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.

龙门山小鱼洞断裂在汶川地震中的地表破裂及地质意义

在龙门山中段小鱼洞地区映秀-北川断裂和彭县-灌县断裂发生了同震位移,同时在该地区新出现了一条北西向的同震破裂带——小鱼洞断裂的破裂带,并分割了两条近于平行的北东向逆冲-走滑型的主断裂。汶川特大地震发生后重点对小鱼洞断裂的地表破裂开展了详细的野外地质填图,利用全站仪和GPS对地表破裂进行了精确的测量。初步调查的结果表明,小鱼洞断裂位于映秀-北川断裂与彭县-灌县断裂之间,走向近于北西向,延伸约15km,以脆性破裂为特征,穿过小鱼洞大桥,并切割了多种类型的地貌单元,使道路发生拱曲、破坏和桥梁垮塌或移位。单个破裂长度在几米到300m不等,其南西盘为上升盘,北东盘为下降盘,平均垂直位错为1.0m,平均水平位错为2.3m,垂直与水平位错量之比1:1～1:2,显示为逆冲分量小于或等于左旋走滑分量,并以左旋走滑作用为主。同时,研究表明小鱼洞断裂属于映秀-北川断裂与彭县-灌县断裂之间的捩断层,其主要特征包括:1)是在汶川地震中由于龙门山逆冲体之间的差异逆冲运动过程中而形成的断裂;2)其走向近于北西向,垂直于龙门山北东向的主干断裂,而平行于逆冲体的逆冲运动方向;3)具有高角度断面的断层,以左旋走滑作用为主。

汶川M_s 8.0级地震断层间相互作用及其对起始破裂段的启示

汶川地震在地表形成了北东向与北西向两个方向的地表破裂带,余震分布也清晰地显示沿着小鱼洞断裂存在一条北西向小震密集条带。为了研究北西向小鱼洞断裂在汶川地震破裂过程中的作用,在已有的地表破裂数据和认识的基础上,结合汶川地震前小震资料和余震资料,完善了汶川地震震源构造模型。分别计算了以北川—映秀断裂西南的虹口段(BY1)与小鱼洞断裂作为初始破裂段所产生的库仑静应力变化量(ΔCFS)分布图像。结果显示,以北川—映秀断裂虹口段(BY1)做为起始破裂段,虽然小鱼洞断裂西北段(XYD2)的局部地段处于应力触发区,但在出现地表破裂的小鱼洞断裂东南段(XYD1)却处于1.5 bar的应力抑制区,同时随着北川—映秀断裂向北东方向的进一步破裂,小鱼洞断裂仍处于应力抑制区,并且范围有所扩大。如果这样,在汶川地震过程中,小鱼洞断裂应该是稳定的,不可能产生地表破裂带及小震密集条带;以小鱼洞断裂作为起始破裂段,北川—映秀断裂BY1段的大部分区段处于1.0～1.5 bar的应力触发区,不但如此,小鱼洞断裂对彭灌断裂也有触发作用。基于以上结果,认为汶川地震破裂过程是以北西向小鱼洞断裂为起始破裂段,该断裂的破裂触发了北川—映秀断裂和彭灌断裂,并导致北川—映秀断裂向北东方向发生级联破裂。

汶川地震中小鱼洞大桥的变形破坏特征与机理

在现场调查的基础上,研究了汶川地震中小鱼洞大桥的变形破坏现象,总结了变形破坏的特点,分析了发生变形破坏的机理。小鱼洞大桥在汶川地震中表现出复杂多样的变形破坏现象,包括梁体塌落,引线段断裂、形成断坎,边坡坍塌,路面纵向拉裂,盖梁与桥台之间右行错动,伸缩缝拉开并发生左行错动和桥台搭板移位等。小鱼洞大桥变形破坏的特点主要表现为挤压与拉张现象并存、左行与右行现象并存和水平向振动与竖向振动并存。地震时小鱼洞大桥受到了复杂的力学作用,不仅有水平挤压作用,而且有竖向和水平向的振动作用以及水平剪切作用。

断层横向构造在逆冲型地震破裂中的作用——以汶川地震小鱼洞断层为例

大地震破裂大多由横向构造(如阶区、弯曲和分叉)所分割的多个段落组成.2008年5·12汶川地震破裂沿北东走向上穿过了多个横向构造部位,特别在震中北东45km的位置,小鱼洞断层、北川断层和彭灌断层三者之间呈现复杂的断裂切割相交关系.复杂断层几何结构对破裂的扩展是有抑制还是促进的作用?在相交的断裂段之间是否存在最优的破裂顺序?本文以库仑应力分析为手段,探讨在汶川同震破裂初始30s内,破裂在多分支断裂中选择扩展路径时的可能应力相互作用.库仑应力分析显示:如果北川断层先发生破裂,其滑动对小鱼洞断层和彭灌断层均产生强烈负应力的抑制作用,而彭灌断层的滑动却反而对小鱼洞断层和北川断层浅部有强烈正应力的促进作用.因此,从准静态应力分析角度,彭灌断层先于北川断层发生破裂的可能性较大,这一破裂顺序与小鱼洞断层参与同震破裂过程的事实相符.此外,小鱼洞断层在链接北川和彭灌断层的同震位移中可能起到桥梁作用,但非静态应力的影响.横向构造在逆冲型地震破裂扩展过程中起到的牵引作用使得逆冲型地震破裂能够比走滑型地震跨越更宽的阶区.横向构造是逆冲断裂带内广泛发育的构成单元,因此在地震危险性分析的最大潜在震级测算中应该考虑其作用.

对汶川地震小鱼洞地表破裂带的调查分析

2008年5月12日的汶川8.0级地震使龙门山断裂带形成了3条同震地表破裂带,这表明有多条活动断层同时参与地震破裂,其过程复杂,现象丰富。本文对小鱼洞地表破裂带及其与另2条地表破裂带的交汇区域进行了野外调查,并对小鱼洞地表破裂带的活动性质和展布特征进行了分析。小鱼洞地表破裂带位于彭州市小鱼洞镇附近,是汶川8.0级地震形成的一条走向NW的逆冲并具有左旋走滑分量的同震地表变形带。调查结果显示,小鱼洞地表破裂带表现出明显的分段性特征:小鱼洞镇一带的中段,逆冲量和走滑量最大;小鱼洞镇向东南方向延伸的南段,逆冲量和走滑量逐渐变小;小鱼洞镇向西北方向进入山区的北段,则表现为以逆冲为主的活动性质。

2008年汶川大地震小鱼洞地表破裂带精细填图

5·12汶川MW7．9级地震为罕见的、地壳尺度位移配分于多条平行断裂的板内逆冲走滑型地震。在2条北东走向、近平行的主要地表破裂问，发育北西走向的小鱼洞地表破裂。介绍了对小鱼洞北西向地表破裂的精细填图。小鱼洞地表破裂空间上位于灌县一江油与映秀一北川断裂间，全长约8km，总体走向310°，为南西盘抬升、逆冲兼具左旋走滑性质。地表破裂在南东端走向变化较大．从300-310°变为南北向。并与灌县一江油地表破裂带的磁峰段相连。小鱼洞地表破裂的垂向位错自北西往南东方向递减，北西端陡坎高度最大3．4m，南东端则小于0．2m，衰减梯度约为0．5m／km。左旋走滑位移测量点较少，集中在中段的小鱼洞镇附近．所测最大左旋走滑位移约为2．2m,一般走滑位错与同处垂直位错具有同步变化的特征。小鱼洞断裂近地袁的倾角较缓。为300±15°。结合已有地貌、地球物理和地质研究结果，提出小鱼洞断裂是向下与灌县一江油断裂交会的侧向断坡，位于映秀一北川断裂中南段间的断面倾角差异的撕裂部位，连接映秀一北川和灌县一江油断裂。在运动学上，认为小鱼洞断裂是以斜向断坡为几何形态的撕裂断裂，调节了北东走向的主断裂的运动学横向差异。小鱼洞断裂上的同震位移矢量与N70°、80°E的区域主压应力场方向匹配。这一方向与龙门山高原边界斜交。

基于近场强震记录和同震位移的汶川地震破裂过程

基于方位角覆盖较均匀的近场宽频带强震记录和同震位移资料,采用非负最小二乘法和多时间视窗技术,反演了2008年汶川地震破裂过程。从运动学的角度,对北川断层南段、彭灌断层和小鱼洞断层可能的破裂顺序进行了分析,同时探讨了北川断层南段浅部高倾角部分起始破裂的时间。得到如下结论:1)通过近场记录波形拟合残差结合同震位移资料得到,只有北川断层南段在与小鱼洞断层相交处发生双侧破裂,断层西南侧台站合成记录才符合观测记录,同时不会在彭灌断层南段近地表处产生远大于观测值的位错。得到1种可能的破裂方式为:主震从北川断层南段深部低倾角部分开始,造成浅部的彭灌断层破裂,彭灌断层往北侧破裂传播触发小鱼洞断层,进而引起北川断层南段浅部高倾角部分与小鱼洞断层相交处发生双侧破裂。2)通过分析断层西南侧台站合成记录的第2个波包波形拟合的结果,发现北川断层南段高倾角部分起始破裂可能有8s的"停滞"。从时间上来说,相互平行的北川断层南段和彭灌断层在破裂时可能存在先后顺序,北川断层南段浅部区域的破裂可能滞后于彭灌断层。同时,北川断层南段可能存在多点破裂的情况。3)断层面上滑动速度较大的区域,滑动速率的值与周边台站有较好的对应关系。断层面上产生较大滑动速率的区域,其周边台站往往有较大的PGV产生。

近场强震记录对汶川地震破裂过程的解释能力研究

选用方位角覆盖较均匀的43个近场强震记录,通过基线校正、积分和滤波后得到速度时程。采用非负最小二乘法和多时间视窗技术,反演了2008年汶川地震破裂过程。研究表明:①所选43个近场台站记录对近乎平行的北川断层南段和彭灌断层的滑动分辨能力不同,所选记录能很好地分辨北川断层南段的滑动,而对彭灌断层的滑动分辨能力要差;②为满足破裂后方区域台站合成记录的第二个波包,北川断层南段或彭灌断层需产生往破裂后方西南侧方向的破裂。综合考虑波形拟合残差及反演结果与地表破裂数据的吻合情况,得到可能的破裂顺序:破裂起始于北川断层南段深部低倾角位置,接着引起彭灌断层破裂,进而引起小鱼洞断层破裂,小鱼洞断层触发北川断层南段高倾角区域发生双侧破裂。