近震源破裂过程反演研究--Ⅱ.9.21中国台湾集集地震破裂过程的近场反演

根据非线性规划研究的最新成果所设计的一种全新的震源破裂过程的反演方法, 用近场地震波观测资料反演了1999年9月21日发生在中国台湾省集集Mw7.6地震震源破裂过程.为了使反演中设置的断层模型与集集地震实际破裂面尽可能一致, 以尽可能减小由于断层模型设置的不确定性对震源破裂过程反演结果的影响, 设立的断层模型为与集集地震造成的主要地表破裂尽可能拟合的弯曲面模型.反演结果显示: (1) 集集地震震源的破裂大体持续了32 s, 其中主要破裂发生在第6～27 s间, 破裂主要集中发生在断层北段向东拐弯处.(2) 震源破裂以逆冲为主, 平均滑动角为64.5°, 与USGS, Harvard及CWB(台湾中央气象局)的结果相当.标量地震矩为7.76×1020牛顿米, 稍大于USGS和Harvard反演的标量地震矩.(3) 集集地震震源的破裂存在清晰的成核过程, 成核过程经历6 s后, 地震矩释放明显加速.起始破裂从断层南段开始, 10 s后破裂主要集中在断层北段发生.最后将反演结果与震后GPS观测结果进行了对照分析, 并对反演结果的科学意义进行了讨论.     

走滑型断层地表永久位移预测模型研究

论述了断层地表永久位移概率地震危险性分析方法的发展过程和应用现状,指出了断层地表破裂预测模型研究的意义。根据我国最近的活动断层地表破裂震后调查结果,基于走滑型断层地表破裂数据,拟合了地表破裂预测模型。采用地震活动性模型和地表破裂预测模型,计算了则木河断裂地表迹线上的永久位移危险性曲线,对预测模型在工程场地地震危险性分析中的应用,提出了建议。     

1999年台湾集集地震震源破裂过程

使用GPS同震位移资料和远场P波记录,研究了1999年台湾集集地震震源破裂过程．根据地质构造和余震分布引入了一个由弯曲断层面构造的三段“铲状”断层模型．在使用静态GPS位移资料反演集集地震的断层破裂滑动分布时,由于集集地震断层北部近地表破裂的复杂性,在位错模型中考虑拉张分量对地表同震位移的贡献,可更好地同时拟合GPS观测资料的水平和垂向分量．而纯剪切位错弹性半空间模型和分层地壳模型都无法同时拟合水平和垂向GPS观测资料．在此基础上,同时使用静力学同震位移资料和远场地震波形记录,反演集集地震的震源破裂过程．结果表明,一种垂直于断层面的“挤压性”(负)拉张分量几乎集中分布于地震断层的浅部和北部转折处,而这一带地表破裂远较没有(负)拉张分量出现的南部断层复杂．“冒起构造”的数字模拟表明,这种在集集地震破裂转折处及北部断裂带广为出现的典型破裂造成的地表位移可以用具有负拉张分量(挤压)的逆冲断层更好地模拟．而这种负拉张分量(挤压)的分布正是地震破裂性质和几何复杂性的综合反映,震源破裂过程也显示北部转折处破裂在空间和时间上的复杂性.高滑区域与余震分布表现为负相关.     

近震源破裂过程反演研究

根据非线性规划研究的最新成果所设计的一种全新的震源破裂过程的反演方法, 用近场地震波观测资料反演了1999年9月21日发生在中国台湾省集集Mw7.6地震震源破裂过程. 为了使反演中设置的断层模型与集集地震实际破裂面尽可能一致, 以尽可能减小由于断层模型设置的不确定性对震源破裂过程反演结果的影响, 设立的断层模型为与集集地震造成的主要地表破裂尽可能拟合的弯曲面模型. 反演结果显示: (1) 集集地震震源的破裂大体持续了32 s, 其中主要破裂发生在第6~27 s间, 破裂主要集中发生在断层北段向东拐弯处. (2) 震源破裂以逆冲为主, 平均滑动角为64.5°, 与USGS, Harvard及CWB(台湾中央气象局)的结果相当. 标量地震矩为7.76×10²⁰牛顿米, 稍大于USGS和Harvard反演的标量地震矩. (3) 集集地震震源的破裂存在清晰的成核过程, 成核过程经历6 s后, 地震矩释放明显加速. 起始破裂从断层南段开始, 10 s后破裂主要集中在断层北段发生. 最后将反演结果与震后GPS观测结果进行了对照分析, 并对反演结果的科学意义进行了讨论.     

地震断层形态研究综述

随着我国工程建设事业的不断发展,一大批土木工程基础设施正不断向地下深部、深海和中西部地区延伸转移,如地铁工程、跨海跨湾工程铁路和铁路工程(如川藏铁路)等都具有里程长、规模大的显著特点,在我国特殊的地震地质构造背景下,会不可避免地遇到地表或地下深部地震断层的作用。断层的作用方式与断层破裂的形态关系密切,研究不同场地的地表断层形态对工程结构抗断层错断设计有重要意义。本文归纳了不同场地条件下地震地表断层的形态和断层的空间展布特征,总结了地震断层形态的研究现状,分析了影响地震断层形态的因素,探讨了当前研究工作的不足与今后的研究方向,以期能为相关研究工作提供参考。     

芦山4.20地震破裂过程及其致灾特征初步分析

采用全球地震台网的远震地震波数据快速反演了2013年4月20日雅安芦山地震(芦山4.20地震)的破裂过程,在震后3小时得到并发布了相关测定结果.结果显示这次地震的震级约M_W6.8,包括两次破裂子事件,但都发生在断层面上震源(破裂起始点)附近,整个地震没有表现出明显的破裂方向性.雅安芦山地震的破裂没有大规模出露地表,主要地震灾害集中在断层上盘,位于芦山县和宝兴县一带.     

龙门山山前疑似汶川M_S 8.0地震地表破裂的浅层地震反射调查

2008年5月12日发生在龙门山构造带的汶川MS8.0大地震是映秀-北川断裂突发错动的结果。此次地震不但使NE向的映秀-北川断裂和灌县-江油断裂发生了地表破裂,而且,在成都平原区的什邡、绵竹等地也出现了不同程度的地表裂缝、公路拱曲以及带状的喷砂冒水现象。此项探测研究以出现在什邡市师古镇附近的疑似地震地表破裂带为切入点,通过采用可控震源以及高精度的浅层地震反射勘探方法,获得了深度15～800m范围内高分辨率的地下结构和构造图像。结果表明,在地表破裂之下存在向平原区逆冲的隐伏断层和反向的逆冲断层,地震过程中隐伏逆断层的活动可能是近地表地层出现褶皱变形和地表破裂的主要原因     

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。     

宁、蒙、甘交界罐罐岭发现地震地表破裂带

在宁、蒙、甘交界区的景泰小红山 (甘肃 )、罐罐岭 (内蒙古 )和沙井 (宁夏 )等地发现了年轻的地震地表破裂遗迹 ,它们与中卫小红山 -孤山子地震地表破裂一起 ,构成了一个完整的地震地表破裂带。我们将此破裂带定名为罐罐岭地震地表破裂带 ,相应的地震为罐罐岭地震 (图 1 )。图 1　罐罐岭地震地表破裂带构造位置图Ｆｉｇ .1　ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｌｏｃａｔｉｏｎｍａｐｏｆｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｕｐｔｕｒｅｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅＧｕａｎｇｕａｎｌｉｎｇｅａｒｔｈｑｕａｋｅ.罐罐岭地震地表破裂带位于青藏块体东北缘古浪 -中卫活动构造带的中段。破裂带西起甘肃省景泰县陶家山北侧 ,东至宁夏中卫县孤山子北缘 ,全长 6 0ｋｍ左右 ,由 5条不连续的次级断层组成。这些次级断层长短不一 ,长者 2 0ｋｍ ,短者不足 6ｋｍ ,彼此呈左阶排列关系 ,阶区显示为洼地或盆地地貌。自西向东将这些断层依次命名为景泰小红山次级断层、罐罐岭次级断层、沙井次级断层、中卫小红山次级断层以及青山 -孤山子次级断层。罐罐岭地震地表破裂带总体走向ＮＥＥ ,次级断层走向ＥＷ或ＮＷＷ。地貌上显示为清楚的地震断层陡坎、水系以及山脊左旋错     

秋里塔格褶皱带东段探槽的古地震事件

位于天山南麓库车坳陷中的东秋里塔格背斜带是典型的活动逆断裂褶皱带,1949年的库车M71/4地震发生在该逆断裂褶皱带上。目前,仍然没有发现此次大地震的地表破裂带,也没有确定其发震断层。同时,由于这一地区相关的年代学研究匮乏,对于这一地区的古地震事件仍然缺乏系统性地认识。文中基于野外调查获取的地表地质特征和通过石油地震反射剖面解读的深部构造,定性地分析了研究区内的地表活动断层与深部低倾角滑脱断层、褶皱变形的关系。我们聚焦于冲破至地表的活动断层,选择在库车塔吾背斜北翼和东秋里塔格背斜南翼的突破断层上开挖了5个探槽,分析了探槽中与古地震事件相关的构造和地层沉积特征。根据OSL(光释光)和¹⁴C测年结果,利用逐次限定法识别出了6次古地震事件。在这些古地震事件中,有的地表破裂同时发生在褶皱带南、北两翼的突破断层上,有的仅在褶皱带北翼的突破断层上发生。总体而言,这些古地震事件引起的地表破裂具有南天山低角度逆断层古地震破裂变形普遍存在的2种现象,即单条断层多次破裂和多条断层同时破裂。已揭示的古地震事件具有一定的丛集性,在距今7.4ka以来具体表现为:距今5.7～7.4ka共发生...     

活动断层避让相关问题的讨论

2008年汶川地震、2010年玉树地震、2014年鲁甸地震等大量震例研究表明,严重的地震灾害损失和人员伤亡主要源于发震断层的同震地表破裂、近断层的强地面运动和地基失效引起的建(构)筑物倒塌。因此,避让活动断层是有效减轻可能遭遇的地震灾害损失的一项重要措施。但如何避让活动断层和避让多少距离能够保证地面建(构)筑物不受活动断层同震错动引起的直接毁坏,一直是国内外学者争论的焦点科学问题。1)首先基于历史地震地表破裂资料,定量分析了活动断层同震地表破裂的局部化特征、同震地表破裂与建(构)筑物的破坏关系,得出了地震地表破裂带及其直接严重地震灾害带宽度的平均统计值约为30m的认识。2)通过1999年集集地震、2008年汶川地震等地表破裂带宽度资料和地震灾害空间分布关系的分析,指出了倾滑断层具有明显的上盘效应,断层上、下盘地表破裂带或严重地震灾害带宽度之比为2︰1至3︰1。3)基于上述分析获得的最新认识,进一步讨论了避让对象、活动断层定位要求、不同类型活动断层最小避让距离、特殊建(构)筑物避让和"抗断"设计理念等问题。最后,呼吁立法机构加强活动断层避让和活动断层探测的立法工作,规范活动断层上及其邻近地段土地利用规划和基础设施建设过程中合理避让活动断层的行为,防患于未然,提高中国防震减灾的基础能力。     

2014年8月云南鲁甸MS 6.5地震典型地表破裂特征

北京时间2014年8月3日16时30分,云南省鲁甸县发生了M_S 6.5地震,本次地震的发震构造为包谷垴-小河断裂。野外调查发现,王家坡不稳定斜坡上的地表破裂在整个破裂带中比较具有代表性,其地表破裂带整体走向N45°W-N50°W,并且由剪切破裂、张剪切破裂、压剪切破裂、张性破裂以及鼓包等典型地表破裂组成。其中左、右地表破裂边界与发震断层的出露位置一致,由断层错动造成;而部分地表破裂与断层的位置不重合,其成因分为2种,一种是发震断层导致的一些次级地表破裂,另一种是地震引发的滑坡后缘破裂。地表破裂类型和基本组合特征显示出王家坡潜在不稳定斜坡上的地表破裂带具有左旋走滑的性质。     

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1m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、 S4 4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。     

强震地表破裂评估方法研究

强震在合适的条件下可产生地表破裂,地表破裂通常会造成严重的灾害,工程建设中必须回答建设场地是否存在地震地表破裂的潜在危险这一问题,因此,地震地表破裂的评估是当前岩土工程抗震领域的热点问题之一。开展这一领域的研究工作对城市防灾规划、工程建设以及探索地震的发生机理等都具有重要的理论意义和工程应用价值。在地震地表破裂问题的研究中,工程上感兴趣的问题有3个方面。第一,发震断层发生强震时,地表产生破裂的可能性有多大;第二,如果产生地表破裂,破裂的长度和宽度多大,覆盖的范围有多大;第三,在覆盖范围内可能产生哪些震害。回答上述3个问题十分困难,这是因为地表破裂的发生受断层的活动性、强震的震级、震源深度和场地覆盖层厚度等多种因素的控制,并且与地震的发生一样,地表破裂的产生同样具有不确定性。100多年来,学术界在这一领域开展了一系列的研究工作,取得了丰富的研究成果。本文在总结已有研究成果的基础上,围绕地震地表破裂数据库建设、地震地表破裂的概率计算方法、破裂规模的估计和地震地表破裂评估方法的工程应用等方面开展了系统的研究工作,取得如下主要成果:(1)地震地表破裂的研究综述。本文系统地总结、归纳了地震地表破裂这一科学和技术问题的研究历程,评述了当前地震地表破裂研究领域的前沿成果,指出了存在的问题和今后在这一领域需要继续开展的研究工作。本文的这一部分工作对有兴趣开展这一方面研究工作的科技人员有一定的参考意义。(2)建立了有工程特色的地震地表破裂数据库。广泛收集了历史地震和现代地震资料,对历史地震资料进行了认真的辨析和核实,给出了可靠度的标识,制定了数据录入标准,建立了目前国内最为丰富的地表破裂的数据资料库。这一工作为开展地震地表破裂研究工作提供了宝贵的基础资料。(3)本文将Logistic回归分析方法引入到地震地表破裂评价中。逻辑回归分析是研究多变量参与、预测某一事件发生概率的数学分析模型,由于对自变量约束弱化而广泛地应用于工程、经济和医学等领域。本文介绍了逻辑回归方法的原理和用于地震地表破裂概率预测的适宜性,确定了评价因子及分级,应用SPSS软件及matlab程序进行了数据计算和显著性检验,并用实例证明了这一方法应用于地震地表破裂概率评估是合适的。这一工作实现了地表破裂评估结果的概率表达。(4)统计给出了地表破裂的几何参数与震级的关系。在现有资料的基础上,用最小二乘法拟合了地表破裂长度、宽度、水平位错和垂直位错与震级的关系,分别给出了中国大陆、中国西部、中国东部、中国西部走滑断层、中国西部正断层和中国西部逆断层对应的统计关系式,给出了相关系数和剩余方差。同时,统计了震级分别为6.0~6.4、6.5~6.9、7.0~7.4、7.5~7.9和8.0~8.5时,不同破裂长度、宽度、水平位错和垂直位错量的发生频度。上述工作建立了适用于中国大陆地区的震级与地表破裂参数关系式。(5)提出了地震地表破裂的工程评估方法。本文在综合考虑断层的活动性、发震断层的上限震级以及覆盖层厚度的基础上,应用本文提出的地震地表破裂可能性的概率评估方法和几何评估方法,给出了地震地表破裂的工程评估方法、危险性分级和工程评价的建议。本文的这一工作推进了活断层研究成果与工程应用的密切结合,为工程场地活断层工程应用提供了新的途径。本文建立的地震地表破裂数据库为进一步深入开展这一领域的研究提供了重要的基础资料。本文将Logistic分析方法应用到地震地表破裂的评价中,实现了地震地表破裂的概率表达,丰富了地震地表破裂的研究成果。本文提出的地震地表破裂评估的工作流程和统计给出的地震地表破裂几何参数的表达式,对工程场地地震地表破裂的评价具有一定的工程应用价值。本文作者深知这一工作的工程重要性和解决这一问题的难度。科学需要探索,探索就会有失误,由于水平所限,错误在所难免,希望本文的审阅者和读者在批判地阅读本文时,提出宝贵意见。     

断层滑动分布与震源破裂过程联合反演研究

本论文的主要研究领域集中于地震震源破裂过程的联合反演。具体来说,就是试图通过对发生在中国大陆内部的3个典型震例的地震震源参数、地震断层几何结构及其地表形变特     

《活动断层的地震地表永久位移研究》简介

震害调查表明近场的结构破坏不仅由地震动引起,地表破裂或永久位移引起的破坏也占很大比重。近年来的汶川地震、集集地震、昆仑山口地震、土耳其伊兹米特地震等都引起了大规模的地表破裂,其可能对道路、桥梁、隧道、大坝、输油（气）管网、通讯电缆等大型工程造成严重破坏,导致巨大人员伤亡和资产损失。另外,目前各类抗错动构件的实际应用也促使地震地表永久位移与地震动一样,成为工程结构的地震输入。因此,活动断层的地震地表破裂研究已经成为地震工程中关注的焦点课题之一,地表永久位移的分布特征对防震减灾具有十分重要的工程意义和理论价值。     

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。     

1937年花石峡地震滑动亏损和后续地震应力触发研究

在1937年花石峡7 1/2级大地震后，沿该地震断裂带上，于1963、1971年又先后发生了7级和6．3级2次地震。这2次地震不仅震中位于1937年地震断裂沿线上，而且所形成的地表破裂也与1937年地震地表断裂重合，断错方式也完全一致。中计算了沿1937年花石峡地震地表破裂带及其延长线上的库仑破裂应力变化，发现2次后续地震都发生在库仑破裂应力变化为正的断层单元上，而且其震级和库仑破裂应力变化为正的断层单元长度有很好的对应关系。这说明，1937年花石峡地震产生的库仑破裂应力变化触发了同一断裂带上的2次后续地震。在1937年花石峡地震地表破裂带东端，有一段库仑破裂应力变化为正、长度大于34km断层单元，这可能是未来中长期6．5级以上地震易发地段。     

汶川地震震害与活动断层“避让带”宽度的分析研究

正2008年5月12日中国汶川发生里氏8.0级特大地震,沿地表可见活动断层无坚不摧的地震地表破裂与强烈的地震动使得地表破裂带沿线及其两侧近断层的建筑物遭受了毁灭性的破坏,同时,地震引发的大量山体滑坡、岩石崩塌、泥石流等次生地质灾害,加重了建筑物破     

地表破裂型逆断层地表缩短量计算方法探讨——以汶川MS 8.0地震地表变形为例

合理估计逆断层地表破裂缩短量是全面认识同震地表变形参数的核心内容,目前还没有较成熟的方法。以汶川MS8.0地震地表破裂为例,尝试通过探槽开挖来研究逆断层水平缩短量的计算问题。在分析汶川地震同震变形的基础上,总结了3种陡坎的成因模式:断层断错地表型、挠曲型、断层与挠曲叠加型,并依据这些模型提出了一些水平缩短量的计算方法及其限制条件,以及如何理解逆断层地表破裂探槽开挖所揭示的信息。最后给出了汶川MS8.0地震白鹿中心学校和汉旺全新村两地点水平缩短量的求解过程及结论,计算得到白鹿中心学校探槽水平缩短量为(2.83±0.3)m,汉旺全新村探槽水平缩短量为(0.61±0.11)m