2001年昆仑山口西MS8.1地震自发破裂过程数值模拟研究

2001年11月14日,青藏高原的东昆仑断裂带发生昆仑山口西MS8.1地震,现场考察和破裂过程反演结果表明这是一次破裂过程非常复杂的走滑地震事件.研究这次地震的自发破裂过程,对于认识大陆型特大地震的发生机理具有重要意义.本文利用曲线网格有限差分法对2001年昆仑山口西MS8.1地震的动力学破裂过程进行研究.首先建立能反映这次地震主要特征的三维非平面断层模型,并以地质考察、以及根据GPS和InSAR观测数据、远场地震记录得到的反演结果为约束,通过数值模拟重现了这次地震破裂过程的主要特征.在此基础上,进一步讨论了背景应力场、断层几何、摩擦系数对断层面滑移量分布、震源时间函数、破裂传播速度的影响.研究结果表明,昆仑山口西MS8.1地震发展成为具有超长破裂尺度的大型地震的重要原因可能是:青藏高原最大水平主压应力方向沿东向的顺时针旋转特征和断层面较低的动摩擦系数.并且沿昆仑山口西地震断层面的动摩擦系数可能是非均匀的,由此产生了沿断层走向复杂变化的应力降,从而导致超剪切破裂的发生,并控制了断层面滑移量分布.

基于多源卫星影像的同震地表破裂带迹象变化识别——以2001年昆仑山口西M_(S)8.1地震为例

基于震前、震后多期卫星数据,对2001年11月4日昆仑山口西MS8.1同震地表破裂进行了研究,结果表明:①同震破裂带的西段在震前未发现先存破裂遗迹,而东段是在先存地震破裂遗迹上再次发生了破裂。②震后两年,湖面冰、大型河道、冲沟和冲洪积扇上的地表破裂迅速地被活动性流水和气温变化等破坏,在影像上已无踪迹;震后二十年,低级阶地的地表破裂几乎无法识别,而高级阶地的破裂带保留较完整,可识别长度锐减至64%,呈“碎片”化展布。因此,同震地表破裂带的影像识别主要受所处地貌位置和气候变化等地表作用过程的影响,同时也受影像的空间分辨率及影像获取时间等因素的影响;而较老地貌面上保留的破裂带遗迹仍有助于开展历史地震、古地震地表破裂带的回溯研究。

昆仑山口西8.1级地震前重力变化

利用青藏地区 1998～ 2 0 0 0年绝对重力和相对重力观测资料获得的区域重力场空间动态变化结果 ,初步分析了该区重力变化特征及其与监测区内 8.1级大地震的关系 .结果表明 :①昆仑山口西 8.1级大地震发生在重力负值变化高值区附近的重力变化高梯度带上 ;② 8.1级大地震前的主要构造变形与能量积累在震中的南侧 ;③主震震中以东重力负值变化高值区的范围与野外地质考察结果的破裂区域吻合得较好 ;④重力负值变化高值区的分布与GPS观测给出的应变场第二剪应变高值区一致 .

利用GPS和水准测量资料反演2001年昆仑山口西8.1级地震的同震滑动分布

通过分析 2 0 0 1年昆仑山口西MS8.1地震前后的GPS资料和 1 979— 2 0 0 2年的水准测量资料 ,获得了地表同震位移场。利用这些同震位移数据 ,以震后详细野外地质调查破裂数据为约束 ,反演了破裂断层面上的同震滑动分布。结果表明 ,破裂下界深度为 1 4 .2～ 2 1km(70 %置信区间 ) ,最佳破裂深度 1 7km。虽然在太阳湖段和主破裂带西端的中间区域未观测到地表破裂 ,但反演的结果表明此区域存在 2～ 3m左右的左旋水平走滑 ,与InSAR资料分析得到的结果一致。地表以下的破裂西端止于太阳湖段 ,而东端似乎在地表破裂迹线以东 30km范围内仍存在 1 .5～ 2 .0m的左旋滑动。反演的垂直位移表明断层在东经 93°以西部分大体表现为南盘上升 ,而东经 93°以东部分表现为北盘上升。由大地测量和地表破裂调查得到的地震矩释放为 6 .1× 1 0 2 0 N·m ,与地震波资料的反演结果基本一致。

昆仑山口西8.1级地震的卫星热红外前兆特征分析

以卫星热红外遥感产品的两种参数———长波辐射强度(OLR)(月际资料)和亮度温度(日际资料)为基础,对2001年11月14日昆仑山口西8.1级地震前后的卫星热红外变化特征进行了分析.结果表明,在8.1级地震发生前一个月长波辐射强度(OLR)出现增强异常;震前6～7天出现亮度温度的增强,异常现象在空间分布上呈现为条带状,与震中区的构造分布一致.

2001年昆仑山口西8.1级地震地表破裂带

20 0 1年 1 1月 1 4日昆仑山口西 8.1级地震是近 5 0年来在我国大陆发生的震级最大、地表破裂最长的地震事件。地震地表破裂带全长 42 6km ,宽数米至数百米 ,总体走向 90°～1 1 0°,具有明显的破裂分段特征 ,自西向东由 5条次级破裂段组成。各破裂段又由若干更次级左阶或右阶斜列的破裂组成 ,具有自相似的分形结构特征。地震破裂带以左旋走滑为主 ,倾滑量很小。宏观震中区位于库赛湖东北 93.0°～ 93.5°E一带的昆仑山南麓断层谷地内。最大地表同震左旋水平位移 6.4m ,最大垂直位移为 4m。地表水平位移沿地震破裂带走向出现 6个峰值 ,各峰值之间存在相对独立的衰减序列 ,这表明此地震具有多点破裂特征。

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.

昆仑山口西M_S8.1级地震地表破裂带高分辨率卫星影像特征研究

20 0 1年11月14日昆仑山口西发生8 1级地震.应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影像能反映出地震地表破裂的精细结构及运动特征.结果表明,昆仑山口西8 1级地震地表破裂带主要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和断层谷地里,是一条叠置在先存破裂带上的地震破裂带.在布喀达坂峰以东的地表破裂带长近35 0km ,由3条次级破裂组成,走向10 0°.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,属AA级活动水平.最大左旋位错7 8m ,地震破裂带最宽达12 5 0m ,宏观震中位于93°17′E ,35°4 7′N ,即玉西峰附近的地震地表破裂带上.

昆仑山口西8.1级地震前库尔勒测区相对应力场变化

2001年昆仑山口西MS8.1地震震前,库尔勒台站钻孔应变仪记录到了特大应变变化,经多次异常落实、实地调查并进行了多次论证,确认异常是可靠的。根据库尔勒台记录资料计算了相对应力场并对其进行了分析、讨论。结果表明,昆仑山口西MS8.1地震前主应力方向出现偏转变化,最大偏转量达83°。主应力值变化达1400kPa,剪应力增大了523kPa。研究了相对应力场的基本特点,并讨论了有关问题。

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.

昆仑山口西8.1级地震的地震活动特征

在回顾昆仑山口西8.1级地震前的长期、中期的不同阶段不同程度的预测意见基础上,对该次地震前的地震活动进行了分析。结果表明,该次巨大地震前存在地震条带、地震空区、地震活动增强区、象限性等空间异常及地震活动参数异常,这些特征对巨大地震的研究与预测具有重要的参考作用。

基于DINSAR的2001年昆仑山口西8.1级大地震形变探测

2001年11月14日发生的昆仑山口西8.1级大地震造成了长度近400km的破裂带,以断裂带最西端的震中地区为实验区,选取多时相ERS-2SAR影像和航天飞机SRTMDEM数据,采用两路和三路雷达差分干涉处理方法分别提取了地震形变信息。结果表明:在地形起伏大的高山地区,采用外部DEM的两路差分方法可以取得更好的结果;昆仑山地震造成的太阳湖南侧断裂带为左旋走滑。

昆仑山口西8.1级地震对鲜水河断裂带断层活动的影响

利用1981年以来鲜水河断裂带跨断层短水准、短基线观测资料,计算多年来断层的水平扭错、水平张压以及垂直升降变化量,以此分析各测点断层随时间推移的活动习性。认为:昆仑山口西8.1级地震后,鲜水河断裂带中南段断层的走滑和张压活动分量有所改变,垂直升降活动变化则不明显。中段的沟普测点扭错活动量在逐渐减小,类似道孚6.9级地震后扭错活动逐步衰减的趋势,该测点1997年后结束了的压性活动,在2002～2005年间快速逼近"闭锁",直至2006～2007年间改变了多年的活动习性,出现张性活动趋势。同样,以左旋扭错为主的老乾宁测点在该时间段内也改变了多年的断层活动习性,出现右旋运动趋势。

昆仑山口西8.1级地震后青藏高原北部地区地震活动初步研究

利用相关震例分析了昆仑山口西8.1级地震后青藏高原北部地区未来1～3年地震活动特征.结果表明,沿东昆仑构造带及邻近地区发生MS≥7.0地震后青藏高原北部地区中强地震活动有增强的趋势,祁连山地震带和东昆仑地震带的地震活动具有交替发生的特征,未来1～3年中强地震主体活动区为大型走滑活动断裂上应力转换部位和挤压会聚构造区,如东昆仑断裂带中东段和祁连山地震带中东段和西段.

昆仑山口西8.1级地震地表破裂参数相互关系的新认识

地震地表破裂带调查表明,昆仑山口西 8. 1级地震的破裂长度为 426km,最大水平位移6m左右,地震破裂位移的分布明显地受断层活动段控制。该次地震的破裂长度远大于统计值,文中应用地壳极限线应变的概念,通过比较中国大陆内部几次走滑型强震的地震破裂最大位移与破裂长度的关系,论述了昆仑山口西 8. 1级地震中各次级段破裂的相对独立特征,认为该次强震不是一次整体性破裂事件,而是由连续触发的几次地震组成。

2001年昆仑山口西8.1级地震区的冻土及地震破坏特征

通过对 2 0 0 1年昆仑山口西 8 1级地震区冻土震害考察研究表明 ,震区主要存在冰碛、冲积、洪积和湖积等成因的冻土 ,沿地震破裂带冻土厚度变化较大。震区冻土变形破坏主要包括地震构造成因的地震破裂带和由地震振动引起的裂缝、液化、震陷和崩塌等。冻土中地震破裂带在地表主要以脆性变形为主 ,在地震断裂左旋走滑运动作用下 ,主要由剪切裂缝、张裂缝和开裂的挤压鼓包等组成。裂缝、液化、震陷和崩塌等变形破坏的展布特征及其组合形式与震区岩土与环境条件密切相关 ;本次地震震害具有地震破裂带规模大、有建筑物分布的青藏公路一线地震烈度衰减较快和震害分布受岩土条件影响大等特点。

昆仑山口西8.1级地震引起的地下流体远场响应研究

通过对2001年11月14日中国西部昆仑山口西8.1级地震引起的川滇块体内四川地区地下流体远场响应的分析研究,得到了地下流体在四川地区表现出的远震响应的分区特征。探讨了四川地区地下流体远场响应与区域构造、活动断裂以及断裂带间相互作用和昆仑山口西8.1级地震远场构造的相互联系,分析了四川地区地下流体远场响应表现出的对远震的孕震、震时和震后响应的阶段性特征,认为地下流体远场响应所包含的远震"孕震响应"、"震时响应"和"震后响应",正是昆仑山口西8.1级地震在孕育—发展—发生的全过程中在震源外的远场反映。

2001年昆仑山口西8.1级特大地震孕育过程及中强地震活动图像演化

通过在百年时间域、45°×35°空间域对2001年昆仑山口西8.1级特大地震的孕震过程和中强地震活动图像演化进行时空扫描研究,认为该地震存在清晰的长期、中期、短期和临震几个孕育阶段,给出了各阶段清晰有序的地震活动图像,并找出划分各孕育阶段的标志性地震.同时指出8.1级特大地震的特殊性和预测预报的困难性.

昆仑山口西8.1级地震的崩塌发育特点

昆仑山口西 8 1级地震造成 2 0余处崩塌体或崩塌带 ,主要分布在地震地表破裂带附近 ,以库赛湖以西为主。崩塌可分为基岩崩塌、土体崩塌、冰体崩塌、雪崩 4种类型。本文对崩塌的空间分布和发育特点进行了分析 ,通过与其它大地震相比 ,认为本次地震崩塌规模较小 ,除介质岩性、地形地貌、气候等因素外 ,地震动不十分强烈是崩塌规模偏小的重要原因。这种地表破裂带长而地震动偏弱的现象 ,是本次地震破裂的重要特点 ,可能与先存断裂的结构有关。