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。     

四川汶川大地震的构造分析

2008年5月12日在汶川映秀(北纬31.0°,东经103.4°)发生8级大地震,而后发生万余次余震,其最大震级为6.4级.此次地震属主震-余震型地震.通过构造分析认为.汶川大地震是构造地震,主要受龙门山断裂带的强烈活动控制.它是一种板内地震,其动力来源来自印度板块与欧亚板块的碰撞.而成都平原处于稳定地块中,尽管离震中较近,然受地震的影响有限,是比较安全的.     

汶川地震后的地质学思考

0引言2008年5月12日14时28分,在中国四川汶川,发生了一场震级高达8级的大地震。对于这次地震,笔者从地质学领域来思考,有如下几个方面。     

四川汶川Ms 8.0级地震的同震位移量

2008年5月12日四川汶川映秀发生了旷世罕见的8.0级大地震.这次震发生在盆地之间的龙门山断裂带,其主震震级之大、余震次数之多令世人震惊.     

地震预测:从芦山地震到大陆地震

自从1990年以来,通过对青藏高原的调查和研究,认识到下地壳流动同步形成盆地和造山带,并受控于相关洋盆地幔软流圈向大陆的顺层流动和底辟作用。下地壳不均匀流动通过韧脆性中地壳热能-应变能转换孕育地震,部分发震能量通过上地壳脆性断层释放。在地震孕育过程中通常会伴生跨年度干旱和异常降雨,构成热灾害链。近5年内青藏高原东部连续发生汶川、玉树、芦山大地震,形成于从亚东流经羊八井、安多、玉树并分支流向汶川和芦山—康定的下地壳"热河"的仰冲式和侧冲式撞击作用。从2008年9月以来连续发表5篇论文,根据地壳热构造和热灾害链的时空结构对芦山地震的三要素进行了长期和中期预测。2008年9月预测从2013年开始可能发生大地震,2012年9月将鲜水河—安宁河—小江异常热流构造带5年内将发生多个7级地震的首个大震锁定在芦山或西昌。芦山地震只释放了亚东—羊八井—安多—玉树—鲜水河—安宁河—小江"热河"剩余热能中的一小部分,在西昌—会理—昭通地区、道孚—康定地区、通海—石屏地区近5年内很可能发生4个7级左右的地震。此外,华北典型的热灾害链结构表明震情严峻,环渤海地区近3年内很可能发生大地震。从地震热流体撞击机理与地震异常之间的关联性出发,提出了动态立体监测及短临预测地震的思路和方法。     

台湾大地构造环境与地震

台湾、吕宋和琉球等岛弧区是中新世以来地震多发区.1999年9月21日台湾南投大地震以其震级大、震期长和损失惨重引起国内外关注.本文以台湾所处大地构造环境特征探讨发震机制和9.21大地震对地学界的警示.     

地震破坏力:海地VS汶川

2008年5月12日,中国汶川发生8.0级地震;2010年1月12日,海地发生7.3级地震,都是毁灭性大地震。虽然两者在产生的原因上还是有很多细微的不同点,但究根本,都是板块惹的祸,他们都在全球两大地震带上——环太平洋地震带和地中海—喜马拉雅地震带释放的地震能量占全球总能量的95%。不过,在人员和经济损失上,震级小的海地地震却远远超过汶川地震,这是为什么?     

从地质特征分析成都主城区在地震中的安合性

汶川MS 8.0大地震发生后,关于成都市主城区安全性的讨论一度十分激烈。本文从成都市及周边的基本地质构造和沉积特征入手,讨论成都市主城区在地震中的安全性问题。经过分析认为：川西坳陷刚性稳定的岩石圈结构决定了成都平原不会发生破坏性的大地震; 成都平原沉积盖层厚度大、质量佳、分布适宜决定了龙门山发生的地震不会对成都主城区造成巨大破坏。因此,面对天然地震,成都市主城区是安全的。     

汶川地震对冶勒大坝影响分析

冶勒大坝为沥青混凝土心墙堆石坝,最大坝高124.5 m,坝址地震烈度高、地质条件复杂。该坝址距离“5.12”汶川大地震震中258 km,地震发生时坝区有强烈震感。坝上布置了由9台强震仪组成的强震监测台阵及埋设有较完整的大坝安全监测仪器,在此次汶川地震中获得了较完整的地震记录和其他监测资料。通过对强震监测资料及地震前后大坝变形、应力、应变及渗流渗压等方面的分析,考察汶川大地震对冶勒大坝工作性态产生的影响。分析结果表明,地震对大坝整体的应力、应变、渗流渗压并未造成明显的不利影响,但对大坝局部结构产生了一些不利的影响。总体而言,整个大坝在遭遇Ms8.0级大地震之后,外观无异常现象,总体运行性态基本稳定。     

河南历史上的地震情况

2008年5月12日14时28分,在四川东部龙门山构造带汶川附近发生了8．0级特大地震。 据专家介绍,汶川地震发生的动力来源是印度板块与欧亚大陆碰撞及其向北的推挤,使得应力在龙门山构造带上长期高度积累,最终在龙门山北川-映秀地区突然释放,断裂突然发生错动,产生了强烈地震。     

汶川大地震同震新构造活动特征和地震破坏程度的初步调查与认识

汶川8．0级特大地震波及半个亚洲,震撼整个中国。本文通过在灾区的实地初步调查,对龙门山同震新构造活动、发震断裂构造和地表破裂的分布、产状、强度、继承性复活与新生特征、新构造活动与地震地质灾害的关系等进行了初步总结,并探讨了同震新构造活动对地震破坏程度的控制与影响。     

汶川地震断裂带科学钻探项目WFSD-4S孔取心钻进技术

汶川地震断裂带科学钻探项目WFSD-4S孔是为了进一步了解汶川地震主滑移带情况,取得更为全面完整的地质资料,于南坝地区四号孔附近靠近地表破裂带的位置所补充施工的穿过汶川地震主滑移带的浅孔。主要介绍了汶川地震断裂带科学钻探项目WFSD-4S孔针对钻孔地质条件复杂、孔内岩心采取率低等难题所采用的关键工艺和技术措施,并对其应用成果进行了分析和总结,通过从地层情况、施工过程、取心钻具、冲洗液技术以及事故处理等几个方面的详细论述,为以后对复杂地层选用合理的取心技术提供重要参考依据。     

龙门山断层破裂的频率非平稳特性

为研究地震过程中的频率非平稳特性,对近年来龙门山断层发生的两次大地震:汶川大地震和芦山大地震的近断层地震记录进行频谱分析。结果表明:相对于芦山地震有较大走向滑动分量的汶川地震,大多数位于汶川地震断层滑动前方的台站接收到更高的频率成分,位于断层滑动后方的台站接收到的地震波频率较低;尽管芦山地震断层相对汶川地震有较小的走向滑动分量,但仍然可以得出与汶川地震相同的结论,不同的是虽然芦山地震沿断层面向上方向分量大,但是其同一台站东西、南北、竖直三方向分量记录幅值相当。把芦山地震三分量记录变换到走向和沿断层面向上方向,证实了沿断层面向上方向高频成分更丰富。在断层滑动前方接收到的地震波频率较高,在断层滑动后方接收到的频率较低,这正是多普勒效应影响的结果。由于多普勒效应的客观存在,其对频率非平稳特性的影响与震源、传播路径和场地效应一样具有普遍性;所以,工程场地接收到的地震波的频率不仅取决于震源、传播路径、场地效应,还取决于断层滑动速度(多普勒效应)。     

5.12汶川地震断层的同震位移构造意义与运动学模型

5.12汶川8.0级地震断层的同震位移方式、大小和空间变化为检验断层几何学、运动学与动力学分析理论与方法提供了一个现实范例。本文通过对汶川8.0级地震断层同震位移的几何学、运动学特征和可能的深部过程分析,并考虑到地震动力作用的影响,探讨了断层同震位移的地质意义和断层运动学模型问题,继而讨论了汶川8.0级地震过程中所呈现出的断层构造变形的现象对断裂构造分析的有关理论和方法的启示。提出了如下初步认识:(1)根据地震破裂面两侧地表高程差确定的断层垂直同震位移,并不完全是深部震源破裂的构造位移扩展到地表所致,而是包含了地震动力作用对断层破裂面两侧深部岩体的结构损伤破坏(膨胀)强烈程度差异所形成的非构造位移;(2)汶川地震的发震断层走滑-逆冲位移大小和方式的空间变化,可以用区域稳态构造应力和地震动力的联合作用给予合理解释,即断层的逆冲位移成分可以归因于为垂直断层的南东向的区域构造挤压应力作用之结果,而水平走滑位移则与震源体破坏过程形成的地震动力作用方向与不同区段断层的交角变化所致,即震源体上方映秀-北川断层南段和彭灌-江油断层,无论是区域构造应力,还是地震动力,都与断层走向近于直交,因此,断层以逆冲为主;而映秀-北川断...     

中国地质科学院对5.12汶川地震的快速反应与调查研究

面对5.12汶川8级地震突发灾害,中国地质科学院组织专家,科学分析发震动力学背景,第一时间奔赴震中地区开展地表破裂变形与地震地质灾害调查,随后系统开展地震科学钻探选址、活动断裂与地震变形观测、地应力测量、地质灾害地面调查、堰塞湖与水工环综合评价。6位专家参加国家汶川地震专家委员会,编辑出版《汶川地震灾区地震—地质灾害图集》,组织召开汶川地震动力学分析研讨会,2位专家参加国土资源部抗震救灾前方指挥部工作。在第33届国际地质大会期间,组织汶川地震大型展览,应邀作汶川地震、地震科学钻、地表破裂等学术报告,受到国际同行的高度关注。组织申报汶川地震断裂带科学钻探工程,2008年11月第一口地震科学钻开工;组织落实国家专项、973课题、地质调查项目等科研任务,有效地调整了面向地质灾害的学科结构和人才布局。     

“5．12”大地震前后汶川县地质灾害发育研究

汶川大地震对地质环境影响很大,由于大地震的影响,其震前震后的地质灾害类型、数量等发生了很大的改变。本文通过搜集前人资料,现场调查,分析了汶川大地震前后汶川县地质灾害的变化。结果表明,地震前汶川县地质灾害类型主要以泥石流为主,地震后,汶川县地质灾害类型主要为崩塌,其次为泥石流和滑坡。地震使汶川县地质灾害数量极大增加,同时,也使得其主要地质灾害类型发生改变。     

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.      

基于GPS速度场的四川地区1999～2018年应变场特征演化分析

基于1999～2018年GPS水平运动速度场数据,解算并分析了四川“Y”形构造区各周期网格速度场、地壳应变率场,并讨论了近20年尺度的地壳应变场演化过程。研究表明：1）2008年汶川地震前1999～2007期GPS速度场相对稳定,整体“Y”型构造区地壳运动变化不大,但汶川地震后龙门山断裂带发生较大变化,由4.0 mm/a增至10.0 mm/a。2）1999～2007年,整个四川“Y”型构造区应变场演化特征微弱,而汶川地震之后的两个周期,最大剪应变自龙门山山前断裂向西到汶川一带,形成了由高到低、平行于龙门山断裂带走向的高密度梯度带。龙门山断裂带以ES或EES向的主压应变为主,其量值变化范围为 5.0×10^-8 /a～12.0×10^-8 /a;鲜水河断裂由震前主拉应变,改为震后近EW向的主压应变特征。面膨胀结果则显示龙门山断裂带由震前低密度梯度带瞬间变为平行于龙门山断裂带走向的高密度变化区。3）2008年汶川地震和2013年芦山地震是最为重要的时刻分割点。近20年的应变率场变化,更似一个“时间—地壳构造运动”的大轮回,目前四川“Y”型构造区整体处于2008年汶川地震前较为稳定的活动周期。龙门山断裂带仍值得我们做出更为深入的研究。     

地震型砾岩崩塌体运动学特征分析

汶川地震在工程区诱发了大量的崩塌灾害,提供了大量的"天然崩塌试验"现象。本文以汶川地震诱发的都江堰青城后山红岩度假区的大型砾岩崩塌体作为研究对象,主要分析了它的运动学特征。通过测量获得崩塌体最大位移块石运移边界角(reach of angle)。结合现场调查和数值模拟,得出坡体植被及人工构筑物的遮挡作用是导致研究对象运移边界角数值偏大的主要因素。统计该崩塌堆积体沿沟谷延伸方向的块石分布情况,并分析沟谷拐点处块石大小比例及各大小块石数占统计区相应大小块石总数的比例。得出大块石(>1m3)在滚落过程中,平均约有总数量的1/4被截留在了拐点处。作者认为,充分分析自然力作用下的典型崩塌体的分布及运移等特征对于崩塌的运动学研究及人类的防灾减灾工程具有重要的参考和指导。