汶川地震剪切滑动面微-纳米级颗粒的特征、形成机制及地震意义

在2008年汶川5.12大地震同震主地表破裂带—北川-映秀破裂带中,多处断层滑动面上可见到具有强烈变形特征的薄层断层泥.在地表垂直位移量较大的西南段和东北段,选取八角庙、和尚坪和沙坝探槽中的断层泥为研究对象,利用立体镜和扫描电镜对断层泥的组构特征和Y剪切面上的微-纳米级颗粒进行形态和结构研究.观测研究结果显示,汶川5.12大地震的同震断层泥发育有明显的Y和R剪切和平直擦痕.断层滑动摩擦面磨损、研磨、粉末化则是汶川同震断层泥中微-纳米级颗粒形成的主要途径.地震断层滑动会产生摩擦热,但并不排除热分解在断层泥滑动面上纳米粒子形成过程中的重要作用.断层摩擦滑动面上普遍存有微-纳米单体及其复合体两类颗粒,微-纳米颗粒形态有球状、蚕虫状、饼状和块状等.其主要结构是散布状和堆积状结构,但也有少量条带状和层状结构,而结构单元之间常有空隙,显现松散接触.在条带状和层状结构中,仅有异化的单体颗粒,而在散布状和堆积状结构中除了主要是由单体颗粒异化形成的蚕虫状,块状和圆饼状形态的复体颗粒外,还有未变形的单体球状颗粒.Y剪切面上微-纳米颗粒的散布状、堆积状、条带状和层状结构都是在相同的地震快速变形过程中极端不平衡条件下形成的.条带状和层状结构是塑性变形,而散布状和堆积状则是脆性变形,不连续的动态摩擦(断层粘滑)是松散结构形成的主要机制.汶川地震同震断层滑动面微-纳米级颗粒的结构是地震断层滑动留下的地质形迹(不是假玄武玻璃),是地震断层滑动的记录,它可作为判定古地震断层的一种标准.     

汶川地震发震构造应力场分析

通过对汶川8级地震区的地震震源机制资料进行分析,得到了该区域内地震震源机制分布及分类特点,讨论了断裂重新滑动型地震的发震构造应力场的校对问题,提出了使用地震学的定标率来区分破裂型地震和滑动型地震的方法,并给出了汶川地震发震构造应力场的分布,结合龙门山断裂带的几何特征,分析了孕育和发生8级地震的构造原因。     

汶川8.0级地震地表变形局部化样式与建筑物破坏特征关系初步研究

本文以汶川地震地表形变带的实地测量数据为基础,结合沿实测地震地表变形剖面建筑物破坏情况的调查与测量,分析了不同地震地表变形类型及其建筑物破坏特征,定量化地讨论了地表变形梯度与建筑物破坏程度间的关系。提出无论地震地表变形表现为何种类型的断层陡坎,地表破裂、强变形局部化在宽10~30m的地表破裂带内;建筑物受损情况最直接的影响是建筑物所处地点的地表变形梯度,地表变形梯度大于0.1的地段,建筑物均完全被摧毁;地表变形梯度在0.07~0.1间的地段,建筑物遭受严重损坏,产生倾斜及强烈变形等;地表变形梯度在0.03~0.07之间的地段,建筑物可能受到中度损坏,产生倾斜及变形等,具有抗震设防能力的构建筑物一般不会倒塌;地表变形梯度小于0.03的地段具有抗震设防能力的构建筑物一般只会受到轻的损坏或基本完好。     

基于有限断层模型的芦山“4·20”7.0级强烈地震强地面运动特征

基于芦山地震的震源破裂过程反演结果,利用有限断层模型,以芦山地区三维地壳速率结构模型为基础,对芦山“4·20”7.0级强烈地震引起的强地面运动进行了模拟.对这次地震中由典型盲断层引起的强地面运动数值模拟结果反映了与实际震害相近的分布特征:断层上盘的宝盛、龙门及芦山以北位于极震区,也是强地面运动的高强度集中区,特别是垂向分量的速度、加速度峰值均在该地区达到了最大值,最能反映地表震害特征的竖向地震加速度在龙门一带达到了350gal,与极震区Ⅸ度的烈度相当,而在芦山以北龙门一带,瞬时竖向位移峰值高达110cm,这些特征与实际震害分布是非常相近的.综合分析认为,这次地震强地面运动表现出了明显的逆冲断层引起的强地面运动的分布特征,同时在强地震动传播过程中,由于高陡峭地形地貌特征及四川盆地内山间盆地的影响,地形地貌和盆地效应对地震波的反射和放大作用明显加强,也是该地区地震破坏强度增大的重要因素.     

基于特大地震发生率的川滇地区地震危险性预测新模型

川滇地区是我国地震危险性较高的地区之一.本文基于对特大强震的风险性考虑,使用全球地震模型OpenQuake软件,建立了川滇地区地震危险性预测新模型.首先根据构造特征划分多个震源分区,并整理出这些震源分区内断层活动特征与滑动速率;基于震源分区和断层模型,使用GPS应变率转换成的锥形古登堡-里克特关系作为整个区域的地震积累率,并允许超过历史最大震级的特大地震的出现,结合活动断层滑动速率所积累的地震发生率,给出震源分区内断层地震源和背景地震源的地震发生率的比率分配关系;在活动断层分段上,保留了大型断裂或其主要部分,没有根据小的阶区来对断层进行详细分段,以便分配特大地震发生率;并使用地震率平滑方法分配背景地震发生率.最后在OpenQuake中加入地震动预测方程,计算出了川滇地区的PGA分布图,为区域地震危险性提供科学依据.

     

基于不同核函数的2010年玉树地震滑坡空间预测模型研究

基于统计学习理论与地理信息系统(GIS)技术的地震滑坡灾害空间预测是一个重要的研究方向,其可以对相似地震条件下地震滑坡的发生区域进行预测.2010年4月14日07时49分(北京时间),青海省玉树县发生了Mw6.9级大地震,作者基于高分辨率遥感影像解译与现场调查验证的方法,圈定了2036处本次地震诱发滑坡,这些滑坡大概分布在一个面积为1455.3 km2的矩形区域内.本文以该矩形区域为研究区,以GIS与支持向量机(SVM)模型为基础,开展基于不同核函数的地震滑坡空间预测模型研究.应用GIS技术建立玉树地震滑坡灾害及相关滑坡影响因子空间数据库,选择高程、坡度、坡向、斜坡曲率、坡位、水系、地层岩性、断裂、公路、归一化植被指数(NDVI)、同震地表破裂、地震动峰值加速度(PGA)共12个因子作为地震滑坡预测因子.以SVM模型为基础,基于线性核函数、多项式核函数、径向基核函数、S形核函数等4类核函数开展地震滑坡空间预测研究,分别建立了玉树地震滑坡危险性指数图、危险性分级图、预测结果图.4类核函数对应的模型正确率分别为79.87%,83.45%,84.16%,64.62%.基于不同的训练样本开展模型训练与讨论工作,表明径向基核函数是最适用于该地区的地震滑坡空间预测模型.本文为地震滑坡空间预测模型中核函数的科学选择提供了依据,也为地震区的滑坡防灾减灾工作提供了参考.     

基于线弹性位错模型反演1997年西藏玛尼Mw7.5级地震的干涉雷达同震形变场——Ⅱ滑动分布反演

1997年11月8日西藏M_w7.5级玛尼地震是干涉雷达技术应用于地震观测以来的一次重要事件.在第一部分中，我们应用广泛使用的Okada线弹性位错模型，假设断层的各个分段滑动量均匀，反演得到断层各个分段的几何参数和均匀滑动量.本部分的反演进一步去除滑动均匀假设，并利用更能反映断层真实状态的角形元位错模型（线弹性），在第一部分反演得到断层几何的基础上，反演断层面的静态位错分布.反演结果表明，线弹性滑动分布模型能够更好地解释观测数据，进一步提高反演的数据拟合程度.最终得到了断层面上的走滑和倾滑位错分布.首次得到的断层面滑动分布显示断层面滑动在浅部（0～12 km）比较集中，地震破裂长度约170 km，最大左旋走滑位移达4.8 m；反演结果还表明局部段落存在较大倾滑位移，量值达到1.9 m，这在断层模型中是不能忽略的，它可能是断层两侧形变不对称的原因之一；反演得到的标量地震矩为2.18×10²⁰ N·m，相当于矩震级M_w7.5，与Velasco等利用地震波形反演得到的结果一致.     

阿尔金断裂带晚第四纪左旋走滑速率及其构造运动转换模式讨论

在高分辨率SPOT卫星数字影像和大比例尺航片处理、断错地貌制图、野外核实与位移测量基础上, 利用宇宙成因核素(¹⁰Be, ²⁶Al)、碳十四(¹⁴C)和热释光(TL)等多种测年手段, 厘定了各断错地貌面的形成年龄, 得到了阿尔金断裂带不同段落全新世左旋走滑速率: 阿克赛以西的中、西段左旋走滑速率可达(17.5±2) mm/a, 肃北-石包城段为(11±3.5) mm/a左右, 疏勒河口段减少到(4.8±1) mm/a左右, 东端宽滩山段仅约(2.2±0.2) mm/a, 左旋走滑速率突变点位于阿尔金断裂带中东段存在分支活动逆断层向南东扩展的肃北、石包城和疏勒河等三联点上. 矢量分析表明, 三联点东、西两侧左旋滑动速率的减少量转换成了阿尔金断裂带中东段南盘北西向活动逆断层上的地壳缩短和上盘推覆体抬升, 形成了党河南山、大雪山、祁连山等条块山地. 因此, 青藏高原北部物质向东挤出的速率和幅度是有限的, 符合“叠瓦状逆冲转换——有限挤出模型”.     

数字航空摄影测量学方法在活动构造中的应用

为了高效率、高精度地获取活动构造研究中的定量参数, 引入数字航空摄影测量学方法十分必要.在川西地势陡峻的鲜水河断裂带上进行了试验性研究, 探讨了测量精度和效率, 总结了工作流程与操作方法.利用空间信息增强的正射纠正影像、大比例尺地形图和地形剖面图, 获得康定南团结乡附近鲜水河断裂带康定段断层迹线的空间分布, 量测得到该断裂在T1洪积扇形成以来左旋水平位移量为43 m, 垂直位移量为5.8 m.结果表明, 利用数字航空摄影测量学方法进行活动构造地貌研究中水平累积位移量、垂直累积位移量、断层长度等定量参数的测量以及构造几何学精细解析与构造地貌成图完全能满足精度要求, 大大提高了野外工作效率, 是活动构造定量研究的一种有效的技术方法.      

5·12汶川地震地表破裂基本参数的再论证及其构造内涵分析

地震地表破裂基本参数是反演地震破裂过程的基本约束条件和预测其他活动断层地震危险性不可缺少的物理量.以野外地表破裂带重要观测点全站仪或差分GPS仪实测数据为基础,结合高分辨率遥感资料解译、先存断层陡坎构造地貌标志的识别、以及地形测绘资料的考证等,重新论证了5·12汶川地震地表破裂带展布样式、长度、最大同震位移值等基本参数.结果表明,地震地表破裂带长度可达240 km,最大垂直位移为6.5±0.5 m,最大右旋走滑位移4.9 m,基于倾角向下变缓逆断层模型推测汶川地震在龙门山推覆构造带中段产生了最大~7 m的地壳缩短量,说明青藏高原东缘横向逆断层为将高原内部东向水平运动转换为高原隆升的转换构造,这一研究结果有助于深化认识青藏高原东缘隆升机理.