地震震源与灾害评估分析:中国四川2008年5月12日Ms 8.0汶川地震

汶川5月12日8.0级地震在构造上起因于印度板块与欧亚板块以每年约5 cm的速度聚敛,并因此而引起青藏高原的地壳物质向四川盆地及中国东南大陆运移.主震震源及余震活动集中于以龙门山为中轴的一条长约350 km、宽约100 km的地震活动带.震源深度一般分布丁地壳脆性-韧性转换边界以上约10～20 km区间的地壳震源层之中,属浅源构造地震.主要震源机制与龙门山构造运动方式密切相关,以其地壳厚度向西急剧加厚、重力梯度带、高波速比(Vp/Vs～2.2)等深部异常及逆冲断层兼具走滑性质的地质构造为特征.在震源辐射、路径传播和场地效应研究的基础上,分别计算并比较了岩石和土壤条件下的地震响应谱,特别强调了土壤条件下的场地放大效应;同时对与地震安全性有关的一些问题如地质灾害、地震频谱设计、地震早期预警系统及中、长期至短期地震预报等进行了探讨;特别提供了一个由加权平均计算、以岩石条件下震波衰减模式为基础的地震频谱设计参考实例.地震构造与动力学研究可融人工程地质与环境工程等学科发展.经历汶川地震考验的一些新近设计和建设的工程项目可为今后改进工程建筑规范与标准提供重要而有益的参考.地震预报是当今一大难题,但需探索研究,不可懈怠.地震减灾与预防足目前比较切合实际的安全举措.     

全球地震震源深度统计分析与地震层分布

地震数据可以反演地球内部的构造信息,能够查明地球内部层圈结构及地震发生的机制,对揭示地球结构,进行地震预测及防震减灾具有重要意义。与此同时,对地震数据的统计分析可以获得地壳变形及其深度层次的相关信息。本文利用美国地质调查局（USGS）记录的1900～2018年近3 000 000条全球地震数据进行分析,立足地震震源计算方法,排除不确定性数据,使用震源深度频次分析及高斯分解得到地震层和地震集中区深度的推定。以国际地震中心（ISC）的1970～2016年近2 000 000条数据及中国国家地震科学数据共享中心2009～2018年近300 000条数据进行比较。结果显示,地球标准椭球体深度10 km左右普遍存在一个全球性的地震集中区,与地壳中脆韧性过渡带一致。其上的地壳是全球绝大多数地震发震的深度范围,推定其为地震层;与此同时,局限在洋壳俯冲带中,约35 km处出现了另一个地震集中区,认为是地球岩石圈深度内不容忽视的界面。研究表明,在地球表层（40 km以内）,层圈结构对地震有较大的控制作用;而对有洋壳俯冲区域的地震三维结构图成图显示有“贝尼奥夫带”形态,表明俯冲机制能将具有弹性力学性质的刚性块体带至地球较深部,并孕育中、深源地震。因此,地震震源分布可以指示地震层,即刚性块体,在岩石圈中的分布,地震震源深度集中区是岩石圈和中、上地幔最主要的变形和能量释放区。     

注水诱发地震序列的震源机制变化特征: 以四川长宁序列为例

2006年4月以来, 四川长宁、兴文、珙县交界区域相继出现注水诱发地震活动, 至2013年4月30日共发生M_L4.0以上地震16次, 最大为2013年4月25日M_L5.2地震.通过采用体波谱振幅相关系数方法研究长宁注水诱发地震序列M_L3.0以上地震震源机制变化过程, 结果显示序列震源机制散乱; 利用CAP方法计算了序列中M_L4.0以上12次地震的震源机制解, 结果同样表明其机制紊乱.分析认为: 钻孔加压注水引起附近岩体的孔隙压力增大及先存断层面的摩擦系数减小, 这2种变化均导致库仑应力变化Δσ_f增大, 从而促进地震的发生.因此, 注水诱发地震活动期间, 研究区构造应力场的应力强度无明显增强, 对破裂方向也无明显的约束作用, 故地震序列震源机制发散.      

地震动力学:震源分布与岩石圈流变特性(英文)

地震震源分布强烈依赖于构造环境的温度和压力条件。震源机制可使大陆地壳脆性-韧性转换带(下部稳定性过渡边界)的温压条件复杂化。该过渡边界伴随速度弱化作用(有震活动)向速度强化作用(无震活动)的转化。在岩石圈流变和壳幔动力学的基础上研究了与板块边界有关的地震活动,包括板缘地震和俯冲板片地震。俯冲带板缘地震的深度分布受约于脆性摩擦动力机制,而摩擦剪切机制不能满意地解释深震活动,包括俯冲板片地震。这是因为深震震源机制可能与高压、高温条件下的固一固相变有关,而用脆性破裂或摩擦作用来解释就不近合理。以理论与实验研究为依据,本文对与震源物理和震源分布有关的岩石圈流变特性进行了较为深入的论述。     

汶川8.0级特大地震震源断裂特征及其动力学分析

笔者根据地壳表层地质构造和地震地质研究与地震测深和大地电磁测深成果,运用现代构造解析理论与方法,论证了汶川8.0级特大地震的深部构造环境,探讨了汶川8.0级特大地震震源区的地震断裂和震源断裂基本特征与相互关系,及其形成的地球动力学问题。笔者认为龙门山碰撞造山带深处隐伏壳幔韧性剪切带可能是汶川8.0级特大地震主震区的震源断裂,而地壳表层发育的映秀断裂带、北川断裂带和彭县—灌县断裂带等可能是汶川8.0级特大地震主震区的地震断裂,该区震源断裂与地震断裂既有显著区别,又有密切联系。研究表明,在印度板块与太平洋板块和菲律宾海板块对欧亚板块俯冲碰撞的动力学作用下,形成上扬子地块向青藏高原东缘碰撞—楔入以及青藏高原东缘向东仰冲,深部向东俯冲的动力学态势,造成龙门山碰撞造山带切割莫霍界面的壳幔韧性剪切带向中上地壳扩展,应力高度集中与能量快速释放破裂,从而引起汶川8.0级特大地震的发生,以及大型同震地表破裂带的形成。探索震源断裂与地震断裂区别与联系,对进一步研究地震机制与发震动力学以及防震减灾有重要意义。     

晚上新世龙门山南段斜向逆冲作用和区域应力场转换

2008年汶川地震(Mw 7.9)同震滑移结果表明,今地壳缩短为近EW向,与龙门山褶皱冲断带斜交。这一斜向逆冲作用的准确起始时间一直未得到很好的约束。基于龙门山南段山前大邑背斜区三维地震解释和构造建模,结合野外地质调查和年代学数据,确定了晚新生代存在NE向和近NS向2期构造变形。120km长的NS向构造切割了NE向构造,表明近NS向构造形成时间较晚。山前大邑和邛西背斜区近NS向断层和褶皱的活动,均反映了龙门山南段局部或区域上水平最大主应力方向的转换过程,渐新世—早上新世的NW—SE向转变为晚上新世—全新世的近EW向。龙门山南段山前发育的NS向构造和汶川地震同震变形均反映出青藏高原东缘最新的EW向地壳缩短过程,为理解青藏高原东缘的隆升机制提供了新的视角。     

基于包络的汶川大地震高频地震波辐射区域反演及近场加速度合成

合理地估计汶川破坏区域的地震动有助于地震灾害的研究.通过利用芦山地震记录建立的加速度包络衰减关系和汶川地震近场30个台站的加速度包络,基于线源模型,采用差分进化方法反演了汶川地震断层面上高频 (＞1 Hz) 辐射区域分布.结果表明:断层面上高频辐射分布很不均匀,辐射较强的区域主要位于:(1) 产生较大地表破裂的映秀、北川和南坝区域;(2) 映秀和北川等凹凸体的周边区域,包括震中东北侧60~90 km区域、北川和南坝东北侧30 km处;(3) 断层破裂停止的东北端约30 km长的区域.其中,破裂贯穿到地表的映秀、北川和南坝是低频和高频辐射都很强的区域.对于无观测记录场点,选择其临近且场地条件类似的台站加速度提取平稳随机过程,结合高频辐射分布和衰减关系得到的包络,合成了加速度时程,可为汶川地震结构震害分析提供地震动输入.      

论构造地质学和大地构造学的几个重要问题

在构造地质学与大地构造学研究中,自从创立板块构造学说以来,尽管已经取得巨大的成绩,但是还存在很多重大的难题有待解决,也有一些极具争议的课题值得探讨,尤其是大陆岩石圈内的构造地质问题。笔者认为,在中国区域地质调查中断层的多期活动及其年代学的研究最为薄弱,对此必须大力加强;在构造地质研究中,必须将变形与变位紧密地结合起来,也即应该把中、小型构造研究与大地构造研究结合起来。为促进深部能源的开发,盆地深部构造研究应大力加强。应认真关注碰撞带的定义、范围、内部结构及其与周边板块关系的研究。应扎实地推进岩石流变学与流体在各种地质条件下作用的研究。临震预报的探索与现代地球动力学研究十分重要,可能是中国为人类社会的安全和稳定所能做的一项巨大的贡献。大陆岩石圈内各个构造滑脱面及其相关断层的研究,对于构造-岩浆活动和板内地震起到重要的控制作用。定量化的大陆动力学研究与深部成矿预测是当前很重要的课题。笔者建议大力加强对于上述课题的研究,科研决策部门也可考虑给予大力的资助。板块构造动力学机制的探讨是完善板块构造学说所必需的,但是在可预见的未来此课题很难有重大的突破。     

论走滑断层作用的几个主要问题

介绍了走滑断层作用研究前缘的若干主要方面。认为普遍使用走滑断层的术语外，在大陆上当断层性质不明时可使用平移断层。强调了单剪机制对大型走滑断层形成的作用，并评论了Ｘ破裂的纯剪理论。基于我国郯庐断裂带等的研究成果，提出走滑断层作用的若干新概念。指出剪曲（牵引）构造不同于雁列褶皱。认为中国地质学家从地质力学研究走滑断层的旋转构造已有卓绝的成就，只要同世界科学接轨，就会获得新的巨大生命力。文中描述了确定位移的方法，提出平移幅度与错距是两个不同的概念。强调了剪切热在大陆构造中的作用，提出走滑剪切带演化中剪切变形－断裂动热变质－重熔岩浆作用旋回。讨论了剪切成矿作用及已成矿体、矿带的走滑错移及变形。划分了三种基本走滑盆地类型及论证了大陆浅源走滑型地震机制。     

Estimation of Response Spectra in the Severely Damaged Area During the 1995 Hyogo-Ken Nambu Earthquake

We calculated theoretical acceleration response spectra at the ground surface in the region near the 1995 Hyogo-ken Nambu earthquake source based on the spectral moment method. To estimate earthquake motion on the ground surface, a formula of earthquake motion at base rock level was derived. The amplification effect of the ground was introduced by using multiple reflection theory. Theoretically estimated response spectrum were modified by the response spectra calculated using observed earthquake motions.     

Seismic wave attenuation during the 19 September 1985 Michoacan,Mexico earthquake

Summary The severity of damage to Mexico City as a result of the 19 September 1985 Michoacan earthquake was unusual given the City's distance (350 km) from the zone of seismic energy release. To explain the damage many authors have suggested that unusual source or transmission path characteristics contributed to enhanced ground motion in Mexico City. The purpose of this paper is to present a summary of results obtained from data recorded during the earthquake related to possible anomalous transmission path characteristics.It is concluded that in every respect this earthquake conformed to the norms set by previous subduction zone earthquakes within the Middle American trench. It appears likely that conditions within the Valley of Mexico are adequate to explain the unusually severe ground shaking without invoking unusual source or transmission characteristics.     

SOURCE RADIATION AND RESPONSES OF WAVE PROPAGATION

Recordings of seismic waves propagating from earthquake source to a station at the earth's surface are a system response function.The convolution operator in time domain can be simplified as a multiplication operator in frequency domain.We discuss in frequency domain the separation of source,path and site effects for global scaling of earthquake source radiation.Also discussed are source scaling model,faulting mechanism,and the H/V inversion problems with crustal and near surface structures.Gross features of apparent source spectra appear to be not much region-dependent although there may be difference between tectonic styles within a region of tectonic mixture for which we need further study as data accumulate.Vertical spectra may be a better approach to approximate source radiation,as it has less crustal amplification effects than horizontal spectra.The H/V ratio is evidently a comprehensive indicator of amplification effects from near surface to deep structure.This gives it potential as an inversion tool to deduce site crustal structure.     

地震动力学与板块构造:地震灾害评估

作为地震灾害评估的理论基础,地震动力学主要研究与地震活动有关的断裂机制、破裂过程、震源辐射和由此而引起的地震波的传播及地面运动规律。对地震力学、震源辐射和能量释放等经典理论问题进行了系统研究。在此基础上,应用最新的定量地震学研究方法,以逻辑树的形式综合地震、地质和大地测量资料,提供了不同构造环境和断裂机制条件下地震灾害评估的概率分析和确定性分析实例。用于震源分析的典型构造类型包括板内地壳震源层、地壳活动断层及其速率、板块俯冲界面和俯冲板片。由于输入模型中不确定因素的存在,如输入参数的随机性和科学分析方法本身的不确定性,对分析结果的不确定性需审慎对待。通常对不同的模型或参量,包括地面衰减模型,进行加权平均可较为合理地减小结果的偏差：概率分析和确定性分析方法的结合亦为可取之有效途径。     

Comparison Between Recorded and Derived Horizontal Peak Ground Accelerations in Jordan

The isoseismal map for the earthquake that occurred in the Jordan Valley on 11 July 1927 was analyzed and used to develop Peak Ground Acceleration (PGA) Attenuation relation for Jordan needed for use in relevant seismic hazard evaluation procedures. Strong motion data of earthquakes that occurred in Jordan and Israel during the last 15 years were summarized. A comparison is made between recorded PGA's and those calculated using the derived Attenuation relations commonly used by experts in the region. The comparison showed that the derived relation is appropriate for estimating PGA values on alluvium foundations. The derived relation gave results close to those obtained using a relation introduced by Esteva in 1974. The 1982 relation of Ben-Menahem and co-workers gave reasonable predictions of PGA values for most geological formations of foundations, in general.     

Estimation of source parameters of Chamoli Earthquake, India

The devastating earthquake (mb = 6.6) at Chamoli, Garhwal Himalaya, which occurred in the morning hours on 29th March 1999, was recorded on Delhi Strong Motion Accelerograph (DSMA) Network operated by the Central Building Research Institute, Roorkee. In this paper the source parameters of this event calculated from the Strong Motion Data are presented. The seismic moment for this event has been found to be of the order of 10²⁵ dyne.cm and the moment magnitude has been calculated in the range of 6.53–6.69 at different stations. The stress drop and source radius for the earthquake are also calculated.     

Recent Advances in Prediction and Processing of Strong Ground Motions

We present an overview of our recent results on utilizing small earthquakes in the earthquake engineering practice. Site-specific ground motion time-histories of large earthquakes can be successfully simulated using recordings of small earthquakes which are often referred to as 'empirical Green's functions' in seismology. Another important practical problem is whether and how these observations can be used in seismic risk studies which are based on empirical attenuation relations for ground motion parameters. We study a possibility of extrapolating attenuation relations for small earthquakes, to larger magnitudes using the data from the Garner Valley downhole array in Southern California. Finally we introduce efficient ground motion processing techniques in frequency- and time-domains and apply them to site response estimation.     

长江中游上段沿岸地区地震反应及抗震条件分析

在综合利用物探，地质，钻探等方法查明工作区内地貌，地层及构造条件的基础上，从地震地质，第四纪地质及土体结构研究入手，对区内分析划出的地震基本烈度Ⅶ度区地震反应及抗震条件进行了分析，评价和区划，并提出了对策和建议。