基于近场强震记录和同震位移的汶川地震破裂过程

基于方位角覆盖较均匀的近场宽频带强震记录和同震位移资料,采用非负最小二乘法和多时间视窗技术,反演了2008年汶川地震破裂过程。从运动学的角度,对北川断层南段、彭灌断层和小鱼洞断层可能的破裂顺序进行了分析,同时探讨了北川断层南段浅部高倾角部分起始破裂的时间。得到如下结论:1)通过近场记录波形拟合残差结合同震位移资料得到,只有北川断层南段在与小鱼洞断层相交处发生双侧破裂,断层西南侧台站合成记录才符合观测记录,同时不会在彭灌断层南段近地表处产生远大于观测值的位错。得到1种可能的破裂方式为:主震从北川断层南段深部低倾角部分开始,造成浅部的彭灌断层破裂,彭灌断层往北侧破裂传播触发小鱼洞断层,进而引起北川断层南段浅部高倾角部分与小鱼洞断层相交处发生双侧破裂。2)通过分析断层西南侧台站合成记录的第2个波包波形拟合的结果,发现北川断层南段高倾角部分起始破裂可能有8s的"停滞"。从时间上来说,相互平行的北川断层南段和彭灌断层在破裂时可能存在先后顺序,北川断层南段浅部区域的破裂可能滞后于彭灌断层。同时,北川断层南段可能存在多点破裂的情况。3)断层面上滑动速度较大的区域,滑动速率的值与周边台站有较好的对应关系。断层面上产生较大滑动速率的区域,其周边台站往往有较大的PGV产生。     

汶川Ms8.0地震北川附近同震和震后垂直位移特征

利用北川附近震前水准数据,以及2008年和2010年两条一等水准数据,得到了北川附近同震和震后垂直位移量,获得如下结果:北川附近的北川—映秀断裂的同震垂直位移量为4.711 m,断层上下盘最大位错量为5.1m,然而,位于平武县境内的青川断裂同震位错仅有0.064m.2008-2010年,汶川Ms8.0地震后北川附近的北...     

四川北川新县城地震地质灾害研究

汶川地震给北川老县城造成了毁灭性的破坏。北川新县城选址与建设中地震地质灾害研究是其中一项重要内容。本文通过对汶川地震中北川老县城所遭受的地震地质灾害及北川新县城地质条件的分析,在地质考察、地质钻探、断层探测等基础上,对北川新县城地震地质灾害进行了研究,认为北川新县城不会发生断裂地表破裂、砂土液化等灾害;在新县城南部可能发生局部崩塌;新县城南东侧河流侵蚀堆积阶地局部可能发生轻微滑坡灾害。建议在规划和建设中对上述灾害引起注意,进行必要的防治。     

用α径迹法监测龙门山断裂带中段地震活动

在龙门山断裂带中段的北川地区进行了土壤氡浓度随时间的动态变化定点观测。初步研究资料表明：土壤氡浓度变化与气象因素有密切的相关性；场地环境对氡浓度有一定的影响；探片照射方式不影响探测结果；土壤氡浓度变化能较好地反映北川及邻近地区地震活动信息。     

汶川特大地震之北川县城震害分析

2008年5月12日汶川8.0级地震在北川县城造成了巨大的破坏,导致上万人死亡,整个北川县城变为废墟。现场地震科考分析显示,造成北川县城建筑物和道路严重损毁以及人员重大伤亡的三个主要原因为:活断层错动产生的地表破裂效应,地震引发的次生地质灾害(崩塌、滑坡)和强地震动产生的振动破坏效应。北川县城主断裂和次级断裂沿线分布的建筑物震害较重,而邻近断裂的建筑物震害相对较轻;地震触发的王家岩滑坡和景家山崩塌对北川县城造成了极大的破坏,导致2000余人死亡;而振动破坏效应在北川县城普遍存在,它产生的水平剪切运动对建筑物的危害很严重。     

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。     

汶川8.0级地震北川县城震害原因分析

汶川MS8.0地震中,处于映秀—北川断裂带上的北川县城区地震烈度达Ⅺ度。地震断层活动在地表形成了3条破裂带,城区地表破裂带占总面积的比例超过6.5%,使建筑物遭受严重破坏,并引发了滑坡与崩塌灾害,加剧了震害损失。各种成灾机制之间存在相互耦合现象,不良地质现象发育是导致北川县城区震害程度极为严重的主要原因。     

近场强震记录对汶川地震破裂过程的解释能力研究

选用方位角覆盖较均匀的43个近场强震记录,通过基线校正、积分和滤波后得到速度时程。采用非负最小二乘法和多时间视窗技术,反演了2008年汶川地震破裂过程。研究表明:①所选43个近场台站记录对近乎平行的北川断层南段和彭灌断层的滑动分辨能力不同,所选记录能很好地分辨北川断层南段的滑动,而对彭灌断层的滑动分辨能力要差;②为满足破裂后方区域台站合成记录的第二个波包,北川断层南段或彭灌断层需产生往破裂后方西南侧方向的破裂。综合考虑波形拟合残差及反演结果与地表破裂数据的吻合情况,得到可能的破裂顺序:破裂起始于北川断层南段深部低倾角位置,接着引起彭灌断层破裂,进而引起小鱼洞断层破裂,小鱼洞断层触发北川断层南段高倾角区域发生双侧破裂。     

汶川8.0级强震北川、映秀地表破裂现象

在汶川8.0级大地震后,通过对北川和映秀2个极震区地表破裂的初步调查发现:北川、映秀地震形变带总体上为NE-SW向展布;地震破裂带以逆冲为主,兼小量走滑位移;北川地表形变带挤压缩短量为3～4m,映秀地表破裂左旋走滑位移为0.4～0.5m     

汶川地震发震断层破裂触发过程

2008年汶川大地震造成北川断裂、彭灌断裂、小渔洞断裂等多条断裂的破裂,呈现出复杂的破裂过程. 对此,以往地震学的研究没有对于各个发震断层的破裂先后顺序给出充分论证. 本文计算由于断层破裂在其他断层段上造成库仑应力的变化,根据其相互触发关系确定断层可能的破裂顺序. 结果表明,各断裂带可能的发震顺序为:主震在北川断裂南端(小渔洞断裂以南的北川断裂虹口段)起始,造成北川断裂的后续段落龙门山镇-清平段和彭灌断裂同时破裂,进而触发小渔洞断裂发生破裂.     

北川县城汶川地震震害特征及其成因探讨

根据笔者在汶川大地震板震区北川县城现场考察的第一手资料,分析了2008年5月12日汶川8．0级大地震后北川县城的震害特征,论述了北川县城地震后建筑物、生命线工程的破坏以及次生地质灾害;并对造成各类震害的原因进行了初步的探讨。最后,在总结震害特征及其成因的基础上,提出了当前应加强研究的相关课题,旨在为今后的工程抗震设防和研究提供参考。     

2008年汶川大地震中北川地区极重震害的物理机制研究

2008年汶川特大地震中北川地区受灾特别严重,而该地区远离汶川主震震中超过100多千米.尽管汶川地震发生已近10年,但这种不正常现象一直困扰着地学工作者,至今没有给出合理的解答.为此,本文利用有限单元方法模拟汶川地震的主要发震断裂带（即：映秀—北川断层）的自发破裂动力学过程.模型中,几乎平直的映秀—北川断裂带在高川地区发生拐折,形成高川右弯.模拟结果显示,破裂沿着映秀—北川断裂带向东北方向前行,当破裂前端到达高川右弯时,破裂形态发生剧烈变化,破裂传播速度由亚剪切破裂突然转化为超剪切破裂.与断层阶区促进超剪切破裂明显不同的是,这种超剪切破裂形态的转化不需要时间停顿.由于超剪切地震破裂的产生,破裂辐射的地震波发生相长干涉,形成马赫波,地震动被大大放大.计算给出的强地面运动峰值加速度在北川地区不仅数值高,而且高值区分布范围广,造成了北川地区的震害特别严重.模拟结果还表明,若高川右弯不存在（即映秀—北川断层面为平直）,则北川地区的断层不会形成超剪切破裂;如果高川右弯附近断层的不连续程度较大,则破裂会被终止;这些情况下,北川地区的震害都没有那么严重.所以,高川右弯的几何形状对于超剪切破裂的形成起着决定性作用,也是造成远离震中的北川地区震害特别严重的主要原因.因此,分析发震断层几何对于研究震源动力学过程及震害评估等有着非常重要的科学意义和实际应用价值.     

2008年汶川地震断层北川段的几何学与运动学特征及地震地质灾害效应

2008年5月12日M_S8.0 汶川大地震的主要发震断层是龙门山断裂带的映秀—北川断裂.本研究通过地震后的实地调查和地震前后高空间分辨率航空与卫星影像的解译,对映秀—北川断裂带北川段（擂鼓镇—曲山镇）同震地表破裂带的几何学与运动学特征及相关地震地质灾害进行了详细分析.研究结果表明5·12汶川大地震沿映秀—北川断裂带产生的地表破裂带正穿过北川县城—曲山镇中心,并在曲山镇周围诱发了一系列大型滑坡和岩崩等地质灾害,致使北川县城遭到毁灭性破坏.野外考察表明北川段最大逆冲量和右旋走滑量都达8~10 m,这也是映秀—北川地表地震破裂带中位移量最大的地段.同时,值得注意的是曲山镇一带正是地震断层几何学和运动学特征改变的转换地带：曲山镇及其南西部断层倾向北西,呈现以逆冲为主兼右旋走滑的特征;在曲山镇北东断层倾向南东,表现为右旋走滑分量与垂直分量相当,走滑活动特征更明显.研究结果还表明,逆冲-走滑型（或斜向逆冲型）同震地表破裂带的几何学和运动学特征直接影响地震地质灾害及其破坏程度,地震地质灾害的分布表现出明显的不对称性：断层NW盘（上盘）远远强于SE盘（下盘）.地震断层的几何学特征与断层运动的应力及坡向的自由面之间相互作用,加强了滑坡、岩崩等地质灾害的破坏力.因此,汶川大地震为我们研究逆冲-走滑型同震地表破裂的几何学、运动学特征及其地震地质灾害效应提供了契机.     

断层横向构造在逆冲型地震破裂中的作用——以汶川地震小鱼洞断层为例

大地震破裂大多由横向构造(如阶区、弯曲和分叉)所分割的多个段落组成.2008年5·12汶川地震破裂沿北东走向上穿过了多个横向构造部位,特别在震中北东45 km的位置,小鱼洞断层、北川断层和彭灌断层三者之间呈现复杂的断裂切割相交关系.复杂断层几何结构对破裂的扩展是有抑制还是促进的作用？在相交的断裂段之间是否存在最优的破裂顺序？本文以库仑应力分析为手段,探讨在汶川同震破裂初始30 s内,破裂在多分支断裂中选择扩展路径时的可能应力相互作用.库仑应力分析显示:如果北川断层先发生破裂,其滑动对小鱼洞断层和彭灌断层均产生强烈负应力的抑制作用,而彭灌断层的滑动却反而对小鱼洞断层和北川断层浅部有强烈正应力的促进作用.因此,从准静态应力分析角度,彭灌断层先于北川断层发生破裂的可能性较大,这一破裂顺序与小鱼洞断层参与同震破裂过程的事实相符.此外,小鱼洞断层在链接北川和彭灌断层的同震位移中可能起到桥梁作用,但非静态应力的影响.横向构造在逆冲型地震破裂扩展过程中起到的牵引作用使得逆冲型地震破裂能够比走滑型地震跨越更宽的阶区.横向构造是逆冲断裂带内广泛发育的构成单元,因此在地震危险性分析的最大潜在震级测算中应该考虑其作用.     

汶川地震北川县城建筑物震害分析

汶川地震中,原北川县城位于地震烈度达到Ⅺ度的极震区内,建筑物几乎破坏殆尽。为了对建筑物震害机制开展相应的研究,防灾科技学院科考小组于2008年8月中旬前往北川县城及周边区域开展了现场科学调查。调查和分析结果表明,多种致灾机制共同作用于北川县城造成建筑破坏极为严重,建筑物震害指数基本上都在0.8以上,根据震害机制不同可以将县城区域划分为多个区域,不同区域内起主导作用的建筑物震害机制之间存在差异,典型建筑物充分地体现了不同震害机制的特点。     

基于CityEngine的城市建筑群三维震害模拟研究

对北川县城851栋建筑物的震害资料进行了现场调查,建立了建筑物震害数据库。提取了建筑物不同部位的纹理特征,建立了纹理特征数据库,编写了建筑物三维建模的流程和规则。基于CityEngine平台快速批量地建立了北川县城851栋建筑物的三维模型。采用遥感影像和DEM数据建立了北川县城区域的三维地形,结合建筑物三维模型构建了汶川地震前北川县城的场景。采用建筑物单体震害预测方法,计算分析了不同结构类型建筑物在不同地震烈度(Ⅵ~Ⅺ)下的震害指数和破坏等级。在CityEngine平台中用不同颜色渲染建筑物描述其破坏等级,建立了北川县建筑群三维震害场景。结果表明CityEngine三维快速建模技术比传统3ds Max三维建模技术效率更高,结合单体震害预测方法,可以快速模拟大规模建筑群三维震害场景。     

汶川8级大地震的地表破裂特征及分段

2008年5月12日14时28分,四川省汶川县境内发生MS8.0地震.地表破裂多以跌水、陡坎形态发育在河流沟谷或晚新生代沉积层内,位移明显.山地受崩塌、滑坡影响,位移量较难获得.发震断裂主要有三条,即北川-映秀断裂、彭县-灌县断裂和小鱼洞断裂.北川-映秀断裂地表破裂由南向北活动性质从逆冲为主逐渐转变为走滑为主,长约220 km,平均垂直位移量约3 m,按位移量沿断裂走向的变化可以分为虹口段、北川段和南坝段;彭县-灌县断裂地表破裂以逆冲活动为主,长约82 km,平均垂直位移量约1.5 m,可以划分为白鹿段和汉旺段,断裂断距分布的几何特征与北川-映秀断裂的中南段相近;小鱼洞断裂是一条新生北西走向的次级破裂,长约5.6 km,平均垂直位移量约1.5 m,调节两侧构造单元变形差异,具有捩断层特征,活动以逆(左行)走滑为主,可划分出小鱼洞段和中坝段.姚都镇地表破裂可能说明南坝以北的地震具有不同的活动特征.活动断裂的运动方式反映区域应力场有北西西向挤压特征.     

Yabuki&Matsu’ura方法在汶川M_W7.9地震反演中的应用

2008年5月12日,青藏高原东缘龙门山断裂带发生汶川MW7.9地震,该地震使得北川—映秀断裂、灌县—江油断裂发生了同震破裂。本文主要利用震后通过复测获得的GPS同震形变场,采用Yabuki&Matsu’ura反演计算方法和分段平面断层模型,反演了地震同震滑动分布。结果表明:映秀—北川主破裂带的断层错动,在映秀附近以逆冲滑动为主,而在北川以北,其走滑运动明显大于逆冲,这一结果与震后地质调查结果与通过地震波研究获得的断层破裂特征相一致;反演得到的最大滑动量达到9.3m和9.6m,分别对应于这次地震中地表破坏最为严重的北川和映秀地区;由所获得的滑动分布计算的地震矩为8.07×1020 N.m,对应的震级为MW7.9。研究结果初步显示,Yabuki&Matsu’ura反演方法可适用在内陆地震断层反演计算中。     

龙门山推覆构造带与地震活动

本文以重磁资料为基础,研究了龙门山地区的深部构造与地震活动的关系。认为:①龙门山推覆构造带可分成泸定——灌县,灌县——北川,北川——广元三大段;②在龙门山推覆构造带西侧沿小金、迭溪、平武一线存在隐伏推覆,是未来中强地震活动的主要场所。     

2008年汶川8.0级地震序列震源参数分段特征的研究

本文利用四川省区域固定地震台网观测记录到的2008年汶川8.0级地震序列的资料,从中挑选部分台站和地震资料,在精确扣除了余震区地震波衰减与台站场地响应后,计算得到了汶川地震序列中1070次M_L≥3.0级地震的震源参数,结果显示,地震矩与震级之间有较好的线性关系,应力降和视应力的大小与震级大小有关.利用M_L3.0级地震资料得到的应力降的时空演变过程研究结果表明,汶川余震序列地震应力降总体上随时间是一个衰减过程,预示着主震发生后整个余震区应力降呈逐渐衰减的状态.主震发生之后,以虎牙—北川—安县为界,空间上龙门山断裂带上地震活动水平和应力降具有明显的分段性.5月17日之前M_L≥5.0余震主要集中在龙门山断裂带北川以西,由于地震释放了较多应力,该地区应力降较低,而北川至青川之间地震活动水平相对较弱,应力降一直处于高值水平.5月17日之后,M_L5.0余震活动主体地区则转移到北川至青川之间,在该段发生了5月25日青川6.4级最大余震,在这之后,整个余震序列应力降随时间变化开始趋于平稳.