从库仑破裂应力和余震分布角度探讨汶川地震和芦山地震的关系

本文以龙门山及周边地区为研究对象,考虑区域地质构造差异、主要活动断裂带、地表附加重力影响,建立能反映地表起伏和岩石圈分层结构的龙门山地区三维粘弹性有限元模型。以地壳水平运动速率观测值为约束条件重建研究区现今构造背景应力场,在此基础上分别模拟了汶川地震和芦山地震的发生机理。通过分析同震库仑破裂应力变化与余震空间分布的关系,探讨了2次地震主震对余震的触发作用以及汶川地震对芦山地震的影响。研究表明,汶川地震和芦山地震的余震大部分由其主震触发,汶川地震对芦山地震的余震有约6.78%的触发作用。汶川地震的同震库仑破裂应力在芦山地震主震位置的增加值约为0.016MPa,如果龙门山断裂带南段库仑破裂应力年累积速率按照0.4×10-3-0.6×10-3MPa·a-1计算,汶川地震使芦山地震提前了约27-40年。计算还表明汶川地震和芦山地震的发生使鲜水河断裂带南段和虎牙断裂的库仑破裂应力增加,这些断裂带在未来发生地震的可能性增加。     

汶川地震震前与同震断层滑移的比较分析

本文利用GPS观测的1999-2007年汶川震前3期地表变形数据和2008年汶川同震地表变形数据,结合地震位错理论,通过高斯变换和坐标旋转建立断层模型,运用遗传算法,反演了龙门山断裂带断层震前3期和同震滑动参数。结果表明龙门山断层震前3期平均走滑位移为-5.39mm,倾向位移为2.66mm,与同震断层滑移相比较,发现震前断层的滑移趋势与同震断层滑移一致,均为逆冲兼右旋的挤压运动。比较震前3期逆冲方向的滑移量,发现逆冲滑移有加速的现象。并根据震前和同震的断层滑动量估算了汶川地震复发周期。     

汶川地震同震滑坡物质在震区的滞留和运移及其对龙门山地形演化的影响

2008年M_W7.9汶川地震导致龙门山断裂发生强烈地壳变形,同时引发的巨量同震滑坡加速了该地区的地表剥蚀和河流侵蚀.然而,目前尚缺少系统的数据定量研究滑坡物质的运移以及河流侵蚀速率随时间的演化规律,这些对理解龙门山前缘物质的再分配以及强震对活动造山带地形塑造的作用至关重要.为此,本研究在汶川地震后的6年间,对震区沱江上游3条支流湔江、石亭江、绵远河流域进行了多期次的定点现代河沙采样.通过系统测量河沙中的石英¹⁰Be浓度,并与震前已发表的数据进行对比,发现如下基本特点：（1）震后河沙¹⁰Be浓度均有明显降低,表明同震滑坡物质对河沙的稀释作用;（2）震后河流对河沙的运移量增加为震前的1.3~18.5倍,因此震后龙门山地区侵蚀速率短期显著增加;（3）初步估计得到汶川地震产生的滑坡物质被完全运移出造山带所需要的时间至少为100~4000年,接近龙门山地区强震复发周期;（4）震间和同震产生的构造变形和地表剥蚀在空间上具有互补性.考虑到地表剥蚀引起的地壳均衡反弹效应,认为类似汶川地震的强震有利于龙门山的隆升.认识震前、震时和震后的地壳变形及侵蚀过程有助于更好地理解单次强震事件对高原边界龙门山地形演化的作用.     

考虑地形起伏和障碍体破裂的汶川地震强地面运动数值模拟

2008年5月12日四川汶川地区发生M_W7.9地震,震中位置103.4°E,31.06°N.这次地震造成了以汶川、映秀为中心及其周边地域建筑物的严重破坏和人员的重大伤亡,且因为高山等地形复杂区域抢险救灾的艰巨性,为及时救援造成很大干扰.为更好理解地形因素对于强地面数值模拟结果的影响,建立了包含地形起伏影响及去除地形影响的两类模型.同时,依据震源破裂过程运动学反演结果,建立了包含障碍体破裂过程的震源滑动模型,实现断层分段、空间倾角以及滑移角的动态设定.基于动力学的地震动模拟方法,通过对地震波传播过程的数值计算和后处理分析,模拟由地震激发的区域强地面运动过程.结果显示：（1）强震动台站的断层距对地形效应具有放大或抑制作用,距离断层破裂带越近,地形效应越明显,反之,距离越远,则地形效应越微弱;（2）因为地形高差与障碍体的影响,地震造成的峰值可能出现在震中区域之外;（3）考虑地形影响模型的地表峰值速度（PGV）区域位于汶川与北川附近;而未考虑地形影响模型的PGV区域位于灌县—江油断层的后半段,处清平、安县附近;对汶川地震近实时强地面运动波场的模拟、峰值图谱的圈定及未来大地震强地面运动特征的预测都有重要指示意义.     

汶川地震前的b值变化

Gutenberg-Richter定理给出了地震频度随震级的分布特征.大量研究表明频度-震级关系的斜率（b值）在大地震孕育的过程中会出现减小.为了考察b值在汶川地震孕育过程中的时间演化特征,本文尝试基于破裂断层选取研究区域,考察了2000年1月至2008年4月间,汶川地震（M_S8.0）破裂区的地震活动性,并对该区域b值的变化进行了探讨.结果表明,在2005年中至2006年底,地震月频度及季度频度有一个较明显的下降.b值从2002年始至地震前呈现出一个长期趋势性减小;在地震前约半年,出现快速、显著的下降.b值的这一时间变化特征与其他研究者报道的日本东北M_W9.0级地震前的b值变化特征具有很高相似性,可能反映了大地震准备过程中的应力变化.以上结果有益于认识和理解大地震孕育演化过程,同时也表明b值在中长期地震灾害评估中具有潜在价值.     

高温高压条件下彭灌杂岩的强度对汶川地震发震机制的启示

采用汶川地震震源区彭灌杂岩中代表性细粒花岗岩样品,在固体围压介质三轴实验系统上开展了高温高压流变实验研究.实验的温度和压力条件按照龙门山断层带5~30 km深度对应的温度和压力（静岩压）设定.利用偏光显微镜和扫描电镜对实验样品进行微观结构观察.实验结果表明,实验样品在10~20 km深度都具有很高的强度,彭灌杂岩在该深度处于脆性破裂-脆塑性转化域,而在20~30 km实验样品强度显著降低,彭灌杂岩进入塑性流变域,这与流变结构中的极限强度很接近.以花岗岩为代表的彭灌杂岩的破裂强度决定了中上地壳的强度,在15~20 km深度不仅强度达到最大值,而且控制了断层不稳定滑动,具备地震成核条件.因此,把彭灌杂岩强度随深度变化规律与流变结构和滑动稳定性参数（a-b）结合起来得出,彭灌杂岩在15~20 km的高强度是汶川地震的孕育和发生的必要条件.     

汶川8.0级地震环境剪应力特征研究

基于甘肃强震固定台和流动观测记录的汶川8.0级地震主震及余震加速度资料,选用三分向记录均完整的87次地震(震级范围为3.0~8.0级),根据用位错理论二维断裂模式推导的震源峰值加速度与环境剪应力关系式计算汶川地震序列的环境剪应力值,探讨其环境剪应力场特征。结果表明,环境剪应力和矩震级有较好的相关性,3~5级地震对应的应力值多在3~6 MPa,5~6级多在6~9 MPa,6~7级多在9MPa以上,且环境剪应力对震源深度也有较强的依赖性。     

基于改进型BP网络的空间电场分类研究

空间电场信号异常识别是研究地震引起电离层扰动的重要内容。 将空间超低频电场电位数据看作随机数字信号, 以均值、 均方差、 偏度和峰度等四个指标进行描述, 采用“5·12”汶川大地震前空间超低频电场电位数据作为原始数据, 训练改进型BP神经网络, 建立了空间电场信号异常分类识别模型, 并以SOM神经网络进行验证。 计算结果显示, 空间超低频电场电位异常信号主要集中在5°~25°N, 88°~120°E之间的区域, 汶川大地震影响范围内的电离层扰动, 可能是汶川地震发生前引起的, 这与前人研究一致, 说明采用改进型BP神经网络异常分类识别模型研究地震引起的电离层扰动是可行的。     

面向对象遥感分类方法在震害快速提取中的应用

以汶川地震后受灾严重的北川县城为研究区域,应用面向对象的遥感分类方法,对福卫二号卫星多光谱影像进行灾害提取与分析。提取过程中在传统分类运用的光谱信息中加入影像地物的几何结构和纹理信息,运用多尺度分割、多层次交叉的地物分类模式,模拟人类思维,快速准确的提取了灾害区域的宏观受灾范围,为震后快速评估提供依据。     

答“评‘紫坪铺水库造成孔隙弹性耦合变化及其对2008年汶川地震触发作用’二维模拟的局限性”

程惠红等(2015)在"评‘紫坪铺水库造成孔隙弹性耦合变化及其对2008年汶川地震触发作用’二维模拟的局限性"一文中提出,陶玮等(2014)采用二维模型模拟紫坪铺水库造成孔隙弹性耦合变化是一个不足,夸大了汶川地震震源处库仑应力增长值.我们认为采用二维模型模拟水库造成汶川地震震源处库仑应力变化确实可能存在一定偏差,但不会如程惠红等认为的"与三维模型相比夸大三倍".这是因为在程惠红等引用的论证中,二维模型计算中选取了接近水库最大剖面宽度而不是水库平均剖面宽度作为加载量参数,造成计算得到震源处库仑应力明显夸大.此外,陶玮等(2014)提出论断的主要依据不是"震源处"库仑应力值的大小,而是紫坪铺水库蓄水"由浅入深影响到整条断层,尤其对浅层范围的加载作用明显,达上百千帕,为整个断层面的失稳提供了基础".初始破裂的发生既可能是由水库蓄水引起,也可能是并非水库蓄水造成的一次普通构造小震,但其发生引发断层面上部已被水库蓄水弱化部分的连锁失稳而发生大震.即汶川地震既可能为直接触发也可能为间接触发,而我们的研究结果认为地震的发生完全可能由间接触发产生.若仅纠结于"震源处"的库仑应力变化,则忽视了水库蓄水影响的主体.水库蓄水对地震触发作用是一个复杂问题,相对这一问题所涉及的一系列不确定性因素来说,二维模拟的局限性所造成的影响并不很大也不是最大的,也不妨碍我们据此得出紫坪铺水库蓄水促进汶川地震发生的结论.