汶川8.0级地震强震动加速度记录的初步分析

本文对国家强震动台网中心收集的2008年5月12日14时28分04秒汶川8.0级地震中获取的420组三分量加速度记录进行了处理和初步分析。在分析前对原始加速度记录进行整理、转换数据格式、零线校正、录入原数据,形成标准格式的未校正加速度数据;在这次地震中布设在龙门山断裂带及其周围地区有50多个台站获得了大于100 Gal的加速度记录,有46组三分量加速度记录的断层距小于100 km,使中国大陆近断层区域所获得的强震动加速度记录的数量成倍增加。本文依据这批数据对汶川大地震强震动特性进行了初步分析,给出了此次地震断层附近地区的PGA衰减规律,并利用此规律模拟断层附近的加速度峰值,绘制了PGA分布图;给出了汶川地震断层附近的加速度反应谱、上盘效应、速度大脉冲效应等地震动特征,这些特征可作为抗震设计规范修订的依据及灾区重建时参考;最后展望了这批强震动加速度记录的应用前景。

四川汶川8.0级地震地表破裂与震害特点

2008年5月12日四川汶川8.0级地震发生在青藏高原东缘的龙门山构造带上。通过野外实地调查与测量发现,汶川8.0级地震的地表破裂发生在龙门山构造带中的北川—映秀断裂之映秀南西—平武南坝石坎子段,彭县—灌县断裂的都江堰向峨—安县桑枣段也同时发生了同震地表破裂。北川—映秀断裂上的地表破裂长约220 km,表现为逆冲–右旋走滑运动特征,最大同震位错在6 m左右,水平与垂直位错量大致相当,与先期的研究成果一致;彭县—灌县断裂上的同震地表破裂长约100 km,表现为右旋–逆冲运动特征,最大垂直位错在2 m左右,水平与垂直位错量之比为1∶1～1∶3。地震地表破裂的空间分布及同震位错特征表明,汶川8.0级地震系北川—映秀断裂的逆冲–右旋运动所导致,并同时牵动了彭县—灌县断裂发生同震地表破裂。地震灾害的特点主要表现为地震波导致的强地面运动破坏、地震地表破裂带直接撕裂、地震导致的次生地质灾害(如崩塌和滑坡等)摧毁或掩埋建(构)筑物和堰塞湖等。根据地震考察资料并参考InSAR和强震仪记录,勾绘的该次地震等震线长轴方向沿龙门山构造带呈N40°～50°E方向延伸,出现了3个XI度的破坏区,具单侧多点瞬间破裂的典型特征,导致了四川北部、甘肃和陕西南部地区灾害较正常地震衰减破坏的显著加重。

四川芦山7.0级地震及其与汶川8.0级地震的关系

2013年4月20日在四川省雅安市芦山县发生M7.0级地震.根据四川省台网资料和收集的国内外相关资料,我们分析了芦山地震的基本参数、余震分布、序列衰减等特征.结果表明:芦山地震位于龙门山断裂南段,其震源力学机制显示为纯逆冲性质,与龙门山断裂构造特征相符合;芦山地震的余震较丰富,震后15天震区已发生7800多次余震,其中,5级以上余震4次,最大余震是4月21日17时5分芦山、邛崃交界M5.4级地震;余震分布形成的图形显示其长轴走向与龙门山断裂构造走向一致,余震分布显示密集区长轴约40km,短轴约20km.与汶川M8.0级地震在震源力学机制、破裂过程、余震空间展布以及地表破裂等对比分析后表明:芦山地震与汶川地震的震源错动类型、破裂过程、地表破裂以及余震活动等特征存在明显差异;芦山地震与汶川地震震中位置相距90km,两次地震的余震密集区相距50km;汶川8.0级地震造成龙门山断裂中北段较充分破裂,芦山7.0级地震则展布于龙门山断裂南段且破裂尺度有限;两者有发震构造上的联系,但两次地震是相对独立的地震事件.

汶川8.0级地震地表破裂带与岩性关系

2008年汶川8.0级地震沿龙门山断裂带内的映秀—北川断裂和灌县—安县断裂分别形成约230km和70km的地表破裂带.震后地质考察研究表明,伴随地震断层出露地表的滑动面大多沿炭质泥岩和煤层发育.与1∶5万区域地质图进行对照,显示映秀—北川地震破裂带的西南段（虹口—清平段）和灌县—安县地震地表破裂带的展布与龙门山地区上三叠统须家河组煤系地层的出露范围相一致.龙门山地区的上三叠统须家河组地层中的薄煤层、炭质泥岩层以及志留系、寒武系的炭质页岩层是易于产生滑动的柔性岩层,易形成滑脱面或成岩片夹于断层带中.汶川地震产生的复杂地表破裂带是龙门山逆冲推覆构造带沿地表构造层中夹有煤层等柔性岩层的断层产生B型滑动的结果.

汶川8.0级地震前区域地壳运动与应变场动态特征

利用中国地壳运动观测网络GPS资料,通过获取水平相对运动、水平应变场分布变化等,研究了汶川8.0级地震前的区域水平运动与应变率场变化,以及大尺度地壳运动动态特征等。研究结果表明,发生汶川8.0级地震的龙门山断裂带,由于受到其西侧巴颜喀拉地块向东运动的构造动力作用,处于缓慢的应变积累状态。在汶川地震前龙门山断裂带相对华南地块的差异运动小于GPS观测误差。川滇地区应变场图像显示2004-2007年面应变率负值最高区出现在汶川8.0级地震震中区及其附近,可能反应了局部挤压增强。GPS基准站资料反映的大尺度北东向地壳缩短的相对运动增强,也形成了促进龙门山断裂带发生大破裂的区域构造动力增强的背景条件。

2008年汶川8.0级地震序列震源参数分段特征的研究

本文利用四川省区域固定地震台网观测记录到的2008年汶川8.0级地震序列的资料,从中挑选部分台站和地震资料,在精确扣除了余震区地震波衰减与台站场地响应后,计算得到了汶川地震序列中1070次M_L≥3.0级地震的震源参数,结果显示,地震矩与震级之间有较好的线性关系,应力降和视应力的大小与震级大小有关.利用M_L 3.0级地震资料得到的应力降的时空演变过程研究结果表明,汶川余震序列地震应力降总体上随时间是一个衰减过程,预示着主震发生后整个余震区应力降呈逐渐衰减的状态.主震发生之后,以虎牙—北川—安县为界,空间上龙门山断裂带上地震活动水平和应力降具有明显的分段性.5月17日之前M_L≥5.0余震主要集中在龙门山断裂带北川以西,由于地震释放了较多应力,该地区应力降较低,而北川至青川之间地震活动水平相对较弱,应力降一直处于高值水平.5月17日之后,M_L≥5.0余震活动主体地区则转移到北川至青川之间,在该段发生了5月25日青川6.4级最大余震,在这之后,整个余震序列应力降随时间变化开始趋于平稳.

汶川8.0级地震及其强余震引起的唐山井水位同震响应特征分析

统计了汶川8.0级地震及其强余震引起的唐山井水位同震变化的幅度参数(最大振幅、阶变量)和时间参数(最大振幅时刻,同震持续时间),以及邻近的陡河台记录的地震波的体波和面波的到时.计算分析了同震参数与震级(ML,MS和MW三种震级)、井-震距、震源深度的相关方程及同震参数间的相关关系.结果表明,同震变化量与MS震级的相关性最好,与震源深度和井-震距相关性较弱;同震最大幅度与同震阶变量、同震持续时间相关性很高,水位同震振荡和阶变均来自地震波引起的动应变;水位同震振荡的最大振幅发生在S波至瑞利波时段,水位同震响应是地震波与水文地质环境等多种因素共同作用的结果.

汶川8.0级地震前后地壳垂直形变分析

利用汶川8.0级地震周边区域水准、跨断裂水准资料,分析了汶川Ms8.0地震前后的地壳垂直形变。结果表明:震前,区域垂直形变表现出某种阶段性,升降差异运动由剧烈向减弱变化,龙门山断裂活动也由活跃向闭锁转换;震后,地震影响主要沿龙门山断裂带向北东方向扩展,余震区附近同震形变显著。

汶川8.0级地震前水氡浓度的临界慢化现象研究

近年来,临界慢化(Critical slowing down)现象在揭示复杂动力系统是否趋于临界性灾变方面展示了重要潜力.本文基于临界慢化的概念,将其用于水氡浓度观测资料的处理.以2008年5月12日汶川8.0级地震前龙门山断裂带破裂段及附近地区水氡浓度观测点资料为例,分别计算了表征临界慢化现象的自相关系数和方差.结果表明,汶川8.0级地震前,不同台站的水氡浓度震前都存在明显的临界慢化现象,这表明临界慢化现象可能是强地震发生前的一个早期信号.将临界慢化理论引入地震前兆资料的研究,对深入认识地震前兆机理、判定前兆异常所处阶段以及提高地震预测水平都具有重要的现实意义和科学价值.

汶川8.0级地震前龙门山断裂带的地震活动性和构造应力场特征

研究了2008年5月12日汶川8.0级地震前龙门山断裂带及其附近地区的地震活动.利用区域地震台网和流动测震台的数字地震波资料,测定了震源机制解.结果表明,震中所在的龙门山断裂带震前地震活动平稳,未出现显著异常增强或平静现象.根据汶川8.0级地震前地震活动求出的震源机制解,其主压应力P轴方位为WNW-ESE向,震源断层面呈NE向与NW向两组节面走向.其中NE向节面呈N50°—70°E,断面倾角均陡,达60°—70°,震源力学作用方式多呈逆倾型,少部分呈走滑型.震前地震活动呈现的主压应力方位、震源断面走向及其错动类型,与汶川8.0级地震给出的解是一致的.巨大地震发生前沿龙门山断裂带微破裂呈现的平均应力场与主震一致.起始破裂区东侧20km内是紫坪铺水库水域区,这一区域发生小震活动增加的现象处于水库放水的卸载阶段.本文研究了汶川8.0级地震起始破裂区附近的小震活动,其震源参数表明,震源位于8.0级地震之上的5—14km深度,其震源参数与8.0级地震给出的解也是一致的.

汶川8.0级地震前地磁低点位移与内外源S_q等效电流体系关系的研究

本文利用球谐分析方法构建内外源Sq等效电流体系反演模型,对2008年汶川8.0级地震前的4月24日及5月9日两次地磁低点位移日前后共10日的内外源Sq等效电流体系进行逐日反演,并结合Dst磁暴指数分析研究地磁低点位移和电流体系之间的关系。研究发现:低点位移发生当日内外源等效电流体系南北半球电流涡中心强度都有减小的趋势,且内源场减小的幅度更大。低点位移发生日内源等效电流体系电流涡中心可能会发生纬向偏移现象。

汶川8.0级地震对紫坪铺左岸坝前堆积体稳定性影响的监测分析

钻孔倾斜仪观测成果表明,紫坪铺水库蓄水至汶川8.0级地震前,左岸坝前堆积体处于稳定状态,坡体观测位移无明显变化且计算的位移矢量无明显的方向性。汶川8.0级地震给距震中仅17 km紫坪铺工程带来了明显影响。根据监测成果及现场调查分析,汶川8.0级地震对紫坪铺左岸坝前堆积体产生了一定程度的影响:灯盏坪前缘浅表部局部崩塌与裂缝;基覆界面受地震影响产生了明显错动,位错增量最大值为60～70 mm;在错动面以上坡体位移随高程增加而增加,地表累计合位移增量为55～100 mm,局部高达206 mm。地震使坡体位移形成了明确的方向,震后地表位移矢量与汶川地震断裂带走向大致垂直。地震使堆积体内部土体产生了明显的倾斜变形,钻孔倾斜率变化最大值为1.873‰。坡体的变形异常主要表现在主震时,后期的余震对坡体变形影响很小。从震后连续的监测成果分析,紫坪铺左岸坝前堆积体目前仍处于整体稳定阶段。

汶川8.0级地震前断层形变异常及与其它大震的比较

用蕴震系统信息合成和地壳形变图象动力学参量方法,对龙门山、鲜水河、安宁河断裂带69条跨断层形变观测时序(1997年1月—2008年1月)整体地作了数据处理,发现龙门山断裂带在汶川MS8.0地震前出现了整体活动强度增高(加速度运动)、突跳异常丛集和近震中断裂的快速滑动.汶川8.0级与唐山7.8级及丽江7.0级地震之前的断层形变异常具有相似性,呈现出一定的可重现性,但前者的异常强度偏低.用系统自组织理论、断裂力学、静地震、慢地震、蠕滑、亚板块挤压与深部物质向上运移的共同作用能初步解释这些异常现象.

地震灾区分级和灾害程度排序方法研究——以汶川8.0级地震为例

根据汶川8.0级地震震害评估工作的具体实践,探讨了地震灾区分级和灾害程度排序的方法。通过房屋震害系数、强震加速度观测记录、发震构造、地震地质灾害和场地条件、人口分布及伤亡情况等影响因素来确定受灾程度,以烈度区、统计学方法、速报灾情等来确定灾区分级。

汶川8.0级地震序列的小震震源机制及应力场特征

利用区域地震台网的数字地震波记录资料,由垂直向记录P和S振幅比值,结合部分清晰的P波初动记录资料,反演得到了2008年5月12日至2009年4月12日汶川8.0级地震序列中829个ML≥3.5的小震震源机制解。采用统计和力轴张量计算方法,分析了震源机制解参数并求取了余震区平均应力场。结果表明:用余震区北段小震震源机制解求得的节面为直立或倾斜,走向为NNE-SSW向,主压应力P轴方位为SWW-NEE方向,计算得到的平均应力张量σ1方向为77.1°;用余震区南段小震震源机制解求得的节面倾角较陡,在50°～90°之间,走向相对较分散,平均应力张量σ1方向为92.4°,呈EW向。从余震区南、北段的平均应力场方位随时间演化过程可以看出,余震区在2008年8月、9月、12月和2009年1月处于应力场调整阶段。最后研究了余震区南、北段的震源机制一致性参数θ及逆冲型地震类型随时间的变化,得到了一些有意义的结果。

汶川8.0级地震前地震活动能量场中短期异常

本文应用随机函数理论,将地震释放能量作为地震活动场的基本要素,采用自然正交函数(或称经验正交函数)展开方法,讨论了2008年汶川8.0级地震前区域地震活动能量场的中短期时空异常。结果表明,汶川8.0级地震前震源周围区域能量场的几个主要特征值对应的特征向量(典型场)的时间权重因子出现了明显中长期异常变化,这可能是汶川地震中期异常指标;而沿龙门山断裂带能量场的几个区域特征值对应的时间因子出现了显著短期异常变化,这可能是汶川地震短期异常指标。笔者认为该方法是一种值得进一步探讨的地震活动性预测方法。

利用概率密度分布提取流体观测资料中的高频异常信息——以2008年汶川8.0级地震为例

随着地下流体观测技术的提高,尤其是地下流体观测数字化改造以后,观测资料的采样频率明显提高,这些高频采样的观测资料中蕴含着丰富的构造信息,如何从分钟值甚至更高频率采样的观测资料中提取有用的异常信息,是目前从事地震地下流体资料分析人员最为关注的科学问题之一.本文引入概率密度分布法,分析了2008年汶川8.0级地震前南北地震带及其附近区域72个测点的数字化水位和水温分钟值采样高频观测资料,结果显示:汶川8.0级地震前有16个测点水位和14个测点水温出现高频异常信息,出现高频信息异常的观测点多集中在滇西南构造带,异常出现的时间呈现出由南向北推移的特征.据此认为概率密度分布法在流体资料的高频异常信息提取方面具有一定的可靠性与适用性,可为数字化高频观测资料异常提取提供借鉴.

汶川8.0级地震和芦山7.0级地震对周边断层的影响

采用分层粘弹性介质模型,研究龙门山断裂带发生的两次大地震(2008年5月12日汶川8.0级和2013年4月20日芦山7.0级地震)的同震位错和震后粘滞松弛效应引起的周边断裂带上的库仑应力变化。结果表明,汶川8.0级地震同震和震后效应均引起了芦山7.0级地震震中位置的库仑应力增加,有利于芦山地震的发生;汶川和芦山地震的同震和震后效应引起的周边各断层上的累积库仑应力变化分布显示,这两次大地震引起了其间的破裂空段的库仑应力显著增加;此外,累积库仑应力显著升高的断裂还有:鲜水河断裂带中段、灌县—安县断裂北段、文县断裂的一部分、平武—青川断裂北段、略阳—勉县断裂。累积库仑应力显著降低的断裂有:马尔康断裂、岷江断裂南端、虎牙断裂、龙泉山断裂北端、北川—映秀断裂北段。

耿达短水准异常与汶川8.0级地震

结合龙门山断裂带其他跨断层资料,对耿达短水准在汶川8.0级地震前后的观测资料进行了重新分析,发现耿达短水准在汶川地震前后的异常为当地居民修建生活小区所致,不应视为地震前兆异常。

汶川8.0级地震前后四川及邻区构造应力场研究

收集整理了四川、云南、重庆3省市的数字地震波记录资料,反演该区域的中小地震震源机制解,并利用这些结果采用力轴张量法计算给出5个主要构造带(区)在汶川8.0级地震前后的平均应力场。对比汶川地震前后各主要构造带(区)应力场的状态发现,龙门山构造带南段、鲜水河构造带南段在汶川地震前后局部应力扰动明显,即震后平均应力场方位扰动值相对变化较大;鲜水河构造带南段、龙门山构造带南段和华蓥山构造带中段震后逆倾型地震明显减少。分析认为,这是巨大地震前后大范围地壳应力状态变化或调整的一种反映。