根据烈度分布确定华北历史地震破裂区的经验准则及其应用

地震破裂区是地震时沿发震断裂带的同震错动面或破裂面在地表的垂直投影区域,指示了震源断层/破裂的位置与尺度。确定过去长期的强震/大地震破裂区是鉴别地震空区、研究与预测强震危险性的重要基础。对于现代强震,破裂区可运用多种现代技术方法确定,但对于历史强震,破裂区确定的方法需要探索与发展。以华北地区为例,研究利用烈度/等震线资料、结合地震构造与震区地表地质环境等信息确定历史强震破裂区的方法,并开展应用试验。结果表明:研究区现代地震破裂区延伸的烈度区间与极震区烈度、震区环境之间存在密切关系,基于这种关系建立了2条经验准则,可分别用于根据烈度分布确定华北2类震区环境(基岩区和厚层第四纪松散堆积覆盖区)历史强震破裂区的位置与延伸。文中还提出通过综合地震构造、现代小震/余震分布等信息,辅助确定历史强震破裂区横向宽度的思路与途径。作为应用试验,文中确定了5次历史地震的破裂区,结果表明本文发展的经验准则及相应方法适用于华北地区历史强震破裂区的确定。     

2003年9月27日中、俄、蒙边界Ms7.9地震震源机制及破裂过程研究

从IRIS全球数字地震台网长周期记录中, 选取震中距位于30deg;~90deg;的垂直向远震P波资料, 反演了2003年9月27日中、 俄、 蒙边界MS7.9地震及10月1日MS7.3强余震的地震矩张量解, 研究了MS7.9地震的时空破裂过程. 参考余震的空间分布及周围断层走向, 确定MS7.9地震发震断层走向127deg;、倾角为79deg;、滑动角为171deg;. MS7.9地震震源破裂过程反演结果表明,整个破裂过程持续了37 s,释放标量地震矩0.97times;1020 Nmiddot;m. 破裂主要发生在长110 km, 宽30 km的中地壳以上,最大位错3.6 m. 起始破裂处不是滑动量最大的地方. 断层面上显示出两个显著的、滑动量超过2.0 m的破裂区. 破裂传播至MS7.3震源区附近时, 滑动量迅速减小,显示出破裂传播过程的受阻停止, 反映了障碍体引起的破裂过程的不均匀性.      

利用断层围陷波研究昆仑山口西8.1级地震破裂面

利用横跨地表破裂带的小点距的地震测线, 对2001年11月14日昆仑山口西8.1级地震进行了断层围陷波的观测实验. 经过数字滤波和频谱分析等技术, 由地震记录图中分离出了断层围陷波. 资料处理结果表明: ① 无论是人工地震震源还是天然地震震源, 只要位于断层带内或紧靠断层带, 均能激发断层围陷波; ② 断层围陷波的能量主要集中于断层带内, 其振幅随测点与断层带距离的增加而急剧衰减; ③ 断层围陷波的优势频率与断层的宽度及断层带内介质的速度有关, 断层带越宽, 或断层带内部介质速度越低, 则观测到的断层围陷波的优势频率越低; ④ 断层围陷波存在着频散现象; ⑤ 根据昆仑山口西地震测线断层围陷波的观测结果, 可推断该处破裂面宽度为300 m左右, 远远大于地表破裂带的宽度.      

SPOT和IKONOS影像在昆仑山口西8.1级地震中的应用研究

昆仑山口西 8. 1级地震发生在青藏高原北部可可西里无人区,这里气候寒冷、空气稀薄,野外考察极其艰难。利用高分辨率卫星影像进行地震地表破裂带解译, 10m分辨率SPOT卫星影像能够清楚地反映出地震地表破裂主破裂带的形迹; 1m分辨率IKONOS影像,是一幅真实的地表微缩景观,形象、直观地反映出地震地表破裂的精细结构及运动特征。研究表明:昆仑山口西 8 .1级地震地表破裂带位于东昆仑断裂南麓冲洪积台地或冲洪积台地后缘的地貌陡变带,在布喀达坂峰以东的地表破裂带长近 350km,由 3条次级破裂组成,走向 100°,是一条叠置在先存地震破裂带上的地震地表破裂带。流经破裂带的一系列沟谷发生左旋同步扭曲,平均滑动速率为 13. 4~16. 8mm/a。宏观震中位于 93°17′E, 35°47′N玉西峰附近的地震破裂带上,这里最大地震位错为 7 8m,地震破裂带最宽达1 250m,这与中国地震局推测的宏观震中 93. 3°E, 35. 8°N非常接近     

龙门山小鱼洞断裂在汶川地震中的地表破裂及地质意义

在龙门山中段小鱼洞地区映秀－北川断裂和彭县－灌县断裂发生了同震位移,同时在该地区新出现了一条北西向的同震破裂带——小鱼洞断裂的破裂带,并分割了两条近于平行的北东向逆冲－走滑型的主断裂。汶川特大地震发生后重点对小鱼洞断裂的地表破裂开展了详细的野外地质填图,利用全站仪和GPS对地表破裂进行了精确的测量。初步调查的结果表明,小鱼洞断裂位于映秀－北川断裂与彭县－灌县断裂之间,走向近于北西向,延伸约15km,以脆性破裂为特征,穿过小鱼洞大桥,并切割了多种类型的地貌单元,使道路发生拱曲、破坏和桥梁垮塌或移位。单个破裂长度在几米到300m不等,其南西盘为上升盘,北东盘为下降盘,平均垂直位错为1.0m,平均水平位错为2.3m,垂直与水平位错量之比1 ∶1～1 ∶2,显示为逆冲分量小于或等于左旋走滑分量,并以左旋走滑作用为主。同时,研究表明小鱼洞断裂属于映秀－北川断裂与彭县－灌县断裂之间的捩断层,其主要特征包括： 1)是在汶川地震中由于龙门山逆冲体之间的差异逆冲运动过程中而形成的断裂; 2)其走向近于北西向,垂直于龙门山北东向的主干断裂,而平行于逆冲体的逆冲运动方向; 3)具有高角度断面的断层,以左旋走滑作用为主。     

汶川地震(Ms8.0）地表建筑体变形特征及其构造意义

通过汶川地震震区大量的实地考察已证实沿着早先活动断裂主要发育了两条地表破裂带：一条是沿着映秀－北川断裂产生的逆冲伴随右旋走滑破裂带,长275km,最大垂直位移达11m,水平位移达12m; 另一条纯逆冲性质的破裂带,沿着灌县－安县断裂发育,最大垂直位移达4m。活动断裂之上的地表破裂带是野外工作中确定地震断裂性质的重要现象。另外,在活动断裂相邻区域和远离区域的路面以及建筑体还大量存在变形现象。通常沿活动断裂产生的地表破裂是典型的同震破裂,相邻区域的地表路面及建筑体发育的变形属于次生变形,远离区域发育的变形则属于震后变形。对次生变形和震后变形测量数据的应用容易影响活动断裂特征的确定和性质的判断,因为路面等建筑体上的挤压拱起、叠置以及水平错断等现象多是受到地震过程中通过断裂活动突然释放的巨大能量作用在局部地表建筑体产生的变形。但是,分布广泛的挤压现象暗示了区域上挤压应力场环境,有利于地表同震破裂位置的推测及地震断裂性质的判断。     

龙门山彭县－灌县断裂的活动构造于地表破裂

2008年5月12日在龙门山发生了8.0级特大地震,彭县－灌县断裂亦发生了同震地表破裂。在前期对龙门山活动构造研究的基础上,汶川特大地震发生后,在灾区进行了多次的野外调查和国际合作考察,重点对汶川地震的地表破裂和地质灾害开展了详细的详细野外地质填图,利用全站仪和GPS对地表破裂进行了精确的测量,研究了的地表破裂地貌错位、构造组合和运动学,已实地测得地表破裂数据70余组(其中彭县－灌县断裂地表破裂数据20余组)。文章以彭县－灌县断裂地表破裂为切入点,在彭县－灌县断裂的关键部位开展了详细的野外地貌测量,主要测量了彭州磁峰、白鹿、绵竹金花和汉旺等地的地表破裂,标定了彭县－灌县断裂破裂带的垂向断距和水平断距,结果表明该地表破裂南西起于彭州磁峰,向北东延伸经白鹿、绵竹金花至绵竹汉旺,全长约 40～50km。地表破裂带沿彭县－灌县断裂带的走向断续分布,单个破裂长度在几米到500余米不等,破裂带切割了多种类型的地貌单元,包括山脉基岩、河流阶地、冲洪积扇、公路、桥梁等,同时也使道路发生拱曲、破坏和桥梁垮塌或移位。其以脆性破裂为特征,以逆冲－右旋走滑为特点,断面倾角较陡,北西盘为上升盘,南东盘为下降盘,垂直位错介于 0.39～2.70m之间,水平位错介于 0.20～0.70m,平均垂直位错为1.6m,平均水平位错为0.6m; 地表最大错动量的地点位于彭州白鹿镇,其中最大垂直断错为 2.7±0.2m,最大水平断错为 0.7±0.2m。垂直位错与水平位错量之间的比值为2 ∶1,表明该地震地表破裂带不仅存在逆冲运动分量和右旋走滑运动分量,而且逆冲运动分量大于右旋走滑运动分量,显示了彭县－灌县断裂破裂带具有以逆冲和缩短作用为主、右旋走滑作用为辅的破裂性质。其与映秀－北川断裂带的地表破裂相比较,该断裂的地表破裂程度远小于映秀－北川断裂带的地表破裂程度,主要表现在地表破裂的长度较短,垂直位错和水平位错也相对较小,而且为以逆冲作用为主。初步研究结果表明,彭县－灌县断裂与映秀－北川断裂地表破裂的平面组合样式显示为两条在平面上近于平行的北东向地表破裂带,其间由一条南北向的次级地表破裂带(小鱼洞断裂)将它们相连结,地下破裂面的剖面组合样式显示为叠瓦状,并在汶川地震震源附近或震源的上方相连的,是同“根”的。     

2001年昆仑山口西MS8.1地震地表同震位移分布特征

沿长约 4 2 6km的 2 0 0 1年昆仑山口西MS8 1地震地表破裂带共获得 2 91个点的地表同震水平左旋位移数据 ,并在其中 1 1 1个点获得了垂直位移数据。该地震总体以左旋水平位移为主 ,兼具一定的垂直位移。最大地表左旋水平位移值可达 6 4m ,平均水平位移约为 2 7m ,绝大多数测点的垂直位移均 <1m。地表水平位移沿主破裂带走向位移梯度变化于 1 0 - 1～ 1 0 - 4之间 ,这一起伏变化可能起因于野外测量误差、沿主破裂带岩性或松散沉积物厚度的变化、地表破裂带几何结构的不均匀性、地表破裂走向的变化、不同破裂段在昆仑山口西 8 1级地震之前的地震中滑动量的起伏变化 ,以及大量非脆性变形、次级破裂的存在等。水平位移沿主破裂带的长波长 (数十公里至数百公里 )起伏变化较有规律 ,在布喀达坂峰以东表现为分别以 5个水平位移峰值为中心而有规律地起伏变化。这5个位移峰值分别对应于不同的次级地震地表破裂段。各破裂段水平位移峰值均向阶区或拐点逐渐衰减 ,不同地表破裂段位移峰值向两侧衰减的速率是不同的 ,这种位移梯度的不对称分布可能指示了地震破裂的扩展方向。上述位移分布特征真实地反映了地表可见脆     

中卫活动断裂带地震破裂危险区演化特征模拟

通过建立的岩石破裂危险度KR及断层滑动危险系数KF2个判别指标,对中卫一同心活动断裂带进行粘弹性有限元数值模拟,得到该断裂带在现代构造应力场作用下大震后的应力演变及地震破裂危险区长度、范围、峰值、衰减规律等的演化特征。结果表明,该断裂带大震后应力场的调整主要产生于震后300～400年间,震后地震破裂危险区转移到断裂带的中西段,并逐渐向东迁移,范围越来越集中,最终转移到断裂带的弧形顶点部位(红谷梁附近)。     

走滑断层地震地表断裂位错估计方法研究

为对一次地震中可能造成的地表断裂位错作出较准确的估计,采用拟静力弹塑性有限元方法,分别对覆盖土层为粉质黏土和黏土情况下,走滑断层引发的地震地表断裂进行了数值模拟分析。根据历史震害数据回归拟合的震级M与基岩位错 的关系式以及数值计算结果,建立了震级M与地表位错 的关系式。公式中考虑了土层厚度H对地表位错 的影响,而不仅仅局限于根据震级M的大小通过统计公式来估算地表断裂位错 。结果表明,走滑断层引发的地震地表断裂位错不仅与震级的大小有关,还与土层厚度和土层性质有关;在相同震级作用下,随着土层厚度的增加,地表位错逐渐减小;在相同震级和相同土层厚度下,上覆土层为粉质黏土时产生的地表位错要大于上覆土层为黏土时产生的地表位错;根据拟合的公式估计出不同震级情况下可不考虑走滑断层影响的临界覆盖土层厚度值,有助于提高活动断裂地震危险性评估工作的可靠性。