汶川地震引发高速远程滑坡运动机理数值模拟研究——以谢家店子滑坡为例

针对汶川地震引发的谢家店子滑坡,在现场调查分析的基础上,建立了二维离散元数值模拟模型,采用2D-Block软件对其进行了全过程的数值模拟研究,并通过对跟踪块体的深入分析,研究了相应地质体在不同阶段下的运动特征。模拟结果表明,谢家店子滑坡经历了剧动启程抛掷阶段、快速撞击飞行阶段、铲刮减速碎屑流阶段及堆积掩埋阶段。为了揭示地震引发高速滑坡的发生规律,分别研究了地震震级、斜坡地形和斜坡上岩块的尺寸对高速滑坡启动和运动过程的影响规律。地震震级对边坡的启动、变形、破坏和运动有很大的影响,地震震级越大,滑体启动的加速度和速度也就越大,从而易形成高速远程滑坡。斜坡体本身的地形地貌对滑体运动也有较大影响。在震级和岩石力学参数一定的条件下,斜坡上岩块的大小对其启动、变形和运动过程有一定影响,随着岩块的增大,滑体运动的每个阶段历时都在减小,但当岩体十分破碎时,滑体虽然能够运动,但是很难发生抛掷。将地震滑坡的启动机理概括为积累变形效应、振荡启程效应和振荡加速效应。     

汶川地震映秀-北川地表破裂带虹口乡段精细填图、位移特征和地震构造分析

同震地表破裂带是地震破裂最直观的表现。地表破裂带的精细填图对理解地震破裂过程及发震机理有着重要意义。我们对5.12汶川地震映秀-北川同震破裂带南部的虹口乡区段开展了较为精细的填图工作,该区段地表破裂带的平面几何和同震位移特征沿走向均显示出公里尺度的横向变化和复杂性。根据同震破裂不连续性特征可把地表破裂分为4段,自南向北依次为深溪沟段、庙坝段、高原新村段和八角庙段。其中,深溪沟段和八角庙段同震垂直位错较大,达.5～6m;庙坝段同震垂直位移量普遍较低,1～2m或更低;  在高原新村附近,地表破裂带分为近平行的南北两支,北支以右旋走滑为主,南支以南东盘逆冲抬升为主,这与与映秀-北川同震破裂总体北西盘抬升的性质相反。本文对高原新村附近的反向陡坎进行了深入的探讨,并综合前人的研究结果,认为是破裂在从深部往上扩展的过程中,在浅表部位顺着发育在虹口东南部的大鱼洞-龙溪飞来峰后缘的具南东倾向的断面继承而成。与北川沙坝附近的反向陡坎一样,说明老断裂带构造几何特征对单次地震破裂的扩展有牵引作用。最后,讨论了八角庙有切割关系的两组断层擦痕的地震学和地质学意义,指出可能指示了映秀-北川断裂面上局部区段震前的初始应力水平较低。     

龙门山及其邻区的地壳厚度和泊松比

根据龙门山及其周边地区(26°～35°N,98°～109°E)的132个台站的宽频带远震记录,使用H-k叠加方法计算地壳厚度和波速比.结果表明该区域的地壳厚度总体变化是:从东向西增加,东部的最小厚度为37.8km,西部的最大厚度是68.1 km,其中横跨龙门山断裂带的地壳厚度变化最大,从东南的41.5km增加到西北的52.5km.根据Airy均衡理论,用台站的高程和观测地壳厚度数据求得最小二乘意义下的壳幔密度差为0.649g/cm3,平均地壳厚度为37.9km.龙门山及其邻近地区基本上处于均衡状态.松潘-甘孜地体北部和西秦岭造山带具有低泊松比(v<0.26),扬子地台的西南部具有低一中泊松比(v<0.27),松潘-甘孜地体南部、三江褶皱带和四川盆地具有中一高泊松比(0.26≤P≤0.29).该地区的泊松比空间分布不支持青藏高原东部广泛分布的下地壳流的假说.龙门山断裂带南段及其附近地区的高泊松比(v≥0.30)可以看成是地壳具有较高的铁镁质组分和/或存在部分熔融.该地区下地壳可能是处于富含流体和温度较高的部分熔融状态.松潘-甘孜块体南部的上地壳物质向东运动,受刚性强度较大的扬子地台的阻挡,导致沿龙门山断裂带产生应变积累.当断层被地壳流体弱化,积累的应变能量快速释放,产生汶川Ms8.0地震.     

汶川震区北川县城泥石流源地特征的遥感动态分析

汶川地震导致山地斜坡积累了大量碎屑物质,在降雨作用下极易成为泥石流源地。震后的2008年9月24日一场暴雨导致北川县境内72条沟同时暴发泥石流。本文选择了汶川地震高烈度区的北川县城8条泥石流沟流域为研究区,基于遥感手段开展了震后和相继暴雨后的泥石流源地变化特征。强震后泥石流流域的重要变化是在沟谷内诱发了大量滑坡。通过开展遥感解译和野外调查,重点分析了研究区泥石流源地的滑坡活动。将512汶川地震后的2008年5月18日获取的航空图像与924暴雨后获取的2008年10月14日SPOT图像相比较,发现泥石流源地的地震滑坡面积由1537104m2增加到暴雨后的1912104m2,即汶川高烈度区一场暴雨过程新增滑坡面积达244%。根据SPOT图像解译,暴雨后泥石流沟床中的松散堆积物增大到97104m2。上述研究结果表明汶川震区在强降雨条件下发生泥石流的敏感性特别高。     

汶川地震诱发大型滑坡分布规律研究

2008年5.12汶川地震由于其超常的地震动力,触发了数百处大型滑坡灾害。本文以遥感解译所获取的汶川地震区112处面积大于50000m2大型滑坡的基本信息为基础,结合代表性大型滑坡实例的现场调绘,对汶川地震诱发大型滑坡的发育分布规律进行了较系统的研究。结果表明,汶川地震大型滑坡分布除表现出与汶川地震诱发区域性地质灾害类似的分布规律之外,因主要源于发震断层瞬间大幅度错动的直接地震动力引发的大型滑坡,其发育分布及滑动、运动方式还表现出自身的特点,具体可归结为以下几种效应:(1)距离效应:约80%的大型滑坡集中分布于发震断裂地表破裂带两侧5km的范围内,距离越远,滑坡分布数量越少;(2)锁固段效应:汶川地震诱发的大型滑坡主要集中分布在与发震断裂的交叉、错列、转换部位及NE段末端等5个集中区段。其中,红白-茶坪段是大型滑坡最为集中发育段,不仅滑坡数量多,而且规模大,汶川地震诱发的最大两处滑坡均分布于此段。其次为断裂NE段末端的南坝-东河口段,该段大型滑坡密集发育,东河口滑坡和窝前滑坡等大型滑坡均出露于此段;(3)上下盘效应:绝大多数(70%)大型滑坡都位于活动断裂的上盘,存在明显的"上下盘效应;"(4)方向效应:在与发震断裂带近于垂直的沟谷斜坡中,在地震波传播的背坡面一侧的滑坡发育密度明显大于迎坡面一侧,存在"背坡面效应"。同时,大型滑坡的滑动及运动方向还与各区段断层的错动方向有一定的相关性。在断层活动以右旋走滑为主的青川境内,有相当数量的滑坡表现出向NE方向滑动和运动的特点。     

映秀—卧龙公路沿线汶川地震地质灾害研究

映秀—卧龙公路是汶川地震灾区距震中最近、震害最为严重的一条公路,本文对沿线地震地质灾害进行了详细的调查研究。依据震害特征,将沿线震害划分为斜坡中上部强风化岩体及土层失稳、结构面切割岩体崩滑失稳、滑坡、泥石流等4类,并分析了沿线震害发育规律。调查表明:龙门山后山断裂两侧地震地质灾害呈现显著的差异性,主要是由深大断裂的消震隔震效应,地貌放大效应,地质结构等三方面因素决定的。通过134条实测剖面分析,研究了地震失稳斜坡坡度和失稳部位。地震诱发失稳斜坡坡度在33°~84°之间,主要分布在41°~65°之间,可以认为地震诱发斜坡失稳灾害主要发生在40°以上的斜坡。斜坡失稳部位主要分布在斜坡中上部以及地貌突出部位,主要失稳部位在0.4坡高以上。从研究斜坡动力失稳的角度,将沿线斜坡划分为基岩-土层及强风化层斜坡地质结构、不利外倾结构面基岩斜坡地质结构、块状构造基岩斜坡地质结构、块碎石土层斜坡地质结构等几种地质结构模型,分析论述了各种地质结构相应的地震地质灾害类型及特点。     

强震条件下高速滑坡的空间分布特征研究

5.12汶川地震引发了大量的滑坡灾害,本文以汶川地震极重灾区涉及的四川12县市为研究区域。通过详细的现场调查研究,对强震条件下的典型高速滑坡的空间分布特征进行了综合分析。从区域上看,高速滑坡明显呈带状沿龙门山断裂带展布,并主要受北川映秀断裂控制。此外,本文还对研究区域内典型高速滑坡的滑程、剪出口高程、滑坡前后缘高差等几何要素的空间分布规律做了分析研究。     

汶川地震地表破裂面形貌特征

准确描述破裂面形貌对于我们理解地震断层作用是非常重要的,破裂面的形貌特征包含许多关于地震和断层机制的有用信息。在Mw7.9 2008汶川地震中断层活动产生了两个新鲜的破裂面,八角庙破裂面和沙坝破裂面。我们使用3D便携式激光扫描仪(Tri mble GX)对两个破裂表面进行测量,在野外微观尺度上研究了破裂面形貌特征。通过能谱密度和均方值两个方法分析破裂面形貌,新鲜的破裂面表现为自相仿性,能谱密度和均方值均与剖面长度存在幂律关系。在能谱密度与空间频率的对数图中,能谱密度曲线存在明显的拐点,该拐点所对应的波长称为"特征波长",表明单一分形不能准确描述破裂面形貌。八角庙破裂面在平行滑动方向上的特征波长为7 mm,在垂直方向上特征波长略大一些(区域Ⅰ为10 mm,区域Ⅱ为9 mm);沙坝破裂面在平行滑动方向上的特征波长为8 mm,但垂直方向上特征波长略小(6 mm)。均方值曲线的最小二乘拟合直线的斜率为Hurst指数,该指数依赖于剖面线方向并描述破裂面形貌的各向异性,H指数的最小值和最大值分别与平行擦痕和垂直擦痕方向对应,这与野外断层面擦痕测量结果一致。沙坝破裂面的H指数极坐标图中存在次级H指数峰值(对应剖面线方向为85°和160°),这揭示破裂面上存在一组隐匿擦痕。该组隐匿擦痕为汶川地震之前断层活动中形成的,但这还不足以推测上一次断层活动的时间和规模。另外,通过比较新鲜节理面和破裂面表明H指数是否大于0.8反映了断层类型。在整个空间频率域上,能谱密度曲线斜率(-α)和均方值曲线斜率(H)的线性拟合关系为α=1.22+1.72H,并不严格满足两者之间理论关系式,α=1+2H。这个差异是由于测量信号噪音、破裂面的多分形性和分析方法的差异造成的。     

青藏高原昆仑—汶川地震系列与巴颜喀喇断块的最新活动

青藏高原是中国最主要的地震活动区之一。最近十多年来,在青藏高原中部连续发生了1997年西藏玛尼Ms7.5级地震、2001年青海昆仑山Ms8.1级地震、2008年3月新疆于田Ms7.3级地震和5月四川汶川Ms8.0级地震及2010年青海玉树Ms7.1级地震,它们相继发生于青藏断块区巴颜喀喇断块四周边界活动断裂带上,是该断块最新活动的结果。发生于断块南北边界断裂上的3次地震都是走滑断裂错动的结果,发生在断块东南端的汶川地震则是挤压逆冲断裂的产物,而西北端的于田地震则呈现出张性特征,它们共同反映青藏断块区巴颜喀喇条状断块向东南方向滑动的最新活动。自1900年以来,青藏断块区和巴颜喀喇断块的强震活动表现出多期活动和区域性转移的特征,20世纪早期Ms7.0级以上强地震活动的主体地区在青藏断块区北部边界构造带,中期转移到高原南部喜马拉雅板块边界构造带和断块区南部断块,最近十多年来则在巴颜喀喇断块及周缘边界断裂上活动。青藏高原这种块体活动和地震活动与澳大利亚-印度板块对亚洲大陆的推挤作用相关,因而,青藏高原和巴颜喀喇断块的强震活动与澳-印板块边界苏门答腊强震活动相对应。目前苏门答腊地区强震活动仍在继续,因此,近期对巴颜喀喇断块及青藏高原南部地区的强震活动和强震危险性仍需加以注意。     

汶川地震遗迹旅游资源分类及特色评价

汶川地震造就了大量地震遗迹景观, 成为了地震科学研究及旅游开发活动的重要资源基础。对地震遗迹景观分类没有形成统一的认识, 广义与狭义视角并存, 两分法与一分法并现。充分考虑地震遗迹旅游资源成因及景观特征, 强调地震活动对地震遗迹旅游资源成景过程的影响及响应, 将其分为2个景观型, 4个景观域、6个景观段、13个景观元及若干典型地震遗迹景观; 重点介绍了北川县城地震遗址、都汶公路百花大桥、都江堰虹口深溪沟地表破裂、北川县唐家山堰塞湖、北川县城城西滑坡遗迹等典型地震遗迹旅游资源; 提炼出“国际意义的地质科学研究对象、全球吸引力的典型地震遗迹、国际品质的地震遗迹旅游资源开发条件、世界级震撼力的地震灾难性事件”四大特色。研究结论有利于地震遗迹旅游资源的保护及震区旅游恢复重建, 为高烈度山区地震专项旅游产品开发提供科学依据。