汶川MS8.0地震地表破裂带

2008年5月12日14时28分4秒,四川省汶川县发生MS8.0大地震。发震断裂为龙门山断裂带中的映秀-北川断裂。该次地震的地表破裂可分成2条,分别出现在龙门山断裂带中的映秀-北川断裂、彭县-灌县断裂上,前者破裂长度约200km,后者破裂长度约80km。本次地震的最大垂直和右旋水平同震位移出现在都江堰市虹口乡附近的映秀-北川断裂上,分别为(5±0.2)m和(4.8±0.2)m。破裂带南段出露的地表断层产状为N32°E/NW∠76°,其上的侧伏角为S75°～80°W,反映了该次地震在南段以逆冲运动为主,兼有少量的右旋走滑分量。

四川汶川Ms8.0地震地表破裂构造初步调查与发震背景分析

5月16-24日对川西汶川大地震震中区的发震断裂地带进行的实地考察和初步测量，获得了宝贵的地表变形和同震位移量数据资料，证实汶川地震属于逆冲断裂型地震，主破裂沿映秀-北川断裂带发育，前山地区沿灌县-安县断裂也有地表破裂，同震位移量在3-5m。汶川地震产生的地表破裂构造和运动性质显示明显分段特性，映秀-北川段以挤压逆冲为主，而北川以北段则伴有显著的右旋走滑分量。

2008年汶川M_(S)8.0地震地表破裂带沙坝村吴家院一带几何结构变化特征研究

以往学者通常侧重于大尺度(数公里级别)的地表形态对大地震同震地表破裂的影响研究,而鲜有涉及短距离尺度(10~100 m级)的相关报道。本文基于2008年汶川M_(S)8.0地震地表破裂带沙坝村吴家院一带的几何展布样式与微地貌测绘,为回答短距离尺度是否存在显著的几何结构变化和探究其影响因素提供一个典型案例。具体通过无人机摄影测量技术及激光雷达技术精确的获取了该段落断层展布特征及近断层地形地貌数据,发现吴家院一带地表破裂带在西南侧地形相对稳定无起伏时,破裂带集中为一支断层,而往北东向延伸遇到地形起伏如负地形时,断层分叉为三支分支断层。上述研究结果表明局部范围内地形起伏可能会导致同震地表破裂发生分叉现象,单一断层可能弥散为多支断层。

汶川M_S8.0地震地表破裂带北川以北段的基本特征

对北川-青川间汶川Ms8．0地震地表破裂的野外地质调查表明，在这一段内主要存在一条地震地表破裂带，总体沿北川-青川断裂带分布。沿黄家坝、陈家坝、佳溪、平通、南坝、石坎等地的观察显示，该段地表破裂沿走向连续分布，结构单一，破裂长度为60～90km，地表破裂没有到达青川县关庄镇。可观察到的破裂长度在北川北至石坎之间，长62km，走向总体为20°～55°，运动学性质主要为右旋走滑逆冲。地震形成的地表破裂主要表现为垂向上的地表拱曲，指示了深部断层的逆冲性质；在水平运动方向上则主要表现为右旋走滑，不存在左旋走滑分量。地震地表破裂显示的同震垂直位移从西南段黄家坝的3m左右，向东北逐渐降低至南坝、石坎的1．5m左右；右旋水平位移没有明显变化或者略有增加，一般在1．5～2．0m之间。地表破裂特征表明，引起本次汶川Ms8．0地震的发震构造是映秀-北川-青川断裂带，该断裂以逆冲运动为主，兼具右旋走滑分量，逆冲方向由NW向SE。

汶川M_S8.0地震地表破裂带及其发震构造

震后应急野外考察表明,2008年5月12日汶川MS8.0地震在青藏高原东缘龙门山推覆构造带上同时使北川-映秀断裂和灌县-江油断裂两条倾向NW的叠瓦状逆断层发生地表破裂。其中,沿北川-映秀断裂展布的地表破裂带长约240km,以兼有右旋走滑分量的逆断层型破裂为主,最大垂直位移6.2m,最大右旋走滑位移4.9m;沿灌县-江油断裂连续展布的地表破裂带长约72km,最长可达90km,为典型的纯逆断层型地表破裂,最大垂直位移3.5m;另外,在上述两条地表破裂带西部还发育着1条NW向带有逆冲垂直分量、左旋走滑性质的小鱼洞地表破裂带,长约6km。这一地表破裂样式是近期发生的特大地震中结构最复杂的一次逆断层型地表破裂,地表破裂的长度也最长。利用已有的石油地震剖面,结合余震分布和地表破裂带特征等资料构建的三维发震构造模型表明,龙门山推覆构造带现今和第四纪时期以地壳缩短为主,斜滑逆冲型地震表明青藏高原中东部的水平运动在华南地块与巴颜喀拉地块之间的龙门山推覆构造带上转化为地壳的缩短和隆升。

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级地震地表破裂带宽度调查

根据汶川8.0级地震地表破裂带的实地调查,龙门山断裂带的中央断裂与前山断裂地表破裂带宽度自北向南一般<40m。在Ⅹ—Ⅺ度极震区,沿断裂延伸方向破裂带之上及其两侧,各类房屋建筑无论何种结构均绝大部分倒塌损毁。考虑到逆断层作用引起的"地壳缩短"以及各种不确定性,并结合以往历史强震地表破裂带的宽度统计,提出汶川8.0级地震灾后重建时,极震区地震断层两侧的"避让带"宽度为25m。在"避让带"之内,只能建造高于抗震设防标准的2层以下的建筑物,应明确禁止兴建学校、医院等公共建筑。

汶川M_S8.0地震地表破裂带白沙河段破裂及其位移特征

2008年5月12日14时28分，四川省汶川县发生Ms8．0特大地震。这次地震在地表形成2条地表破裂带，主破裂沿龙门山中央断裂发育，长约240km；次级破裂沿龙门山前山断裂发育，长约72km.白沙河破裂带位于中央主破裂带的南端，沿都江堰市北约11km的白沙河河谷展布，长14km。该破裂带几何结构复杂，多条短小破裂或斜列或平行或斜交组成破裂带，总体走向N50°E，但几乎每条次级小破裂走向都不与平均走向一致，在0°～90°之间变化。同震位移沿该破裂带也同样表现出复杂性和多样性，总体以NW盘逆冲为主，最大垂直位移为6．5m，局部存在反冲断层挠曲坎；走向滑动以右旋为主，最大水平位移为4．8m，局部存在左旋位移，而且同震位移分布特征与白沙河破裂带的几何展布特征密切相关。该破裂带北段出露的地表断层产状为40°／NW∠76°，其上的擦痕有2组，侧伏角分别为75°SW和80°SW，不仅反映了该次地震在此段以逆冲运动为主，兼有少量的右旋走滑分量，还反映了该次特大地震包括了2次破裂事件。分析破裂几何和同震位移分布特征得出如下认识：1）破裂面从震源深度的低角度逐渐向地表转化为高角度，迫使垂直断层走向的水平缩短转化为隆起的垂直位移，直接导致了走滑分量与水平缩短量的比例接近1，还导致了主破裂后侧反冲断层挠曲坎的形成；2）地震地表破裂带走滑分量变化受地表破裂走向的变化、标志线方位角变化产生的视走滑位移和重力作用等三大因素影响；3）上覆松散堆积物的厚度影响破裂带出露的规模和方式。

高精度测量方法在汶川M_S 8.0地震地表破裂带考察中的应用

在2008年汶川MS8.0地震地表破裂带科学考察中,利用全站仪、差分GPS和三维激光扫描仪等高精度测量技术对同震变形造成的微地貌进行测量,及时记录了地表同震变形现象的丰富信息,为相关的定量分析提供了有效保障。文中探讨了选择不同测量技术在微地貌测量中的应用特点和组合优势,结合测量实例分析了三维激光扫描仪在完整记录和有效分析地震地表破裂带信息方面的优势及其限制条件,并进一步讨论了上述测量方法的应用前景。

汶川8.0级地震小鱼洞地表破裂带古地震事件的光释光测年

小鱼洞地震地表破裂带罗元村探槽剖面揭示了汶川8.0级大地震之前的1次同等规模的古地震事件。文中对采自小鱼洞破裂带罗元村古地震探槽的7个冲洪积物样品进行了细颗粒石英简单多片再生法和单测片再生法光释光测年研究。LED08-212样品SAR法预热坪实验表明预热温度坪区间为180～240℃,在此温度下热转移量小于等效剂量的1%,不影响测量结果。循环比、回授、剂量恢复试验也表明采用200℃预热温度、10s预热时间和SMAR法流程进行等效剂量测量是合适的,能有效地校正测量过程中的释光信号感量变化。样品LED08-113,LED08-212细颗粒石英SAR法等效剂量值与SMAR法结果的一致性,表明2种方法均适用于本批样品。整个剖面上下盘各形成1个很好的时间序列,结合该地区的历史地震记录,推测小鱼洞断层上次大地震发生的时间应该为距今1.7～2.2ka,其全新世垂直滑动速率至少为(1.0±0.08)mm/a。

2008年汶川M_S8.0地震多断裂破裂的近地表同震滑移及滑移分解

为深入理解汶川地震破裂的构造运动机制,本文选取典型的观测点,利用多种地质地貌标志测绘分析得到了汶川M_s8.0地震发震断裂的近地表三维同震滑移矢量.结果显示,北川映秀断裂上的白水河—高川破裂段北西盘沿88°方位角水平滑移2.58 m、垂直滑移3.70 m;安县—灌县断裂上的白鹿汉旺破裂北西盘沿134°方位角水平滑移1.63 m,垂直滑移2.00m;小鱼洞破裂带南西盘沿76°～79°方位角水平滑移2.15～2.71 m,垂直滑移1.36～1.51 m.平行的白水河高川破裂段和白鹿—汉旺破裂段合计形成1.72 m右旋走滑和3.49 m垂直断裂带的NW向水平缩短,总滑移方向(106°)与断裂带整体走向(42°)呈64°夹角,整个龙门山推覆构造带处于斜向挤压的构造环境.结合震源过程反演成果的分析显示,斜滑的白水河高川破裂段和逆冲型白鹿汉旺破裂段可能是在汶川地震中最大的一次子事件过程以滑移分解的形式而同时破裂形成的,滑移分解作用使两条断裂以斜滑与逆冲组合的力学性质产生破裂而非相同性质的斜滑破裂.小鱼洞破裂以低角度斜滑为主,可能是安县灌县断裂与北川映秀断裂以滑移分解形式同时破裂的纽带.小鱼洞断裂是龙门山断裂带长期处于斜向挤压的构造环境的产物,不只是逆冲断裂系中的捩断层.

汶川M_S 8.0地震的地表破裂过程——以都江堰八角庙村断层擦痕剖面为例

汶川M_s8.0地震在龙门山断裂带造成了严重的地表破裂,但能反映地震地表破裂过程的现象却很少,四川省都江堰市虹口乡八角庙村有一处保存基本完好的断层擦痕剖面,是惟一能反映地震地表破裂过程的露头。剖面上可见两种侧伏产状相差很大的擦痕,我们利用全站仪和GPS对擦痕进行总体和细部的测量,结果表明,一种擦痕接近垂直,侧伏角在76°～87°之间,另一种擦痕侧伏角相对较小,介于32°～33°之间。利用擦痕侧伏角、断层面倾角、岩石内摩擦角进行求解断层主应力方位的赤平投影,结果表明发震断层的运动方式为逆冲兼右行走滑。通过分析对比,我们认为断层面上近水平方向的擦痕切割了近垂直方向的擦痕,据此将地震的地表破裂过程分为两个阶段。阶段Ⅰ断层运动以逆冲向上为主,阶段Ⅱ以右旋走滑为主,这个结论与地震波数据反演结果是一致的。其中,阶段Ⅰ由两个子事件组成;第一个子事件断层以接近垂直的角度逆冲向上运动,运动方向为SW 85°～87°;第二个子事件断层的运动方向发生朝向NE方向的倾斜,运动方向为SW 76°～80°,表明断层运动性质为逆冲兼少量的右旋走滑。阶段Ⅱ断层的运动方向为SW 32°～33°,表明这一阶段断层运动以右行走滑为主,走滑分量大于逆冲分量。

龙门山山前疑似汶川M_S 8.0地震地表破裂的浅层地震反射调查

2008年5月12日发生在龙门山构造带的汶川MS8.0大地震是映秀-北川断裂突发错动的结果。此次地震不但使NE向的映秀-北川断裂和灌县-江油断裂发生了地表破裂,而且,在成都平原区的什邡、绵竹等地也出现了不同程度的地表裂缝、公路拱曲以及带状的喷砂冒水现象。此项探测研究以出现在什邡市师古镇附近的疑似地震地表破裂带为切入点,通过采用可控震源以及高精度的浅层地震反射勘探方法,获得了深度15～800m范围内高分辨率的地下结构和构造图像。结果表明,在地表破裂之下存在向平原区逆冲的隐伏断层和反向的逆冲断层,地震过程中隐伏逆断层的活动可能是近地表地层出现褶皱变形和地表破裂的主要原因。

汶川M_S8.0地震中央断裂北段地表破裂特征

研究了2008年汶川大地震的发震构造龙门山构造带的北段,即北川-南坝-林庵寺断裂的地表破裂。通过黄家坝、桂溪、平通、南坝、石坎子等地的考察和测量,显示该段地表破裂沿断裂带连续分布,走向为N45°～65°E。垂直位错与水平位错比值从西南段黄家坝的2.8:1逐渐降低到北东段南坝、石坎子的0.9:1。地表破裂特征表明,断裂以右旋走滑分量为主,并具有较高的逆冲分量。余震分布表明,青川断裂与北川-南坝-林庵寺断裂之间可能存在隐伏活动断裂。

地表破裂型逆断层地表缩短量计算方法探讨——以汶川M_S 8.0地震地表变形为例

合理估计逆断层地表破裂缩短量是全面认识同震地表变形参数的核心内容,目前还没有较成熟的方法。以汶川MS8.0地震地表破裂为例,尝试通过探槽开挖来研究逆断层水平缩短量的计算问题。在分析汶川地震同震变形的基础上,总结了3种陡坎的成因模式:断层断错地表型、挠曲型、断层与挠曲叠加型,并依据这些模型提出了一些水平缩短量的计算方法及其限制条件,以及如何理解逆断层地表破裂探槽开挖所揭示的信息。最后给出了汶川MS8.0地震白鹿中心学校和汉旺全新村两地点水平缩短量的求解过程及结论,计算得到白鹿中心学校探槽水平缩短量为(2.83±0.3)m,汉旺全新村探槽水平缩短量为(0.61±0.11)m。

汶川MS8.0地震中央断裂东北端地表破裂特征及其构造含义

汶川地震地表破裂在东北端从石坎子乡到窝前的运动性质存着从走滑分量略高于倾滑分量到完全为右旋走滑运动的变化过程,倾滑分量在石坎子—平溪段具有逆断性质,在矿坪子及其以北为正断性质,未见挤压变形,窝前完全为右旋走滑运动,地表变形带宽度集中在10m以内;在董家村,地震地表破裂带主要表现为张性裂缝及地堑式负地形,是地震破裂在尾端应力作用下,应变不均一性调节的产物,地表变形带宽度约10～12m;在东河口以北未见地表破裂的证据,推测汶川地震地表破裂带没有穿过流经青川县东河口、关庄、凉水井一带的清水河,东河口一带的构造地貌现象反映了垂直差异性运动,不存在右旋走滑运动的地质地貌证据。在中央断裂东北端断层一侧隆升和另一侧拉张的典型四象限格局成为汶川地震地表破裂的端部表现特征。中央断裂上的汶川地震地表破裂带总长度为240km左右。在汶川地震过程中,沿着中央断裂在地表产生的构造变形在中央断裂的范围内就已经得到了调整,并没有越过中央断裂的范围而传递到以外的地段。

汶川M_S 8.0地震地表破裂带北端位置的修订

对汶川MS8.0地震地表破裂石坎乡以北段的野外地质调查显示,这一段地表破裂仍然十分明显。地表破裂并未沿地质填图所标定的位置发育,而是在走向上稍有变化,但清楚的地貌显示它在此段并不是一条新生断裂。与前期工作相比,可观察到的地表破裂又往NE方向延长了约12km。该段破裂位于平武县石坎乡至青川县马公乡窝前村之间,走向为15°～45°,运动学性质主要为右旋走滑逆冲。地震地表破裂显示的同震垂直位移与石坎乡一带相近,为1～2m左右;右旋水平位移略有增加,为2.0～3.0m之间。地表调查的情况显示,地表破裂在北端可能消失在红光乡东河口一带。

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级地震地表破裂带近断层水平缩短量研究

2008年5月12日四川汶川发生Ms8.0特大地震后,地表同震位移量已有了大量的详细调查和研究,然而对于近断层同震水平缩短量的研究却相对较少。笔者在中央断裂、前山断裂以及北西向分支断裂上选择合适地点进行大量探槽开挖,获得了近断层同震水平缩短量的分布情况为:中央断裂清平镇(2.8 m)、擂鼓镇(3.2 m)、平通镇(1.3 m),前山断裂白鹿镇(2.5 m)、九龙镇(1.4 m)、汉旺镇(0.6 m)。文中进一步在中央断裂和小鱼洞分支断裂地表破裂带上开挖数个探槽研究其近断层水平缩短量的问题,得到结果如下:龙门山中央断裂带映秀镇、擂鼓镇、平通镇探槽近断层水平缩短量分别约为(2.6±0.1)m、(2.6±0.2)m、(1.8±0.1)m;小鱼洞分支断层近断层水平缩短量约为(2±0.1)m。汶川5.12地震中央断裂地表破裂近断层较大水平缩短量出现在深溪沟和擂鼓一带,分别约为3.4 m、3.2 m;前山断裂地表破裂带近断层水平缩短量最大值出现在白鹿一带,约为2.5 m,白鹿以北,近断层水平缩短量逐渐减小。中央断裂和前山断裂联合破裂段水平缩短量值之和大于中央断裂带其两侧段落,最大水平缩短量总和可能约为5.3 m,地表破裂带近断层水平缩短量为整个地壳缩短量的主体部分。