汶川8.0级特大地震震源断裂特征及其动力学分析

笔者根据地壳表层地质构造和地震地质研究与地震测深和大地电磁测深成果,运用现代构造解析理论与方法,论证了汶川8.0级特大地震的深部构造环境,探讨了汶川8.0级特大地震震源区的地震断裂和震源断裂基本特征与相互关系,及其形成的地球动力学问题。笔者认为龙门山碰撞造山带深处隐伏壳幔韧性剪切带可能是汶川8.0级特大地震主震区的震源断裂,而地壳表层发育的映秀断裂带、北川断裂带和彭县—灌县断裂带等可能是汶川8.0级特大地震主震区的地震断裂,该区震源断裂与地震断裂既有显著区别,又有密切联系。研究表明,在印度板块与太平洋板块和菲律宾海板块对欧亚板块俯冲碰撞的动力学作用下,形成上扬子地块向青藏高原东缘碰撞—楔入以及青藏高原东缘向东仰冲,深部向东俯冲的动力学态势,造成龙门山碰撞造山带切割莫霍界面的壳幔韧性剪切带向中上地壳扩展,应力高度集中与能量快速释放破裂,从而引起汶川8.0级特大地震的发生,以及大型同震地表破裂带的形成。探索震源断裂与地震断裂区别与联系,对进一步研究地震机制与发震动力学以及防震减灾有重要意义。

汶川8.0级特大地震前地震活动的显著特征

2008年5月12日四川省汶川县发生了MS8.0特大地震(本文震级均为MS),该地震是中国大陆内部活动地块边界带的特大地震,它发生在青藏、华南一级活动地块区边界交汇部位的龙门山断裂带。本文结合活动地块划分结果阐述了汶川8.0级特大地震前7级强震格局,探讨了该特大地震前可能的动力学变化过程;以中国大陆地区为研究对象,分析了不同震级地震的不同时间尺度平静与汶川8.0级特大地震的关系,不同震级地震的不同时间尺度平静对中国大陆强震成组或特大地震发生具有前兆意义。

汶川8.0级特大地震汉源县震害特点与烈度异常成因探讨

本文在汉源县地震灾害调查的基础上,通过收集前人在该区已取得的成果资料,采用综合分析、类比等方法,对汉源县地震烈度异常区震害及造成异常的原因进行了分析探讨。汉源县建筑物破坏形式以水平地震作用造成的"X"型剪切破坏为主,竖向地震造成的破坏较少。地震波传播路径、场地土层条件和地形地貌条件三者的耦合是造成汉源县烈度异常的主要原因,其中场地土层中占优势厚度的砾石层是造成场地地震波放大的主要内因。本文取得的初步结论为更加深入地科学研究本区地震烈度异常的原因提供了新思路。

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。

汶川8.0级地震陡坎(北川以北段)探槽的记录特征

汶川8.0级地震在龙门山中央断裂(北川-映秀断裂)上形成了长度约240km的地震地表破裂带,同时在前山断裂(灌县-江油断裂)上形成了长约72km的地震地表破裂带。我们在中央断裂北段(北川以北)的地震陡坎上开挖探槽,揭露了本次地震的构造变形特征,同时通过对探槽内所揭露地层的相互关系的讨论,以及邻近区域内地貌面的对比,认为该段断裂在本次汶川8.0级地震之前可能还存在一次震级相当的地震事件,其发生时间至少早于该区域内T1阶地形成的最新年龄3000 a。

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级地震及余震破裂的地质构造特征

汶川8.0级地震是发生在龙门山断裂带上的大地震。文中应用地震地表破裂调查资料、余震分布和震源机制资料,论述了该次地震的主破裂、次级破裂、触发破裂等方面的地质特征。认为该次地震的主破裂长约200 km,分为南、北两段。南段以逆冲破裂为主,由两条破裂带构成,并引起上盘多条近平行的次级断裂带的破裂;北段以右旋逆冲破裂为主,由单条破裂带构成;在主破裂的东北方向,触发了长约100 km的余震活动。汶川8.0级地震的破裂特征,对研究龙门山断裂带其他段落的强震危险性具有重要意义。

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级地震前四川地区地震视应力时空变化特征

本文根据Brune模式,在近震源条件下,利用中国数字遥测地震台网观测的波形资料,测定了2000年5月至2008年4月四川地区439次ML≥3.0地震的视应力值,给出了2008年5月12日汶川8.0级地震前四川地区视应力空间分布图象,分析了四川地区、龙门山断裂带以及龙门山断裂带上小震频次高值区视应力随时间变化过程。结果表明:①汶川地震前,视应力较高的地震主要集中在四川南部的川、滇交界地区;②2001—2006年,四川地区视应力随时间的变化表现为突升突降型变化形态,且视应力高值点有逐渐增大的现象,从2007年初至2008年初视应力在较低水平呈缓慢下降,临近汶川地震前有小幅升高变化;③龙门山断裂带上视应力在2004年中至2005年初曾出现过较为明显的、短暂的上升—下降变化过程。而Δσapp值的变化则相对复杂,出现过二次上升—下降变化过程;④龙门山断裂带上小震频次高值区视应力在2003—2005年间,曾出现过二次较为明显的上升—下降变化过程,临震前,视应力出现突然上升。而Δσapp值随时间的变化则主要表现为2003—2004年的上升和其后的下降过程。临近地震发生前,Δσapp值也有一定幅度的上升变化。

汶川M_S8.0级地震余震重新定位及其空间分布特征研究

对由四川台网提供的2008年5月12日至2008年12月31日期间发生的地震观测报告资料进行了整理,并根据研究需要从中挑选出了2957次地震事件用于地震定位研究。然后,采用双差定位方法对汶川M_s8.0级地震及挑选出的余震进行了重新定位,得到2678个地震的震源位置,重新定位后走时均方根残差由重新定位前的1.01s降到了0.20s,水平和垂直方向标准差分别为±0.85km和±1.3km。余震震中沿走向分布的总长度约为350km,震源深度优势分布为5～20km,平均震源深度为11.4km。文章结合地表考察破裂、震源机制解等研究结果,对余震空间分布进行了更为详细的分段和讨论,提出以下3点认识:1)余震震中沿主破裂带表现出明显的空间分段活动特征,根据余震空间分布特征和震源机制解可推测断层运动方式由一开始的逆冲为主,经过渡段最终转换为以右旋走滑为主;2)沿小鱼洞-棉篪-理县和青川-文县方向延伸的北西向余震带存在两个与龙门山构造带走向近似垂直的捩断层;3)龙门山构造带的北段(水观乡以北),存在一个斜跨北川-映秀断裂和青川-平武断裂的隐伏断层,并且该隐伏断层参与了北段余震的发震过程。

汶川8.0级地震前地下流体长趋势变化特征讨论

通过对汶川MS8.0地震震中周围地区震前地下流体长期观测资料的分析表明,震前地下流体出现了长趋势变化,其特征是时间早、范围广,具有协调性以及向未来震中迁移等特征,形态主要为趋势转折、破年变、加速等,其中大多数为趋势转折变化。进一步对比研究地壳形变、地下流体长趋势变化发现,地壳形变和地下流体长趋势变化迁移特征一致,地壳形变长趋势时间较早于地下流体长趋势变化时间,形变出现张压变化与水位变化有比较密切的关系,即形变大部分出现缓慢压性变化或张性减缓变化,水位大部分出现缓慢上升或下降减缓变化。最后讨论了地下流体长趋势变化机理。

汶川8.0级地震人员伤亡及分布特征分析

在收集汶川8.0级地震造成人员伤亡统计数据的基础上,结合笔者在此次地震现场工作期间的调查结果,绘制出此次地震造成人员伤亡的分布图,并分析了此次地震造成人员伤亡重、分布范围广的原因,进而总结了经验和教训,为灾区的恢复重建提出意见和建议。

汶川8.0级地震地表破裂白鹿镇段的变形特征

汶川8.0级地震在彭县—灌县断裂上形成的地表破裂带主要位于彭州磁峰与安县睢水之间,全长约90km,白鹿镇位于该断裂地表破裂带的南段。应用全站仪和GPS对地表破裂带的垂直位错量、水平位错量、构造缩短率进行精确测量,结果显示,沿彭县—灌县断裂,白鹿镇地表破裂的垂直位错量和水平位错量都是最大的,其中最大垂直位错量位于白鹿老街,为(2.7±0.2)m,最大水平位错量位于白鹿河堤岸,为(0.7±0.2)m。究其原因,可能是沿彭县—灌县断裂,白鹿地区煤层含量最为丰富,煤层厚度最大,因而该地区软弱岩层的屈服强度相对最低,从而导致该地区断层两侧岩体的滑动量最大。另外,通过白鹿中学附近垂直于断层走向的探槽,甄别出两条呈叠瓦状排列的分支断层,该探槽所揭示的地表破裂面倾角度数及倾角随深度的变化趋势与通过震源机制解推断的结论一致。

汶川M_s 8.0级地震强震记录所揭示的地震断层特征分析

基于2008年5月12日汶川Ms8.0级地震的强震台站记录,对比发震断层两侧的峰值加速度与地表破裂带上同震位移的分布特点,探讨了地震动强度分布特征与地表破裂位移分布之间的相关关系。分析近断层典型台站的强震动记录时程特征,获得了强地震动记录中所包含的断层破裂过程和破裂习性信息,从强震观测记录的角度进一步证实了汶川地震主震的多次破裂特征。结果表明,汶川地震主震至少包含了4次地震破裂事件,最主要的前两次破裂事件分别对应映秀—北川断裂段和北川—南坝断裂段的破裂过程,后两次破裂事件释放的能量相对较小,应该是第二次破裂过程触发局部次级破裂所引起的。此外,垂直于断层的峰值加速度剖面揭示的发震断层的高倾角逆冲特性,与地震地质调查和小震精定位等确定的相应结果是一致的。

GPS资料揭示的汶川8.0级地震前地壳动态演化特征

利用中国大陆1999年以来3个时段的GPS速度场,研究了汶川8.0地震前的地壳动态演化特征。研究结果显示:1)汶川地震发生在区域地壳挤压运动明显受阻的区域,孕震区附近存在一较大的障碍体,震中附近断层多年来处于强闭锁状态;2)随着地震发生日期的临近,震中西侧压性区表现出明显的向东逐步扩张态势,局部地区主压应变方向出现向北偏转,右旋剪切作用明显增强;3)汶川地震同震变形及6级以上余震分布表现出的区段性与断裂带及附近分段性运动变形特征密切相关。

汶川8.0级地震甘肃灾区震害特点及恢复重建对策

通过对2008年四川汶川8.0级特大地震对甘肃省破坏特点的综合分析,阐述了本次地震震区环境背景情况,给出了汶川8.0级地震甘肃灾区地震烈度分布图,揭示了各烈度区的特征以及部分重灾县不同结构类型房屋的震害情况,较为全面地分析了本次地震的震害特点,归纳总结了汶川地震后甘肃灾区面临的形势,提出了震后防灾减灾恢复重建对策。

汶川8.0级地震云南灾区震害特征及地震烈度

介绍了汶川MS8.0地震云南灾区的地理环境和地质构造特点。通过现场考察,分析了云南灾区各种建(构)筑物的破坏特征及其产生的原因。阐述了地震烈度评定的方法和结果,并总结了云南灾区的震害特点,对恢复重建和规划发展提出建议。