2010年4月14日青海玉树地震快速矩张量解

北京时间2010年4月14日7时49分37秒,在中国青海省玉树县发生了MW7.0地震.作者利用矩张量快速反演技术,通过反演全球台网的宽频带P波波形资料得到了这次地震的矩张量解,并判断走向119°、倾角83°、滑动角-2°的节面是本次地震的发震断层面.     

2010年4月14日青海玉树地震震动图

在2010年4月14日07时49分(北京时间)青海省玉树藏族自治州玉树县(33.2°N,96.6°E)7.1级地震发生后,综合考虑震中地区的地质构造背景、活动断裂分布、震源机制结果、震源破裂过程、我国西部的地震动参数经验衰减关系及局部场地效应的影响,用考虑场地效应的震动图快速生成方法,在震后约2小时后得到玉树地震震中地区的震动图,并提供给相关部门使用.结果表明,此次地震的地震烈度特征预测如下:①烈度的展布方向NW-SE向,与玉树断裂的走向一致;②极震区的烈度为Ⅸ度,面积约为300km2;③烈度Ⅸ度区主要位于震中东南方向沿断裂走向近40km和西北方向沿断裂走向15km之间的区域;④Ⅸ度区的西北端由于局部场地条件的影响,其烈度由基岩参考面的Ⅸ度区降为土层上的Ⅷ度区;⑤Ⅷ度区面积约为3000km2;⑥Ⅶ度区的面积约为8000km2;⑦Ⅵ度区面积约为24000km2.     

2010年青海玉树Ms7.1地震近断层地面运动估计

2010年4月14日在我国青海省玉树藏族自治州发生了M_s7.1级地震.地震给当地群众的生命财产带来巨大损失,其中最严重的破坏发生在震中东南的玉树县城.我们利用反演远场地震波形得到的震源破裂模型和Crust2.0提供的当地的地壳模型,计算了近断层地面运动（速度场和位移场）,再现了地震发生时当地的地面运动图像.根据这个图像,震源的单侧破裂过程导致了明显的多普勒效应.地震波自震中向四周扩散开去,但沿着断层向东南方向传播的地震波的幅度更大、波峰更密.玉树县城恰好位于地面静态位移较大的区域,也位于较强烈的位移波和速度波穿越的地带.与实际的地面运动相比,虽然我们的计算还不够精确,但无容置疑,破裂过程导致的多普勒效应是玉树县城遭受严重破坏的主要原因.     

近断层强地震动场预测

以1997年4月11日新疆伽师地震（Mw6.1）为例,详细介绍了近断层强地震动场的预测方法.首先,用有限断层震源建模方法建立了该次地震的震源模型;然后,基于动力学拐角频率的地震动随机模拟方法,模拟了该次地震仅有主震加速度记录、且位于巨厚土层上的三个台站的加速度时程,并用实际地震记录进行了验证.在此基础上,基于预测的近断层77个节点的加速度时程的峰值绘制了该次地震的加速度场.结果表明,上述方法模拟的加速度时程在0.5 Hz以上的高频段是可行的、实用的;预测的近断层加速度场具有非常明显的上盘效应.地表最大加速度的范围与断层面上最大凹凸体位置相对应,说明与断层面上凹凸体相对应的地面上的建（构）筑物将会遭受到较为严重的震害.     

2010年4月14日玉树MS7.1地震对余震的触发研究

研究了2010年4月14日青海玉树7.1级地震产生的静态库仑破裂应力变化对余震及区域地震活动空间分布的影响.在考虑震源区附近区域构造应力场的基础上,由震源区构造应力和主震破裂产生的应力叠加,计算得到最容易破裂的余震断层面,进而计算玉树主震在上述余震断层面上产生的库仑破裂静态应力变化.结果表明,库仑应力变化图像与余震分布较为吻合,说明玉树主震对大部分余震有触发作用.利用相同方法计算了玉树主震对周边更大范围内地震的应力触发影响,发现大部分区域地震活动空间分布与库仑应力变化图像基本一致,中小地震大多发生在正向触发区域,但量值较小.对余震断层面与主震完全一致的情形进行了同样的计算,与前述方法计算结果的对比显示,考虑区域应力场的计算方式所得库仑破裂应力变化图像,能够更好地与余震及区域中小地震空间分布图像相吻合.     

2010年4月14日青海玉树7.1级地震序列中小地震辐射能量的估计

本文利用震后架设的4个流动台站和震源区周围3个固定台站记录到的青海玉树7.1级地震序列波形资料,资料时间截止到2010年5月19日.经过传播路径效应和场地响应校正后,估算了玉树地震序列中80个中小地震的辐射能量.比较了辐射能量估计中不同方法之间结果存在的差异性,首次考虑了由于仪器频带宽度的限制而造成的中小地震辐射能量的低估与补偿问题,得到以下主要结论:(1)分别采用Andrews方法、震源实际谱方法(区分能量补偿前和后二种情况)和根据理论模型并将积分上限外推到所计算地震拐角频率的10倍的方法(理论谱方法)计算出的中小地震辐射能量4种结果基本上位于同一个量级水平之上,表明结果具有一定的可靠性和稳定性.这其中,Andrews方法得到的辐射能量最低,理论谱方法得到的结果最高,而由实际谱方法得到的地震辐射能量介于两者之间.(2)由古登堡经验公式得到的地震辐射能量远高于上述4种方法计算出的结果,能够达到理论谱方法结果的4倍,而且随震级的增大,由它带来的辐射能量的高估趋势更加明显.(3)由于没有考虑地震能量的补偿,Andrews方法得到的地震辐射量明显偏低.用两种不同方法进行地震辐射能量补偿后得到的结果比较接近,但考虑到仪器频带上限值设定的复杂性,认为由理论谱方法计算中小地震的辐射能量更加合适.(4)经过能量补偿后地震辐射能量要高于未作能量补偿的结果,能量补偿带来的辐射能量增加的作用对于小地震更加明显.在本文研究范围之内,不同方法得到的折合能量均明显存在随地震矩的增大而增大的现象,反映出玉树余震序列中大震地震辐射效率高于小震.     

2010年青海玉树7.1级地震能量场研究

采用自然正交函数展开方法,分析了2010年4月14日青海玉树7.1级地震前震中周围区域和沿玉树断裂带地震能量场的时间变化.结果表明,青海玉树7.1级地震发生在高能量释放的背景上.震中周围区域几个主要典型场的时间因子以平稳变化为主要特征,但在地震发生前,主要典型场的时间因子出现明显的中短期异常变化,异常以尖点突跳为主要特点.第一个典型场的时间因子在震前3年出现大幅度异常,表现出相对于背景场能量增高的释放图像;其余典型场异常则表现出突出的短临异常特征,出现在震前1～3月,表现为大幅度短期异常变化.可能表明地震活动结构的变化出现得较早,而临震时场的变化主要表现为扰动.沿玉树断裂带主要典型场时间因子异常均出现在震前2～3年,可能表明孕震区场的异常变化也会较早出现.典型场时间因子异常特征与以往关于能量场方面开展的工作所得结果类似.     

2010年4月14日青海玉树地震破裂过程快速反演

基于远震资料的破裂过程反演方法,通过反演2010年4月14日玉树地震的全球宽频带地震垂直向P波波形记录,先后4次反演得到了玉树地震的破裂过程,并比较和讨论了这4次结果.结果表明,玉树地震的破裂过程具有如下基本特征:①地震主要由两次子事件组成,分别对应于震中附近以及震中东南方向上的两块滑动量集中的破裂区域,其中与第2次子事件对应的震中东南方向上滑动集中的区域破裂贯穿至地表;②最大滑动量和最大滑动速率分别为2.1m和1.1m/s,断层滑动速率较大;③玉树地震总体上是一次单侧破裂事件,破裂从初始破裂点(即仪器测定的震源位置)开始,主要向震中东南方向扩展,由"地震多普勒效应"导致在震中东南方向上产生强烈能量聚焦,是玉树城区遭受严重破坏在震源方面的主要原因.     

2008年汶川MS8.0与2010年玉树 MS7.1地震前电磁现象研究

应用全局小波能谱法对2008年四川汶川M_S8.0地震、 2010年青海玉树M_S7.1地震前地电、 地磁场变化情况进行了分析研究. 结果表明: ① 在汶川地震震中周围的台站观测到震前地电、 地磁场全局小波能谱值增大的现象; ② 青藏高原东北缘的代乾等3个地电、 地磁台站在玉树地震前均发生显著的小波能谱增大的现象, 震后恢复; ③ 对于上述两次大震周边地区的不同台站的不同测道, 在震前多次出现谱值时间上同步增大或减少的现象; ④ 距玉树地震震中距离相同的山丹和古丰地电场台站, 北南、 北西测向长极距在地震前后能谱值的变化几乎一致. 基于上述分析, 初步研究认为震源孕育激发的电磁辐射是造成震前电磁异常现象的主要原因.      

反投影全球子台网P波记录研究2010年4月14日玉树地震破裂过程

我们运用反投影远震P波研究了2010年4月14日玉树地震的破裂过程.通过台站响应函数对从IRIS下载的经过波形筛选的206个震中距在30°~95°间的台站进行选取.29个能够得到最好台站响应函数且波形相似度高的台站的记录被用于最终的反投影研究.在研究中我们运用4阶方根叠加法和2 s窗长、1 s滑动的滑动窗对总时长为100 s,始于P波前20 s的波形记录进行反投影.反投影结果显示玉树地震震源破裂时间为20 s,破裂尺度为60 km.在玉树地震的整个破裂过程中能量主要在两个时间和空间上释放.一个能量释放点是震后6 s,位于震中附近;另一个是震后12 s,位于震中位置东南,靠近结古镇的区域,且这次能量释放是玉树地震破裂过程中能量最大的.最大能量释放地点和实际震害最重的区域相吻合.反投影远震P波得到的震源破裂模型是软件自动生成的震动图的有效补充,能为震后应急救援服务.     

Fast inversion of rupture process of the 14 April 2010 Yushu,Qinghai, earthquake

Four results of the rupture process of 14 April 2010 Yushu, Qinghai, earthquake, obtained by inverting the broadband seismic data of Global Seismographic Network (GSN) based on the inversion method of earthquake rupture process, were compared and discussed. It is found that the Yushu earthquake has several basic characteristics as follows: ① There exist two principal sub-events which correspond to two slip-concentrated patches being located near the hypocenter and to the southeast of the epicenter. The rupture of the slip-concentrated patch to the southeast of the epicenter broke though the ground surface; ② The peak slip and peak slip-rate are about 2.1 m and 1.1 m/s, respectively, indicating that the Yushu earthquake is an event with large slip-rate on the fault plane; ③ Overall the Yushu earthquake is a unilateral rupture event with the rupture mainly propagating southeastward. The strong focusing of the seismic energy in the southeast of the epicenter due to the "seismic Doppler effect" reasonably accounts for the tremendous damage in the Yushu city.     

青海玉树MS7.1级地震发震应力场与非稳定发震机理的模拟

分析了玉树地区的地应力场、速度场.在此基础上,对青海玉树2010.4.14 MS7.1级地震发震机理进行了数值模拟.将围岩看成弹性体,断层看成具有应变软化特性的弹塑性体,断层和围岩组成统一的地质介质系统.在地应力、孔隙压力及边界位移的作用下,应力逐渐积累,当达到断层的摩擦破坏强度时,断层产生位移软化,断层突然滑动,能量突然释放,应力突然下降,形成地震.根据这一过程,对玉树地震进行了模拟.玉树7.1级地震是在印度板块向北推挤,青藏高原向东南侧向挤压,在玉树地区形成主压应力为北东东方向的水平应力场,使甘孜—玉树断裂带产生左旋走滑错动形成的.模拟结果给出了应力降、能量释放量、断层走滑和垂直错动量、地表变形,地震复发周期、应力积累速度等重要参数,模拟结果与野外调查资料具有较好的一致性.     

2010年4月14日玉树7.1级地震前异常特征及强震动力学关系探讨

系统地分析了2010年4月14日玉树7.1级地震的地震活动性异常、前兆异常以及震前动物反常行为.研究表明,玉树7.1级地震前异常并不丰富,但觉察到的异常突出.其中中长期异常有6级、5级和4级的平静区;前兆观测有玉树表层水温、德令哈表层水温和平安电磁波等显著异常;同时震前1周还存在数量较多的动物宏观异常现象;主震前130min发生了一次4.7级地震.结合1996年以来巴颜喀拉地块边界的强震震源机制解,探讨了玉树地震孕育的动力学过程.结果表明,1996年喀喇昆仑山口7.1级、1997年玛尼7.5级和2010年玉树7.1级地震是同一动力学过程下的强震事件,且中长期存在的不同震级档平静区演化可能与上述动力学过程有关.还对强震原地复发、前震识别和玉树地震中的前兆观测等科学问题进行了讨论.     

2010年4月玉树M_S7.3地震序列的断层结构

利用双差定位方法对玉树地震序列2010年4月14日至10月31日间发生的ML≥1.0地震进行双差定位,得到1545个地震的重定位结果.综合分析地震双差定位结果和玉树地震序列中强地震震源机制解,发现玉树MS7.3地震发震构造由北西向和北东东向两条相交断层组成,主震发生在北西走向的甘孜—玉树断裂带上,5月29日的MS5.9余震序列发生在北东东走向的一条隐伏断裂上,两条断裂均接近直立.甘孜—玉树断裂是羌塘地块和巴彦喀拉地块的构造边界,由于羌塘地块和巴颜喀拉地块的差异运动使甘孜—玉树断裂强耦合段应力高度积累,在应变能超过岩石强度时破裂失稳发生了MS7.3地震.主震断层的左旋滑动导致北东东向断层的正应力减小,库伦应力增加,45天后触发了MS5.9余震序列的活动.