2013年和2022年芦山地震序列断层面花状构造及其滑动特性研究

芦山地区在2013年和2022年发生两次6.0级以上地震,本研究收集两次地震的余震序列,研究两次芦山地震发震断层的几何参数和滑动特性,并分析汶川地震和2013年芦山地震对2022年芦山地震的应力影响.得到以下结论:(1)基于收集到的两次芦山地震序列的2531个地震事件的精确定位结果,采用模糊聚类方法,求解得到芦山地震序列的5个发震断层面位置及其走向和倾角,5个断层面在空间上呈花状构造分布.(2)基于收集和计算得到的该地区的127个震源机制中心解,求解得到该地区的构造应力场,得到芦山地区形成了SEE—NWW向挤压,垂直向拉张的以逆冲为主的应力状态.(3)通过将构造应力场投影到两次芦山地震发震断层上,得到这些发震断层面上均容易发生逆冲型破裂事件.(4)将求解的2022年芦山地震序列发震断层面形状和滑动特性作为接收断层参数,计算汶川地震和2013年芦山地震对2022年芦山地震序列的应力影响,结果显示汶川地震对2022年芦山地震序列发震断层面的活动性起到促进作用,而汶川地震和2013年芦山地震的共同作用,对2022年芦山地震序列发震断层面的活动性起到抑制作用,即2013年芦山地震的发生推迟了2022年芦山地震序列的发生.基于GPS观测的应变率得到,在汶川地震和2013年芦山地震的共同作用下,2022年芦山地震被推迟的时间约为5.2~10.5年.这些研究对研究龙门山推覆构造带南段的断层活动特性和地震危险性评估有一定意义.

基于GPS资料研究汶川与芦山地震变形过程

青藏高原东南缘龙门山断裂带上相继发生的2008年5月12日汶川8.0级和2013年4月20日芦山7.0级大震,使人们迫切追问这两次地震前后,龙门山断裂带各断层段构造形变特征、断层闭锁程度与滑动亏损速率经历了怎样的时空演变过程,这一科学问题的定量解答,对人们更加深刻地认识和理解青藏高原东南缘的区域构造应变环境的大震影响,龙门山断裂带的震后愈合过程、应变积累恢复、未来地震危险性,以及大陆逆冲型强震的孕震机制、地震触发、地震周期等具有至关重要的意义。

2008年汶川和2013年芦山地震触发滑坡全景回顾与比较分析

为给地震触发滑坡的防灾减灾救灾工作提供支持,需全面掌握地震同震滑坡的发育与分布特征。基于文献调研、高分辨率卫星影像与超高分辨率无人机航空影像目视解译,结合野外调查验证,以2008年汶川和2013年芦山2次地震触发的滑坡为例,介绍典型滑坡、同震滑坡数据库、滑坡分布规律等的研究情况。结果表明:汶川地震触发的滑坡数量多、分布面积广、规模大、危害严重,芦山地震触发滑坡的数量约是汶川地震的1/9,面积约是1/60,体积约是1/150,分布面积约是1/20;这2次地震的标量地震矩比率与同震滑坡发育程度比率大体相当,表明这2次地震触发滑坡差异的原因主要来自地震释放能量的差异;这2次地震触发滑坡的空间分布均呈现椭圆形展布的形态,且长轴与地震发震构造走向一致;同时,总结了汶川地震地壳抬升与同震滑坡导致震区地形变化的研究结果。

芦山地震发震构造及其与汶川地震关系讨论

芦山地震发生在巴彦喀拉块体与华南块体之间龙门山推覆构造带南段。野外考察表明,芦山地震在震中区没有形成具有构造地质意义的地震地表破裂带,仅在各山前陡坡地带出现平行于山麓陡坡的张性地裂缝、山地基岩崩塌、滑坡等边坡震动失稳现象和震动引起的砂土液化现象。重新定位的芦山地震余震分布、震源机制解和地表构造地质等分析表明,芦山地震的发震断层为一条现今尚未出露地表、其上断点仍埋藏在地下9km以下地壳中的一条盲逆断层,走向212°,倾向NW,倾角38°±2°,上断点以上至地表的构造变形符合断层扩展背斜模型。根据汶川地震和芦山地震的余震空间分布、地震破裂过程、深浅构造关系等差异反映出它们是分别发生在龙门山推覆构造带中段和南段的两次独立地震破裂事件。

利用原地应力实测资料分析芦山地震震前浅部地壳应力积累

龙门山断裂带南段的芦山Ms7.0级地震给雅安地区人民群众和当地社会带来巨大的损失,如何从地壳应力积累的角度来研究该次地震对于深入认识孕震发震机理将有很大的帮助.项目组在过去21年中在该区域积累了22个钻孔的应力实测资料,这些应力资料显示该区域的应力状态为逆冲断层应力状态,最大水平主压应力方向为N44＆#176;-64＆#176;W,而且在过去20多年里,该区域的应力状态是稳定的.文中提出利用平均差应力和平均有效应力之比μm来表征地壳应力积累的能力和水平.通过理论分析可知μm的物理意义与μ是近似的,完全可以用μm代替μ来开展分析.利用实测应力数据计算得到的μm范围为0.39～0.56,接近于Byerlee定律所定义的μ=0.6的下限值,该范围与龙门山断裂带震后断层泥稳态摩擦系数的范围完全吻合,芦山地震的发生说明研究区的地壳应处于摩擦极限平衡或者亚平衡状态.芦山地震的震源机制解反应的应力状态为逆冲断层应力状态,主压应力轴方向为122°,与该区域的应力测试数据所反应的应力状态一致.通过与他人的研究成果对比分析可知,芦山地震可看作汶川地震对龙门山断裂带南段区域的断层加载而诱发产生的一次地震.

2013年芦山地震序列震源机制与震源区构造变形特征分析

基于四川区域地震台网记录的波形资料,利用CAP波形反演方法,同时获取了2013年4月20日芦山M7.0级地震序列中88个M≥3.0级地震的震源机制解、震源矩心深度与矩震级,进而利用应变花（strain rosette）和面应变（areal strain）As值,分析了芦山地震序列震源机制和震源区构造运动与变形特征.获得的主要结果有：（1）芦山M7.0级主震破裂面参数为走向219°/倾角43°/滑动角101°,矩震级为MW6.55,震源矩心深度15km.芦山地震余震区沿龙门山断裂带走向长约37km、垂直断裂带走向宽约16km.主震两侧余震呈不对称分布,主震南西侧余震区长约27km、北东侧长约10km.余震分布在7~22km深度区间,优势分布深度为9~14km,序列平均深度约13km,多数余震分布在主震上部.粗略估计的芦山地震震源体体积为37km×16km×16km.（2）面应变As值统计显示,芦山地震序列以逆冲型地震占绝对优势,所占比例超过93%.序列主要受倾向NW、倾角约45°的近NESW向逆冲断层控制;部分余震发生在与上述主发震断层近乎垂直的倾向SE的反冲断层上;龙门山断裂带前山断裂可能参与了部分余震活动.P轴近水平且优势方位单一,呈NW-SE向,与龙门山断裂带南段所处区域构造应力场方向一致,反映芦山地震震源区主要受区域构造应力场控制,芦山地震是近NE-SW向断层在近水平的NW-SE向主压应力挤压作用下发生逆冲运动的结果.序列中6次非逆冲型地震均发生在主震震中附近,且主震震中附近P轴仰角变化明显,表明主震对其震中附近局部区域存在明显的应力扰动.（3）序列整体及不同震级段的应变花均呈NW向挤压白瓣形态,显示芦山地震震源区深部构造呈逆冲运动、NW向纯挤压变形.各震级段的应变花方位与形状一致,具有震级自相似性特征,揭示震源区深部构造运动和变形模式与震级无关.（4）不同深度的应变花形态以NW-NWW向挤压白瓣为优势,显示震源区构造无论是总体还是分段均以NW-NWW向挤压变形为特征.但应变花方位与形状随深度仍具有较明显的变化,可能反映了震源区构造变形在深度方向上存在分段差异.（5）芦山地震震源体尺度较小,且主震未发生在龙门山断裂带南段主干断裂上,南段长期积累的应变能未能得到充分释放,南段仍存在发生强震的危险.

2013年4月20日四川芦山地震强地面运动三要素特征分析

2013年4月20日四川省芦山县境内发生M_s7.0级地震,地震造成196人死亡,21人失踪,11470人受伤,震中最大烈度IX.地震发生后,中国数字强震动观测网络和成都市地震烈度速报网络分别获得了114组和63组3分量强震动记录.记录得出在近场加速度幅值较高,与汶川地震峰值相当,然而震害却不严重.本文介绍了这些记录的基本情况,分析了其地震动三要素（幅值、持时、频谱）特征以及对建筑物结构的潜在影响.分析结果表明：芦山地震PGA（地震动峰值加速度）与我国常用的霍俊荣地震动预测方程较一致,高于即将颁布的第五代区划图中使用的预测方程;PGV（地震动峰值速度）与第五代区划图中使用的预测方程基本一致;Significant持时和Bracketed持时高于全球经验预测方程,且Bracketed持时衰减显著慢于全球平均水平;典型11个幅值较大记录的5%阻尼比加速度反应谱峰值周期都在0.1~0.2 s范围内,且谱值远高于规范设计谱,但在周期0.3 s之后迅速下降至设计谱以下;芦山地震地震动PGV值较小以及对应我国中小城市和城镇主要建筑物的结构自振周期范围（0.3~1 s）内加速度反应谱远低于规范设计谱,可用于解释其震害相对较轻的原因.

2013年4月20日四川芦山地震震源破裂过程反演初步结果

使用远场体波资料和有限断层方法快速反演获得了2013年4月12日芦山地震的震源破裂过程模型,并计算了震中区理论烈度分布.结果显示这次地震是发生在龙门山断裂带南端的一次Mw6.7级的逆冲型地震,最大滑动量159cm,震中区烈度达Ⅷ—Ⅸ度(中国地震烈度表).这次地震的震源性质与汶川地震同为逆冲型破裂,主要破裂滑动发生在汶川地震后的库伦应力增加区域,表明汶川地震对这次地震有触发效应,在宏观上可视为汶川地震一次"迟到"的强余震.

4·20芦山地震次生山地灾害与减灾对策

4.20芦山地震不仅造成了特大地震灾害,同时还诱发大量的次生山地灾害,主要类型包括崩塌、滑坡、滚石、落石、堰塞湖和泥石流等。这些次生灾害不仅造成重大人员伤亡,还阻塞救援道路,延缓了救援进度。地震诱发的大量崩塌、滑坡为泥石流活动提供丰富物源,将促进泥石流活跃,在后期暴雨作用下产生严重的泥石流灾害。通过初步分析,提出了地震区山地灾害应急减灾对策,包括应急排查、监测预警、临时安置场所危险性评估、省道210线应急防护;并提出了地震区恢复重建中的减灾对策,包括提高山区城镇的防护能力,加强村寨聚落防灾能力,加强山地灾害监测预警,道路恢复重建中的减灾措施以及加强对流域漂木防治。

“4·20”芦山地震地质灾害遥感快速解译与空间分析

2013年4月20日四川省芦山县发生7.0级地震,地震诱发了大量的崩塌滑坡。利用四川省测绘地理信息局和四川省地质调查院提供的芦山县城、太平镇、宝盛乡、龙门乡、清仁乡、上里镇、思延乡等重灾乡镇的震后高精度航空影像进行了地质灾害体的解译,利用GIS分析了芦山地震诱发的崩塌滑坡的空间分布关系和特征。结果表明崩塌滑坡主要受断层控制,距离发震断层3km范围内分布密度最大;坡度是影响崩滑分布的重要因素,崩滑体主要分布在坡度40°～50°范围内;在海拔高度1～1.5km范围内崩塌滑坡密度最大;距水系400m范围内的崩塌滑坡分布密度最大;白垩系泥岩、砂岩出露的地方容易产生大量崩塌滑坡;崩塌滑坡主要集中分布在Ⅸ烈度区。

2013年4月20日芦山地震最大加速度记录分析

2013年4月20日芦山地震是汶川地震后龙门山断裂带发生的又一次破坏性地震,中国数字强震动观测网络有100余台仪器触发并获得加速度记录.设置在四川省宝兴县防震减灾局的强震台(编号51BXD)在东西向获得了1.026g(-1 005.3 gal)的峰值加速度记录,这是我国首次在自由地表获得峰值超过1g的记录,是我国强震动观测历史上的重要事件.经震后灾害调查,发现观测台站附近建筑物破坏并不严重,确定地震宏观烈度为Ⅶ度,这引起了社会的广泛关注与争议.通过现场考察,初步认定台站的特殊选址带来了局部地形影响,陡峭山坡放大了高频段地震动.还分析了宝兴县另外3个强震台站的观测环境,并采用全球新一代地震动预测方程进行对比分析,结果显示,该台在小于0.2 s范围内的反应谱放大明显.为了进一步说明台址受场地地形影响,对台站附近进行了背景噪声测试,采用水平/垂直谱比法计算了场地背景噪声的卓越周期、水平向放大系数,得出了随着地势由山脚向山坡上增高,场地卓越频率逐渐增大,且放大系数也随之增大的结论,这与51BXD强震动记录反应谱特征一致.最后,与汶川地震典型记录反应谱、抗震规范谱等进行对比,分析了51BXD强震动记录不同频段的特点;结合附近建筑物现场震后调查结果,初步解释了造成建筑物破坏较轻的原因,验证了局部地形影响是造成峰值加速度记录较大的主要原因.

芦山地震前龙门山断裂带闭锁程度与变形动态特征研究

利用1999—2007和2009—2011年中国大陆GPS水平速度场数据,采用DEFNODE(反演计算弹性岩石圈块体旋转、应变和块体边界断层闭锁或同震滑动的Fortran程序)负位错反演程序估算了芦山地震前龙门山断裂带的三维闭锁程度,并结合剖面结果分析了断层深浅部变形特征.GPS反演结果表明,1999—2007年,龙门山断裂中北段(闭锁比例为0.99)处于强闭锁(本文将闭锁比例大于0.97的称为强闭锁)状态;龙门山断裂南段地表以下深度16km内为强闭锁,深度16—21km处闭锁比例降低为0.62,深度21—24km处整条断裂逐渐转变为蠕滑状态.2009—2011年,即汶川地震后,龙门山断裂中北段处于震后蠕滑状态;龙门山断裂南段深度16—21km处闭锁比例降低为0.45,其它位置闭锁程度保持不变.GPS剖面结果显示,2009—2011年,即汶川地震后,龙门山断裂中北段为逆冲兼右旋走滑运动;而南段断层不能自由滑动、变形宽度较大.综合分析认为,汶川地震时,龙门山断裂南段并没有发生破裂,一直处于较强的闭锁状态,汶川地震的发生又加速了芦山地震的孕育进程;由于龙门山断裂带南段的闭锁深度较中北段浅,因此芦山地震较汶川地震强度低、震级小、破裂范围窄.

龙门山前缘的芦山地震与逆冲-滑脱褶皱作用

龙门山式构造以推覆作用和滑脱作用为主要特征,近5年来地震活动性显著,在2008年和2013年分别发生了汶川(Ms 8.0)地震和芦山(Ms 7.0)地震。根据已公开发布的芦山地震的震源机制解、破裂过程、地震烈度、地表变形特征、余震分布规律等方面的研究成果,结合本次对龙门山南段活动断裂和芦山地震构造变形与地表响应的野外实地调查等方面的科研成果,作者将龙门山南段和前缘地区划分为龙门山冲断带和前缘扩展变形带2个构造变形带,对比了它们在构造变形样式、活动断裂、历史地震的差异性,提出了以推覆-滑脱岩片为特点的龙门山冲断带地震构造模式和以逆冲断层-滑脱褶皱为特点的龙门山前缘扩展变形带地震构造模式。在此基础上,分析了龙门山前缘扩展变形带的逆冲-滑脱作用与芦山地震的发震断层模式与成因机制,认为芦山地震形成于龙门山前缘扩展变形带的逆断层-滑脱褶皱带,其发震断裂为大邑断层,该断层倾向北西,呈铲状向下并汇交于滑脱面。该滑脱面就是芦山地震的震源层。

“4·20”芦山地震冷竹关地震动响应监测数据分析

通过在四川省泸定冷竹关沟两岸斜坡不同部位挖掘平硐并放置强震监测仪器的方法,对"4.20"芦山地震在该峡谷两侧斜坡的地震动响应特征、地形放大效应等进行研究。根据7台地震仪器所记录的芦山主震数据,冷竹关沟右岸1#监测点PGA水平分量为1.64m/s2,竖直分量为0.67m/s2,明显高于其他监测点的PGA值(0.11～0.42m/s2)。参照康定姑咱强震台主震记录,1#监测点PGA放大系数达到6.9,其阿里亚斯强度放大数十倍。谱比分析(HVSR)显示,1#监测点谱比分析的水平分量地形放大系数达到9.0,2#监测点地形放大系数为3.5,左岸4#～7#监测点地形放大系数一般在1.0～3.0。研究表明,强震条件下冷竹关右岸单薄山梁地震动地形放大效应明显强于左岸中高山斜坡,且1#监测点的凸出地形放大效应最大。随着振幅值的放大,强震动能量以数十倍效应剧增,当短时间内积聚的振动能量超过或远远超过岩土体介质的强度时,易形成震裂、崩塌、滑坡及高陡地形的抛射效应。

“4·20”芦山地震诱发地质灾害基本特征及与“5·12”汶川地震对比分析

2013年4月20日8时2分,四川省雅安市芦山县(30.3°N,103.0°E)发生了Ms7.0级强烈地震,其是继2008年5月12日汶川Ms8.0特大地震后在龙门山断裂带上的又一次破坏性地震。文章分析了"4·20"芦山地震诱发地质灾害基本特征、形成机制和典型案例,并与"5·12"汶川地震诱发地质灾害进行了对比,在此基础上研究了两次地震地质灾害集中区断裂带活动性质、地貌特征、地形坡度、地震烈度等对崩塌滑坡的影响,主要取得了以下认识:①芦山地震诱发的地质灾害类型主要有崩塌(滚石)、滑坡、泥石流和不稳定斜坡四类,与汶川地震诱发灾害相比数量少,规模小,主要以中小型浅表层滑坡崩塌为主,且主要集中在高陡边坡和高山峡谷区;②芦山地震区宝兴县冷木沟和校场沟泥石流和2010年甘肃舟曲三眼峪、罗家峪泥石流灾害具有极为相似的地形地貌特征和孕灾条件;③芦山地震诱发地质灾害机制主要有:拉裂-崩滑-碰撞-铲刮-碎屑流、拉裂-崩落、震动-降雨-崩塌(滑动)-泥石流、震动-抛掷(滚动)四种,震后地质灾害是内外动力地质作用耦合叠加的结果;④芦山地震与汶川地震因其震级、断裂带性质及破碎程度、地形地貌等差异诱发的地质灾害存在明显的异同点,灾害类型基本相同,而方量、数量、危害等方面差异明显。

“4·20”芦山地震次生地质灾害预测评价

利用汶川地震次生地质敏感性评价模型,以距发震断层的距离、地形坡度、地层岩性、距离水系的距离、海拔高度、PGA为评价因子,对"4.20"芦山地震地质灾害的空间分布进行了快速预测,为野外调查工作提供参考。预测结果显示芦山地震次生地质灾害敏感性高的区域主要是芦山、宝兴、天全、雅安、荥经等县市的山区,并主要集中分布于发震断层附近的芦山县大川镇、宝盛乡、太平镇、双石镇、宝兴县灵关镇、天全县小河乡等区域。

地震预测:从芦山地震到大陆地震

自从1990年以来,通过对青藏高原的调查和研究,认识到下地壳流动同步形成盆地和造山带,并受控于相关洋盆地幔软流圈向大陆的顺层流动和底辟作用。下地壳不均匀流动通过韧脆性中地壳热能-应变能转换孕育地震,部分发震能量通过上地壳脆性断层释放。在地震孕育过程中通常会伴生跨年度干旱和异常降雨,构成热灾害链。近5年内青藏高原东部连续发生汶川、玉树、芦山大地震,形成于从亚东流经羊八井、安多、玉树并分支流向汶川和芦山—康定的下地壳"热河"的仰冲式和侧冲式撞击作用。从2008年9月以来连续发表5篇论文,根据地壳热构造和热灾害链的时空结构对芦山地震的三要素进行了长期和中期预测。2008年9月预测从2013年开始可能发生大地震,2012年9月将鲜水河—安宁河—小江异常热流构造带5年内将发生多个7级地震的首个大震锁定在芦山或西昌。芦山地震只释放了亚东—羊八井—安多—玉树—鲜水河—安宁河—小江"热河"剩余热能中的一小部分,在西昌—会理—昭通地区、道孚—康定地区、通海—石屏地区近5年内很可能发生4个7级左右的地震。此外,华北典型的热灾害链结构表明震情严峻,环渤海地区近3年内很可能发生大地震。从地震热流体撞击机理与地震异常之间的关联性出发,提出了动态立体监测及短临预测地震的思路和方法。

芦山地震(M_S7.0)前甲烷释放与大气增温异常

汶川地震(MS8.0)后甲烷等流体在地震中所起的作用引起国内外学者广泛关注,但是目前的观测研究中所用的数据多来源于地面或地下基站,站点分布零散,维护困难,难以开展大范围的实时监测。文中利用美国Aqua卫星红外探测器(AIRS)反演出的甲烷浓度数据,研究了芦山MS7.0级地震前龙门山地区甲烷浓度的变化与震前大气增温异常的关系。研究表明,该探测器可以观测到震前地下甲烷的释放,为地震前兆监测提供新途径;芦山地震前甲烷释放受断裂带控制明显,主要集中于龙门山断裂、荥经—马边断裂和金坪断裂及其周边;震前大气增温异常与甲烷释放关系密切。最后探讨了地下甲烷等流体的释放机理,认为甲烷等流体的释放与地震前上地壳岩石中裂隙的发育和扩展有直接关系。

芦山地震中大跨空间结构主要破坏模式及数值分析

2013年4月20日在四川省雅安市芦山县发生了7.0级地震,地震造成196人死亡和21人失踪,经济损失亦极其巨大。此次地震中一些大跨空间钢结构发生较显著的破坏,这是与以往历次震害最大的不同之处。文中总结了芦山体育馆和芦山中学体育馆这两个大跨空间钢结构在此次地震作用下结构发生破坏的主要部位和典型的破坏模式,并分析造成这些破坏的主要原因。针对芦山县体育馆进行现场实测,并与震害结果进行对比,结果表明,结构发生了较明显的扭转现象。以芦山县中学体育馆为例,通过有限元软件ANSYS对其地震下的破坏机理进行数值模拟,并与实际震害进行对比分析。在此基础上,对大跨空间钢结构的抗震设计和施工提出一些合理的意见和建议。

芦山地震前康定地温变化现象

近年来,中国大陆强震主要发生在巴颜喀拉地块周边,该地块成为近期中国大陆强震主体地区。在一些关键构造部位,开展地壳活动信息监测具有重要的实际意义。作者所在研究组专门研发了适于野外观测的无线地温遥测设备,在鲜水河断裂带建立了无线地温遥测台网。在2013年4月20日的芦山地震前后,观测到了一些值得关注的现象:从2013年1月31日开始,康定地温出现持续变化,并与台站周围小震活动存在良好的对应关系。根据温度与力之间的关系,基岩温度突变的内在本质是应力调整。从构造角度看,龙门山断裂带和鲜水河断裂带同属于巴颜喀拉地块的不同边界,康定测点与芦山地震之间存在关联性,上述温度变化可能与芦山地震有关。