礼县—罗家堡断裂晚第四纪活动特征:兼论1654年礼县8级地震孕震机制

1654年7月21日甘肃省礼县8级地震发生在南北地震带的中北段, 该地区的构造变形和构造活动与青藏高原向北东方向的扩展密切相关, 复杂的构造几何特征主要受控于东昆仑断裂、西秦岭北缘断裂和一系列北东向断裂. 礼县—罗家堡断裂为一条北东东向的左旋走滑活动断裂, 错断了含有仰韶文化红色陶瓷片的一级阶地堆积物, 阶地面上断层陡坎高约1.5 m. 沿断裂带发现冲沟的左旋位错量为3~10 m, 晚更新世黄土中残留的断层陡坎高4.5~8 m. 其中两条冲沟中发现裂点, 高3.5~3.9 m, 距断层陡坎的距离为16 m. 礼县—盐关—罗家堡—天水镇一带发育大量的滑坡, 长轴走向与礼县—罗家堡断裂一致, 滑坡体后缘、侧壁陡峭, 出露晚第四纪黄土, 鲜有植被覆盖. 礼县—罗家堡断裂为1654年8级地震的发震断裂.综合分析认为, 受青藏高原向北东方向的扩展, 被西秦岭北缘断裂、礼县—罗家堡断裂和岷县—宕昌断裂围限的礼县次级地块向南东滑动可能导致了1654年礼县8级地震的发生. 断裂北、南两侧地壳电性结构的差异为强震的孕育提供了深部构造条件.     

2014年盈江双震的破裂历史

2014年5月24日在云南省盈江县发生Ms5.6级地震(主震A), 于5月30日在其附近再次发生Ms6.1级地震(主震B). 我们挑选云南省地震台网记录的数字波形资料, 借助于经验格林函数技术提取了这两次地震的震源时间函数,获得了其破裂历史. 为了利用经验格林函数技术提取震源时间函数,我们首先利用优选的速度模型,采用逆时成像技术重新确定了主震A和B以及挑选的6次较大余震的震源位置,并利用双差定位技术确定了主震与余震之间的相对位置;然后利用广义极性振幅技术反演了这些事件的震源机制;最后,根据主震和余震的相对位置以及震源机制特征挑选最优台站记录,提取了两个主震的震源时间函数. 结果表明,主震A持续时间约3.5 s, 分两个阶段,第一阶段0~1.3 s, 第二阶段1.3~3.5 s;主震B持续时间约5.0 s, 其过程比A复杂,至少可以分为五个阶段,第一阶段0~0.7 s, 第二阶段0.7~1.6 s, 第三阶段1.6~2.5 s,第四阶段2.5~3.8 s,第五阶段3.8~5.0 s.     

断层地震孕育和发生的不稳定性模型

在以前的工作中,考虑直立走滑型断层地震,假设断层面微元破裂强度遵循Weibull概率分布,由细观力学方法推导出断层面的宏观本构关系是一个非线性函数,表现为弹性-软化塑性特征,在此基础上用稳定性理论研究了地震稳定性问题.而实际断层大多是倾斜的,为此,本文首先建立了由围岩和倾斜断层构成的平面地震力学模型,采用宏观的断层载荷-变形的全过程曲线,详细讨论了倾斜断层地震的不稳定性问题.结果表明,远场一旦施加位移,断层也同时错动,这可能与实际情况不符合.为了更好的模拟断层的初始能量累计过程,进一步对断层本构模型进行改进.考虑断层面破裂强度,采用Coulomb破裂准则,则断层表现为刚塑性本构关系,只有当断层面剪应力达到一个临界值时,断层才开始错动.研究表明,对于倾斜断层地震,与直立走滑型断层地震一样,系统刚度比β（围岩切线刚度与断层刚度最大值之比）是决定地震失稳的重要参数,只有当ββ≥1时,仅仅是断层无震滑动,不会发生地震.在远场应施以位移形式边界条件,以致地震失稳发生在平衡路径的位移转向点并伴有应力突跳.     

断层自发破裂动力过程的有限单元法模拟

断层自发破裂动力过程的研究对于认识地震过程及减轻地震灾害有着重要的科学意义.为合理地模拟断层的自发破裂过程,本文首先对经典的滑移弱化摩擦关系进行了改进,然后利用有限单元方法对破裂过程进行动态数值模拟.模拟结果表明,利用改进后的摩擦关系能够产生脉冲型（pulse-like）破裂模式,而经典的滑移弱化摩擦关系不能产生这种破裂形态.模拟结果还显示,断层自发破裂过程受初始应力场及摩擦关系影响,当初始应力场中剪应力水平较低时,容易产生脉冲型破裂;但当初始剪应力较高时,会产生裂纹型（crack-like）破裂.这个现象与在实验室里进行的岩石破裂实验结果是一致的.在相同的初始应力情况下,若滑移弱化摩擦本构关系中的动摩擦系数较大,断层将易于产生脉冲型破裂;若动摩擦系数较小,将倾向于产生裂纹型破裂.此外,本文也采用速率弱化摩擦关系对断层自发破裂过程进行了模拟,结果发现,在初始场及其他条件不变时,如果摩擦关系中的b-a值较小,容易产生脉冲型破裂;如果b-a值较大,会产生裂纹型破裂.     

断层阶区对震源破裂传播过程的控制作用研究

地震破裂能否穿越断层阶区（stepover）引发更大震级的地震是震源动力学研究的重要内容.本文利用不连续变形体接触力学的动态有限单元方法,模拟断层阶区对地震破裂传播的控制作用.通过改变断层周边初始应力场、断层面上的摩擦本构关系以及断层阶区的间距大小来分析各个因素对破裂传播的影响,并定量分析产生这些影响的力学机制.模拟结果表明：断层面上的摩擦系数减小或断层周边区域内的初始剪应力增大,都将增加断层破裂跳跃阶区传播的可能性;此外,若断层阶区间距越小,断层破裂也越容易跳跃阶区传播.计算结果还显示：断层上的摩擦系数大、初始剪应力小、断层阶区间隔大,那么此阶区所在之处将可能是断层破裂的终止位置;相反,当断层面上的摩擦系数较小、初始剪应力较大、断层阶区间隔较小,破裂就容易穿越阶区而出现较大的地震.同时,从模拟结果可以看出,在发震断层破裂停止后,应力将继续向四周传播;当应力积累达到破裂极限时,触发断层阶区中的另一断层产生破裂,因此在破裂跳跃断层阶区的过程中存在一个时间延迟.最后,破裂能否跳跃断层阶区,可以利用库仑应力在空间的分布进行合理的解释.     

晋城煤层气藏成藏机制

通过晋城煤层气的规模开发、压裂煤层气井的解剖、井下煤层瓦斯抽放、构造地应力场研究、煤储层大裂隙系统“CT”式解剖与煤层气封闭保存条件研究, 发现3#煤储层内部存在大量煤层气包, 构造微破裂作用促使煤层气包之间广泛合并联通, 煤层气包内部储层的非均质性弱化, 渗透率增加, 煤层气包内部的游离气体比例增加, 流体压力系统边界逐渐清晰并形成煤层气藏. 揭示煤层气藏的成藏机制, 认识煤层气藏的内部细节特征, 促进了该区的煤层气开发技术进步, 提高了井下煤层瓦斯的抽放效率.      

汶川MS 8.0地震地表破裂带

2008年5月12日14时28分4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中的映秀-北川断裂。该次地震的地表破裂可分成2条,分别出现在龙门山断裂带中的映秀-北川断裂、彭县-灌县断裂上,前者破裂长度约200km,后者破裂长度约80km。本次地震的最大垂直和右旋水平同震位移出现在都江堰市虹口乡附近的映秀-北川断裂上,分别为(5±0.2)m和(4.8±0.2)m。破裂带南段出露的地表断层产状为N32°E/NW∠76°,其上的侧伏角为S75°～80°W,反映了该次地震在南段以逆冲运动为主,兼有少量的右旋走滑分量     

汶川Ms 8.0地震地表破裂带白沙河段破裂及其位移特征

2008年5月12日14时28分,四川省汶川县发生MS8.0特大地震。这次地震在地表形成2条地表破裂带,主破裂沿龙门山中央断裂发育,长约240km;次级破裂沿龙门山前山断裂发育,长约72km。白沙河破裂带位于中央主破裂带的南端,沿都江堰市北约11km的白沙河河谷展布,长14km。该破裂带几何结构复杂,多条短小破裂或斜列或平行或斜交组成破裂带,总体走向N50°E,但几乎每条次级小破裂走向都不与平均走向一致,在0°~90°之间变化。同震位移沿该破裂带也同样表现出复杂性和多样性,总体以NW盘逆冲为主,最大垂直位移为6.5m,局部存在反冲断层挠曲坎;走向滑动以右旋为主,最大水平位移为4.8m,局部存在左旋位移,而且同震位移分布特征与白沙河破裂带的几何展布特征密切相关。该破裂带北段出露的地表断层产状为40°/NW∠76°,其上的擦痕有2组,侧伏角分别为75°SW和80°SW,不仅反映了该次地震在此段以逆冲运动为主,兼有少量的右旋走滑分量,还反映了该次特大地震包括了2次破裂事件。分析破裂几何和同震位移分布特征得出如下认识:1)破裂面从震源深度的低角度逐渐向地表转化为高角度,迫使垂直断层走向的水平缩短转化为隆起的垂直位移     

汶川8.0级地震发震断层的累积地震位错研究

2008年5月12日,四川省汶川县内发生MS8.0地震。此次地震沿龙门山中央断裂产生1条长达200km的同震地表破裂带。文中选择位于地震地表破裂带北段的南坝镇、凤凰村以及南段的映秀镇这3个地点,以被断层错断的河流阶地为研究对象,对多级阶地面上的地震地表破裂及断层陡坎地貌进行了野外实测工作。经过测量数据的计算和分析,得到了各级阶地上断层陡坎的高度,该值即为该阶地记录的地震断层的累积垂直位错量。若以本次地震的垂直位错量作为古地震位错量的均值,则可计算得到每级阶地累积的地震次数。研究结果表明,各点T1阶地形成以来仅经历过1次事件,即本次地震事件;T2阶地形成以来约经历了5次事件;T3阶地形成以来约经历了9～11次事件;T4阶地形成以来约经历了20次事件。在本文研究的基础上,结合前人的阶地测年数据,则可获得古地震复发间隔的可靠数据