汶川MS8.0地震孕育发生的机制与动力学问题

2008年5月12日四川省汶川县发生了MS8.0强烈地震.发震断层是龙门山断裂带的映秀—北川断裂.分析震前的GPS速度场发现,从巴颜喀拉块体西部到龙门山断裂带沿大约N103°E方向的缩短速率为13.0 mm/a,龙门山断裂带的右旋走滑速率1.1 mm/a,断裂带处于闭锁状态.四川盆地沿大约N103°E方向有少量的压缩变形,而沿SW方向有少量的拉张变形.同震位移场显示,这次地震可能是巴颜喀拉块体SE向逆冲与四川盆地NW向俯冲同时发生的.应变场分析发现,震前震中区的主压与主张应变率分别为-30.840×10^-9/a与13.956×10^-9/a,主压应变轴N105.4°E与震源机制解得到的主压应力轴的方向N103°E一致.由本文提出的应力-应变机制得到的断层滑动方向和走向与地表破裂调查和震源机制解得到的结果一致.印度、太平洋和菲律宾海板块与欧洲板块的相互作用是龙门山断裂带积累弹性应变能和孕育汶川地震的长期作用力.苏门达腊大地震使青藏高原和华南块体的相互作用加强,促进了汶川地震的发生.     

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.     

中国大陆地壳运动与汶川Ms8．0级地震孕育的关系

根据网络工程的GPS站点观测资料,计算相对中国大陆整体1999～2007年的趋势运动速率和2004～2007年的动态运动速率,用青藏亚板块和华南亚板块的参数计算龙门山断裂带的活动参量,研究了中国大陆运动场和其变化,分析了地壳运动场的特征与汶川Ms8级地震的孕育关系.结果揭示出:现今地壳的运动分区与地质新构造单元基本一致,显示现代地壳构造活动足新构造运动的继承和发展;中国大陆地壳运动的动力主要与印度板块、太平洋板块与欧亚板块的相互碰撞俯冲产生的作用力有关.汶川Ms8级地震的发生,主要是由于印度板块对青藏亚板块的向北推挤、产生侧向运动,致使龙门山断裂带遭受挤压产生能量积累所致.2004～2007年的地壳动态运动,使龙门山断裂带走滑活动加强,从稳定的压应变积累状态转入了剪切作用下的易活动状态.     

汶川Ms8．0级地震发生背景与过程的研究

本文首先阐明汶川Ms8.0级地震发生在由区域布格重力异常和地震震中分布所确定的武都-松潘-茂汶-汶川-泸定地震带上.汶川地震所在地段是地震前兆和中小地震(M≤7.0)的空白区,震前出现明显的孕震空区,Ms8.0级地震发生在空区周围区域中小地震活动峰值之后的减少段里.地震的破裂超出孕震空区范围,空区内、外余震活动呈现出不同的衰减特征,依此将余震活动分为WS和NE两个区段.地震破裂过程、4级以上余震矩张量及震区应力场反演和余震应力降的测定结果表明,两个区域的位错、余震机制解和应力降及最大主应力的方向等明显有别.根据这些特征和地震应力触发的研究,推测NE段地震的发生可能是由WS段主破裂的发生所触发.     

汶川Ms8．0级地震InSAR同震形变场观测与研究

利用InSAR技术,采用地震前后日本ALOS/PALSAR数据,提取了2008年5月12日四川汶川地震7个条带的地表同震形变场.每个形变条带南北向500 km,东西向70 km,7个形变场覆盖了映秀镇、都江堰、茂县、北川、平武和青川.结果显示,此次地震地表破裂带在北川-映秀断裂带上.地表破裂带从汶川县映秀镇西南震中附近一直到青川县苏河北侧,全长约为230 km.发震断层西北盘为抬升盘,南东盘断层附近,仍然表现为隆起区,显示出以逆冲为主的断层性质.在汶川县映秀镇西侧震中区,最大相对卫星视线向形变量达260 cm,如果全部换算成垂直形变,则两个区域的垂直相对形变达3.3 m.从北川至平通一带,卫星视线向形变范围在120～180 cm的隆起带.其中,擂鼓镇隆起形变范围170～180 cm,换算成垂直形变约在2.2～2.3 m之间.在青川苏河北附近,有70～80 cm范围的隆起形变.在雅安、峨眉山一带,以及射洪至重庆北侧一带有大范围沉降区.在重庆及其南侧区域有幅度在20～30 cm小范用隆起.由青川向东至广元、宁强一带,有形变幅度在60～70 cm的隆起区.整个形变场影响范围较大,四川盆地出现了不同程度的地表形变.     

2008年汶川8.0级地震孕育发生的机制与驱动力

2008年5月12日四川省汶川发生了Ms8.0强烈地震.发震断层是龙门山断裂带的映秀一北川断裂.分析震前的GPS速度场发现,从巴颜喀拉块体西部到龙门山断裂带沿大约N105°E方向的缩短速率约为11mm/yr,龙门山断裂带的右旋走滑速率为1.1mm/yr,断裂带处于强闭合状态.四川盆地沿大约N107°E方向有少量的压缩变形,而沿SW方向有少量的拉张变形.     

重力资料对2008年汶川Ms 8．0地震的中期预测

介绍了利用中国地壳运动观测网络工程的重力复测资料对四川地区震情分析研究的基本依据、方法,对2008年5月12日发生的汶川MS8.0地震提出了较好的中期预测意见。     

汶川Ms8．0地震余震序列重新定位及其地震构造研究

综合利用川西流动地震台阵观测数据和震后应急地震观测台站的震相数据,采用双差地震定位方法对汶川地震的余震序列进行了精确重新定位,并对汶川地震的地震构造进行了深入研究.其结果显示,汶川地震序列从彭灌杂岩南缘开始破裂,主震及其余震破裂带长约350 km,在大部分区域宽约20～30 km,其宽度和空间形态沿破裂带显示了强烈的分段和非均匀特征.坚硬的彭灌杂岩对余震的非均匀性分布和汶川地震复杂的破裂过程起到了重要的控制作用.以松潘-甘孜地块中地壳低速层顶部为底边界,余震主要分布在4～24 km深度范围内的龙门山东缘上地壳高速层内.余震深度分布削面清晰地显示了映秀-北川断裂和灌县江油断裂以及汶川-茂汶断裂在20～22 km深度合并为剪切带的特征.小鱼洞到理县方向存在一条长度超过60 km的垂直于龙门山走向的余震分布条带,综合震源机制解和地震破裂过程的研究结果,我们推测,这是坚硬的彭灌杂岩体底部在长期应力积累作用下发生破裂的反映,并成为汶川地震释放出巨大能量的主要原因.     

GPS测定的2008年汶川Ms 8．0级地震的同震位移场

2008年5月12日四川汶川发生Ms8．0级地震,龙门山断裂带的映秀．北川断裂和灌县-江油断裂同时发生破裂,分别形成了240多公里和70多公里长的地表破裂带,最大垂直错距和水平错距分别达到6和4．9m．利用GPS获取的地表形变资料,揭示了大区域、远场同震位移场,发现地壳形变以映秀-北川断裂为中心,两侧发生相向运动和强烈的水平缩短;而且青藏高原东缘的向东运动幅度大于四川盆地向西的运动幅度．5．12汶川大地震还具有右旋走滑分量,GPS定量地揭示了映秀一带南段的右旋水平位移很小,北川县城以北的北段具有明显的右旋位移,但幅度仍然小于水平缩短幅度．垂直同震位移在龙门山断裂带东侧的成都平原以下降为主,断裂上盘只在距断裂很近处观测到了向上的运动,很快又转为下降运动,这种运动图像与高角度逆断裂产生的弹性位移场类似．上述观测事实对于进一步研究岩石圈构造运动、地震动力学特征及判定未来地震趋势等都具有十分重要的意义．     

2008汶川Ms8.0地震发生的深层过程和动力学响应

汶川Ms8.0强烈地震发生在一条现今并不活动的龙门山构造带上,造成了以汶川、映秀为中心及其周边地域的严重破坏和人员的重大伤亡.然而强烈震发生前却未见有可能的确切征兆或浅表层异常活动,即浅层过程与地震发生的深层过程并不匹配.为此对这次强烈地震"孕育"、发生和发展的深层过程进行了分析和探讨,初步研究表明:①在印度洋板块与欧亚板块陆—陆碰撞、挤压作用下,喜马拉雅造山带东构造结向NNE方向顶挤、楔入青藏高原东北缘,迫使高原深部物质向东流展,在受到以龙门山为西北边界的四川盆地阻隔下,一部分物质则转而向东南侧向运移;②龙门山地带在地形上差达3500±500m左右,而地壳厚度在龙门山西北部为60±5km左右,四川盆地为40±2km左右,而龙门山地带与其东、西两侧相比则为地壳厚度变化幅度达15～20km的突变地域,即为应力作用的耦合地带;③中、下地壳和地幔盖层物质以地壳低速层、低阻层(深20～25km)为第一滑移面,以上地幔软流层顶面为第二滑移面,且在四川盆地深部"刚性"物质阻隔下,深部壳、幔物质以高角度在龙门山构造带和四川盆地的耦合地带向上运移(或称逆冲),且在龙门山地表三条断裂构成的断裂系向下延伸到20km左右深处汇聚,二者强烈碰撞、挤压、震源介质破裂;在物质与能量的强烈交换下,应力得到释放,故形成了这次Ms8.0强烈地震.为此从深部初步揭示了这次强烈地震"孕育"、发生和发展的深层动力过程.     

汶川Ms8．0级地震断层滑动机制研究

汶川Ms8.0级地震的发震构造为龙门山断裂带,地震地表破裂主要分布在其中的北川-映秀断裂和江油-灌县断裂上,尤其是沿前者发育了长达240 km左右的地表破裂带.通过对龙门山断裂带震后断层擦痕的测量,得到311条断层擦痕数据,利用由断层滑动资料反演构造应力张量的计算方法,得到研究区8个测点的构造应力张量数据,并获得了研究区构造应力场特征:区域现代构造应力场以近水平挤压为主,最大主应力方向(σ1)为76°～121°,平均倾角9°,应力结构以逆断型为主.受构造应力场及断层几何特征的影响,地表破裂呈现出分段性:映秀-北川段主要以NW盘逆冲为主,垂直位移明显;北川以北段为逆冲兼走滑,水平位移量与垂直位移量基本相当,或水平位移略大.     

汶川8.0级地震氡震后效应机理讨论

在汶川地震氡震后效应特征的分析研究的基础上,对氡震后效应变化规律及机理展开了初步的探讨。按水氡阶变上升速度与恢复时间的长短,近场水氡震后效应可分为短期恢复型与长期不恢复型,远场水氡震后效应可分为短期恢复型与长期不恢复型。针对氡震后效应的4种变化规律,提出了4种可能的机理:破裂混合机理、破裂射气增大机理、振动射气增大机理、裂隙开启-闭合机理。研究氡震后效应变化规律及其机理,是从另一角度探讨氡的来源、迁移、表现与应力-应变、含水层动力学特征之间的关系,为氡地震前兆机理的研究与前兆异常判定提供一定的理论依据。     

2008年5月12日汶川MS8.0地震动力学背景的数值模拟实验

2008年5月12日汶川M_S8.0地震发生在龙门山断裂带.本文基于龙门山断裂带的地质与地球物理研究结果,以及高精度的地形数据、大地热流测量数据,建立了以龙门山断裂带为主要研究对象的有限元模型;以GPS观测数据、构造应力场和震源破裂过程研究结果为约束,研究了此次强烈地震的动力学背景.模拟实验结果显示:在考虑青藏高原物质向东挤压流动的同时,青藏高原与四川盆地的地形差异和流变强度差异、断层摩擦强度差异和断层产状形式均对地震起始破裂的发生位置和断层错动形式有着重要影响.本文利用地球动力学的有限元软件模拟了汶川地震地表破裂在龙门山断裂带上传播的过程.     

汶川Ms8.0级大地震中成都地区液化特征研究

汶川大地震中成都地区液化及其震害现象较为显著.通过现场调查和工程地质资料分析,成都地区的液化特点为:液化带主要集中都江堰市液化在烈度Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、X和X度区均有出现,但Ⅶ度区最为集中液化喷水高度多在1-3m之间,最高一处超过10m液化场地喷出物涵盖了多种土类,约67％为粉细砂,且有卵砾石,约占11％液化带普遍伴随地裂缝,...     

汶川Ms8.0震前区域重力场变化与震质中研究

青藏高原东缘地区地震灾害频发,2008年汶川M8.0地震给我国人民带来了巨大的灾难.汶川地震发震构造位于龙门山断裂带上,该断裂带在发震前长期闭锁,在汶川震中附近没有明显的小震活动和地表位移等前兆现象.本文以1998年至2005年的四期流动重力测网资料为基础,应用重力位场方法反演下地壳密度变化,开展深部孕震过程研究,结果...     

2008年汶川8.0级地震孕震机理研究

用三维流变非连续变形与有限元相结合（DDA+FEM）的方法,在青藏高原及邻近地区三维构造块体相互制约的大背景中,考虑了龙门山断裂带东西两侧地势、地壳厚度和分层的明显变化,及断裂带东侧四川盆地及鄂尔多斯块体坚硬地壳阻挡的影响,通过用GPS资料做位移速率边界约束和震源机制约束,计算得到研究区的速度场和应力场与该地区GPS测量结果和震源机制分布结果基本一致.在此基础上,模拟计算现今构造块体边界断层上表征剪应力及法向应力等综合影响的危险度分布.结果表明,上、中地壳层危险度分布中危险度较高的地段多数与近几十年来发生的七级以上大震区域基本一致.包括2008年汶川8.0级等大震的发震断层.通过分别对龙门山断裂带东西两侧的两种不同构造格局进行试算表明,龙门山断裂带东西两侧地势、地壳厚度、分层与物性明显变化对汶川大震的孕育发生均起了关键性作用.计算得到的应变率强度分布图可见,高原东部整个边缘地带均接近应变率强度的陡变带.其中以龙门山断裂带上的陡变最为明显,西侧应变率强度是东侧的近4倍,而且断裂带东侧应变率强度等值线衰减比西侧快.反映了汶川大震逆冲型发震断层地区独特的特征.此外,由计算得到的应变能密度分布图可见,龙门山断裂带在上、中地壳层中均位于宽度相同、其走向与龙门山断裂带走向一致的高应变能密度带中,在上地壳层这个带的东西两侧则是应变能密度较低的地区,而在中地壳层,其强度在断裂带东侧逐渐向东衰减,西侧应变能密度高,而东侧应变能密度较低.表明在印度板块强烈推挤作用和高原各构造块体相互制约及龙门山断裂带东西两侧特殊构造环境中,高原地壳物质向东水平运动,受到龙门山断裂带东侧介质刚性强度较大的四川盆地阻挡,使得汶川大震发震断层在大震前已积累了相当水平的应变能,并同时处于力学上的不稳定状态.