铲形逆断层和平行逆断层体系的破裂特征——以龙门山断裂带中段为例的数值模拟

汶川地震是有地震历史记载以来首次发生在大陆内部的高角度8级逆冲强震,给板内逆冲强震研究提供了许多新的课题。论文主要开展了以下两方面的研究:(1)近地表陡倾角铲形逆断层的破裂特征研究。基于龙门山断裂带中段动力学背景建立有限元模型,系统地研究近地表陡倾角铲形逆断层(本文所称近地表陡倾角铲形断层,要求近地表倾角至少≥65°)的破裂特征,并探讨了汶川地震逆冲滑动量随深度分布形态所可能蕴含的地壳信息。对于近地表陡倾角铲形断层,在断层倾向的高强度挤压下,断层近地表部分对逆冲破裂和滑动有一定的阻碍作用;铲形断层的近地表倾角越陡,陡倾角部分的深度范围越大,断层近地表部分对逆冲破裂和滑动的阻碍作用会越明显;近地表陡倾角的铲形断层形态和巴颜喀拉块体的高强度挤压很可能是形成汶川地震逆冲滑动量随深度分布形态的重要原因,无地表破裂的前期地震并不是造成汶川地震滑动量随深度分布特征的必要条件。(2)平行逆断层体系中断层活动之间的相互影响研究。讨论了分布距离对平行逆断层地震活动规律的影响,并定量地评估了汶川地震中前山断裂同震逆冲破裂对中央断裂逆冲破裂释放的影响。同震破裂实验结果显示:在同震逆冲破裂中,前山断裂和中央断裂的破裂释放之间有一定的替代关系;汶川地震中,由于前山断裂发生同震逆冲破裂,中央断裂相应段落逆冲破裂释放很可能降低了约10%,减少的标量地震矩约为9.54×1018 N·m。平行逆断层长期挤压破裂实验结果显示:在龙门山断裂带的动力学环境和浅层构造背景下,当平行逆断层之间的距离在20km以下时,两条平行逆断层会在破裂释放上形成主次关系,距离越短,主次关系越显著;两条平行逆断层之间发生同步逆冲破裂的比例很低,受平行逆断层之间距离的影响也很小;两条平行逆断层之间发生同步地表逆冲破裂的比例更低,在龙门山动力学机制和浅层构造背景下,距离在10~20km左右时,平行逆断层之间最容易发生同步地表逆冲破裂。结合龙门山断裂带中段的实验结果显示:后山断裂的地震活动很可能相对独立;12km的距离使得中央断裂和前山断裂之间发生同步地表逆冲破裂的风险相对较高,这很可能是导致汶川地震中出现同震地表破裂的一个重要原因。     

四川龙泉山断裂带变形特征及其活动性初步研究

文中通过野外调查和地震反射剖面研究,获取了龙泉山断裂带的变形特征。龙泉山断裂带主逆冲断层位于龙泉山背斜的西翼,具有明显的分段性特征,北段与南段断层面倾向NW,断续分布;中段断层面倾向SE,形成典型的断层传播褶皱,并且断层已经沿背斜前翼膝折带的轴突破,形成贯通的突破断层。因此,中段构成了龙泉山断裂的主体。地貌对断裂活动性的响应表明龙泉山断裂早更新世—晚更新世有过一定的活动,晚更新世以来活动速率较低,且活动性具有从南向北逐渐减弱的趋势     

龙门山逆断裂带中段的构造地貌学研究

龙门山逆断裂带中段由３条主要的逆断裂带组成，根据构造地貌学特征和地震活动性推测，其第四纪活动性自南西向北东方向递减，表现出明显的分段性。其中灌县－江油断裂控制了山地与平原或山地与丘陵区的分界以及第四系的厚度，根据这一特征可知该断裂的活动性自南向北，在大邑、灌县和彭县一带最强，绵竹次之，安县至江油最弱。断裂活动的分段性可能受龙门山北部南北向岷山隆起的控制。由于新构造活动分布在３条断裂上，所以区内以６级以下的中小地震活动为主     

2008年青海大柴旦6.3级地震及发震背景研究

2008年11月10日青海省大柴旦地区发生6.3级地震,打破了青海省境内55个月的6级地震平静,该次地震可能是对2008年5月12 日汶川8.0级地震在青藏块体内部应力调整的响应.通过该次地震及其发震断裂周缘地震震源机制解的分析认为,本次地震发震断裂活动性主要以逆冲为主并兼有走滑特性.对本次地震的发震断裂大柴旦-宗务隆山断裂带开挖探槽,探槽剖面揭露该断裂带在晚更新世-全新世早期有过明显活动;断裂带周缘历史地震的分布特征表明断裂带新的活动明显向南迁移;这与野外调查结果断层活动不断向山前迁移相一致.根据对青藏块体内部地震活动性分析认为,青藏高原内部中强震活动有顺时针螺旋迁移的特征,这一活动特征与GPS观测的青藏块体内部应力顺时针调整相一致,这一特征可能代表了青藏块体内部地震活动的一种新规律.基于对这种规律的认识和祁连地震带的大震构造孕育条件,祁连地震带东南部地区应倍受关注.     

青藏高原东南缘活动断裂的地震应变能释放系统研究

本文以青藏高原东南缘为研究区域,利用G-R震级能量经验公式和Benioff地震应变能释放曲线,对该区域内1500a以来的历史地震应变能释放进行了系统研究。文中给出了各断裂带和断块区的地震应变能释放周期表及相应的地震活动性分析。分析发现研究区域地震应变能的释放具有东强西弱,南强北弱的特征,整体上各断层断块区的历史地震应变能释放符合准周期模式,某些断层和断块区上的地震周期具有某种程度的同步现象。青藏高原东南缘现今处于大释放期,地震的活动性不能忽视。对局部地区的研究结果显示,安宁河-则木河断裂带、小江断裂带的地震活动性较强,对于这些地区应重点跟踪研究。     

川滇地区主要活动断裂的活动特征及其近十年的地震活动性

以近10几年的地震目录为基础,对川滇地区主要断裂带GSHAP地震危险性评估的预测结果与近十几年来的实际地震活动性进行了对比。结果表明,小江断裂以东的昭通地区以及滇西内弧带中段的哈巴和玉龙雪山东麓断裂带近年来的地震活动性较强,与GSHAP的评估相符;龙门山断裂带和怒江断裂以西的盈江地区近年的地震活动性较强,其活动性在GSHAP中被低估;而在GSHAP中确定的高危地区,如澜沧江断裂、小江断裂、红河断裂、鲜水河断裂周边区域,近十几年内的构造活动低于预期,如红河断裂与澜沧江断裂近年来的地震活动性较弱,而怒江断裂只在南端的保山等地区有较强的地震活动性。     

浑江断裂带及水系的分形特征和构造活动性研究

应用分开有几何学方法对浑江断裂带及水系进行了分形特征研究。计算结果表明，浑江断裂带具有较强的活动性，而且次级NNE向断层比NE和NW向断层活动性更强，结合地震活动属于 质地貌，构造应力场等方面的分析。探讨了该断裂带的活动性及区域新构造运动特征。     

汶川地震断裂带滑移行为、物理性质及其大地震活动性——来自汶川地震断裂带科学钻探的证据

断裂带物质组成、结构及其物理性质是理解断裂变形机制和地震破裂过程的基础和关键,断裂带地震（黏滑）和非地震（蠕滑）滑移行为不仅对了解地震活动性和山脉隆升过程具有重要意义,而且直接为防震减灾提供科学依据.我们以穿过龙门山映秀—北川和灌县—安县断裂带的汶川地震断裂带科学钻探（WFSD）岩心和地表出露的断裂带为研究对象,通过对断裂岩组成、结构、显微构造和钻孔物性测井数据进行分析研究,确定了龙门山逆冲断裂带滑移行为和物性特征,初步探讨了大地震活动性和有关断裂带的隆升作用：（1）映秀—北川断裂带倾向NW,浅部倾角~65°,发育的断裂岩厚约180~280 m,由碎裂岩、假玄武玻璃（地震化石）、断层泥和断层角砾岩组成.断裂带具有高自然伽马、高磁化率值、低电阻率、低波速等物理性质以及对称型破碎结构.断层泥普遍具有摩擦热效应的高磁化率值和石墨化作用特征,是古地震滑动的岩石记录.表明映秀—北川断裂带为经常发生大地震的断裂带,晚新生代以来类似汶川地震的大地震复发周期小于6000—10000年,具有千年复发周期特征.（2）灌县—安县断裂带倾向NW,浅部倾角~38°,发育的断裂岩厚约40~50 m,仅由断层泥和断层角砾岩组成,具有典型的"压溶"结构,表现出蠕滑性质.除压溶作用外,定向富集的层状黏土矿物和微孔隙的发育使断层强度变弱.断裂带具上盘破碎的非对称型破碎结构,除具低磁化率值特征外,其他物性与映秀—北川断裂带一致.（3）根据断裂岩厚度与断层滑移量相关经验公式关系,以及断层产状,粗略估算映秀—北川断裂带自中生代以来累积垂直位移量大于9 km,灌县—安县断裂带累积垂直位移量小于3 km.映秀—北川断裂带长期大地震产生的累积垂直位移量是龙门山隆升的主要贡献.     

试论安宁河断裂带新活动的分段性与地震活动

本文根据近几年来对安宁河断裂带的野外调查资料,结合地震活动性、地壳形变、断层带中断层泥SEM特征分析,着重讨论了安宁河断裂带活动性的分段特征及其与地震活动的关系。资料表明,断裂带在晚更新世以来活动的强弱与地震活动在时间上和空间上分布的不均匀性有较好的一致性,即地震活动的强度、频度,严格受断裂带在晚更新世以来的活动强度、活动方式的制约。研究活动断层的活动分段性,对判定地震危险区及工程稳定性评价具有重要的科学意义和应用价值。     

小江断裂带及周边地区强震危险性分析

根据历史地震资料及现今区域台网中小地震观测资料,对小江断裂带及周边地区的历史地震活动特征,特别是小江断裂带不同段落的现今断层活动习性进行了研究,依据b值,结合其它地震活动性参数,勾画出了该区未来强震的潜在危险区:①石屏一建水断裂段6.8级地震重现期为88～193年,目前已平静121年;小江断裂带的宜良-嵩明段6.8级地震蕈现期是108～225年,目前已平静175年.②小江断裂东川段具有中等偏大应力水平,属于中小地震活动频繁的地段;小江断裂华宁段具有较低应力水平,属于以小震活动为主的地段;通海-峨山断裂具有中等应力水平,属于中小地震活动频繁地段.③石屏-建水断裂和小江断裂宜良-嵩明段存在较低的6值和较小强震复发周期,具有较高应力水平,属于潜在地震震级偏大的区域,是未来发生7级以上大震的潜在危险区.     

汶川M_s 8.0地震大震复发周期的研究进展

汶川Ms8.0地震发生在青藏高原东缘NE向龙门山断裂带上,造成以映秀、北川为中心的长达300km的同震地表破裂带.初步研究认为,龙门山断裂带大震复发属于特征地震模式.本文在考虑地形差异影响下,用有限元数值模拟方法对汶川地震的大震复发周期进行研究.初步结果表明:龙门山断裂带大震复发周期为3908～4482a,该结果与古地震、断层滑动法、地震矩率、GPS数据确定等给出的结果具有较好的一致性,为龙门山断裂带的地震活动性及地震危险性研究提供重要的定量依据.     

Numerical simulation on the influences of Wenchuan earthquake on the surrounding faults

On 12 May 2008, the devastating Wenchuan earthquake struck the Longmenshan fault zone, which comprised the eastern margin of the Tibetan Plateau, and this fault zone was predominantly a convergent boundary with a right-lateral strike-slip component. After such a large-magnitude earthquake, it was crucial to analyze the influences of the earthquake on the surrounding faults and the potential seismic activity. In this paper, a complex viscoelastic model of western Sichuan and eastern Tibet regions was constructed including the topography. Based on the findings of co-seismic static slip distribution, we calculated the stress change caused by the Wenchuan earthquake with the post-seismic relaxation into consideration. Our preliminary results indicated that: (1) The tectonic stressing rate was relatively high in Kunlun mountain pass-Jiangcuo, Ganzi-Yushu, Xianshuihe and Zemuhe faults; while in the east Kunlun and Longriba was medium; also the value was less in the Minjiang, Longmenshan, Anninghe and Huya faults. As to the Longmenshan fault, the value was 0.28×10^-3 MPa/a to 0.35×10^-3 MPa/a, which is coincident with the previous long recurrence interval of Wenchuan earthquake; (2) The Wenchuan earthquake not only caused the Coulomb stress decrease in the source region, but also the stress increase in the two terminals, especially the northeastern segment, which is comparatively consistent with the aftershock distribution. Meanwhile, the high concentration areas of the static slip distribution were corresponding to the Coulomb stress reductions; (3) The Coulomb stress change caused by Wenchuan earthquake showed significant increase on five major faults, which were northwestern segment of Xianshuihe fault, eastern Kunlun fault, Longriba fault, Minjiang fault and Huya fault respectively; also the Coulomb stress on the fault plane of the Yushu earthquake was faintly increased; (4) We defined the recurrence interval as the time needed to accumulate the magnitude of the stress drop, and the recurrence interval of Wenchuan earthquake was estimated about 1 714 a to 2 143 a correspondingly.     

NUMERICAL SIMULATION OF DEFORMATION MOVEMENT AND STRESS ACCUMULATION IN LONGMENSHAN AND ITS ADJACENT FAULTS BEFORE WENCHUAN EARTHQUAKE

In order to reveal the deformation and cumulative stress state in Longmenshan and its adjacent faults before Wenchuan earthquake,a 3D viscoelastic finite element model,which includes Longmenshan,Longriba,Minjiang and Huya faults is built in this paper.Using the GPS measurement results of 1999-2004 as the boundary constraints,the deformation and movement of Longmenshan fault zone and its adjacent zones before Wenchuan earthquake are simulated.The conclusions are drawn in this paper as follows:First,velocity component parallel to Longmenshan Fault is mainly absorbed by Longriba Fault and velocity component perpendicular to the Longmenshan Fault is mainly absorbed by itself.Because of the barrier effect of Minjiang and Huya faults on the north section of Longmenshan Fault,the compression rate in the northern part of Longmenshan Fault is lower than that in the southern part.Second,extending from SW to NE direction along Longmenshan Fault,the angle between the main compressive stress and the direction of the fault changes gradually from the nearly vertical to 45 degrees. Compressive stress and shear stress accumulation rate is high in southwest segment of Longmenshan Fault and compressive stress is greater;the stress accumulation rate is low and the compressive stress is close to shear stress in the northeast segment of the fault.This is coincident with the fact that small and medium-sized earthquakes occurred frequently and seismic activity is strong in the southwest of the fault,and that there are only occasional small earthquakes and the seismic activity is weak in the northeast of the fault.It is also coincident with the rupture type of thrust and right-lateral strike-slip of the Wenchuan earthquake and thrust of the Lushan earthquake.Third,assuming that the same type and magnitude of earthquake requires the same amount of stress accumulation,the rupture of Minjiang Fault,the southern segment of Longmenshan Fault and the Huya Fault are mainly of thrust movement and the earthquake recurrence period of the three faults increases gradually.In the northern segment of Longriba Fault and Longmenshan Fault,earthquake rupture is of thrusting and right-lateral strike-slip. The earthquake recurrence period of former is shorter than the latter.In the southern segment of Longriba Fault,earthquake rupture is purely of right-lateral strike-slip,it is possible that the earthquake recurrence period on the fault is the shortest in the study region.     

断裂活动的平行消减作用

依据断裂活动时代，滑动速率，破裂位移，强震复发期和地震释放能量等要素，通过一些典型实例证明，断裂活动的平行消减作用具有普遍意义，讨论了与断裂活动平行消减作用有关几个问题，本的研究成果对确定断裂活动力源，认识断裂和地质活动规律以及地震预报和地震危险性分析重要意义。     

龙门山南段前缘地区活褶皱-逆断层运动学机制——以芦山地震为例

2013年4月20日发生在龙门山南段的芦山MS7.0地震是继发生在龙门山中北段的汶川MS8.0地震之后的又一次强震。本文通过震后地表变形特征、余震分布、震源机制解、石油地震勘探剖面、历史地震数据等资料,结合前人对龙门山南段主干断裂、褶皱构造特征的研究以及野外实地考察,应用活动褶皱及"褶皱地震"的相关理论,初步分析芦山地震的发震构造模式。认为芦山地震为典型的褶皱地震,发震断裂为前山或山前带一隐伏断裂。构造挤压产生的地壳缩短大部分被褶皱构造吸收。认为龙门山南段前缘地区具有活褶皱-逆断层的运动学特征,表明龙门山逆冲作用正向四川盆地内部扩展。     

2008年汶川8.0级地震前横跨龙门山断裂带的震间形变

利用区域GPS和水准测量资料,结合地震构造背景的分析,本文研究2008年汶川8.0级地震前横跨龙门山断裂带地区的震间地壳形变,探讨引起这种形变的活动构造与动力学模式,并由此认识汶川地震的孕育与成因机制.主要结果表明：1997～2007年期间,自龙门山断裂带中段朝北西约230 km的地带内存在垂直于断裂的水平缩短变形、以及平行于断裂的水平右旋剪切变形,缩短率为1.3×10^-8/a （即：0.013 mm/km/a）,角变形速率为2.6×10^-8/a;同一地带在1975～1997年期间还表现出垂直上隆变形,上隆速率在龙门山前山断裂与中央断裂之间仅0.6 mm/a,而至龙门山后山断裂及其以西达2～3 mm/a.这些反映了在汶川地震之前至少10～30余年,龙门山断裂带中段的前山与中央断裂业已闭锁、并伴有应变积累.造成这种形变的主要原因是：以壳内的低速层为“解耦”带,巴颜喀拉地块上地壳朝南东的水平运动在四川盆地西缘受到华南地块的阻挡、转换成龙门山断裂带中段的逆冲运动;由于该断裂段的震间闭锁,致使西侧的巴颜喀拉地块的上地壳发生横向缩短以及平行断裂的右旋剪切变形.然而,龙门山断裂带北段在1997～2007年期间除了有大约0.9 mm/a的右旋剪切变形外,横向的缩短变形极微弱,这可能与该断裂段西侧的岷江、虎牙、龙日坝等断裂带吸收了巴颜喀拉地块朝东水平运动的大部分有关.另外,汶川地震前,横跨龙门山断裂带中段与北段的地壳形变特征的差异,与汶川地震时能量释放的空间分布吻合.     

2008年汶川8.0级地震发生的历史与现今地震活动背景

为了了解2008年5月12日四川汶川M_S8.0地震发生的地震活动背景,本文综合历史与现代地震资料,从南北地震带中段及其邻区的视野研究了汶川地震前1~2千年的强震活动性,以及震前20年的地震活动性背景.结果主要表明：（1）至少在2008年之前的1100~1700年中,龙门山断裂带未发生M≥7的地震,相对其南、北两侧的其他活动断裂带（或段）形成一个地震空区,2008年汶川M_S8.0地震发生在该空区中;（2）17世纪以来,在由龙门山断裂带大部分地区、川北岷江-虎牙断裂带以及甘南文县-武都断裂带组成的巴颜喀拉块体东边界上共发生了12次M=6.5~8.0地震,显示出一个已持续了近400年、逐渐加速的应变能释放过程,2008年汶川M_S8.0地震属于该过程中两次巨大地震之一;（3）汶川地震前20年,龙门山断裂带中、南段不存在背景地震活动的平静,反而显示出比曾经发生过1879年M_S8地震的甘南文县-武都断裂带还略高的地震活动背景水平;（4）2008年汶川地震的强度远远超出龙门山断裂带的历史最大地震,说明仅基于数百年至一、两千年的历史地震记载,远不足以正确评估较低滑动速率的、大型活动断裂带的潜在地震危险性.     

龙门山中段后山断裂带晚第四纪运动特征

本文通过对龙门山断裂带中段后山断裂带主要断裂的研究,认识到从茂汶断裂往西北到挂思岭断裂,断裂最新活动时代有逐渐变老的趋势,反映了龙门山后山断裂在晚新生代同样具有前展式(背驮式)逆冲推覆特征,主断裂茂汶断裂的最新活动时代为晚更新世晚期;后山断裂带除逆冲挤压构造变形外,还存在拉张变形,这为研究青藏高原的运动学及动力学等问题提供了重要信息.     

龙门山断裂带中北段大震复发特征与复发间隔估计

汶川MS8.0地震发生在青藏高原东缘著名的龙门山断裂带上,造成了从映秀、北川至南坝长约240km的同震地表破裂带．然而目前关于龙门山断裂带的大震复发特征研究较少．通过地震地质科学考察和断层断错地貌的差分GPS测量,发现第一级河流阶地、河床和河漫滩上的垂直断距大致相当,均代表汶川地震的位错,而第二级河流阶地上的累计位移大致是最新地震垂直位移的2倍．利用断错地貌、地震矩率和滑动速率3种方法,分别估算了龙门山断裂带大地震的复发间隔．结果表明:龙门山断裂带中北段可能发生与汶川大地震相当的地震,大震复发符合特征地震模型;大震复发间隔为3000——6000a．该结果可为龙门山断裂带的大震预测和地震危险性评价等研究提供重要的定量数据．      

汶川8.0级地震前龙门山断裂带能量场变化

During the process of preparation and occurrence of a large earthquake,the stress-strain state along the fault zone has close relation with the weak seismicity around the fault zone. The seismic energy release near the fault zone before an earthquake can better reflect the dynamic process of earthquake preparation. Thus,in this paper,the method of natural orthogonal function expansion has been adopted to discuss the time variation about the energy field of the seismic activity along the Longmenshan fault zone before the Wenchuan M_S 8. 0 earthquake,2008. The results show that evident short-term rise changes appeared in the time factors of the typical field corresponding to several key eigenvalues of the energy field along the Longmenshan fault zone before the Wenchuan earthquake,probably being the short-term anomaly message for this earthquake. Through contrastive analysis of earthquake examples such as the 1976 Tangshan earthquake,the authors think that the study of time variation of energy field of seismicity along active fault zone will be helpful for conducting intentional and intensive earthquake monitoring and forecast in active fault regions with high seismic risk based on medium- and long-term earthquake trend judgment.