成果进行了分析对比, 北段震源断层深度及倾角大小与深地震剖面推测得到的深大断裂几乎相同。 震源断层在地表的投影与洪洞地震的高烈度区能够较好地对应。     

断层活动方式与地震地表变形分布特征研究

基于断层弹性位错理论及断层滑动非均匀模型,用三维有限元方法计算了发震断层逆断、正断和水平走滑三种不同活动方式下的地表变形,探讨了断层不同活动方式下的地震应变与位移的分布规律及震级、断层倾角对地震地表变形分布的影响。研究结果表明,地震地表变形影响因素很多,如地质构造条件、岩性介质特征、断层活动强度、断层产状和区域构造应力场等,但分布形态最终决定于断层活动方式,变形大小则决定于断层活动强度,其它均为局地因素,只影响分布形态的局部扭曲。断层不同活动方式下的地震地表变形分布各有其自身的规律和特点,这些分布特征可作为地震研究及近活动断层建筑工程抗震设计或加固防护参考。     

1850年西昌地震地表破裂带

着重从 1850年西昌地震的地表破裂带调查入手 ,通过对地表破裂的分布特征、几何特征以及与各次级断层的关系的研究 ,对这次地震的震级、震中位置和震源深度进行讨论。     

断层错动引起的上覆土体破裂演化规律研究

断层引起的地面永久大变形是工程特别是生命线工程地震破坏的重要原因之一, 而研究断层错动下上覆土体变形和破裂的发展演化规律, 则是预测地面永久变形状态和分析断层危害性的基础． 本文采用有限元方法对垂直断层错动引起的上覆土体破裂演化规律进行了研究, 建立了垂直断层作用下上覆土体模拟的有限元模型, 对断层错动作用下上覆土体的破裂发展过程进行了模拟分析, 并分析了加载速率、 土体特性及断层倾角等参数对上覆土体的破裂演化发展过程的影响． 结果表明: ① 断层倾角越陡, 地表出现破裂时需要增加的垂直位移越大; ② 由于惯性力的影响, 断层加载速率对地表破裂所需施加位移和土层破裂角产生一定的影响; ③ 断层类型对土层地表破裂角与膨胀角、 摩擦角之间的关系有很大影响． 该分析结果可为新建工程的抗震设计和已建工程结构的抗震加固等工作提供依据．      

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.     

逆冲型断裂同震地表变形定量分析的几个问题——以汶川M_S8.0地震为例

2008年5月12日四川汶川发生MS8.0地震,发震断裂在地表形成以逆断为主的破裂变形带。同震地表变形带的定量分析对理解地震的构造行为具有重要意义。文中以汶川地震典型调查点为例探讨了逆断型同震地表破裂变形带测量分析中值得重视并容易误解的几个问题,分析了地貌面标志和线性标志等测量数据与构造变形参数的几何关系,给出了变形参数的求解方法和相互关系。同时,就多观测点的定量数据在区域断裂几何结构变化和运动学分析中的运用进行了讨论     

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.     

1850年西昌地震地表破裂带

着重从1850年西昌地震的地表破裂带调查入手,通过对地表破裂的分布特征、几何特征以及与各次级断层的关系的研究,对这次地震的震级、震中位置和震源深度进行讨论。     

基于地震活动性资料估计鄂尔多斯块体周缘构造断层面倾角

本文以鄂尔多斯地区为研究对象,探讨了基于地震参数的鄂尔多斯周缘构造几何产状的研究方法.首先,以全国活动构造图为基础,结合地震活动性,确定了鄂尔多斯地区的地表活动构造分布图.其次,对这些活动断裂截取剖面,通过地震震源分布,运用最大似然估计法确定断层面的倾角.最后,结合震源机制解以及地质资料验证了所估计的倾角的可靠性.期望本文建立的鄂尔多斯地区断层几何模型,能为基于GPS观测开展该地区断层滑动速率反演、强震发震构造及强震危险性预测模拟等提供基础.     

铲形逆断层和平行逆断层体系的破裂特征——以龙门山断裂带中段为例的数值模拟

汶川地震是有地震历史记载以来首次发生在大陆内部的高角度8级逆冲强震,给板内逆冲强震研究提供了许多新的课题。论文主要开展了以下两方面的研究:(1)近地表陡倾角铲形逆断层的破裂特征研究。基于龙门山断裂带中段动力学背景建立有限元模型,系统地研究近地表陡倾角铲形逆断层(本文所称近地表陡倾角铲形断层,要求近地表倾角至少≥65°)的破裂特征,并探讨了汶川地震逆冲滑动量随深度分布形态所可能蕴含的地壳信息。对于近地表陡倾角铲形断层,在断层倾向的高强度挤压下,断层近地表部分对逆冲破裂和滑动有一定的阻碍作用;铲形断层的近地表倾角越陡,陡倾角部分的深度范围越大,断层近地表部分对逆冲破裂和滑动的阻碍作用会越明显;近地表陡倾角的铲形断层形态和巴颜喀拉块体的高强度挤压很可能是形成汶川地震逆冲滑动量随深度分布形态的重要原因,无地表破裂的前期地震并不是造成汶川地震滑动量随深度分布特征的必要条件。(2)平行逆断层体系中断层活动之间的相互影响研究。讨论了分布距离对平行逆断层地震活动规律的影响,并定量地评估了汶川地震中前山断裂同震逆冲破裂对中央断裂逆冲破裂释放的影响。同震破裂实验结果显示:在同震逆冲破裂中,前山断裂和中央断裂的破裂释放之间有一定的替代关系;汶川地震中,由于前山断裂发生同震逆冲破裂,中央断裂相应段落逆冲破裂释放很可能降低了约10%,减少的标量地震矩约为9.54×1018 N·m。平行逆断层长期挤压破裂实验结果显示:在龙门山断裂带的动力学环境和浅层构造背景下,当平行逆断层之间的距离在20km以下时,两条平行逆断层会在破裂释放上形成主次关系,距离越短,主次关系越显著;两条平行逆断层之间发生同步逆冲破裂的比例很低,受平行逆断层之间距离的影响也很小;两条平行逆断层之间发生同步地表逆冲破裂的比例更低,在龙门山动力学机制和浅层构造背景下,距离在10~20km左右时,平行逆断层之间最容易发生同步地表逆冲破裂。结合龙门山断裂带中段的实验结果显示:后山断裂的地震活动很可能相对独立;12km的距离使得中央断裂和前山断裂之间发生同步地表逆冲破裂的风险相对较高,这很可能是导致汶川地震中出现同震地表破裂的一个重要原因。     

利用断层围陷波资料研究汶川M_S8.0地震构造特征

利用汶川地震区不同地段的断层围陷波记录,分析了该地震断层的分段性特征。对断层北东段的关庄测线分析研究结果表明：地壳内破碎带的宽度大约160~180m,地下破碎带的中间与地表破裂的位置对应,并且地下破碎带在断层的两盘边缘较均匀地分布,反映了北东段的断层倾角较陡,近似直立断层。对断层南西段的虹口测线研究结果表明：地壳内破碎带的宽度大约180~200m,地下破碎带主要分布在地表断层陡坎上盘所对应的地壳内,反映了南西段断层倾角比北东段断层倾角小。本文的研究结果可以为汶川8.0级地震的构造背景研究提供依据。