运用SDM方法研究2001年昆仑山口西MS8.1地震破裂分布:GPS和InSAR联合反演的结果

2001 年11月14日昆仑山口西M_S8.1地震是有现代仪器记录以来发生在青藏高原区域最大地震之一,对研究青藏高原的运动学模式具有重要意义.从地震发生至今,不同研究者运用不同资料和方法获取的地震破裂分布还存在一定差异.基于此,本文采用GPS和InSAR资料数据,参考最新研究成果,构建更为合理的断层几何模型,运用SDM方法反演本次地震的破裂分布.在反演中充分考虑不同数据权重的影响及InSAR数据中存在的整体偏移.结果显示本次地震断层性质以左旋走滑为主,最大破裂位错为~6.9 m,分布在35.76°N、93.40°E附近,地震较大破裂区域主要分布在地下20 km以内.同时,反演的位错分布在断层浅部与地质考察得到的地表破裂分布较为吻合.在与前人相关研究的对比中,显示本文结果的可靠性是较高的,例如,近地表破裂包络线与地表考察结果相近,地下破裂分布特征与前人提出的3次子地震事件相一致等,再一次佐证了此次地震由多次子地震事件组成的研究结论.     

昆仑山口西8.1级地震地表破裂的类型与性质

通过对昆仑山口西8．1级地震地表破裂全带的考察认为：本次地震形成的地表破裂带长达350－400km，由地震裂缝，鼓梁（包）、塌陷、陡坡等基本形态组成，属构造性破裂，并具有明显的继承性和新生性。     

2001年昆仑山口西MS8.1地震对周围断层的应力影响数值分析

大地震的发生往往会引起周围区域形变场和应力场变化,且对临近断层上的应力状态也有影响.2001年11月4日,昆仑山口西发生了半个世纪以来中国最大的M_S8.1级地震.本文基于已有的滑动模型,建立了三维含地形高程的横向不均匀性椭球型地球有限元模型,采用等效体力方法,分析了此次M_S8.1地震产生的全球同震位移和应力场变化.与解析方法相比,该模型考虑了地形、Moho面起伏和地球介质横向不均匀性;与一般的有限元数值模拟相比,该模型考虑了地球曲率和椭率,合理地规避了有限块体模型假定边界位移为零所引入的误差.计算得出同震位移与GPS观测数据可以很好地吻合.据库仑破裂应力准则和震源参数,计算得出昆仑山口西M_S8.1地震的发生造成了汶川、芦山、改则和当雄地震的发震断层上库仑应力增加,对这些地震的发生起促进作用;而造成玉树和德令哈地震发震断层上的库仑应力变化为负值,在一定程度上抑制了这些断层的地震活动性.此外,计算结果显示地球地形高程、介质非均匀性和椭率对昆仑山口西M_S8.1地震同震变化计算有一定的影响,其中地形和椭率造成的同震位移场相对误差约10%.

     

2001年昆仑山口西Ms 8.1地震最大位移讨论

最大位移是认识地震破裂机理和断层未来地震危险性的最重要参数之一。对 2 0 0 1年 11月 14日发生的昆仑山口西 8 1级地震地表破裂带最大位移的调查有多种结果。通过野外调查发现 ,本次地震地表最大同震水平位移 6 4± 1 4m ,位于库赛湖东北 (93 2 2 6 6°E ,35 7779°N) ,最大垂直位移 5 2± 0 2m ,与水平位移分布基本一致。影响本次地震地表破裂带地表位移测量的因素很多 ,其中断裂带多期活动、地震地表破裂带构造形式复杂 ,以及特殊的冰川冻土区地貌位移标志是主要因素。     

2001年11月14日昆仑山口西Mem>Ｓsub>8.1地震震源破裂过程研究

根据IRIS全球地震台网28个台的长周期地震仪记录的P波数字地震图, 用直接由远场体波地震图反演震源破裂过程的一种新方法, 研究了2001年11月14日昆仑山口西MＳ8.1地震的震源破裂过程. 结果表明: 这是一次极为复杂的地震破裂事件. 破裂从震源位置 (35.95N,90.54E, h: 10 km)开始后, 先向西扩展, 后在有限断层的东端和中部的大尺度空间范围内接连出现了多个破裂生长点. 破裂在这些生长点先后扩展, 最后在矩心位置(35.80N,92.91E, h:15 km)以东50 km范围内结束. 整个破裂持续了约142 s. 破裂过程可粗略地分为3个阶段: 第一阶段, 从第0 s开始至第52 s结束, 持续了52 s，释放的地震矩约为总地震矩的24.4％；第二阶段, 从第55 s开始至第113 s结束, 持续了58 s，释放的地震矩约为总地震矩的56.5％; 第三阶段, 从第122 s开始至第142 s结束, 持续了20 s，释放的地震矩约为总地震矩的19.1％. 地震破裂面长约490 km, 破裂面最大宽度达45 km. 破裂主要发生在30 km深度范围内. 地下岩层的平均静态位错量约为1.2 m, 最大静态位错量达3.6 m，平均静态应力降约为5 MPa, 最大静态应力降达18 MPa. 静态位错量和静态应力降最大的区域位于矩心位置以东50 km范围内.      

昆仑山口西8.1级地震宏观震中与破裂起始点的判定

对比分析国内外不同学者对昆仑山口西8．1级地震地表破裂带的考察结果和作者4次现场考察记录,认为：本次地震的宏观震中及破裂起始点位于同一地点,即布喀达坂峰东南3km处,与根据中国数字化地震台网资料确定的微观震中基本一致。     

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.     

根据GPS和InSAR数据反演2001年昆仑山口西地震同震破裂分布

2001年昆仑山口西地震经历了一个相当复杂的破裂过程,迄今为止用不同资料、不同方法和模型得到的同震破裂发布具有很大差异.我们采用地震前后GPS和InSAR观测数据得到的同震位移反演该地震的同震破裂分布,检验各种可能的模型参数,得到在数据与平滑优化约束下尽可能详尽的结果.建模过程经历三个步骤：（1）采用直立断层模型反演,根据解的分辨率和拟合差的折中曲线得到最优平滑约束;（2）改变断层倾角,找到使得观测数据和正演计算拟合最好的断层倾角;（3）根据前面两步得到的最优平滑约束和断层倾角求得地震同震破裂分布.比起前人的研究结果,我们得到的地表走滑分量随断层分布与地质考察数据符合得更好.我们还发现形变沿断层两盘并不对称,断层南盘的位移比北盘大10%~20%.这种位移场的不对称性可以由倾角约为80°~81°的南倾断层所解释.我们首次用大地测量数据揭示了太阳湖断层东端和东昆仑主断层西端~50 km的左阶断层上吸收了0.1~0.2 m的正断层分量,昆仑山口断层段吸收了~0.8 m的逆冲分量.地震释放的总地震矩为9.3×1020 N·m, 对应于 Mw8.0的地震.     

昆仑山口西8.1级地震主要异常及预报过程反思

在综合分析昆仑山口西8．1级地震前震（前）兆异常及时空演化特征的基本上，总结并分析了本次巨震的预报过程及存在的问题。     

关于2001年11月14日昆仑山口西地震震级的调查

2001年昆仑山口西地震之后,相当多的研究文章使用了震级8.1的数据,但也有人对该震级表示怀疑.为了澄清数据来源,本文整理了国内外主要的地震目录网站,以及已有文章对该地震震级的使用情况,给出了不同的结果.最终表明,震级8.1的说法来自于国内大震速报目录.     

2001年11月14日昆仑山口西M 8.1地震前的缓慢地震事件

2001年11月14日昆仑山口西M8．1地震前发生了缓慢运动事件，新疆地震台网记录分析结果表明，这次事件在大震前3．5天开始出现，长周期前驱波持续约47小时，波列呈现规则的正弦波形，视周期约为8．8秒。笔者认为，该慢地震事件是M8．1大震前中昆仑断裂临震预滑动引起的。事实表明，慢地震的观测与研究对深入了解断层失稳过程和实现地震短临预报具有重大意义，同时也显示了宽频带数字地震台网的优越性。     

2001年昆仑山口西8.1级大震预报的再讨论

由立交模式、静中动判据和高山峰指标讨论了2001年昆仑山口西8．1级大震的地点骤报。由74年周期性、三性法和倍九律讨论了这个8．1级大震的时间预报。倍九律包括热红外异常、6级地震活动和K＝8的大磁暴在震前出现的倍九天时间特征。     

The Frozen Soils and Devastating Characteristics of West Kunlun Mountains Pass Ms 8.1 Earthquake Area in 2001

The investigation on damages to frozen soil sites during the West Kunlun Mountains Pass earthquake with Ms 8.1 in 2001 shows that the frozen soil in the seismic area is composed mainly of moraine, alluvial deposit, diluvial deposit and lacustrine deposit with the depth varying greatly along the earthquake rupture zone. The deformation and rupture of frozen soil sites are mainly in the form of coseismic fracture zones caused by tectonic motion and fissures,liquefaction, seismic subsidence and collapse resulting from ground motion. The earthquake fracture zones on the surface are main brittle deformations, which, under the effect of sinlstral strike-slip movement, are represented by shear fissures, tensional cracks and compressive bulges. The distribution and configuration patterns of deformation and rupture such as fissures, liquefaction, seismic subsidence and landslides are all related to the ambient rock and soil conditions of the earthquake area. The distribution of earthquake damage is characterized by large-scale rupture zones, rapid intensity attenuation along the Qinghai-Xizang (Tibet) Highway, where buildings distribute and predominant effect of rock and soil conditions.     

New Insight into the Surface Rupture Parameters of the Kunlun Mountains Pass Ms 8.1 Earthquake

INTRODUCTIONThe relationship among rupture length,displacement and seismic magnitude follows a certainempirical equation.The result can be applied onactivefault seismic hazard analysis,andthe potentialearthquake magnitude and displacement of active fault …     

昆仑山口西8.1级地震与我国西部地下水震后效应关系研究

对2001年11月14日昆仑山口西发生的8．1级地震,在我国西部新疆、青海、甘肃、陕西、四川和云南等六省区的地下水震后效应特征进行了分析研究,指出了地震后中国西部地区存在中期、中短期地震危险性。这是利用大范围地下水震后异常研究大区域后续地震的初步尝试。     

Frequency-domain array technique analysis for the rupture duration time and geometrical characteristics of the 2001 Kunlun Mountain Pass earthquake

In this paper, we briefly describe the principle of tracking energy radiation sources of large earthquakes using fre- quency-domain far-field array technique, present general steps of tracking energy radiation sources, and take the 2001 Kunlun Mountain Pass earthquake as an example to analyze key factors for setting parameters while pro- cessing data. Using broadband waveform data from a seismic array in Ethiopia and Kenya (EK Array), we obtain that the rupture initiation point of the 2001 Kunlun Mountain Pass earthquake is located in the east of Buka Daban Peak (35.92°N, 91.70°E), and the rupture duration time is less than 160 s, the rupture length about 520 km, with 180 km in the west of the initiation point and 340 km in the east, respectively. The western segment of the earth- quake fault bends towards southwest near Buka Daban Peak, which is in concordance with the surface rupture trace. The eastern segment apparently bends towards northeast near Xidatan, which is in agreement with the strike of Xidatan fault, but 30 km away from Xidatan fault. In addition, the results imply that the western segment of the earthquake fault appears erect while the eastern segment appears to be gradually dipping southwards.     

Characteristics of Far-field Precursory Anomalies Before the M_S8.1 Earthquake in the West of Kunlun Mountains Pass

In this study, a number of typical precursory anomalies recorded by stations in Qinghai, Gansu, Sichuan, Xinjiang, Ningxia, Hebei and Shaanxi provinces and autonomous regions before the M_S8.1 earthquake in the west of Kunlun Mountains Pass are collected and checked. According to the standards of earthquake cases in China, the criteria of the precursory anomalies are determined, and 53 distinguished. The characteristics of these anomalies before the M_S8.1 earthquake are analyzed, with results showing a very large earthquake affected area. The precursory anomalies recorded by instruments were 2900 km away from the epicenter, and according to the study in this paper, reached 2100 km away. The results also show that the anomalies present characteristics of long duration, multi-measurement items and large-amplitude variation. The authors believe that in large earthquake monitoring, attention should be paid to the variation of data over a large area, ranging up to thousands kilometers, with much denser earthquake observation networks.     

Estimation of the stress levels in the focal region before and after the 2001 M=8.1 Western Kunlun Mountain Pass earth-quake

Introduction A great earthquake of M=8.1 occurred at 17h26min14.7s (Beijing time) on November 14, 2001 on the eastern Kunlun fault, near Bukadaban mountain peak with an elevation of about 6 866 m in the Qinghai-Xizang (Tibetan) Plateau of western China. The micro-epicenter is at a site of 36.2°N, 90.9°E, and the macro-epicenter is at a site of 35.6°N, 94.1° E, about 300 km west to the Kunlun Mountain Pass.This event is the largest one since 1951 in China, and yet the first su-per-st…