M5.1地震引起的一个不寻常的砂砾层大范围液化——盐溶的液化活化效应及其机理

地震液化阈值是一个非常重要的科学问题,一般认为M5地震不会形成大面积的液化。2009年12月14日,中国新疆哈密市发生了M5.1中等地震,震源深度仅4 km。地震砂脉网格在平面从几十厘米到2 m以上;砂脉纵断面呈楔形、倾斜(平均75.10°),分选较好。通常情况下,它们通过液化和流化分异作用发生在细粒丰富的盐渍砂砾层(SSGL,Salinization Sand—Gravel Layer)和盐粒砂砾层(SGSGL,Salt-Grain—Sand—Gravel Layer)中,尽管没有细粒盖层和源砂,但这些盐渍的砂砾层极易在盐溶后发生活化,颗粒之间的摩擦力骤降,液化上涌而形成砂脉。液化边界距震中可达80 km,甚至可能达到120 km,相当于M7.0~8.0级地震的液化最远距离。哈密地区之所以能在M5.1地震作用下形成远程砂脉,主要由于以下5个优势:(1)砂泥的盐溶液中细粒组分容易发生液化流化。浓盐水能够降低颗粒的剪切能力,平均降低25%~75%左右,使地震液化阈值降低到0.15~0.05 g(以0.2 g为一般阈值)。与此同时,浓盐水由于密度大,盐水可使淡水最小流化速度(Umf)降低12.51%~21.58%,有利于流化。(2)广泛分布的盐渍砂砾层和盐粒砂砾层。(3)震源极浅(深度仅4 km)。(4)基底极浅(深度0~3 m)。(5)表层盐屑混合盖+盐渍砂砾层+盐粒砂砾层+极浅基岩基底组成了特殊的三明治结构。通过对液化流化的形成机理研究表明,砂主要来自砂脉底部的砂砾层的流化分选,流化分选会在砂脉底部的砂砾层中形成一个分选晕。