基于无人机倾斜航空摄影三维点云测量同震倾滑变形研究

2021年5月22日青海玛多发生M_S7.4地震,震源断层错动在地表形成了长达160 km的同震地表破裂。可靠的地震地表破裂带参数是研究震源断层活动机制和评价地震危险性的重要基础。采用无人机倾斜摄影测量技术可以获得高精度的点云数据并产出DOM和DEM数据。通过跨破裂带的地形测量,获取了玛多M_S7.4地震同震地表变形的垂直位移、水平缩短量和水平拉张量等参数。测量结果显示,玛多M_S7.4地震发震断层在不同破裂段具有不同性质和大小的倾滑分量,其中具有压扭性质的野马滩观测点断层垂直位移为0.69～1.01 m,倾向水平缩短量为0.17～0.41 m,倾滑位移为0.71～1.09 m;具有张扭性质的朗玛加合日段断层垂直位移为0.34～0.54 m,倾向水平拉张量为1.99～2.08 m。     

基于高分辨率地形数据的富蕴M8.0地震地表破裂带精细特征

同震地表破裂带的空间展布及形变特征是地球深部断层活动在地表的直观地貌表现,不但记录着地震破裂和断层运动的信息,还反映了区域应力和地壳运动状况.因此,开展震后地震地表破裂带调查对于了解发震断层的构造活动尤为重要.高精度地形观测技术可以获取前所未有的高时空分辨率的地球表面特征,为辨别历史地震地表破裂遗迹、提取地表同震位移、活动构造地质填图等提供高质量数据.文中选取富蕴1931年地震地表破裂带作为研究区,利用SfM(Structural from Motion)摄影测量技术生成分辨率为1 m的数字高程模型(DEM),详细识别地表破裂并测量冲沟的右旋位移.基于地表破裂的几何及构造地貌特征,将富蕴地震地表破裂带由北向南分为S1、S2、S3、S44段,其间以挤压隆起或拉分盆地相连接.沿破裂带共获得194组最新冲沟的右旋水平位移,得到1931年同震位移的平均值为(5.06±0.13)m.同震位移局部缺失或突变的区域与几何阶区的位置也有良好的对应关系.以上结果填补了对富蕴地震地表破裂精细形态研究的空白,也进一步展示高分辨率的地形数据在活动构造研究中良好的应用价值.     

基于无人机航测的天景山断裂孟家湾地貌精细解译及活动构造定量参数提取

利用无人机摄影测量技术航测天景山断裂孟家湾的地表地形地貌数据,以获取的数字高程模型为基础,通过构造地貌精细解译进一步提取地震断层的水平位移量及垂直位错量,计算断层的平均水平滑动速率,并分析判识了古地震事件。结果表明:①研究区发育3期河流阶地T₃、T₂、T₁,且均被断错,最新的冲沟T₀未见错动;②在T₁阶地面上提取水平位移量为(7.77±0.98)m,计算得到全新世中期以来的平均水平滑动速率为0.86~0.91 mm/a;③在T₁阶地面上跨陡坎提取垂直位错量为(0.61±0.11)m,其坡度存在2个明显拐点,代表2次地表破裂型地震事件,推测在12000 a前,即晚更新世末期或全新世初期以来至少发生过2次地表破裂型地震。     

汶川地震白沙河段最大地表水平位移量的成因分析

最大同震位移量是活动构造研究、断层活动特性判定和地震危险性分析的一个重要参数,它关系到地震危险区最大震级、地震复发间隔的确定等定量评估。地震地表破裂的同震位移分布十分复杂,影响因素也多种多样。汶川8.0级地震是一个以逆冲型为主的破裂事件,同震位移多表现为垂直位错,同时也存在右旋走滑位移,这与震源机制解的结果以及破裂面上擦痕所显示的运动方式基本一致。此次地震的最大同震水平位移量为4.5m,附近还有高达5m的垂直位移量。破裂的几何学和运动学分析表明,最大水平位移量可能是逆冲量沿不同方向破裂带分解以及断裂倾角变化的结果     

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。     

1850年西昌地震地表破裂带的考察研究

根据实地考察研究结果，1850年西昌地震地表形变带全长约90km。现存的地表破裂形迹有地震断层、地震裂缝、地震沟槽、地堑、地震陷坑、冲沟及山脊位错、崩塌滑坡等。最大左旋水平位错5．7m，垂直位错3．8m，形变带严格沿则木河断裂展布。该次地震的发震构造应为则木河断裂，震级M≥7.5级。     

2001年昆仑山口西Ms 8.1地震最大位移讨论

最大位移是认识地震破裂机理和断层未来地震危险性的最重要参数之一。对 2 0 0 1年 11月 14日发生的昆仑山口西 8 1级地震地表破裂带最大位移的调查有多种结果。通过野外调查发现 ,本次地震地表最大同震水平位移 6 4± 1 4m ,位于库赛湖东北 (93 2 2 6 6°E ,35 7779°N) ,最大垂直位移 5 2± 0 2m ,与水平位移分布基本一致。影响本次地震地表破裂带地表位移测量的因素很多 ,其中断裂带多期活动、地震地表破裂带构造形式复杂 ,以及特殊的冰川冻土区地貌位移标志是主要因素。     

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。     

5·12汶川地震地表破裂基本参数的再论证及其构造内涵分析

地震地表破裂基本参数是反演地震破裂过程的基本约束条件和预测其他活动断层地震危险性不可缺少的物理量.以野外地表破裂带重要观测点全站仪或差分GPS仪实测数据为基础,结合高分辨率遥感资料解译、先存断层陡坎构造地貌标志的识别、以及地形测绘资料的考证等,重新论证了5·12汶川地震地表破裂带展布样式、长度、最大同震位移值等基本参数.结果表明,地震地表破裂带长度可达240 km,最大垂直位移为6.5±0.5 m,最大右旋走滑位移4.9 m,基于倾角向下变缓逆断层模型推测汶川地震在龙门山推覆构造带中段产生了最大~7 m的地壳缩短量,说明青藏高原东缘横向逆断层为将高原内部东向水平运动转换为高原隆升的转换构造,这一研究结果有助于深化认识青藏高原东缘隆升机理.     

1936年甘肃康乐6(3/4)级地震地表破裂带调查

结合前人研究结果和野外考察,发现1936年甘肃康乐6(3/4)级地震的地表破裂带长14 km,走向NWW,主要由3小段(西段、中段和东段)呈右阶排列而成。地表破裂主要有地震陡坎、地裂缝等。西段长3.7 km,有新鲜的崩塌堆积;中段长4.4 km,有大规模的基岩崩塌,同震左旋位移和垂直位移分别为2.5 m和0.6 m;东段长约6 km,同震水平位移和垂直位移分别为1.5 m和0.3 m。同震变形以左旋走滑为主,兼具逆冲分量,最大地表垂直位错量(0.6 m)仅为水平位错量(2.5 m)的(1/4)。1936年康乐地震时崩落的岩块上零星生长着最大直径仅20~30 mm的丽石黄衣,部分无地衣生长,此次地震由围子山—大夏河断裂向东扩张所致。     

1988年云南澜沧-耿马地震的烈度分布及地表破裂

1988年11月6日,在云南省西南部的澜沧-耿马断裂带上发生了两次大于7级的地震.地震造成的严重破坏和人员伤亡主要是由于极震区内抗震性能极差的毛石房、砖柱土坯房的大量倒塌所致.澜沧地震的震中基本烈度可达Ⅸ度,耿马地震极震区烈度达Ⅹ度.澜沧地震构造活动的地表证据主要是出现在极震区内的张性地裂缝带和小断层陡坎.地裂缝带和小断坎主要出现在四条相对连续的北北西走向的狭窄地带内,其长度从几百 m 到6km 不等.澜沧地震地表破裂带长约35km,宽约3km,最大垂直位移量和最大右旋水平位移量分别为1.5m 和1.4m.耿马地震地表断裂活动的明显证据包括一系列北北西走向的地裂缝带和一段长约5km的地震断层陡坎.耿马地震地表破裂带长约24km,其最大垂直位移3.5m,最大右旋水平位移为3m.两次地震形成的地表破裂带均具有右旋-正断层性质.本文讨论了这两次地震的 度分布及地表破裂特征.      

阿尔及利亚阿斯南地震地表破裂特征及古地震事件研究

阿斯南7.5级地震的主破裂属于挤压-剪切性质.在断层逆冲盘和尾端,发育大量平行或斜交于主断面的次生张性裂缝.主破裂带长36km,垂直位错量1.5——2m,水平位错量1.5m. 地震破裂带上发育许多古地震、古断错.根据各种断错参数的测量和对比分析,发现同级地震原地重复发生的时间间隔约为596年.      

汶川8.0级地震发震断层的累积地震位错研究

2008年5月12日,四川省汶川县内发生MS8.0地震。此次地震沿龙门山中央断裂产生1条长达200km的同震地表破裂带。文中选择位于地震地表破裂带北段的南坝镇、凤凰村以及南段的映秀镇这3个地点,以被断层错断的河流阶地为研究对象,对多级阶地面上的地震地表破裂及断层陡坎地貌进行了野外实测工作。经过测量数据的计算和分析,得到了各级阶地上断层陡坎的高度,该值即为该阶地记录的地震断层的累积垂直位错量。若以本次地震的垂直位错量作为古地震位错量的均值,则可计算得到每级阶地累积的地震次数。研究结果表明,各点T1阶地形成以来仅经历过1次事件,即本次地震事件;T2阶地形成以来约经历了5次事件;T3阶地形成以来约经历了9～11次事件;T4阶地形成以来约经历了20次事件。在本文研究的基础上,结合前人的阶地测年数据,则可获得古地震复发间隔的可靠数据     

重新讨论1985年8月23日新疆乌恰M_S7.4地震地表破裂带

前人研究1985年8月23日乌恰M_S7.4地震在卡兹克阿尔特断层上破裂了15 km,本次研究确定该地震在乌恰盆地南缘断层上也破裂了24 km,最终确定本次地震总破裂长度为39 km。实测乌恰盆地南缘断层地表破裂带最大垂直位移量为1.2 m,最小垂直位移量仅0.2 m,平均垂直位移量0.55～0.64 m,这些断层陡坎只是在地表呈现轻微的隆起,肉眼通常难以识别,因此也是震后未能及时发现的重要原因。探槽开挖揭露该逆冲断层倾向南,倾角仅为20°,计算平均水平缩短位移量为1.51～1.76 m,平均倾滑位移量为1.61～1.87 m,与卡兹克阿尔特断层地表破裂带运动性质相同、断错位移量相当。在最大主压应力南北方向投影显示,两条破裂带基本不重合,即本次大地震的极震区西部的应变能量是由乌恰盆地南缘断层破裂释放,东部的应变能量则由卡兹克阿尔特断层破裂释放,隐含着乌恰盆地南缘断层和卡兹克阿尔特断层之间构造关系密切。这两条断层深部很可能归并为同一条软弱的膏盐滑脱面,均属于帕米尔俯冲带的薄皮构造。     

南天山低角度逆断层古地震破裂变形模式

近年来逆冲型破坏性地震频发,这对于逆冲型破裂的古地震研究方法提出了新的要求。由于逆断层角度的变化,在地震中可能表现出截然不同的破裂样式。通过对南天山大量古地震探槽开挖和古地震事件分析研究中发现,低角度逆断层的古地震具有一些常见的破裂类型。本文中挑选了位于南天山三个重要山前逆断裂褶皱带:西段柯坪推覆系、中段库车坳陷的秋里塔格褶皱带和东段焉耆盆地北缘和静逆断裂褶皱带的7个典型探槽剖面,对这类低角度逆断层的古地震进行变形模式、事件识别和位移量计算的总结归纳。低角度逆断层古地震破裂具有以下几种样式并具有各自识别古地震事件和计算位移量的方法:1一条断面对应一次事件的破裂形式,利用断面上断点位置识别古地震事件并判断事件的先后顺序。每个断面各自的位移量正好代表一次事件的位移量。2单条断面多次破裂的样式可以通过上下不同地层的位错量差异判断古地震事件,各个相邻地层之间的位错量差值代表古地震事件的位移量。3多条断面同时破裂的情况表现为多条断面被相同一套地层覆盖,事件位移量为多条断面的位错量之和。4挠曲变形和"推土机"作用是低角度逆断层古地震破裂常见的变形方式,这部分变形量不能忽略,可以通过线平衡和面平衡方法获得断层水平缩短量。     

对1937年托索湖7.5级地震若干问题的探讨

1937年托索湖7.5级地震发生在东昆仑活动断裂带的东段,前人曾对该地震组织过4次不同程度的考察,并得出了4种不同的结果。带着上述问题对该地震地表破裂带重新进行了实地考察、测量和综合研究,然后对该地震地表破裂带的西端点、最大左旋水平位移量、最大垂直位移量、宏观震中等问题进行了重新厘定,认为1937年托索湖7.5级地震地表破裂带西端点在阿拉克湖以西,长度至少为240km,最大左旋水平位移量为8m,垂直位移量为3.5m,宏观震中在三岔口一带     

基于冲沟右旋水平位错的安丘-莒县断裂地震特征位移分析

安丘-莒县断裂是郯庐断裂带晚第四纪以来活动特征明显的断裂段,曾发生70BC安丘7级地震,对该地震的同震位错量和该断裂的长期活动习性开展研究,有助于理解郯庐断裂带的构造活动。然而一直以来,安丘—莒县段的古地震研究结果并不理想,没有很好的同震位移量证据。文中利用高分辨率的无人机Sf M摄影测量技术提取了大量冲沟的右旋水平位错量,对安丘-莒县段断裂安丘—孟瞳段和青峰岭段的走滑运动特征进行了定量研究,通过分布概率统计,获得该断裂最小的冲沟右旋水平位移量约为5m,并且发现较大的冲沟右旋水平位移量也为5m的倍数,这种现象可能代表了该断裂发生过多次规模相当的地震事件,而约5m的右旋水平位错量暗示该断裂存在地震特征位移。此外,依据位错量与震级和地表破裂长度的关系推断,70BC安丘地震的震级可能存在低估,且产生了安丘—孟瞳、青峰岭和莒县—孟堰3段级联破裂;或者5m的特征位移指示了另一次更大的史前地震。     

四川西昌1850年地震地表破裂特征研究

本文对则木河断裂带上各种地震地表破裂现象作了调查和时代方面的研究,结果表明,1850年西昌地震在西昌北的李金堡至宁南的松新间形成了长达90km的地震形变带。地震位错的最大水平位移为7m,垂直位移一般为0.5～2m,对地震形变带中的各种变形遗迹和地震地表破裂特征的研究表明,则木河断裂是这次地震的发震构造,震中位于大箐梁子一带,震中烈度达Ⅹ～Ⅺ。地震破裂的力学性质为左旋扭张,与则木河断裂晚第四纪以来的活动一致。地震破裂具有向南突出发展的不对称特点     

1411年西藏当雄南8级地震地表破裂

1411年9月29日西藏当雄南发生八级强烈地震,产生了一条长达136km的地震地表破裂带。该破裂带由两条走向、运动方式不同的次级破裂构成,最大垂直位移8—9m,最大水平位移11—13m,是一条不连续的张剪性破裂带。本文总结了该破裂带的几何和位移特征,并讨论了1411年地震的发震构造     

汶川地震破裂过程联合反演及高频辐射研究

汶川地震是发生在叠瓦状曲面断层上的一次复杂破裂过程,北川—映秀断层和灌县—江油断层以及与其垂直相交的小鱼洞断层均有地表破裂发生,已有动力学和运动学研究表明断层破裂扩展至3个断层相交处发生了重要的转换。因而,北川断层、彭灌断层和小鱼洞断层的破裂顺序是反演汶川地震破裂过程的关键。本文首先建立合理的三维复杂断层模型,采用3种可能的破裂方式,基于并行非负最小二乘法和多时间视窗技术,联合远场、近场、GPS和地表破裂资料,反演汶川地震精细破裂过程,给出了合理的破裂方式。进一步采用近场加速度记录和差分进化方法,反演断层面上高频辐射分布规律,对比分析高低频地震波辐射的差异。主要成果如下:1.综合考虑三维发震构造模型、余震分布和地表破裂调查,建立更符合实际的曲面断层模型;采用远场36个台站垂直向P波位移记录,利用并行非负最小二乘法结合多时间视窗技术,反演了汶川地震破裂过程。研究表明:(1)目前震源破裂过程反演广泛采用的单侧破裂,在北川断层虹口—映秀近地表区域不产生与地表破裂相符的位错。如果彭灌断层与小鱼洞断层相交处发生双侧破裂,则会在断层南段近地表处产生高达4 m的位错,且在北川断层虹口—映秀近地表区域不产生位错,这与地表破裂矛盾。而北川断层浅部区域从与小鱼洞断层相交处发生双侧破裂,则会在虹口—映秀近地表产生与地表破裂相符的位错,明显优于单侧破裂。综合3种破裂方式的结果,本文认为北川断层在与小鱼洞断层相交处发生双侧破裂更符合汶川地震的实际情况。(2)北川断层南段和彭灌断层空间上接近,两者在远场台站的格林函数波形相似,基于远场记录的反演不能区分两者的位错,且北川断层南段位错分布的可靠性大于彭灌断层的位错分布。2.选用近场方位角覆盖较均匀的43个台站三分向速度记录,采用并行非负最小二乘算法结合多时间视窗技术,得到了汶川地震破裂过程。研究表明:(1)与远场记录反演结果相似,单侧破裂和彭灌断层在与小鱼洞断层相交处发生双侧破裂,北川断层虹口—映秀浅部都不产生位错。要使虹口—映秀区域发生与地表破裂吻合的位错,只有北川断层在与小鱼洞断层相交处发生双侧破裂才能满足,所以北川断层需发生双侧破裂。北川断层西南侧高倾角区域有明显的破裂停顿和二次破裂,部分区域破裂持时可达15 s左右。(2)51MZQ、51SFB、51MXN和51MXT等台站水平向较大的PGV与断层面相邻区域的滑动速率具有很好的一致性。说明断层面上发生较大滑动速率的区域,其临近台站往往伴随有较大的PGV产生。3.为了克服单一数据分辨率不足的缺陷,联合远场和近场资料以及联合远场、近场、GPS和同震位移观测资料反演了汶川地震破裂过程。研究表明:(1)联合远场和近场资料,提高了北川断层南段高倾角部分、PGF南半段区域以及北川断层北川附近滑动分布的识别能力。(2)反演中加入GPS资料能很好地控制断层浅部和北川断层北段的滑动分布。(3)联合反演结果显示,汶川地震破裂持续时间达100 s,释放地震矩为1.058×1021 N·m,断层面上存在5个凹凸体,表明此次地震至少由5个子事件组成。滑动主要分布在北川断层上,说明北川断层是主要的破裂面。在北川断层南段上,龙门山镇下侧以及虹口—映秀近地表区域的位错以逆冲错动为主,最大滑动量达12 m,位于虹口下侧;在岳家山到清平近地表附近错动以逆冲为主兼有走滑错动,最大滑动量约为10 m。北川断层北段上,北川附近滑动以逆冲为主,最大滑动量10 m;南坝到青川区域以走滑错动为主,最大滑动量10 m。在彭灌断层上,白鹿下方区域的位错也以逆冲为主,断层深部位错达8 m。4.利用芦山地震记录建立的加速度包络衰减关系和汶川地震近场30个台站的加速度包络,基于线源模型采用差分进化方法反演了汶川地震断层面上高频(1 Hz)辐射区域分布。结果表明:(1)断层面上高频辐射分布很不均匀,辐射较强的区域主要位于:产生较大地表破裂的映秀、北川和南坝区域;映秀和北川等凹凸体的周边区域,包括震中东北侧60—90 km区域、北川和南坝东北侧30 km处;断层破裂停止的东北端约30 km长的区域。其中,破裂贯穿到地表的映秀、北川和南坝是高频和低频辐射都很强的区域。(2)对于无观测记录场点,选择其临近且场地条件类似的台站加速度提取平稳随机过程,结合高频辐射分布和衰减关系得到的包络,合成了加速度时程,可为汶川地震结构震害分析提供地震动输入。