隐伏和出露地表断层近断层地表运动特征的研究进展

本文介绍了在强震地震学研究方面国内外目前所关注的重要问题：隐伏断层和出露地表断层在地震发生时近断层地表运动特征存在着明显的差异。根据近几十年全球发生的中强地震的地表运动参数的统计分析所得的结果表明,由隐伏断层所造成的近断层地表运动强度（速度、加速度）大于出露地表断层所产生的地表运动强度,虽然发生在出露地表断层的地震往往可造成较大的近断层地表位移,但是当地震矩震级（MW）达到 7.5 级以上的时候,近断层地表加速度和速度在近源区却出现了饱和现象。对该问题的深入研究有着十分重要的科学意义和工程应用价值。本文着重介绍了当前国际上对该问题的研究现状,并且建议在此基础上利用三维有限差分断层动力学模型,模拟断层的动态破裂过程以及近断层地表运动的特征。     

断层地表同震位错的平均位移估计方法

根据管道性能设计的理念,现行管道抗震设计规范规定现行输油气管道重要区段和一般区段的设防断层位移分别为预测的最大位移值和平均位移值,目前的断层位移估计方法一般给出的只是断层未来一百年的最大位移值,而不能给出平均位移值。针对此问题,本文综合国内外发震断层在地表的同震位错分布调查结果,总结分析了断层同震位错沿断层地表破裂走向的分布形态特点,并通过对实际震例中不同计算方法得到的平均位移进行对比分析,得到了断层的平均同震位错量与断层最大同震位错量的比值关系。基于国内外地震断层位移的大量数据,考虑一定的安全系数,本文建议采用预测断层最大位移值的2/3作为一般区段输油气管道的设防断层位移。      

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。     

活动断层的地震地表永久位移研究

正近年来的汶川地震、集集地震、昆仑山口地震、土尔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,导致巨大资产损失。因此,活动断层的地震地表破裂研究已经成为岩土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研究对防震减灾具有十分重要的工程意义和理论价值。本文所做的主要工作如下:(1)首先剖析了地震发生的机理和发生过程。认为地震发生的物理过程可以描述为断层     

芦山县龙门乡芦山“4·20”7.0级强烈地震地表破裂迹象与讨论

在芦山县龙门乡发现芦山“4·20”7.0级强烈地震地表破裂的迹象,这些迹象点呈NE-SW向线状分布,总体走向N40°～50°E,长2～ 3km.根据水泥路面变形推断水平缩短量为8cm,垂直抬升量1 ～ 2em.地表未见走滑分量,运动学特征表现为由NW向SE的推挤作用.在地震地表破裂的力学性质方面,有斜向剪切裂缝,也有挤压对冲逆断层性质,但更多地表现为张性裂缝,这与拱曲顶部的局部张性应力场有关.虽然这些地表破裂组合特征不同,性质也有差异,但均反映了龙门乡一带受到NW-SE向挤压作用以及逆断层发震构造沿线近地表常见的拱曲作用.与大川-双石断裂(前山断裂)、大邑-名山断裂(山前断裂)相比,芦山-龙门隐伏推测断裂更有可能是此次地震的发震断裂,这一推论也与此次地震序列的精定位结果以及地震烈度分布特征相符.有关芦山“4·20”7.0级强烈地震发震断裂的认识,对研究此次地震的发震构造特征以及评价未来山前地带地震危险性具有重要意义.     

芦山7级地震的同震位移估计和震源滑动模型反演尝试

利用自动经验基线校正方法,分析2013年4月20日芦山MS7.0级地震13个近场强震动台的观测资料,以估算同震位移场分布,并据此反演了震源滑动模型.经与GPS结果比较,两种不同方法给出的芦山7级地震的水平近场同震位移场幅度都不超过cm级,均显示为典型的逆冲型地震（兼有少量左旋走滑错动）.强震最大水平和垂直永久位移分别为4.9 cm和4.4 cm,分别出现在51YAM台和51QLY 台.两种资料反演的震源滑动模型虽显示多事件特征,但主要滑动均集中在第一次事件,即初始滑动点两侧的走向长约30 km、倾向长约25 km的相对集中的较小范围内,强震和GPS模型的最大滑动量分别为1.14 m和1.09 m,较为一致.其余子事件滑动量小且分布零散,不能排除其数值效应的因素.反演矩震级均在Mw6.7左右,地表破裂应该不明显.文章还讨论了目前在我国利用近场强震动记录估计Mw6~7级地震同震位移场存在的困难和问题,为今后类似工作提供参考.     

九寨沟7.0级地震地表地震动位移及静态位移的模拟研究

北京时间2017年8月8日21时19分在四川省阿坝州九寨沟县（北纬33.2°、东经103.8°）发生7.0级地震,给九寨沟景区造成了滑坡坍塌等地质灾害.本文利用Crust1.0资料和反演的震源破裂过程建立了研究区三维介质模型及三维震源模型,采用谱元数值模拟方法模拟了九寨沟近断层地表地震动速度时程,并与强震台站实际速度记录的低频做了对比,两种结果对比的一致性,验证了介质模型及震源模型的有效性.在此基础上近一步模拟了地表位移时间序列,获得了位移峰值PGD及静态位移的空间分布,分析并给出了九寨沟地震地表位移的主要运动特征.

     

芦山7级地震的同震位移估计和震源滑动模型反演尝试

利用自动经验基线校正方法,分析2013年4月20日芦山M_S7.0级地震13个近场强震动台的观测资料,以估算同震位移场分布,并据此反演了震源滑动模型.经与GPS结果比较,两种不同方法给出的芦山7级地震的水平近场同震位移场幅度都不超过cm级,均显示为典型的逆冲型地震（兼有少量左旋走滑错动）.强震最大水平和垂直永久位移分别为4.9 cm和4.4 cm,分别出现在51YAM台和51QLY 台.两种资料反演的震源滑动模型虽显示多事件特征,但主要滑动均集中在第一次事件,即初始滑动点两侧的走向长约30 km、倾向长约25 km的相对集中的较小范围内,强震和GPS模型的最大滑动量分别为1.14 m和1.09 m,较为一致.其余子事件滑动量小且分布零散,不能排除其数值效应的因素.反演矩震级均在M_w6.7左右,地表破裂应该不明显.文章还讨论了目前在我国利用近场强震动记录估计M_w6~7级地震同震位移场存在的困难和问题,为今后类似工作提供参考.     

1812年尼勒克地震断层及最大位移

通过野外考察和地貌变形测量等手段,研究了尼勒克1812年8级地震的地震断层的平面分组特点、活动性质、分段特征,讨论了地震滑塌构造、地震断层与重力滑坡的区别,分析了线性滑坡后壁与地震断层的潜在关系。在正确区分地震断层和滑坡后壁的基础上,确定了地震断层的最大位移。该形变带从吉仁台延伸到乔尔马以东,东西总长124 km,南北最宽处约28 km,地震断层断续展布97 km,最大垂直错距为15 m,水平位移为4 m。     

芦山“4·20”7.0级地震同震位移场考证及地表变形模式初探

针对2013年四川芦山7.0级地震震源机制与GPS同震位移场不完全一致的问题,利用高精度水平仪对LS05、LS06等6个GPS连续观测临时站观测墩进行了倾斜测量,对SCTQ墩面水准点高差进行了复测,并对该区域地表变形进行了调查。倾斜测量结果表明,LS06等5个站观测墩相对建站时均无明显倾斜。LS05站观测墩标的确相对建站时发生了倾斜,估计其倾斜量在0.4°～1.2°,倾斜方向以NW为主。无论该点倾斜发生于哪个时段,均不影响同震位移以S向运动为主的特征。对SCTQ基准站观测墩面水准测量结果表明,该站点观测墩非常稳定,未发生倾斜。野外地表调查表明,地壳挤压缩短变形特征较为明显,LS05测点周边确有SW向加速运动和剪切变形现象。综合分析认为,LS05、SCTQ和LS06等GPS测点表现出的左旋应变释放特征真实可靠。     

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     

隐伏活断层未来地表破裂带宽度与位错量初步研究

采用Okada(1992 )有关地震断层地表位移的计算方法和程序 ,依据《建筑抗震设计规范》(GB 5 0 0 11- 2 0 0 1) ,推导了隐伏活断层突然错动产生地表破裂带的临界值 ,即在相隔 5m的水平上 ,位移差超过 0 1m。初步讨论了隐伏活断层地表破裂带随埋深、倾角、断裂力学性质和断面位错量的变化特点。结果表明 :对于隐伏正断层 ,地表破裂带宽度随覆盖层埋深的增加表现出非线性特点 ,具有从小到大 ,再变小的特点 ;地表破裂带位错量峰值随埋深线性递减。在其他参数不变的情况下 ,隐伏正断层倾角越小 ,地表破裂带越偏向下盘 ,并且 ,地表破裂带的宽度也变小。与隐伏正断层相比 ,隐伏走滑断层地表位移差随埋深衰减更快。随着隐伏活断层断面上位错量的增加 ,地表破裂带宽度会显著变宽 ,位错量也随之增大。这些认识和计算结果为城市规划、各种生命线工程和建 (构 )筑物的跨断层设防 ,提供了可以参考的依据     

COSEISMIC DISPLACEMENT AND FAULT SLIP OF THE MW6.1 NAPA EARTHQUAKE IN AMERICA REVEALED BY SENTINEL-1A INSAR DATA

We achieved the coseismic displacements of the Napa M_W6.1 earthquake located in California US occurring on 24 August 2014 by using InSAR data from the newly launched ESA's Sentinel-1A satellite. The 30m×30m ASTER GDEM was used to remove the terrain effect, and phase unwrapping method of branch-cut algorithm was adopted. In order to obtain a better coseismic displacement field, we also tested 90m×90m SRTM data to remove the terrain effect and Minimum Cost Flow algorithm to unwrap the phase. Results showed that the earthquake caused a significant ground displacement with maximum uplift and subsidence of 0.1m and -0.09m in the satellite light of sight(LOS). Based on the Sentinel-1A dataset and sensitivity based iterative fitting(SBIF) method of restrictive least-squares algorithm, we obtained coseismic fault slip distribution and part of the earthquake source parameters. Inversion results show that the strike angle is 341.3°, the dip angle is 80°, rupture is given right-lateral fault, average rake angle is -176.38°, and the maximum slip is ~0.8m at a depth of 4.43km. The accumulative seismic moment is up to 1.6×10¹⁸N·m, equivalent to a magnitude of M_W6.14.     

断裂地震地表断错危险性评价

引入地震断错危险性概念 ,用概率表示发生断错的可能性大小 ,断错危险性涉及到地震危险性和断错发生与分布特点。断错危险性的表达式为 :P =P1×P2 ×P3,式中 ,P表示断错危险性 ;P1表示地震发生的危险性 ;P2 指不同震级条件下地表断错出现的概率 ;P3为断错量值分布概率。以中国和世界地表地震断错资料为基础 ,建立震级 -断错概率指数P2 和断错幅度及其分布概率指数 ,包括幅值及其分布、宽度和覆盖层厚度影响等指数P3,为地表断错危险性量化评估奠定了基础     

基于有限断层模型的芦山“4·20”7.0级强烈地震强地面运动特征

基于芦山地震的震源破裂过程反演结果,利用有限断层模型,以芦山地区三维地壳速率结构模型为基础,对芦山“4·20”7.0级强烈地震引起的强地面运动进行了模拟.对这次地震中由典型盲断层引起的强地面运动数值模拟结果反映了与实际震害相近的分布特征:断层上盘的宝盛、龙门及芦山以北位于极震区,也是强地面运动的高强度集中区,特别是垂向分量的速度、加速度峰值均在该地区达到了最大值,最能反映地表震害特征的竖向地震加速度在龙门一带达到了350gal,与极震区Ⅸ度的烈度相当,而在芦山以北龙门一带,瞬时竖向位移峰值高达110cm,这些特征与实际震害分布是非常相近的.综合分析认为,这次地震强地面运动表现出了明显的逆冲断层引起的强地面运动的分布特征,同时在强地震动传播过程中,由于高陡峭地形地貌特征及四川盆地内山间盆地的影响,地形地貌和盆地效应对地震波的反射和放大作用明显加强,也是该地区地震破坏强度增大的重要因素.     

2008年汶川8.0级地震地表位移场的模拟——映秀-北川断裂逆冲兼右旋走滑错动形成的地表位移场

基于Yoshimitsu Okada及Steketee的断裂位错模型,从理论上反演了汶川地震时龙门山中央主断裂中段附近区域(距离断裂30km)内由断裂逆冲兼右旋错动形成的地表位移场的空间演化,包括地表垂直和水平位移场的基本特征。模拟表明了断裂错动过程中近断裂区域地表位移场的空间演化情况,而该空间演化情况通过野外科考和有限的GPS测站数据是无法细致描述的。文中将模拟结果与野外地表破裂带的科考成果进行比较,发现两者在变化趋势上近似表现一致;且位移场在离开断裂出露处迅速衰减的特征与现有研究成果一致;同时模拟结果也表明位移场的衰减速度在下盘强于上盘。模拟结果最终表明:断裂错动形成的地表垂直位移存在较大的空间不均匀性且较大的幅值主要集中于断裂的两端,即映秀和北川附近,垂直和水平位移场在断裂端部的变化都强于断裂的中部;地表垂直位移沿走向的变化在断裂上盘强于下盘;水平位移除了在断裂两端变化比较剧烈外,在空间上分布比较均匀;总体上,除断裂端部外位移场的幅值在上盘大于下盘。     

阶区对走滑型地震地表破裂带传播与终止行为的影响

系统收集了国内外28个走滑地震破裂带上阶区与地震破裂行迹的资料,利用数理统计的方法分析了阶区的类型、尺度与地震破裂的关系。结果表明,不同震级档的走滑地震阶区限制破裂传播的止裂尺度是不同的,震级MS为6.5~6.9,阶区的最小止裂宽度约为3km;震级MS为7.0~7.5,阶区的最小止裂宽度约为4km;震级MS为7.5~8.0,阶区的最小止裂宽度约为6km;震级MS为8.0~8.5,阶区的最小止裂宽度约为8km;且拉分阶区比挤压阶区更容易被破裂所贯通。上述给出的阶区的最小止裂宽度可作为判定地震破裂止裂尺度的重要标志,是进行破裂分段的前提和基础,对地震危险性分析具有重大的实用价值。