汶川地震(Ms 8.0)地表破裂过程探讨

汶川地震(Ms8.0)形成了具逆冲兼右旋走滑性质的映秀-北川破裂带、纯逆冲性质的灌县-安县破裂带以及它们之间具左旋走滑-逆冲性质的小鱼洞破裂带,成为世界上迄今为止空间上分布最为复杂、长度最大的逆冲型地震地表破裂带.其地表破裂过程对理解发震机理具有重要的科学意义.文章根据地表破裂带的不同运动特性以及分段性,并结合不同地段同震断层擦痕行迹,探讨汶川地震地表破裂过程.通过详细分析,认为沿地表破裂带出现南北两个大的滑移量峰值,以及南北两段破裂带的几何分布和运动特性均不同,表明汶川地震是由南北两个次级破裂事件组成,这个结论与地震波数据反演结果一致,并根据八角庙和北川地区同震断层擦痕的运动学对比研究,推测汶川地震初期破裂以逆冲运动为主,沿映秀断裂和灌县-安县断裂,同时形成约100-80kin长近纯逆冲性质的映秀-清平段地表破裂带和灌县-安县地表破裂带,并且在这两条破裂带向NE方向扩展过程中形成了小鱼洞地表破裂带.由于南部初期破裂事件触发了北川断裂的活动,造成后期破裂事件的发生.后期破裂事件以右旋走滑(或右旋斜冲)运动为主,沿映秀-北川断裂形成龙池-深溪沟-八角庙-清平-擂鼓-北川-南坝-石坎等一线破裂带,该破裂带在映秀断裂带上叠加了第一次破裂事件形成的部分破裂带,整体地表破裂带南段(映秀-清平段)叠加了两次不同性质的破裂过程,北段(擂鼓-北川-南坝-石坎段)只反映了第一二次破裂事件的过程.所以,汶川地震地表破裂带中约270km长的映秀-北川破裂带具有逆冲兼右旋走滑性质,而约80km长的灌县-安县破裂带为纯逆冲性质.地震破裂过程是一动态复杂的物理过程,上述地表破裂模型可以解释两条不同性质破裂带的形成.但是否符合实际的地震破裂过程,还需要通过近台网地震波数据精细反演地震震源破裂过程的验证.     

四川汶川Ms 8.0地震地表破裂构造初步调查与发震背景分析

5月16-24日对川西汶川大地震震中区的发震断裂地带进行的实地考察和初步测量,获得了宝贵的地表变形和同震位移最数据资料,证实汶川地震属于逆冲断裂型地震,主破裂沿映秀-北川断裂带发育,前山地区滑灌县-安县断裂也有地表破裂,同震位移量在3~5m.汶川地震产牛的地表破裂构造和运动性质显示明显分段特性,映秀-北川段以挤压逆冲为主,而北川以北段则伴有显著的右旋走滑分量.     

龙门山中段彭灌断裂带汶川Ms8.0地震同震破裂断层识别及其浅、表构造特征

2008年汶川Ms8.0地震在龙门山中段的彭灌断裂带产生的地表破裂,是该地震产生的第二大地表破裂带.综合应用地质、钻井以及二维、三维地震数据,利用横贯前山带的多条人工地震反射剖面,对彭灌断裂带产生同震破裂的断层进行准确识别和解释.研究表明,龙门山中段的彭灌断裂带是一套由3条主要断层和次级广泛发育的断裂组合构成,浅层表现...     

汶川8.0级地震地表破裂带

汶川8.0级地震的发震构造为龙门山断裂带。地震地表破裂分布在北川-映秀断裂和江油-灌县断裂上,长度分别为200km和70km。地震地表破裂表现为地表出露的地震破裂面、雁列分布的地震裂缝、地震断坎和断塞塘等。地表破裂的性质主要为右旋逆冲,最大同震位错的逆冲量和走滑量均为5.0m左右,分别位于擂鼓和虹口附近。地表破裂带的最大挤压缩短量为3.5m左右,最大宽度约为70～100m。     

2008年汶川Ms8.0地震北川以北段地表破裂变形的主要样式

2008年5月12日发生的汶川地震是由青藏高原东部龙门山断裂的活动所导致。震后的调查表明,北川县城以北的断裂段破裂了约90km。在北川县城以北,不同地点沿地震地表破裂所展现的地表变形差异很大,可能反映了断裂附近地表特性的变化。文章主要从5个典型地点来阐述5种代表性的地表变形模式。前两个地点,在北川县城以北几公里,反映了近地表基岩中的一种变形和从基岩向松散堆积物过渡区的一种变形模式。与此两种断裂陡坎变形不同,中间的两个点则阐述了褶皱陡坎,它们反映了2008年地震中断裂断错在地表以下终止的不同情形。最后一个点位于汶川地震地表破裂的北端,可能代表了当地表破裂结束时地表变形的模式。在北川以北段地表破裂上典型地点的详细测量的基础上,通过归纳野外获得的地表变形资料,构建出汶川地震地表破裂北川以北段的基本变形模型。     

汶川地震(Ms8.0）地表建筑体变形特征及其构造意义

通过汶川地震震区大量的实地考察已证实沿着早先活动断裂主要发育了两条地表破裂带：一条是沿着映秀－北川断裂产生的逆冲伴随右旋走滑破裂带,长275km,最大垂直位移达11m,水平位移达12m; 另一条纯逆冲性质的破裂带,沿着灌县－安县断裂发育,最大垂直位移达4m。活动断裂之上的地表破裂带是野外工作中确定地震断裂性质的重要现象。另外,在活动断裂相邻区域和远离区域的路面以及建筑体还大量存在变形现象。通常沿活动断裂产生的地表破裂是典型的同震破裂,相邻区域的地表路面及建筑体发育的变形属于次生变形,远离区域发育的变形则属于震后变形。对次生变形和震后变形测量数据的应用容易影响活动断裂特征的确定和性质的判断,因为路面等建筑体上的挤压拱起、叠置以及水平错断等现象多是受到地震过程中通过断裂活动突然释放的巨大能量作用在局部地表建筑体产生的变形。但是,分布广泛的挤压现象暗示了区域上挤压应力场环境,有利于地表同震破裂位置的推测及地震断裂性质的判断。     

玉树7.1级地震断裂特征与地震地表破裂带

2010年4月14日07时49分在青海省玉树县发生了7.1级地震,震中位于 33.2°N,96.6°E,自玉树县城至隆宝镇造成了大量房屋倒塌和人员伤亡.地震发生在NW向的玉树-甘孜断裂西段的玉树-治多断裂上,自隆宝镇东至玉树县城,地震引起了长约50km的地震地表破裂带,主要分布在第三纪红砂岩、高漫滩及河床中,致使公路错断、桥梁位错,并引发大量滑坡和崩滑.震中附近的调查表明,地表破裂带主要沿NW向的玉树-治多断裂展布,总体走向NW320°,分为两组,一组为NW向,另一组为NE向,NW向的破裂为左旋走滑,发育一系列小的类拉分盆地,NE向的破裂表现为正断性质.由震源机制解和断裂特征判定,NW向的玉树-治多断裂为此次地震的发震构造.     

2014年于田Ms73地震地表破裂特征及其发震构造

2014年2月12日在新疆于田县境内西昆仑山东段地区发生了Ms7.3级强烈地震,震后野外考察表明,这次地震在海拔4600~5100m的地区形成了由一系列张裂隙、张剪裂隙、剪切裂隙以及挤压鼓包和裂陷等雁行状组合而成的地表破裂带,破裂带沿阿尔金断裂带西南段的两条近平行的分支断裂阿什库勒-硝尔库勒断裂和南硝尔库勒断裂分布,整体呈NEE走向,全长约28km,其中,沿阿什库勒-硝尔库勒断裂展布的地表破裂带长约10km,主要呈N63°~65°E走向,以左旋走滑伴随伸展性质的破裂为主,最大左旋位移约0.7m,最大垂直位移约0.4m;沿南硝尔库勒断裂展布的地表破裂带长约15km,呈N54°~60°E走向,以左旋走滑伴随逆冲性质的破裂为主,最大左旋位移约1m,最大垂直位移约0.75m;上述两破裂带之间沿N15°E方向由零星的张裂隙和右阶雁行状分布的张裂隙或张剪裂隙组成的不连续破裂带长约5km,显示为伸展具有左旋走滑的性质;另外,在南硝尔库勒断裂北侧沿N100°~110°E方向展布一系列具有挤压、右旋走滑性质的地表破裂带长约4km,宽约2km,与NEE走向的左旋走滑破裂带构成同震共轭破裂带。这种特殊的地表破裂样式是近期发生的强地震中结构最复杂的走滑断层型地表破裂。发震断裂属于阿尔金断裂带西南段尾端分支断裂,它与郭扎错断裂和龙木错断裂构成"阿尔金断裂"向SW方向的延伸部分,它们是青藏高原西部晚新生代强烈活动断裂,其大地震活动是由于印度和欧亚板块间碰撞而产生大陆变形的应变能释放过程。     

汶川Ms8.0地震平原区地表破裂的初步调查

2008年5月12日四川省汶川发生MS 8.0级地震,造成龙门山断裂带映秀－北川断裂长达240km和灌县－江油断裂72km的地表破裂。同时在龙门山山前的成都平原内出现了地表弯曲变形、地裂缝、河流跌水以及具有条带状分布的喷砂冒水点和建筑物破坏加剧的现象。为此,对这一地区进行了进一步的调查工作。调查采取以寻访形式为主,结合使用高精度3D扫描仪进行地形测量和探槽开挖。通过调查,发现平原区的隐伏断裂在汶川MS8.0地震中发生了错动,断层破裂面在地表未见有出露,而是在近地表形成弯曲变形。什邡市师古镇和隐丰镇之间存在两条地震灾害异常带,北北东向灾害异常带长约7km; 北北西向灾害异常带长约5km。通过探槽开挖和地形测量得到的汶川MS8.0级地震在平原区形成的垂直位移为20cm。     

汶川8.0地震地表破裂平通镇段的变形特征

2008年5月12日14时28分04秒,四川省汶川县发生MS8.0大地震。发震断裂为龙门山断裂带,地震地表破裂带分布在北川-映秀断裂上的映秀-石坎子段和江油-灌县断裂上的磁峰-睢水段。平武县平通镇地表破裂现象典型,在T1和T2阶地上形成了地震断坎和裂缝。应用高精度GPSRTK技术对平通镇地震断坎及两侧作详细的地形测量,并测量了线性显著的路面中线和鱼塘西边壁。在室内生成高分辨率DEM与大比例尺地形剖面图,量取同震垂直与水平位移,并估算压缩缩短量和断层产状。结果显示汶川8.0级地震在平通镇形成的同震垂直位移为3.0±0.1m,右旋水平位移为4.0±0.2m,压缩缩短量为2.5m,断层产状为NE40°/NW∠50°。平通镇的同震右旋位移与本次地震的最大右旋位移相近,而逆冲垂直位移有所降低。     

Parameters of Coseismic Reverse- and Oblique-Slip Surface Ruptures of the 2008 Wenchuan Earthquake,Eastern Tibetan Plateau

On May 12th,2008,the M_w7.9 Wenchuan earthquake ruptured the Beichuan,Pengguan and Xiaoyudong faults simultaneously along the middle segment of the Longmenshan thrust belt at the eastern margin of the Tibetan plateau.Field investigations constrain the surface rupture pattern, length and offsets related to the Wenchuan earthquake.The Beichuan fault has a NE-trending rightlateral reverse rupture with a total length of 240 km.Reassessment yields a maximum vertical offset of 6.5±0.5 m and a maximum right-lat...     

汶川Ms 8.0级地震断层间相互作用及其对起始破裂段的启示

汶川地震在地表形成了北东向与北西向两个方向的地表破裂带,余震分布也清晰地显示沿着小鱼洞断裂存在一条北西向小震密集条带。为了研究北西向小鱼洞断裂在汶川地震破裂过程中的作用,在已有的地表破裂数据和认识的基础上,结合汶川地震前小震资料和余震资料,完善了汶川地震震源构造模型。分别计算了以北川—映秀断裂西南的虹口段(BY1)与小鱼洞断裂作为初始破裂段所产生的库仑静应力变化量(ΔCFS)分布图像。结果显示,以北川—映秀断裂虹口段(BY1)做为起始破裂段,虽然小鱼洞断裂西北段(XYD2)的局部地段处于应力触发区,但在出现地表破裂的小鱼洞断裂东南段(XYD1)却处于1.5 bar的应力抑制区,同时随着北川—映秀断裂向北东方向的进一步破裂,小鱼洞断裂仍处于应力抑制区,并且范围有所扩大。如果这样,在汶川地震过程中,小鱼洞断裂应该是稳定的,不可能产生地表破裂带及小震密集条带;以小鱼洞断裂作为起始破裂段,北川—映秀断裂BY1段的大部分区段处于1.0～1.5 bar的应力触发区,不但如此,小鱼洞断裂对彭灌断裂也有触发作用。基于以上结果,认为汶川地震破裂过程是以北西向小鱼洞断裂为起始破裂段,该断裂的破裂触发了北川—映秀断裂和彭灌断裂,并导致北川—映秀断裂向北东方向发生级联破裂。     

汶川Ms 8.0级地震强震记录所揭示的地震断层特征分析

基于2008年5月12日汶川Ms8.0级地震的强震台站记录,对比发震断层两侧的峰值加速度与地表破裂带上同震位移的分布特点,探讨了地震动强度分布特征与地表破裂位移分布之间的相关关系。分析近断层典型台站的强震动记录时程特征,获得了强地震动记录中所包含的断层破裂过程和破裂习性信息,从强震观测记录的角度进一步证实了汶川地震主震的多次破裂特征。结果表明,汶川地震主震至少包含了4次地震破裂事件,最主要的前两次破裂事件分别对应映秀—北川断裂段和北川—南坝断裂段的破裂过程,后两次破裂事件释放的能量相对较小,应该是第二次破裂过程触发局部次级破裂所引起的。此外,垂直于断层的峰值加速度剖面揭示的发震断层的高倾角逆冲特性,与地震地质调查和小震精定位等确定的相应结果是一致的。     

2008年汶川大地震小鱼洞地表破裂带精细填图

5·12汶川Mw7.9级地震为罕见的、地壳尺度位移配分于多条平行断裂的板内逆冲走滑型地震。在2条北东走向、近平行的主要地表破裂间,发育北西走向的小鱼洞地表破裂。介绍了对小鱼洞北西向地表破裂的精细填图。小鱼洞地表破裂空间上位于灌县-江油与映秀-北川断裂间,全长约8km,总体走向310°,为南西盘抬升、逆冲兼具左旋走滑性质。地表破裂在南东端走向变化较大,从300~310°变为南北向,并与灌县-江油地表破裂带的磁峰段相连。小鱼洞地表破裂的垂向位错自北西往南东方向递减,北西端陡坎高度最大3.4m,南东端则小于0.2m,衰减梯度约为0.5m/km。左旋走滑位移测量点较少,集中在中段的小鱼洞镇附近,所测最大左旋走滑位移约为2.2m,一般走滑位错与同处垂直位错具有同步变化的特征。小鱼洞断裂近地表的倾角较缓,为30°±15°。结合已有地貌、地球物理和地质研究结果,提出小鱼洞断裂是向下与灌县-江油断裂交会的侧向断坡,位于映秀-北川断裂中南段间的断面倾角差异的撕裂部位,连接映秀-北川和灌县-江油断裂。在运动学上,认为小鱼洞断裂是以斜向断坡为几何形态的撕裂断裂,调节了北东走向的主断裂的运动学横向差异。小鱼洞断裂上的同震位移矢量与N70°、80°E的区域主压应力场方向匹配。这一方向与龙门山高原边界斜交。     

Parameters of Coseismic Reverse‐ and Oblique‐Slip Surface Ruptures of the 2008 Wenchuan Earthquake,Eastern Tibetan Plateau

Abstract: On May 12th, 2008, the Mw7.9 Wenchuan earthquake ruptured the Beichuan, Pengguan and Xiaoyudong faults simultaneously along the middle segment of the Longmenshan thrust belt at the eastern margin of the Tibetan plateau. Field investigations constrain the surface rupture pattern, length and offsets related to the Wenchuan earthquake. The Beichuan fault has a NE-trending right-lateral reverse rupture with a total length of 240 km. Reassessment yields a maximum vertical offset of 6.5±0.5 m and a maximum right-lateral offset of 4.9±0.5 m for its northern segment, which are the largest offsets found; the maximum vertical offset is 6.2±0.5 m for its southern segment. The Pengguan fault has a NE-trending pure reverse rupture about 72 km long with a maximum vertical offset of about 3.5 m. The Xiaoyudong fault has a NW-striking left-lateral reverse rupture about 7 km long between the Beichuan and Pengguan faults, with a maximum vertical offset of 3.4 m and left-lateral offset of 3.5 m. This pattern of multiple co-seismic surface ruptures is among the most complicated of recent great earthquakes and presents a much larger danger than if they ruptured individually. The rupture length is the longest for reverse faulting events ever reported.     

汶川地震擂鼓地区地表变形特征及其机制探讨

基于擂鼓附近地表破裂几何形态的特殊性以及对擂鼓地区地震地表破裂机制存在的不同认识,本文通过野外实际调查测量,并结合已有的文献资料对擂鼓地区地震地表变形特征进行了详细研究。分析结果认为:擂鼓附近几何形态的变化、同震位移量的明显偏小,以及破裂带拐弯处的表层物质发散运动,表明该地区具有一般挤压阶区的特征。由于北川—映秀断裂北段是兼有逆冲运动和右旋走滑运动的断裂,所以相比于一般挤压阶区,擂鼓挤压阶区受到了更强烈的挤压隆升,并且仍受到逆冲引起的撕裂断层作用。擂鼓阶区内形成的滑坡、地表破裂以及鼓包都是局部块体受到强烈挤压作用的结果,而撕裂断层作用影响较小,且完全被挤压隆升变形所掩盖。根据文中的研究并结合已有的深部运动资料,笔者构建了擂鼓挤压阶区三维结构模型。对擂鼓地区的同震变形机制研究不仅有利于我们深入地理解汶川地震的地表破裂过程,也可为断裂阶区内的防震减灾提供理论依据。     

汶川大震的科学思考

在野外地震地质科学考察的基础上,围绕汶川地震发震断层的特征、发震机制、地表破裂带的分段性与分带性、南北构造带地震危险性、地震地质灾害的多发性及链生性、工程建（构）筑物的破坏特征与安全性、地震烈度区划问题及极端自然灾害的预测与应对等进行了分析和讨论,并就有关问题提出了一些新的思考。结果表明,低速滑动断层、晚更新世断层或中央活动断裂也可以发生强震;汶川地震同时具有深部构造的控震作用;地表破裂沿走向可分为映秀—安县段、北川—关口段及青川段;地表破裂可分为主破裂、牵动破裂与感应破裂3种类型;青川段的深部破裂与浅部破裂没有几何上的连续关系或继承关系;贺兰—川滇南北构造带是中国大陆强震多发带,尤其是其北段的六盘山—天水—武都—青川一带未来的强震危险性不容忽视;汶川地震地质灾害具有灾害类型多、成因机理复杂、灾害链长、规模大、范围广、灾害程度深、危害对象广、持续时间长等特点;高烈度区和活断层沿线的地质灾害危险性区划与预测评价对防灾减灾极为重要;活动断裂沿线应注意破裂影响带宽度与建筑物安全避让距离;应对地震等极端自然灾害,应以预防为主,综合减灾;地震烈度区划应同时考虑活动断层的复发周期、地震的离逝时间乃至地形地貌条件;重大工程应提高设防烈度;应当加强极端自然灾害预测评估,完善应对对策和提高应对水平。     

汶川地震后龙门山断裂带活动特征

利用地震后2009~2011年GPS监测数据,获得了龙门山断裂带所在地区2009~2010年、2010~2011年以及2009~2011年GPS测站运动速度场,分析了区域地壳运动总体趋势及形变特征;通过分析龙门山断裂带北段、中段、南段横切剖面的测站运动速度变化,探讨了汶川地震后龙门山断裂带运动特征。分析表明:汶川地震前后,地壳运动总体趋势未变,作顺时旋转;断裂带西侧GPS测站运动速度变大,东侧运动速度变小;龙门山断裂带的断裂性质地震前后都为右旋走滑挤压,断裂带运动速率受汶川地震影响较大,震后运动速率较震前有显著的增加。龙门山断裂带震后各段次级断裂活动不同,中南段以前山断裂运动为主,其它各段以后山断裂运动为主。地震后龙门山断裂带表现出的运动特征主要与地震活动有关。受汶川地震的影响,区域动力学、运动学平衡被打破,龙门山断裂带东侧震后初期弹性回返,表现为低速反向运动。龙门山断裂带西侧震后松弛为拉张区,运动速度加大。地震对断裂带的影响不同,导致断裂带各段及次级断裂表现出不同的运动特征。     

汶川地震地表破裂面形貌特征

准确描述破裂面形貌对于我们理解地震断层作用是非常重要的,破裂面的形貌特征包含许多关于地震和断层机制的有用信息。在Mw7.9 2008汶川地震中断层活动产生了两个新鲜的破裂面,八角庙破裂面和沙坝破裂面。我们使用3D便携式激光扫描仪(Tri mble GX)对两个破裂表面进行测量,在野外微观尺度上研究了破裂面形貌特征。通过能谱密度和均方值两个方法分析破裂面形貌,新鲜的破裂面表现为自相仿性,能谱密度和均方值均与剖面长度存在幂律关系。在能谱密度与空间频率的对数图中,能谱密度曲线存在明显的拐点,该拐点所对应的波长称为特征波长,表明单一分形不能准确描述破裂面形貌。八角庙破裂面在平行滑动方向上的特征波长为7 mm,在垂直方向上特征波长略大一些(区域Ⅰ为10 mm,区域Ⅱ为9 mm);沙坝破裂面在平行滑动方向上的特征波长为8 mm,但垂直方向上特征波长略小(6 mm)。均方值曲线的最小二乘拟合直线的斜率为Hurst指数,该指数依赖于剖面线方向并描述破裂面形貌的各向异性,H指数的最小值和最大值分别与平行擦痕和垂直擦痕方向对应,这与野外断层面擦痕测量结果一致。沙坝破裂面的H指数极坐标图中存在次级H指数峰值(对应剖面线方向为85°和160°),这揭示破裂面上存在一组隐匿擦痕。该组隐匿擦痕为汶川地震之前断层活动中形成的,但这还不足以推测上一次断层活动的时间和规模。另外,通过比较新鲜节理面和破裂面表明H指数是否大于0.8反映了断层类型。在整个空间频率域上,能谱密度曲线斜率(-α)和均方值曲线斜率(H)的线性拟合关系为α=1.22+1.72H,并不严格满足两者之间理论关系式,α=1+2H。这个差异是由于测量信号噪音、破裂面的多分形性和分析方法的差异造成的。