四川汶川地震断裂活动和次生地质灾害浅析

为了揭示汶川地震断裂活动与次生地质灾害的关系,在对汶川地震重灾区进行快速调查的基础上,分析了影响汶川地震的龙门山断裂带震后的断裂活动、地表破裂与崩塌、滑坡、泥石流等次生地质灾害发育特征的关系。野外调查发现,龙门山3条断裂带的地表变形破坏（包括沿断裂带的道路、农田、建筑物和边坡变形破坏）特征具有明显的差异性和分段性,映秀-北川断裂地震活动最剧烈,南坝-关庄断裂、灌县-安县断裂、平武-青川断裂等活动性次之的“横向”差异性,以及龙门山断裂带由南向北地震活动性减弱的“纵向”分段性。地震断裂活动的差异性和分段性明显控制了崩塌、滑坡、泥石流等次生地质灾害的发育特征,即映秀-北川断裂区域的次生地质灾害规模大、分布密度大、危害严重,沿其余断裂的次生地质灾害危害相对较轻。     

汶川地震后龙门山断裂带活动特征

利用地震后2009~2011年GPS监测数据,获得了龙门山断裂带所在地区2009~2010年、2010~2011年以及2009~2011年GPS测站运动速度场,分析了区域地壳运动总体趋势及形变特征;通过分析龙门山断裂带北段、中段、南段横切剖面的测站运动速度变化,探讨了汶川地震后龙门山断裂带运动特征。分析表明:汶川地震前后,地壳运动总体趋势未变,作顺时旋转;断裂带西侧GPS测站运动速度变大,东侧运动速度变小;龙门山断裂带的断裂性质地震前后都为右旋走滑挤压,断裂带运动速率受汶川地震影响较大,震后运动速率较震前有显著的增加。龙门山断裂带震后各段次级断裂活动不同,中南段以前山断裂运动为主,其它各段以后山断裂运动为主。地震后龙门山断裂带表现出的运动特征主要与地震活动有关。受汶川地震的影响,区域动力学、运动学平衡被打破,龙门山断裂带东侧震后初期弹性回返,表现为低速反向运动。龙门山断裂带西侧震后松弛为拉张区,运动速度加大。地震对断裂带的影响不同,导致断裂带各段及次级断裂表现出不同的运动特征。     

汶川地震的发生对周围断层稳定性影响的数值模拟

大地震发生后, 研究地震的发生对周围断层的影响尤为重要.利用川西-藏东地区三维粘弹性有限元模型,考虑地表高程和粘弹性松弛等因素的影响,研究主要断裂带库仑应力累积速率和汶川地震的发生对周围断层的影响.结果表明:(1)龙门山断裂带年累积速率为0.28×10-3~0.35×10-3 MPa/a,这种较小的累积速率与龙门山断裂带强震较长复发间隔一致;(2)汶川地震的发生除造成震源区应力减小外, 还造成断裂带北东段不同程度的应力增加, 这与震后余震的分布基本吻合;(3)鲜水河断裂北西段、东昆仑、龙日坝、岷江以及虎牙断裂库仑应力水平增加显著,且汶川地震对于玉树地震的发生有微弱的加载效应;(4)汶川地震的发生造成鲜水河断裂带强震复发间隔缩短约52~104 a,是值得关注的强震危险区.      

2023年8月6日山东德州平原M 5. 5地震同震变形及地震活动性变化数值模拟

2023年8月6日,山东省德州市平原县发生M 5. 5地震,造成了严重的经济损失,打破了山东省近40年未发生M≥5. 0地震的平静期。平原地震震中区域人口稠密,经济发展迅速,其引起的区域地震活动性变化与未来强震发生的可能性是社会关注的热点。本文通过有限元数值模拟方法,建立三维模型研究震中孕震环境及其邻区同震形变应力场,利用假定破裂模型模拟地震同震位错,根据库仑应力变化理论探究周围区域地震活动性变化。结果表明,本次地震主要形变集中于发震断层10 km范围内,震中位置库仑应力下降超过500 kPa,未来短期内强震发生概率不大。平原地震对附近地震活动性造成了一定影响,可能促进了北部走滑型中小震活动,抑制了西侧正断型地震的发生。对于华北平原及邻近断层地震活动性变化仍需要更长时间地震数据和更深入的研究工作。     

用地震资料估计的龙门山断裂深部形变及其对于汶川地震成因的意义

2008年5月12日汶川8.0级地震前龙门山断裂被“忽视”的原因之一是地质学证据和GPS测量证据均显示龙门山断裂长期以来形变速率很低。问题是,构造地质的结果是对一个较长的时间尺度的,而GPS结果反映的是较短时间尺度上的、地表上的、水平方向的形变,因此有理由怀疑由此得到的结论能否反映现今龙门山断裂的深部形变的全貌。我们采用类似于Kostrov方法的思路,利用最近30 a的地震资料,试图研究龙门山断裂的深部形变,并与其相邻的断裂进行比较。利用ML2.5以上的微震资料,给出了沿龙门山断裂带的累积Benioff应变,并根据震级频度关系计算了a值的空间分布。作为对照,同时计算了龙门山断裂邻区沿鲜水河、安宁河、则木河断裂各区域内的累积Benioff应变和a值。结果表明,在与地质学证据不同的时间尺度上,在与GPS证据不同的时间尺度、不同的深度上,并且不仅考虑到水平形变,与周边的断裂带相比,龙门山断裂带其实并不是一个“安静的”断裂带。在更短的时间尺度上,可以回溯性地观察到微震活动的一些异常变化,但这些变化似乎很难用于该地震的预测。我们讨论了相关的观测资料分析对于汶川地震的成因的意义。     

汶川地震断裂带结构、岩性特征及其与地震活动的关系

文章以龙门山中央断裂带映秀-北川断裂带为研究对象,重点对汶川地震破裂带南段虹口乡八角庙地区地表断裂带进行了详细研究,并结合汶川地震科学钻探1号孔(WFSD-1)岩芯部分研究成果,探讨龙门山中央断裂带的物质组成及其结构特征.研究表明,映秀-北川断裂带由很多次级小规模断裂(破碎带)以及夹持其中的块体所构成,其中断层泥的厚度由几毫米到25cm不等,与WFSD-1岩芯记录的地震断裂现象基本一致.从虹口乡八角庙露头来看,映秀-北川断裂带整体宽约120m,分布有近80条含有断层泥的次级断裂带.以台湾车笼埔断裂钻探项目(TCDP)和汶川地震科学钻探(WFSD)研究来看,一次大地震只能形成几毫米至约2cm厚的断层泥,推断映秀-北川断裂带中每层断层泥至少发生过1次到13次地震,该区总厚度约150cm的断层泥中发生地震次数至少为183次,说明沿着映秀-北川断裂带重复发生过多次强地震活动.每次地震活动并不完全沿袭老的地震断裂主滑移带滑动,而是沿着断层泥边部区域滑动.从整个断裂带中断层泥分布特征来看,地震断裂活动具有向断裂下盘迁移的趋势,并且断层泥的厚度与断裂活动性成正比关系,表明断裂带宽度与地震活动次数及其演化历史有着成因上的直接联系,多次地震活动叠加可能是龙门山形成的主要成因.     

汶川地震擂鼓地区地表变形特征及其机制探讨

基于擂鼓附近地表破裂几何形态的特殊性以及对擂鼓地区地震地表破裂机制存在的不同认识,本文通过野外实际调查测量,并结合已有的文献资料对擂鼓地区地震地表变形特征进行了详细研究。分析结果认为:擂鼓附近几何形态的变化、同震位移量的明显偏小,以及破裂带拐弯处的表层物质发散运动,表明该地区具有一般挤压阶区的特征。由于北川—映秀断裂北段是兼有逆冲运动和右旋走滑运动的断裂,所以相比于一般挤压阶区,擂鼓挤压阶区受到了更强烈的挤压隆升,并且仍受到逆冲引起的撕裂断层作用。擂鼓阶区内形成的滑坡、地表破裂以及鼓包都是局部块体受到强烈挤压作用的结果,而撕裂断层作用影响较小,且完全被挤压隆升变形所掩盖。根据文中的研究并结合已有的深部运动资料,笔者构建了擂鼓挤压阶区三维结构模型。对擂鼓地区的同震变形机制研究不仅有利于我们深入地理解汶川地震的地表破裂过程,也可为断裂阶区内的防震减灾提供理论依据。     

汶川5.12地震发震机理的数值模拟

将围岩看成弹性体, 断层看成具有应变软化的弹塑性体, 断层和围岩组成统一的地质介质系统。在给定的地应力、孔隙压力及边界位移的作用下, 应力逐渐积累, 当达到断层强度时, 断层进入塑性状态, 应变随之软化, 应力突然下降, 能量突然释放, 形成地震。根据这个原理, 利用有限差分FLAC软件, 对汶川5.12地震的机理进行了模拟。模拟结果证实:汶川5.12地震是在青藏高原侧向挤压, 四川盆地阻挡, 使龙门山断裂带受到缓慢增加的挤压应力场作用下形成的。计算结果给出了应力降、能量释放量、断层错动量、地震同震位移、震前位移、地震复发周期等重要参数, 结果与野外调查及其它资料给出的数据具有较好的一致性。      

汶川、芦山地震前龙门山断裂带地壳形变特征对比分析

为研究2008年汶川地震和2013年芦山地震前地壳形变特征,本文利用1999—2015年四期GPS速度场和1990—2017年跨断层短水准资料,对跨断层GPS速度剖面、GPS应变率场、断层闭锁程度和滑动亏损、跨断层年均垂直变化速率等进行了分析讨论,总结了汶川和芦山地震前后龙门山断裂带三维地壳变形演化特征。结果表明,汶川地震前龙门山断裂带中、北段处于强闭锁状态、断层面应力应变积累水平很高,而龙门山断裂带西南段闭锁较弱、变形速率明显高于中北段、依然可以积累应力应变,汶川地震震源位于闭锁相对弱的部位,这可能是导致汶川地震自初始破裂点沿龙门山断裂带向北东方向单侧破裂,而震中西南方向断层并没有发生破裂的原因之一。汶川地震的发生引起龙门山断裂带西南段应力应变积累速率加快、断层闭锁程度增强、闭锁面积增大,这在一定程度上促进了芦山地震的发生,而芦山地震震源位于汶川地震前强闭锁和弱闭锁的高梯度过渡部位。因为芦山地震只释放了龙门山断裂带西南段有限的应变能,并没有显著缓解该段的地震危险性,所以汶川和芦山地震之间的地震空段以及芦山地震西南方向的地震空段,依然需要持续关注。此外,本文还收集和对比分析了多次6～9级地震前地壳变形特征,同样显示地震成核于闭锁高梯度带区域而非完全闭锁区域内部,并且随着震级升高闭锁断层面的长度也在增大,这一现象还需在高分辨率形变数据的帮助下进行深入研究和分析。     

汶川地震断裂带多次地震活动新证据

虹口乡八角庙出露完整的映秀—北川断裂带剖面断层岩,高分辨率磁化率测试揭示出多个具有高磁化率特征的断层岩带。系统的岩石磁学分析证明一层褐色断层岩相对围岩具有最大的磁化率值,存在新生成的磁铁矿和拥有相似的天然剩磁(NRM)和非磁滞剩磁(ARM)强度衰减过程。高磁化率特征是含铁顺磁性矿物受到断层滑移过程产生摩擦生热作用生成磁铁矿所致。同时断层岩还获得了热剩磁,记录了地震活动磁学信息。结合汶川地震科学钻探项目1号孔(WFSD-1)磁化率和岩石磁学研究结果,说明映秀—北川断裂带包含多层具有高磁化率特征的断层岩,暗示了多次强震的发生。具有高磁化率特征的断层岩可以作为判定地震活动的标志之一。     

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。     

从断裂构造形迹分析汶川地震构造应力场特征

通过对四川汶川地震野外断裂构造形迹的实地考察的部分资料,结合汶川地震震源机制解等,分析了该区域构造应力场特征,对研究该区域地震活动有一定的指导意义.     

对汶川8·0级地震前后震源的重新定位

龙门山断裂带二侧的地壳厚度和速度结构存在很大差异,所以过去采用的单一均匀速度模型定位方法并不合适。Hypo2000定位程序对震中所在的不同区域进行分区分层对应,得出非均匀速度模型。用Hypo2000定位程序对汶川8·0级地震前后十余年187个地震台网记录进行了整理、筛选,得出震中分布图显示震前龙门山断裂带北端,即北川以北没有太多地震,主要还是活跃在中南部映秀地带,汶川8·0级地震也发生在这个地区,震后沿龙门山断裂带往北,北川以北出现了较多的余震。从余震深度剖面图看出,龙门山余震带南段断裂带呈上陡下缓的铲形断裂形态,余震带北段具有近乎直立的陡倾破裂结构,且地表破裂的二侧均有余震分布。     

汶川Ms8.0地震后龙门山断裂带地壳应力场及其构造意义

2008年5月12日在青藏高原东缘龙门山断裂带中段发生汶川8.0级特大地震。大震发生时释放应力并对震源区及外围构造应力场产生影响,受汶川地震断层破裂方式和强度空间差异性的影响,震后龙门山断裂带地壳应力场也应表现差异特征,至今鲜有针对该科学问题深入的分析和讨论。经过系统收集、梳理汶川地震后沿龙门山断裂带水压致裂地应力测量数据与2008年汶川地震中强余震序列震源机制解资料,对汶川地震后龙门山断裂带中上地壳构造应力场进行厘定,通过与震前构造应力场对比,深入探讨了汶川8.0级地震对龙门山断裂带地壳应力场的影响,进而对汶川震后应力调整过程及青藏高原东缘龙门山地区深部构造变形模式进行研究,研究结果表明:受汶川8.0级地震的影响,震后龙门山断裂带地壳构造应力场空间分布具有差异性,近地表至上地壳15 km深度范围,映秀—青川段最大主应力方向为北西西向、地应力状态为逆走滑型,青川东北部最大主应力方向偏转至北东东向、应力状态转变为走滑型;15~25km深度范围,龙门山断裂带最大主应力方向仍为北西—北西西向、应力状态以逆冲型为主。汶川8.0级地震后,龙门山断裂带中地壳北西西向逆冲挤压的构造应力特征进一步支持了青藏高原东缘龙门山地区东西两侧刚性块体碰撞挤压、逆冲推覆的动力学模式。     

汶川Ms8.0地震平原区地表破裂的初步调查

2008年5月12日四川省汶川发生MS 8.0级地震,造成龙门山断裂带映秀－北川断裂长达240km和灌县－江油断裂72km的地表破裂。同时在龙门山山前的成都平原内出现了地表弯曲变形、地裂缝、河流跌水以及具有条带状分布的喷砂冒水点和建筑物破坏加剧的现象。为此,对这一地区进行了进一步的调查工作。调查采取以寻访形式为主,结合使用高精度3D扫描仪进行地形测量和探槽开挖。通过调查,发现平原区的隐伏断裂在汶川MS8.0地震中发生了错动,断层破裂面在地表未见有出露,而是在近地表形成弯曲变形。什邡市师古镇和隐丰镇之间存在两条地震灾害异常带,北北东向灾害异常带长约7km; 北北西向灾害异常带长约5km。通过探槽开挖和地形测量得到的汶川MS8.0级地震在平原区形成的垂直位移为20cm。     

地震次生地质灾害对山区公路的危害和防灾研究

通过参阅研究"5.12"汶川特大地震灾后的公路地震灾害现场调查及已有相关文献资料,对地震诱发崩塌、滑坡、泥石流等主要次生地质灾害对山区公路的危害模式进行了归纳、剖析和探讨,阐述了地震区的地震次生地质灾害的空间分布规律。最后对位于地震区的山区公路在规划建设、在建、已建公路的不同阶段提出了相应的次生地质灾害的防灾研究。     

大地震前后实测地应力状态变化及其意义——以龙门山断裂带为例

实测地应力状态在连续地震事件前后的变化特征,对于应用地应力实测数据探索开展地震预报等研究有重要意义,但一直以来缺少典型实例研究。以龙门山断裂带西南段的跷碛和映秀地区为研究区,利用该地区汶川地震前至芦山地震后获得的地应力实测数据,分析了表征地应力状态的特征参数在汶川和芦山地震事件前后变化特征,探讨了其对地震预报研究的意义。研究表明,跷碛地区地应力状态特征参数K_HV、K_Hh和μ_m变化表现为芦山地震后值（QQ-14）大于汶川地震前（QQ-99）,QQ-99结果大于汶川地震后值（QQ-09）,而主应力梯度系数变化为QQ-09>QQ-14>QQ-99;分析认为K_HV、K_Hh和μ_m变化规律能准确反映汶川和芦山地震事件前后跷碛地区构造应力场演化特征,而仅用主应力随深度变化梯度系数变化特征,不能完全准确地反映构造应力场调整变化情况;映秀地区,除K_Hh外,主应力随深度变化梯度系数、K_HV和μ_m均表现为汶川地震后结果大于震前,其变化反映的应力场调整变化特征需要补充数据检验;利用地应力状态参数变化规律开展地震预报探索研究时,长期的、可对比的高质量地应力测量数据是研究有所突破的关键。研究成果对于龙门山地区构造应力场和减灾防灾研究有重要意义,对于应用地应力数据探索开展地震预报研究等有参考价值。      

四川汶川大地震的构造分析

2008年5月12日在汶川映秀(北纬31.0°,东经103.4°)发生8级大地震,而后发生万余次余震,其最大震级为6.4级.此次地震属主震-余震型地震.通过构造分析认为.汶川大地震是构造地震,主要受龙门山断裂带的强烈活动控制.它是一种板内地震,其动力来源来自印度板块与欧亚板块的碰撞.而成都平原处于稳定地块中,尽管离震中较近,然受地震的影响有限,是比较安全的.     

龙门山北端青川断层附近应力测量与断层稳定性

汶川8.0级地震后, 余震是否沿青川断裂向汉中方向发展, 是否还会发生强烈余震成为社会关注的问题。为了查明汶川8.0级地震后青川断层库仑应力的变化, 判明余震的发展趋势, 2008年6月2日~28日我们在青川断裂中段阳平关一带开展了断层附近原地应力测量研究, 在3个钻孔中分别用水压致裂法和解除法得到了断层上下盘构造应力的大小、方向和分布特征。根据实测的地应力资料, 断层附近最大水平主压应力方向为NE-NEE向, 与区域构造应力SN-NNE向主压应力方向有一些差异, 说明受断层活动影响, 断层附近的应力状态与区域应力场已经发生了改变。青川断层是一条逆冲兼右行走滑的活动断裂, 在汶川大地震中虽未见其活动, 但其阻隔了余震向北发展, 表明该断层是一条重要的边界断层, 既是区域构造分区的界线, 也是区域应力场的分区标志线。利用地应力实测资料研究了断层的活动性, 在测量深度域内水平和铅直应力的关系为σ_H>σ_h>σ_V, 该应力状态有利于逆断层活动, 与地质资料反映的以逆断层活动及近期在断层附近发生的地质异常现象一致。利用库仑摩擦滑动准则, 摩擦强度取0.6~1.0进行分析, 断层附近的现今地应力状态接近产生逆断层摩擦滑动的临界值, 其中断裂东段发生逆断层活动的可能性较小, 相比而言, 青川断裂带西段危险性更大。      

汶川地震震害特点及成因探讨

在对汶川、都江堰、彭州和北川等地地震灾害调查的基础上,结合大量文献资料,分析了震害特点并探讨了震害成因。认为汶川地震是在特殊的地质构造和地球动力学背景下产生的,地震震害有许多独特之处。地震产生的许多变形带是浅表层局部变形,与浅表层地质条件有关,不是地震断层,破坏性不严重。地貌在地震中有伸缩现象,其中山体部分伸展、河谷地带收缩、地貌伸缩与地震中应力释放和应变恢复过程产生的多层次滑脱有关。桥梁在地震中遭到了严重破坏,许多桥梁完全垮塌,显示架空结构建筑物对地震的抗击能力差,有的桥梁有中央断裂或垮塌一半的特点,可能是因为河流两岸地震波不连续或不同方向震动强度不同。地震中建筑物的破坏具有不均匀性,主要表现有滑坡和崩塌加重了建筑物的破坏、地基不均匀导致建筑群不均匀破坏、饱和砂土地震液化引起地基失效导致建筑群强烈破坏、斜坡带临空一侧建筑物破坏程度高、建筑物的破坏具有与地震波相关的方向性。汶川地震震害警示,在强烈地震区加强地质研究、地质灾害危险性评估、工程勘察和结合地震破坏特点的工程抗震设防的极端重要性。