汶川地震小鱼洞地区的地表破裂和同震位移及其机制讨论

2008年5月12日在四川西部发生的汶川地震是一次以逆冲运动为主,兼有右旋走滑运动的斜滑型地震,形成了有史以来最长、最复杂的地表破裂之一.其中,很多复杂现象到目前为止还没有得到很好的解释或一致的认识,如小鱼洞地区出现的NW走向的小鱼洞断裂,在小鱼洞以北出现的2条相距llkm的平行断裂同时破裂的现象等.通过在小鱼洞地区的详细野外调查,获得了详细的地表破裂分布及同震位移分布,在此基础上对小鱼洞地区地表破裂的机制进行了分析.结果表明,造成上述复杂地表破裂的根本原因是汶川地震的主断层北川-映秀断裂的产状变化,即北川-映秀断裂在小鱼洞以北向NW偏移约3.5km.其破裂机制是:1)北川-映秀断裂的右旋走滑运动在小鱼洞西侧的左阶挤压阶区引起的挤压隆升形成前冲断层,即小鱼洞断裂;2)由于北川-映秀断裂在小鱼洞以北向NW偏移3.5km,导致其断层面倾角变大,逆冲运动引起的断层上盘对下盘的挤压方向变化,结合右旋走滑引起的上盘对下盘的侧向推挤,两者共同作用突破了彭灌断裂,从而形成了2条相距llkm的平行断裂同时错动的现象.另外,文中建议应该重视北川-映秀断裂右旋走滑运动分量、断层产状变化以及断层上、下盘的岩性差异对汶川地震地表破裂过程及地表破裂分布的影响.     

龙门山造山带及邻区重力场特征与动力学响应数值模拟

龙门山造山带重力场研究表明它处于不均衡的状态,为此,构建了横贯松潘-甘孜块体、龙门山造山带和四川盆地的二维剖面的数值模型,采用黏弹性模型对重力场响应对研究区构造演化过程及动力学效应进行探讨.研究结果表明:(1)重力均衡调整导致了深部物质的垂向复杂动力学响应.在印度板块碰撞挤压效应与青藏高原东缘重力势能差的共同作用下,使得高原东缘深部物质在龙门山深处向东运移时潜入地幔,构成了青藏高原物质向东运移的另一种补偿方式;(2)流变结构及应变能的计算结果表明,龙门山上、中地壳层能量集中危险度较高的地段与汶川大震的孕震及发震方式基本一致,龙门山两侧介质属性、构造格局和流变属性的差异对汶川大地震的孕育和发生均起到了重要作用;(3)进一步开展由包含地表剥蚀的重力均衡调整效应与挤压缩短共同作用下的动力学模型,可以为合理地解释龙门山及周缘地带动力学响应提供重要的参考依据.     

龙门山断裂带东北段现今地应力环境研究

2008年5月12日汶川Ms8.0级地震后,为了解发震断裂附近地应力分布特征,于2009年10月-12月期间,在龙门山断裂带东北段江油、北川地区3个200 m钻孔中开展水压致裂地应力测量工作;本文首先依据研究区域内3个200m钻孔的水压致裂地应力测量结果,分析了汶川8.0级地震发生1年后,龙门山断裂带东北段附近现今地应力状态分布特征;其次,基于龙门山断裂带基础地质、地球物理等研究资料,采用线弹性有限元模拟方法,运用ANSYS有限元模拟软件,模拟得到了地震后研究区内现今地应力状态;再次,综合研究区内地应力测量结果和应力场的三维有限元数值模拟结果,揭示了断裂带附近江油～北川剖面现今应力场的变化规律;文章最后探讨了龙门山断裂带东北段江油和北川地区的地震危险性.     

汶川8.0级大地震的孕育和发生的深层过程与动力成因探讨

汶川8.0级大地震发生在由3条NE向断裂带组成的龙门山逆冲走滑断裂系上,造成了以汶川、映秀为中心和其周边地域的严重破坏和人员的重大伤亡。然而强烈地震发生前却未见有可能的确切征兆或浅表层异常活动的迹象(相对于短期和临震预测),即浅层过程与地震发生的深层过程并不匹配。那么为什么在龙门山地区突然发生了这次大地震,它具有哪些特征?其成因机制又是什么?为此必须对这次大地震孕育、发生和发展的壳幔速度结构和其深层动力过程进行深入研究和探讨。通过松藩—甘孜,龙门山造山带和四川盆地地域人工源地震深部探测、天然地震层析成像、接收函数与面波频散反演、大地电磁测深和重力场研究,所得初步结果表明:①在印度洋板块与欧亚板块陆-陆板块碰撞、挤压作用下,形成了喜马拉雅造山带和东构造结,该东构造结似一尖楔向NNE方向顶挤并插入青藏高原东北缘,故迫使高原深部物质向东流展,在受到以龙门山为西北边界的四川盆地刚性物质阻隔下,一部分物质则转而向东南侧运移;②龙门山造山带与其西北侧地带地形高差达3500±500m左右,而地壳厚度在龙门山西北部为65±5km左右,四川盆地为40±2km,而龙门山地带与其东、西两侧相比则其地壳厚度变化幅度可达15~20km。这里恰为应力作用的耦合与集中地带;③下地壳和地幔盖层物质以上、中地壳(深20~25km)中的低速层为第一滑移面(并与上地壳解耦),以上地幔软流层顶面为第二滑移面,且在四川盆地深部壳、幔"刚性"物质阻隔下,下地壳和上地幔盖层物质以高角度在龙门山断裂系与四川盆地的耦合地带向上运移(或称逆冲),且在龙门山地表三条断裂构成的断裂系向下收敛到15±5km左右深处汇聚,二者强烈碰撞、挤压、震源介质破裂;即在物质与能量的强烈交换下,高度集中的应力得到急速释放,故形成了这次8.0级大地震;④汶川8.0级大地震的发震断裂是深部15±5km处的汇聚断裂带,且为在15±5km深处、半径为5km左右的柱状震源体积。为此通过该区的壳、幔速度结构变异,初步揭示了这次8.0级大地震孕育、发生和发展的深部介质和构造环境及其深层动力过程。     

龙门山中段及其临近地区上地壳细结构——人工地震测深结果

收集了最新完成的穿过青藏高原东缘松潘-甘孜地块、龙门山中段及四川盆地的遂宁-阿坝人工地震测深剖面数字地震记录资料,用波前成像方法对高信噪比的Pg、Sg波走时数据进行了仔细的分析处理,得到了该区域上地壳P、S波速度细结构特征及泊松比分布(如图所示).     

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.     

龙门山推覆构造带中段山前断裂晚第四纪活动的地质与地球物理证据

龙门山逆冲推覆构造带中段山前断裂的存在和最新活动时代一直是个争论的问题.石油地震探测资料和浅层地震剖面揭示该断裂的存在,并断错了第四系;野外调查表明,龙门山中段山前存在明显的线性地貌特征,山前断裂断错晚了更新世晚期的洪积台地;探槽剖面揭示距今约1500 a之前在山前断裂上曾发生过一次地表破裂型事件,而该断裂未来具备发生强震的潜势.断错地貌的差分GPS测量和年代学分析显示山前断裂晚第四纪垂直滑动速率大于0.36 mm/a,其与龙门山中段主干断裂活动强度相当,说明龙门山山前断裂在龙门山逆冲推覆构造带的变形中也承担着重要的作用.该研究不仅能为成都平原的地震危险性评价提供基础资料,也有助于全面理解青藏高原东缘的隆升机制.     

断裂两盘岩性差异对汶川地震的影响

岩性差异导致层间变形差异是常见的构造变形现象.龙门山断裂带中段北川—映秀断裂虹口至清平段,断裂上盘为坚硬的前震旦系褶皱基底,下盘则为软弱的前陆盆地沉积物,两者之间具有较大的岩性差异.本文利用基于R-minimum的有限元算法对在一个地震复发间隔内的断层活动进行非线性摩擦接触模拟.计算结果显示,上下盘泊松比的差异则对断层破裂时间及快体变形影响不大,但不同的泊松比条件下断层的破裂过程略有不同,而上下盘杨氏模量的差异能够延迟断层的破裂时间,延长破裂过程,扩大地震复发间隔,且扩大了下盘深度10 km以上和10 km以下地层变形的差异.双断坡构造能够通过深部的应力分解来削弱断层下盘深度10 km以上的变形,但是在上下盘岩性一致的情况下,双断坡构造推迟了主断层的滑动时间,延长了破裂过程,而在强硬上盘和软弱下盘共存的条件下,发育于软弱下盘的次级破裂并不能对主断层的破裂时间和破裂过程造成较大影响.北川—映秀断裂上盘强硬的彭灌杂岩和下盘软弱的含碳沉积地层对汶川地震双断坡式破裂的生成具有重要的促进作用.     

龙门山映秀-北川断裂平溪黑色断层泥中有机质成分分析及对断层摩擦滑动性质的影响

通过对龙门山映秀-北川断裂平溪黑色断层泥一系列的分析测试,发现黑色断层泥中含有约9wt%的有机质组分,并且属于干酪根类型。通过对有机质的气相色谱质谱分析得到,其中主要的烷烃化合物成分为正构烷烃(C14-C21)、无环异戊二烯烷烃(姥鲛烷和植烷)、甾烷、萜烷和n烷基环已烷(C10-C21)。对有机化合物的初步分析表明,有机质形成于海相或咸水湖泊相的还原环境,并且赋存时间长,有机质成熟度高。通过对比实验发现,黑色断层泥中有机质的出现能够显著地弱化断层的摩擦强度以及提高断层摩擦滑动的稳定性。     

龙门山断裂带深部构造变形的黏弹性模拟及其与强震活动的关联性探讨

根据龙门山断裂带地区的主要构造特征,建立该地区的有限元模型,同时考虑地下深处的黏弹性蠕动和不同部位间的接触关系,模拟计算了研究区在强震轮回活动中的时间演化历程.模拟结果表明:龙门山断裂带深处的滑动速率比浅表的滑动速率大,龙门山断裂带周围是相对容易发生应变积累的地区,其5~19km深度也是高应力聚集成核区,随时间推移的应力集中程度加剧而引发强震.本模拟分析证实了重复地震观测所揭示的龙门山断裂带存在深浅活动速率差异的现象,这在一定程度上可以解释出乎预料的汶川MW7.9地震的孕育机理.综合分析研究提出:应充分利用重复地震这一天然的"地下蠕变计(subsurface creepmeter)"来探测深部构造变形的活动,为强震危险性分析提供必要的"原位(in situ)观测"约束信息.