龙门山地区类似2008年汶川大地震滑坡物质河流卸载时间的定量估算

定量研究地震滑坡物质河流卸载时间对理解地震与造山带地貌演化之间的关系有着十分重要的意义.本文以青藏高原东缘龙门山构造带内岷江流域为例,定量估算了2008年汶川大地震滑坡物质的河流卸载时间.研究结果表明,如果以位于龙门山构造带内的岷江河段现有搬运能力计算,并且岷江可以有效地搬运汶川地震滑坡物质,地震滑坡物质至少在3100 yr内被岷江卸载出龙门山.而龙门山构造带中段类似2008年汶川M_s8.0级大地震的复发周期约为3000 yr左右,暗示大地震所产生的滑坡物质量可以在大地震复发周期内基本上被侵蚀和剥蚀所平衡,并被卸载出龙门山构造带. 因此,我们推断:除了周期性大地震造成的地表抬升的累积外,龙门山地区地震及其它地表过程所产生的剥蚀物质通过河流快速卸载驱动了地壳均衡反弹和深部物质上涌,形成了青藏高原东缘的高陡地形梯度带. 相关的地球物理证据表明在青藏高原东缘可能存在由地表快速剥蚀(或侵蚀)所引发的地球深部地幔软流圈物质上涌.     

不能忽略地壳均衡

正致编者——Parker等(2011)在对中国四川2008年汶川地震后发生的滑坡细致分析中指出,地震滑坡物质估计方量是同震地壳抬升方量的约2~6倍。基于滑坡内的物质会很快被运移出龙门山地区的合理逻辑,他们利用这种差异证明侵蚀看来对物质的移除比地球动力学对龙门山生长作用的过程更快。我赞赏他们的分析,但是我认为他们忽视了一个方面,从而使这一推论变得至多仅仅为似乎合理的,甚至非常可能是虚假的。     

汶川Ms8.0级地震后龙门山构造地貌及地表侵蚀过程研究——以湔江海子段河为例

汶川Ms8.0级地震驱动的构造抬升作用和滑坡、泥石流剥蚀作用如何影响龙门山的地貌生长是目前争论的焦点。本文运用GIS技术,定量计算了湔江流域的坡度、地形起伏度、面积—高程积分等地貌参数,根据这些参数的计算结果,对湔江流域的构造地貌特征进行了量化分析;以汶川Ms8.0级地震重灾区湔江海子河右岸流域的滑坡、泥石流为例,并且利用野外实测资料、卫星照片及数字高程资料等,对于汶川地震驱动的构造抬升与滑坡、泥石流的表面侵蚀过程进行研究,获得以下初步认识:(1)湔江流域的映秀—北川断层以北地区地貌处于"壮年期",坡度、地形起伏度大;(2)汶川Ms8.0级地震后该地区发生了严重的同震滑坡及震后滑坡、泥石流灾害,海子河右岸流域的同震抬升量为5 339×104m3,同震滑坡量为3 852×104m3,同震抬升量大于同震滑坡量,地貌出现生长现象;(3)地震产生的泥石流量应略大于1 000×104m3,同震滑坡物质的30%转化为了泥石流量,因其海子沟右岸陡峻的坡度,绝大部分的泥石流冲入海子河,成为河道沉积物;(4)以目前湔江海子河流水搬运能力,在能够完全搬运出同震滑坡物质的前提下,同震滑坡物质搬运出龙门山至少需要283.2 a,表明在一个地震周期内,龙门山的同震滑坡物质可以搬运出龙门山;(5)准周期性相当震级地震引起的构造抬升及其均衡反弹作用也是龙门山的形成有重要作用的因素之一。     

InSAR约束下的2008年汶川地震同震和震后形变分析

2008年5月12日,青藏高原东缘的龙门山断裂带上发生了M_w7.9级汶川地震.本文通过分析覆盖汶川地震震中区域的ALOS/PALSAR像对的方位向偏移量来选择无明显电离层扰动影响的像对进行干涉处理,获取了高精度、连续的InSAR地表形变场.在此基础上,结合高精度GPS同震形变数据,采用同震、黏弹性松弛震后形变联合反演模型同时确定了汶川地震的同震滑动分布和龙门山地区的流变结构参数.研究结果表明,汶川地震是一个断层破裂非常复杂的地震事件,其中,北川段、岳家山段、虹口段和汉旺段的滑动以逆冲为主,而青川段以右旋走滑为主.滑动主要发生在10 km深度以上的区域,最大滑动量位于虹口段的东北端,达10.7 m.地震释放的总能量为9.28×10²⁰ N·m（M_w7.91）,与地震学的结果一致.联合反演模型确定的龙门山地区中下地壳的黏性系数为2×10¹⁸ Pa·s,为青藏高原东部地区的黏性系数提供了一个可靠的下限值.如果有更长时间的震后形变观测时间序列,将为该区域提供更为可靠的流变结构.     

龙门山断裂脆塑性转化带内花岗岩的流体特征与裂缝愈合的实验模拟研究

汶川Mw7.9级大地震的发震断层具有高角度逆冲滑动特征.通过对高角度逆断层滑动的力学条件的分析表明,龙门山断裂深部可能存在高孔隙流体压力有利于断层的失稳滑动.利用现有的技术手段无法获得中地壳深度断层内的流体特征.龙门山断裂带是一条逆冲推覆的构造带,这使得地质历史早期的龙门山断裂深部的彭灌杂岩体抬升到地表,并保留了当时的深部流体特征和变形特征.研究地表露头的变形花岗岩能够推断过去的龙门山地区的深部环境,从而了解过去该地区的深部强震孕育机理,这能够帮助理解现今龙门山地区类似汶川地震的强震的发生机理.     

不能忽略地壳均衡

致编者——Parker等（2011）在对中国四川2008年汶川地震后发生的滑坡细致分析中指出,地震滑坡物质估计方量是同震地壳抬升方量的约2～6倍。基于滑坡内的物质会很快被运移出龙门山地区的合理逻辑,他们利用这种差异证明侵蚀看来对物质的移除比地球动力学对龙门山生长作用的过程更快。我赞赏他们的分析,但是我认为他们忽视了一个方面,从而使这一推论变得至多仅仅为似乎合理的,甚至非常可能是虚假的。这一方面就是地壳均衡,即应用于地球的阿基米德原理。该原理当推广到包括弹性表层时,要求在弹性层下面地幔的任何深度压力均相等（Gunnand Frankl,1943）。     

龙门山构造带及汶川震源区的S波速度结构

利用四川地震台网的观测资料和体波地震层析成像方法反演了龙门山地区的S波速度结构,据此分析了龙门山断裂带的地壳结构和汶川震源区的深部构造特征.反演结果表明,地震破裂与龙门山断裂及其两侧的地壳结构差异存在明显的对应关系,汶川以北的龙门山上地壳具备较高的强度且明显抬升,灌县至江油是龙门山西侧应力积累的主要地区,汶川8.0级地震位于其南部边缘;四川盆地的刚性地壳向西俯冲于龙门山之下,其凸出部与造山带古老基底在汶川附近发生碰撞是汶川成为8.0级地震破裂起始点的主要原因.汶川以南的龙门山地区地壳上层具有较大的韧性,岩石强度相对减弱,与龙门山北部相比不易于应力积累和产生破裂,因而汶川以南的龙门山断裂缺少余震活动.龙门山地区地壳厚度明显增加,其原因与中下地壳具备较大的柔韧性有关.由于青藏东部向东挤出时受到四川盆地刚性岩石层的阻挡,龙门山中下地壳的塑性变形和垂向物质的增加导致地壳厚度加大和莫霍面下沉,以此方式吸收了龙门山地区的大部分地壳缩短量,地表则强烈褶皱抬升形成数千米的龙门山脉.     

2008年汶川地震触发滑坡量大于造山作用生长量

浅源地震是山区地壳抬升的主要驱动力（Avouac,2008）。然而,浅源大地震也触发大范围的同震滑坡,造成显著、但在空间上不均匀的侵蚀（Keefer,1994;Malamud et al,2004;Larsen et al,2010）。因此地壳抬升与同震滑坡的分布及规模间的相互作用就引发了一个根本的问题,即大地震及其相关的滑坡是创生还是消毁了山区地形。2008年中国四川Mw7．9汶川地震触发了超过56000处滑坡（Dai et al,2011）,其空间分布仅仅部分与构造变形样式有关（Shen et al,2009）。通过将滑坡面积一体积标度关系（Larsen et al,2010;Guzzetti et al,2009）应用于高分辨率卫星影像,我们仔细检查了造山方量的潜在变化。我们估计,同震滑坡产生了约5～15km^3的可侵蚀物质,大于2．6±1．2km^3（deMichele et al,2010）的同震地壳抬升净方量。这种差异表明,在可能的2000-4000年的地震复发周期中（Shen et al,2009）,即使只有小部分滑坡物质从造山带中运移走,汶川地震也会在龙门山导致物质净亏损。我们的结果对长期以来广泛持有的大倾滑或走滑地震能造山的观点提出了挑战,并希望引起对同震滑移、滑坡量与地形生成之间的关系更多的思考研究。     

龙门山南段前缘地区活褶皱-逆断层运动学机制——以芦山地震为例

2013年4月20日发生在龙门山南段的芦山MS7.0地震是继发生在龙门山中北段的汶川MS8.0地震之后的又一次强震。本文通过震后地表变形特征、余震分布、震源机制解、石油地震勘探剖面、历史地震数据等资料,结合前人对龙门山南段主干断裂、褶皱构造特征的研究以及野外实地考察,应用活动褶皱及"褶皱地震"的相关理论,初步分析芦山地震的发震构造模式。认为芦山地震为典型的褶皱地震,发震断裂为前山或山前带一隐伏断裂。构造挤压产生的地壳缩短大部分被褶皱构造吸收。认为龙门山南段前缘地区具有活褶皱-逆断层的运动学特征,表明龙门山逆冲作用正向四川盆地内部扩展。     

2008年汶川M_W7.9地震引起地貌变化研究——震前震后DEM做差法

<正>构造过程控制气候变化还是气候引起的侵蚀/剥蚀控制着构造过程目前在地学界仍为讨论焦点。青藏高原为研究气候与构造作用的理想场所。但是边界带上与强震相关的剥蚀过程与同震抬升的时空分布仍不清楚。量化研究强震引起的剥蚀及其在构造地貌演化中的作用显得极为重要。强震的发生会产生地震地表破裂带、同震位移、滑坡、泥石流等一系列相关地表变形。而从不同时间尺度来看,强震对地貌的影响可以分为两类:造山运动,对地貌隆升做贡献;剥蚀作用,强震会造成大量     

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.     

2008年汶川8.0级地震发震断裂的滑动速率、复发周期和构造成因

2008年5.12汶川大地震发生在中国大陆南北地震带中段.由于龙门山断裂带历史上只发生过3次6～6¹/₂级强震,而且其晚第四纪构造活动速率很低,以至于对其潜在地震危险性认识不足.为什么在龙门山地区突发大地震,该地震具有哪些特征？其成因机制是什么？本文在地震地质科学考察的基础上,利用震前的GPS观测结果,试图对上述问题进行一些初步的思考和探讨.结果表明,5.12汶川大地震是龙门山断裂带的映秀—北川断裂突发错动的结果,地表上形成200多公里长的地表破裂带;灌县—江油断裂在地震中也发生了破裂,形成的地表破裂带长达60多公里.震前的GPS观测表明,横跨整个龙门山断裂带的滑动速率不超过～2 mm/yr,单条断裂的活动速率不超过～1 mm/yr,与地震地质研究结果和历史地震记录相一致.利用地震地质考察和地震波反演得到的最大同震位移可以获得相当于5.12汶川大地震的强震复发周期为2000～6000年.龙门山断裂带发育在破裂强度很大的变质杂岩体中,断裂带本身在剖面上呈“犁形”或“铲形”结构,有利于能量积累,形成破坏性巨大的地震.所以,5.12汶川大地震是一次低滑动速率、长复发周期和高破坏强度的巨大地震,是一种值得高度重视和深入研究的新的地震类型.     

Perturbation of fluvial sediment fluxes following the 2008 Wenchuan earthquake

Quantifying the removal of co‐seismic landslide material after a large‐magnitude earthquake is central to our understanding of geomorphic recovery from seismic events and the topographic evolution of tectonically active mountain ranges. In order to gain more insight into the fluvial erosion response to co‐seismic landslides, we focus on the sediment fluxes of rivers flowing through the rupture zone of the 2008 M_w 7.9 Wenchuan earthquake in the Longmen Shan of the eastern Tibetan Plateau. Over the post‐seismic period of 2008–2013, we annually collected river sediment samples (0.25–1 mm) at 19 locations and measured the concentration of cosmogenic ¹⁰Be in quartz. When compared with published pre‐earthquake data, the ¹⁰Be concentrations declined dramatically after the earthquake at all sampling sites, but with significant spatial differences in the amplitude of this decrease, and were starting to increase toward pre‐earthquake level in several basins over the 5‐year survey. Our analysis shows that the amplitude of ¹⁰Be decrease is controlled by the amount of landslides directly connected to the river network. Calculations based on ¹⁰Be mixing budgets indicate that the sediment flux of the 0.25–1 mm size fraction increased up to sixfold following the Wenchuan earthquake. Our results also suggest that fluvial erosion became supply limited shortly after the earthquake, and predict that it could take a few years to several decades for fluvial sediment fluxes to go back to pre‐earthquake characteristics, depending on catchment properties. We also estimate that it will take at least decades and possibly up to thousands of years to remove the co‐seismic landslide materials from the catchments in the Longmen Shan. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

地壳流变结构控制作用下的龙门山断裂带地震发生机理

青藏高原东缘低地形变速率的龙门山断裂带上相继发生了2008汶川M_w7.9级地震和2013芦山M_w6.6级地震.地震勘探与震源定位结果揭示了龙门山区域地震空间分布特征：纵向上,龙门山断裂带这两次地震主震均发生在龙门山断裂带上地壳的底部（14~19 km）,绝大部分余震均发生在上地壳范围（5~25 km）,而在其中、下地壳深度范围内鲜见余震发生;横向上,地震（M_w>3）在龙门山断裂带青藏高原一侧密集分布且曾有大震发生,而四川盆地地震稀少（M_w>3）.为探讨龙门山断裂带地震发生机理,并解释以上龙门山区域地震空间分布特征,本文建立了龙门山断裂带西南段跨芦山地震震中区域的四种不同流变结构的龙门山断裂带三维岩石圈模型,以地表GPS观测资料为约束边界条件,数值模拟龙门山断裂带岩石圈在数千年以上长期匀速构造挤压作用下的应力积累特征,探讨了地壳分层流变性质对地壳应力积累的影响,分析了该区域地震空间分布与构造应力积累速率的关系.计算结果表明：该区域在数千年的应力积累过程中,脆性上地壳中应力表现近于恒定值的线性增长趋势,龙门山断裂带上地壳底部出现应力集中积累现象,这一应力集中现象可以解释龙门山断裂带汶川地震与芦山地震主震的发生,及其大部分余震在脆性上地壳中的触发;青藏高原一侧上地壳应力积累速率远远高于四川盆地的应力积累速率,这一应力积累分布现象可以解释龙门山区域青藏高原一侧地震密集而四川盆地地震稀少的地震空间分布特征;通过比较不同流变结构模型中的应力积累状态,认为导致这一应力积累空间分布状态的重要控制因素在于青藏高原中、下地壳较低的黏滞系数与四川盆地中、下地壳较高的黏滞系数的差异.在柔性的中、下地壳内,应力增长近于指数形式,稳定状态之后其应力增长速率近于零,构造应力积累难以达到岩石破裂强度,因而鲜见地震发生.地壳各层位的应力增长率差异与地震成层分布的现象共同揭示了龙门山区域岩石圈分层流变结构：脆性上地壳、韧性中、下地壳（青藏高原一侧较弱,四川盆地一侧较强）、韧性岩石圈上地幔.     

近场位移数据约束的2013年芦山地震破裂模型及其构造意义

以往的研究显示了2013年芦山MS7.0级地震发震断层的隐伏逆冲断层基本特征,但是破裂深部细节差异较大.本文以近场密集的同震形变数据约束芦山地震破裂面几何形状及滑动分布,结果显示芦山地震破裂面具有铲状结构,上部16km为43°~50°高角度断层,深部16~25km为小于27°的低角度断层,破裂深度与重定位的余震分布深度一致.破裂分布模型清楚显示上下两个断层上各有一个滑动幅度大于0.5m的峰值破裂区,最大滑动量1.5m位于13km深处.重定位的余震分布基本都落在最大滑动量等值线外部库仑应力增加的区域.芦山地震破裂面几何形状和滑动分布特征与2008年汶川MS8.0级地震映秀—北川破裂相似,支持龙门山冲断带发育大规模的近水平滑脱层,是青藏高原东缘地壳缩短增厚、龙门山挤压隆升的重要证据.     

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.     

2008年汶川MS8.0地震发生过程的动力学机制研究

2008年5月12日汶川地震突发在现今并不活动的龙门山断裂带上,该地震发生的动力学机制问题引起广泛关注.文中利用黏弹性接触问题的有限元方法,考虑重力作用,对青藏高原东缘的应力场空间分布及其随时间的演化进行了数值模拟,结果显示应力在空间由分散分布逐渐向龙门山及周边地区转移集中.基于前人的研究成果及计算分析,初步认为汶川地震孕育发生的动力学过程如下：青藏高原的物质东流在向东运动过程中由于受到稳定的四川盆地的阻挡,一部分东流物质在川西地区囤积,造成龙门山隆升;高角度(50°~70°)、犁状的龙门山断层面上的正应力随着川西高原向东运动而不断增大,导致该断层的闭锁性逐步加强,并且分布在断层附近的变质杂岩为存贮高密度弹性应变能提供物质保障.但另一方面随着青藏高原较柔软的下地壳物质的不断向东运动,囤积的东流物质对龙门山断裂带上盘的推挤作用会不断加强,从而导致断裂带上剪应力越来越大;当剪应力超过摩擦强度时,断层解锁产生滑动,发生地震.模拟结果还表明龙门山断层面上的摩擦系数较高,断裂带上地震的平均复发周期约为3163年,这与其他资料结果有一致性.     

近场全波形反演：芦山7.0级地震及余震矩张量解

2013年4月20日四川芦山发生了7.0级地震.该地震是自2008年汶川8.0级地震以来发生在龙门山断裂带上的最强地震,截至5月5日,四川省数字遥测台网记录到了52个（M_L≥4.0）余震.我们搜集了信噪比相对较高的宽频带数据,根据已有的三个分别适合于四川盆地和龙门山断裂东南地区、西南山区、西北山区速度模型,利用TDMT_INVC方法计算矩张量,获得了芦山主震及其16个余震的高质量矩张量解;根据P轴、B轴和T轴的倾角对主震及余震的断层类型进行了分类,结果表明：芦山地震的震级为M_w6.46（矩震级）,地震矩为0.61×10¹⁹Nm,震源深度为13 km,震源机制类型为逆断层.芦山余震类型简单,主要为逆冲型;芦山地震序列震中分布于龙门山断裂带西南端的彭县—灌县断裂上,本研究获得的主震和余震的震源机制主要为逆冲型,这表明了龙门山断裂西南端主要为逆冲特征.芦山地震震源性质与汶川地震相近,发震间隔时间短,且均发生于同一构造单元内,表明了该地震与汶川地震可能有密切关系.