海原断裂带断层通道波观测与破碎带宽度

断层通道波是低速断层破碎带与高速围岩之间的边界相干多重反射形成的,其振幅和频率强烈依赖于断层的几何形态和物理性质,故能用于探测断裂带的内部结构.在宁夏海原西安州附近海原断裂带上,横跨1920年海原8.6级地震地表破裂带布设2条测线,接收测线之间人工爆破激发的断层通道波.每条测线由1台3分量数字地震仪组成,靠近破裂带台间距30～40 m,远离破裂带台间距增大至230～250 m.对测线1的台站接收到的一炮垂直道地震波数据进行了0.1～4.0 Hz频段的滤波,结果表明在S波到时之后存在多组强振幅、低频率、长波链的断层通道波.由断层通道波揭示的海原断裂带在西安州附近的断裂破碎带宽度约为250 m.     

四川汶川5.12大地震同震滑动断层泥的发现及意义

2008年汶川8.0级地震沿龙门山断裂带内的映秀—北川断裂和灌县—安县断裂产生了近300 km的同震地表破裂带。震后地质科学考察发现地表变形以逆冲为主,并伴有右旋走滑。地震地表破裂带大多沿古生代碳质泥岩、页岩和三叠系煤系地层内的滑动面出露地表,这些软弱地层为地震破裂带冲到地表提供了超低摩擦滑动带。我们发现在同震垂直和水平位错达6m左右的地表破裂带,地震的同震滑动发生在厚度约0.5~2cm 的狭窄滑动带内,以发育新鲜的灰色断层泥为特征,这些断层泥是地震断层快速滑动过程中岩石—流体相互作用的结果。     

四川汶川5.12大地震同震滑动断层泥的发现及构造意义

2008年汶川8．0级地震沿龙门山断裂带内的映秀-北川断裂和灌县-安县断裂产生了近300km的同震地表破裂带。震后地质科学考察发现地表变形以逆冲为主,并伴有右旋走滑。地震地表破裂带大多沿古生代碳质泥岩、页岩和三叠系煤系地层内的滑动面出露地表,这些软弱地层为地震破裂带冲到地表提供了超低摩擦滑动带。我们发现在同震垂直和水平位错达6m左右的地袁破裂带,地震的同震滑动发生在厚度约O．5—2cm的狭窄滑动带内,以发育新鲜的灰色断层泥为特征,这些断层泥是地震断层快速滑动过程中岩石-流体相互作用的结果。     

动静载组合下巷道过断层破碎带支护技术

晋煤集团长平矿5303回采巷道在掘进过程中遇到多个正断层,为了使回采巷道安全、快速地穿越断层,确定出合理的支护方法及范围。本文基于最大主应力准则和岩石断裂损伤学,分别从宏观和微观剖析了正断层破碎带在动静载组合下的破碎活化机理。在此基础上建立断层破碎带塑性破坏范围模型,结合正断层滑动机理与巷道支护理论,推导出断层扩展区和影响区范围表达式,并运用FLAC3D数值模拟作进一步分析。研究结果表明:当动静载最大主应力之和大于岩石断裂应力时,岩石发生宏观断裂;动静载产生协同效应、变异效应及共同效应,使破碎带岩石内部微观上发生不同形式损伤断裂,损伤断裂程度取决于动静载之间夹角余弦值和正弦值。5303回采巷道过断层方案确定为采用超前预注浆改善围岩强度,而后采用加密锚杆、锚索+单体支柱加工字钢的联合支护方法。根据理论计算和数值模拟结果,最终确定超前预注浆范围与加强支护范围为断层破碎带前后各10 m。      

川滇块体东边界大凉山断裂带中段断层氡气特征及活动性探讨

通过对大凉山断裂带中段普雄河断裂、甘洛-汉源断裂、洪溪-美姑断裂进行野外的氡气测量,分析讨论各断裂带的氡气特征、相对活动性强弱以及与现代地震的发震关系。研究结果表明:(1)3条断裂均表现出氡气多峰异常的特征,指示其为多条断层或隐伏断层组成的构造带。其中,普雄河断裂带由6条断层组成、甘洛-汉源断裂带由3条主要断层组成、洪溪-美姑断裂由3条断层组成;与野外及地形地貌有着较好的对应性;(2)3条断裂带内各断层氡气最大峰背比介于3.89～16.30;异常平均峰背比介于3.11～7.09;异常平均值/异常下限值介于1.82～4.15,相对活动性判别表明,虽然普雄河断裂带最宽,次级断层最为发育,但甘洛-汉源断裂的活动性却更强,表明中生代以来的控盆作用更明显;(3)与区内已有发震断层资料对比总结出,当断层氡气异常平均峰背比介于4.67～5.12、异常平均值与异常下限值比介于2.73～3.00时,断层具有发生5.0级中强震的能力。而甘洛-汉源断裂带中侯波日哈断层、瓦依拉达断层氡气异常平均峰背比介于5.52～7.09、异常平均值与异常下限值比介于3.23～4.15,因此具有发生大于5.0级中强震的可能,也为监测区内活动断层的地震活动性提供了新的资料。     

汶川地震的发生对周围断层稳定性影响的数值模拟

大地震发生后, 研究地震的发生对周围断层的影响尤为重要.利用川西-藏东地区三维粘弹性有限元模型,考虑地表高程和粘弹性松弛等因素的影响,研究主要断裂带库仑应力累积速率和汶川地震的发生对周围断层的影响.结果表明:(1)龙门山断裂带年累积速率为0.28×10-3~0.35×10-3 MPa/a,这种较小的累积速率与龙门山断裂带强震较长复发间隔一致;(2)汶川地震的发生除造成震源区应力减小外, 还造成断裂带北东段不同程度的应力增加, 这与震后余震的分布基本吻合;(3)鲜水河断裂北西段、东昆仑、龙日坝、岷江以及虎牙断裂库仑应力水平增加显著,且汶川地震对于玉树地震的发生有微弱的加载效应;(4)汶川地震的发生造成鲜水河断裂带强震复发间隔缩短约52~104 a,是值得关注的强震危险区.      

1996年南黄海M_S6.1及1995年山东苍山—费县M_S5.2地震断层形变前兆分析

一、引言 1996年11月9日在南黄海发生6.1级地震,震中为N31.7°、E123.1°,距江苏省境内郯庐断裂带及茅山断裂带跨断层形变监测网370～460km,位于上海市北东220km。上海、杭州震感强烈达到Ⅳ～Ⅴ度,南京、合肥有感。该区历史上曾于1505年10月9日发生6(3/4)级地震;1984年5月21日发生勿南沙6.2级地震。这次地震前,断层形变测点有较好的中期及短临前兆显示。     

汶川地震断裂带结构特征与龙门山隆升的关系

2008年汶川地震(MW7.9)发生在青藏高原东缘龙门山断裂带上,并沿映秀-北川断裂和灌县-安县断裂分别产生约270km和80km的不同性质的地表破裂带。断裂岩是断裂活动的产物,是断裂带的物质组成,其结构特征记录了断裂活动演化的历史。本文以汶川地震发震断裂映秀-北川断裂带中虹口八角庙地区地表露头和汶川地震科学钻探一号孔(WFSD-1)岩心为主要研究对象,通过详细的野外调研、显微结构及XRD分析等,识别出映秀-北川断裂带由五个次级单元组成,分别为:碎裂岩带、黑色断层泥和角砾岩带、灰色断层角砾岩带、深灰色断层角砾岩带以及断层泥和角砾岩带。断裂岩组合显示映秀-北川断裂带具有多核断裂结构特征。映秀-北川断裂带在地表出露的宽度约为240m,岩心中厚度约为105m,碎裂岩、断层角砾岩、断层泥在地表及岩心中均发育,而假玄武玻璃仅在地表碎裂岩部分出现。汶川地震主滑移带斜切了映秀-北川断裂带,不完全沿袭古地震滑移带,暗示汶川地震断裂带与映秀-北川断裂带可能不是同一个断裂体系。通过断裂岩的研究确定了映秀-北川断裂带存在着摩擦熔融、热增压、动态润滑和机械润滑等多种断裂滑移机制。低温热年代学的研究推断映秀-北川断裂带的形成时代为15～10Ma,自形成以来,映秀-北川断裂带的长期活动控制着龙门山的快速隆升。断裂带五个不同断裂岩组合的内部结构带,可能与龙门山不同的隆升速率期有着一定的联系。     

龙门山汶川-茂县断裂带的岩石磁学特征及其地震作用的指示意义

汶川-茂县断裂带是龙门山后山断裂，是松潘-甘孜褶皱带与龙门山断裂带之间的边界断层，然而，在2008年M_W 7.9级汶川大地震中并没有发生破裂。同时，汶川-茂县断裂带在汶川地震之前是否发生过历史大地震仍缺少确切的证据。这不仅制约着汶川地震发生机制的认识，而且还影响对龙门山形成演化过程的理解。因此，确定汶川-茂县断裂带的断裂作用环境对于认识龙门山断裂带的地震发生机制至关重要。断裂岩的岩石磁学可以有效地揭示断裂带的物理和化学环境。本文以汶川-茂县断裂带北部地表露头的断裂岩为研究对象，通过岩石磁学研究，并结合显微结构观察和地球化学分析，探讨汶川-茂县断裂带的断裂作用环境。断层泥和断层角砾岩最大磁化率值分别约为围岩的30倍和15倍，具有高磁化率值特征。断层泥的主要载磁矿物为磁铁矿、磁黄铁矿、针铁矿；断层角砾岩的主要载磁矿物为磁黄铁矿、针铁矿。断层泥的高磁化率值异常的主要原因是围岩中的含铁矿物在地震摩擦热和流体作用下新生成磁铁矿和磁黄铁矿。断层角砾岩的高磁化率值异常是围岩在含有大量硫元素的低温热液流体作用下生成了磁黄铁矿。大量针铁矿指示了震后期还原性的低温热液流体作用。断裂岩...     

断裂岩岩石磁学研究进展

断裂岩的岩石磁学研究可以揭示地震断裂作用的物理和化学环境,对于探讨地震断裂作用机制具有重要作用。本文在断裂岩岩石磁学最新文献的基础上,结合笔者及所在研究团队在龙门山断裂带获得的研究成果,综述了断裂岩的岩石磁学研究进展。大量研究发现断层泥和假玄武玻璃通常具有磁化率值或剩磁强度异常特征。顺磁性矿物在摩擦热或流体作用下形成新的铁磁性矿物是断层泥和假玄武玻璃高磁化率值或高剩磁强度的主要原因;地震断裂摩擦熔融作用中形成的单质铁是假玄武玻璃中高磁化率值或高剩磁强度异常的另一个重要原因。蠕滑断裂和出露于浅地表的断裂带中可见一些具有低磁化率值异常的断层泥,原因可能是流体作用或断裂带未经历高温摩擦热。断裂岩的岩石磁学研究为地震断裂带的应力应变、形成温度、摩擦热效应、流体作用、形成深度和氧化还原特征等提供了重要信息,可用于分析地震断裂的孕震和发震环境。综合岩石磁学测试和微米至纳米尺度的超显微学研究,并辅助地震断裂岩的摩擦实验、高温热模拟实验等研究可以更好地获得断裂岩的岩石磁学信息。     

Rock Damage Structure of the South Longmen-Shan Fault in the 2008 M8 Wenchuan Earthquake Viewed with Fault-Zone Trapped Waves and Scientific Drilling

This article is to review results from scientific drilling and fault-zone trapped waves(FZTWs) at the south Longman-Shan fault(LSF) zone that ruptured in the 2008 May 12 M8 Wenchuan earthquake in Sichuan, China. Immediately after the mainshock, two Wenchuan Fault Scientific Drilling(WFSD) boreholes were drilled at WFSD-1 and WFSD-2 sites approximately 400 m and 1 km west of the surface rupture along the Yinxiu-Beichuan fault(YBF), the middle fault strand of the south LSF zone. Two boreholes met the principal slip of Wenchuan earthquake along the YBF at depths of 589-m and 1230-m, respectively. The slip is accompanied with a 100-200-m-wide zone consisting of fault gouge, breccia, cataclasite and fractures. Close to WFSD-1 site, the nearly-vertical slip of ~4.3-m with a 190-m wide zone of highly fractured rocks restricted to the hanging wall of the YBF was found at the ground surface after the Wenchuan earthquake. A dense linear seismic array was deployed across the surface rupture at this venue to record FZTWs generated by aftershocks. Observations and 3-D finite-difference simulations of FZTWs recorded at this cross-fault array and network stations close to the YBF show a distinct low-velocity zone composed by severely damaged rocks along the south LSF at seismogenic depths. The zone is several hundred meters wide along the principal slip, within which seismic velocities are reduced by ~30–55% from wall-rock velocities and with the maximum velocity reduction in the ~200-m-wide rupture core zone at shallow depth. The FZTW-inferred geometry and physical properties of the south LSF rupture zone at shallow depth are in general consistent with the results from petrological and structural analyses of cores and well log at WFSD boreholes. We interpret this remarkable low-velocity zone as being a break-down zone during dynamic rupture in the 2008 M8 earthquake. We examined the FZTWS generated by similar earthquakes before and after the 2008 mainshock and observed that seismic velocities within fault core zone was reduced by ~10% due to severe damage of fault rocks during the M8 mainshock. Scientific drilling and locations of aftershocks generating prominent FZTWs also indicate rupture bifurcation along the YBF and the Anxian-Guangxian fault(AGF), two strands of the south LSF at shallow depth. A combination of seismic, petrologic and geologic study at the south LSF leads to further understand the relationship between the fault-zone structure and rupture dynamics, and the amplification of ground shaking strength along the low-velocity fault zone due to its waveguide effect.     

2001年昆仑山口西8.1级地震地表破裂带

2001年11月14日昆仑山口西8.1级地震是近50年来在我国大陆发生的震级最大、地表破裂最长的地震事件.地震地表破裂带全长426km,宽数米至数百米,总体走向90°～110°,具有明显的破裂分段特征,自西向东由5条次级破裂段组成.各破裂段又由若干更次级左阶或右阶斜列的破裂组成,具有自相似的分形结构特征.地震破裂带以左旋走滑为主,倾滑量很小.宏观震中区位于库赛湖东北93.0°～93.5°E一带的昆仑山南麓断层谷地内.最大地表同震左旋水平位移6.4m,最大垂直位移为4m.地表水平位移沿地震破裂带走向出现6个峰值,各峰值之间存在相对独立的衰减序列,这表明此地震具有多点破裂特征.     

青藏高原东缘活动断裂带地壳岩体构造损伤特征与模式讨论

活动断裂带强烈复杂的构造运动会对地壳岩体产生不同程度的损伤,这些损伤能够显著影响地震破裂、地貌演化和地质灾害等地质过程,并对工程岩体稳定有较大影响,但目前鲜见对大型活动断裂地壳岩体构造损伤的深入研究.本文首次提出地壳岩体构造损伤的科学概念,揭示其具有不可逆性、累积性、非均匀性与愈合性.通过对青藏高原东缘鲜水河断裂带等6...     

强震作用下穿越断层隧道围岩力学响应研究

通常情况下,地下工程震害比地面建筑物震害较轻,但是在强震条件下,地下工程震害依然突出。2008年 512 汶川大地震(MS8.0)对地下工程造成了巨大破坏,尤其是穿越构造断裂带的铁路、公路隧道。本文采用三维离散元(3DEC)动力分析方法和实测汶川地震动记录,模拟研究了穿越断层的成兰铁路邓家坪隧道围岩在强震和断层共同作用下的动力响应过程。经过与实地调查的北川映秀断裂带地表破裂情况对比验证,模拟结果具有较高的可信度。结果表明:地震动荷载、断层等因素的共同作用改变了隧道围岩中的初始应力分布,进而引起断层附近隧道围岩应力累积、应力集中,最终导致了具有高度复杂性的渐进性断层破裂过程和隧道围岩破坏过程,这个过程可以定性地划分为5个主要阶段:弹性应力集中阶段、破裂起始阶段、破裂加速阶段、稳定破裂阶段和破裂逐渐停止阶段。本研究将有助于深刻认识在强震和断层共同作用下的隧道围岩动力响应过程,并对隧道安全性评价具有重大意义。     

Seismogenic Tectonics and Dynamics of the 2011 Ms5.9 Yingjiang Earthquake in Yunnan,China

In the southern South–North Seismic Zone, China, seismic activity in the Yingjiang area of western Yunnan increased from December 2010, and eventually a destructive earthquake of Ms5.9 occurred near Yingjiang town on 10 March 2011. The focal mechanism and hypocenter location of the mainshock suggest that the Dayingjiang Fault was the site of the mainshock rupture. However, most of foreshocks and all aftershocks recorded by a portable seismic array located close to the mainshock occurred along the N–S-striking Sudian Fault, indicating that this fault had an important influence on these shocks. Coulomb stress calculations show that three strong(magnitude ≥5.0) earthquakes that occurred in the study region in 2008 increased the coulomb stress along the plane parallel to the Dayingjiang Fault. This supports the Dayingjiang Fault, and not the Sudian Fault, as the seismogenic fault of the 2011 Ms5.9 Yingjiang earthquake. The strong earthquakes in 2008 also increased the Coulomb stress at depths of ≤5 km along the entire Sudian Fault, and by doing so increased the shallow seismic activity along the fault. This explains why the foreshocks and aftershocks of the 2011 Yingjiang earthquake were located mostly on the Sudian Fault where it cuts the shallow crust. The earthquakes at the intersection of the Sudian and Dayingjiang faults are distributed mainly along a belt that dips to the southeast at ~40°, suggesting that the Dayingjiang Fault in the mainshock area also dips to the southeast at ~40°.     

汶川地震断裂作用研究新认识

2008年汶川地震后,人们不得不思考问题是:大地震是如何发生的?下一次大地震什么时候发生?也就是涉及地质学家和地球物理学家一直未解决的科学问题:断层是如何破裂的?震后断裂是如何愈合的?我们试图通过对汶川地震断裂带结构、断裂摩擦行为和断裂愈合过程的研究来回答这些问题。本文将介绍通过对地表露头和汶川地震断裂科学钻探一号孔(WFSD)岩心中汶川地震主滑移带的详细研究,以及钻孔中长期温度监测来分析有关汶川地震断裂动态弱化和摩擦行为,并结合钻孔中长期水文监测计算所得断裂带渗透率变化,分析震后断裂愈合过程,进而探讨和认识汶川地震断裂作用所涉及的上述问题。经过详细研究,确定了汶川地震断裂带(映秀—北川断裂带)宽105~240 m、具有五个不同断裂岩组合的内部结构,是一条经常发生大地震、具多种弱化机制的断裂带;发现了汶川地震不仅具有同震石墨化作用,而且测量到目前世界上最低的动态摩擦系数(≤0.02),同时首次记录到大地震后断裂快速愈合信息。这些研究结果不仅直接回答了一直困扰在地震地质和地震物理学领域几十年的关键问题,而且对完善地震断裂理论和认识汶川地震机制具有极其重要的意义,为防震减灾提供了理论依据。     

玉树地震地表破裂特征及其破裂方式

北京时间2010年4月14日玉树Ms7.1级地震产生了长约50km的地表破裂带,地表破裂系统非常典型。本文通过对果庆益荣松多村附近河滩与结古镇西南河道两岸2个地表破裂点的野外观测和地表破裂的力学分析,探讨玉树地震地表破裂特征和方式。在果庆益荣松多村附近河滩地表破裂与地震陡坎呈间隔式左行右阶排列,具转换压缩性质;在结古镇西南河道北岸主地表破裂带中地表破裂非常发育,出露一处古断层面。地表破裂的野外调查与应力分析结果表明,玉树地震同震地表破裂带总体走向为125°,属于典型的左行走滑破裂带,最大左行走滑位移量1.75m,主压应力为近东西向,这一结果与美国地质调查局和中国地震局地震地球物理研究所公布的结果基本一致。     

2021年5月21日漾濞MS6.4地震的发震断层及其破裂特征: 地震序列的重定位分析结果

据中国地震台网测定，2021年5月21日21时48分在云南省大理州漾濞县发生M_S6.4地震，及时查明此次地震的发震构造及震源破裂特征，可为认识该区孕震条件和判别未来强震危险性提供关键依据。采用双差定位方法对漾濞地震序列进行重新定位，得到3863次地震事件的精确震源位置。结果显示:漾濞地震序列整体呈北西—南东向分布，长约25 km；整体走向135°；M_S6.4主震震中位置为25.688°N，99.877°E；震源深度约9.6 km。综合地震序列深度剖面和震源机制解结果可知，发震断层应为北西走向、整体向西南方向陡倾的右旋走滑断层，倾角具有自北西向南东逐渐变缓的趋势。进一步分析地震序列的时空演化过程发现，该地震具有典型的"前震-主震-余震型"地震序列活动特点，其破裂过程主要包括3个阶段。破裂成核阶段:首先在发震断层10~12 km深度处相对脆弱部位产生小尺度破裂，之后失稳加速破裂，发生M_S5.6地震；主震破裂阶段:在构造应力场持续加载和周围小尺度破裂的共同影响下，促使浅部较高强度断层闭锁区破裂，形成M_S6.4主震；尾端拉张破裂阶段:主震破裂向东南扩展过程中，在东南端形成与之呈马尾状斜交的、具有正断性质的次级破裂，并产生M_S5.2余震。而且此次地震还在源区北东侧触发了北北东向的左旋走滑破裂。综合分析认为，漾濞地震是兰坪-思茅地块内部北西向草坪断裂在近南北向区域应力挤压作用下发生右旋走滑运动的结果，具有明显的新生断裂特征。近年来兰坪-思茅地块内部一系列中强地震的发生表明，青藏高原物质向东南持续挤出的过程中，遇到该地块的阻挡，正在导致地块内部早期断层贯通形成新的活动断裂。因此，川滇地块西南边界带上或相邻地块内部老断层的复活和新生断裂的产生是区域中强地震危险性分析评价中值得关注的重要课题，同时建议需重视未来该区中强地震进一步向东南和向北的迁移或扩展的可能性。      

任楼煤矿小断层对瓦斯涌出的控制作用

断裂构造作用对煤层的瓦斯含量及煤层开采时瓦斯的涌出量都会产生影响。通过实际观测统计,分析了皖北任楼煤矿小型断层两侧瓦斯涌出的基本特征。研究表明,断层作用区与煤层瓦斯高涌出量具一致性;断层落差与最大瓦斯涌出区至断层点的距离具极好的相关性;瓦斯异常涌出范围与断层落差之间也呈现良好的线性关系。进一步分析表明,在研究区断层附近的瓦斯涌出量峰值出现的位置以及瓦斯涌出量异常的范围分别约为断层落差的35倍与60倍。