从龙门山地质地貌分段性探讨芦山地震与汶川地震的关系*

在龙门山中、北段发生汶川Ms8.0级特大地震5年之后,2013年4月20日在龙门山南段发生了芦山Ms7.0级地震。基于芦山地震基本特征及其所处的龙门山断裂带的构造特征、地貌水系特征、重力异常分布特征,分析芦山地震发生的区域地质背景,并探讨2013年芦山地震与2008年汶川地震之间的关系。初步获得以下认识：①芦山地震并不是汶川地震的余震,它们是两次独立的地震,芦山地震与汶川地震具有一定的关联性,汶川地震可能促进了芦山地震的发生;②下地壳流向上仰冲可能是芦山地震和汶川地震共同的成因机制,这一成因机制可以很好地解释汶川地震与芦山地震之间的空区;③龙门山南段在山前发育多条断裂和褶皱带,使得这一地区由北西向南东的应力在山前多个断裂和褶皱带得到一定的释放,因此不具备发生类似汶川地震这样特大地震的构造条件。     

从汶川地震到芦山地震

正汶川地震和芦山地震都发生在龙门山构造带,间隔时间不到五年,两者之间是否有关联,芦山地震是否为汶川地震的余震,汶川地震是否诱导了芦山地震,未来龙门山构造带还有哪里会发生类似的地震等,这些问题都亟待研究解答。五年之内,四川龙门山区域发生两次强地震。地震带来的不只是巨大的创伤,更有对民众心理的冲击、对科学家公信力的质疑,以及对政府应急能力的考验。汶川地震以来的五年,对抗震救灾有许多总结,对地震本身有许多研究,但对灾害何以如此严重,对如此大的地震为什么没能预见到等问题,却很少有深刻的反思。"多难兴邦","难"本身不能兴邦,但"难"可以为我们提供反思与进步的机遇,能从中吸取足够的经验和教训。地震是一个自然现象,但地震带来的不只是自然科学     

基于水准数据的芦山7.0级地震震间期和同震位移场特征

利用1985~2010年跨龙门山断裂带南段的精密水准观测,并消除2008年汶川地震同震变形的影响,获取了龙门山断裂带南段震间期的地壳垂直形变场.结果表明,双石-大川断裂(龙门山前山断裂)和新开店断裂(大邑断裂南段)之间的芦山地块处于正、负垂直形变梯度带相交的区域,说明该区域在芦山地震前25年内已闭锁.根据2010~2013年穿过震区的水准观测数据,同时消除震前近3年的地壳垂直变形,得到了芦山地震同震垂向位移.同震位移场揭示距离震中最近的达多35水准点最大同震位移达到198.4 mm(相对马雅165基),西北盘(上盘)相对东南盘(下盘)向上运动,显示发震断层以逆冲错动为主.对比芦山地震垂向同震变形和震间期变形,可发现该地震符合弹性回跳学说,芦山地块震间期积累的弹性应变能(位移亏损)在震时得到弹性回跳释放.     

龙门山南段山前印支晚期隐伏生长褶皱的构造几何模拟与分析

经高分辨率处理后的地震剖面展示了龙门山南段山前大邑地震勘探区的深部存在一隐伏的生长断层转折褶皱. 对地震剖面的构造变形以及褶皱两翼生长前、生长期间和生长后地层的变形几何关系进行了详细的构造解析; 利用断层转折褶皱几何变形的计算机模拟技术对大邑深部隐伏生长断层转折褶皱进行了不同沉积速率时几何变形过程的模拟, 提取构造特征与实际地震反射剖面进行对比. 研究结果表明, 龙门山南段山前也存在印支晚期的低角度逆冲推覆过程, 构造活动发生在须家河四段(T₃x⁴)中上部沉积期间, 与龙门山北段山前印支晚期的逆冲推覆过程相对应, 但推覆位移量较北段小.     

汶川M_S8地震最大地表同震垂直位移量及其地表变形样式

汶川地震的同震变形量及其分布是揭示汶川地震孕育机制、破裂扩展特征的重要科学依据.已有研究显示汶川地震致使龙门山中央断裂中-北段和前山断裂中段分别产生长度为240和90km的地表破裂带.在对北川县沙坝村一带地质地貌调查和广泛走访老乡,获得震前地貌、建筑物信息和照片实证的基础上,对主要的地物标志、被断错建筑物位差等进行全站仪和差分GPS实测,得到沙坝村邹家院一带最大垂直位移为(9±0.5)m,右旋位移量约为(2±0.5)m.尽管沙坝村一带地表表现为正断层,但与其他地段的同震变形一致,表现为断层西北盘上升,不存在一般正断层上盘重力下滑迹象;这些说明,(9±0.5)m的位移值应为汶川5.12地震地表最大同震垂直位移量.     

汶川MS8地震最大地表同震垂直位移量及其地表变形样式

汶川地震的同震变形量及其分布是揭示汶川地震孕育机制、破裂扩展特征的重要科学依据. 已有研究显示汶川地震致使龙门山中央断裂中-北段和前山断裂中段分别产生长度为240和90 km的地表破裂带. 在对北川县沙坝村一带地质地貌调查和广泛走访老乡, 获得震前地貌、建筑物信息和照片实证的基础上, 对主要的地物标志、被断错建筑物位差等进行全站仪和差分GPS实测, 得到沙坝村邹家院一带最大垂直位移为(9±0.5) m, 右旋位移量约为(2±0.5) m. 尽管沙坝村一带地表表现为正断层, 但与其他地段的同震变形一致, 表现为断层西北盘上升, 不存在一般正断层上盘重力下滑迹象; 这些说明, (9±0.5) m的位移值应为汶川5.12地震地表最大同震垂直位移量.     

2013年芦山地震滑坡空间分布样式对盲逆断层构造的反映

2013年4月20日芦山地震后,关于地震发震断层的判识与考察成为了地震学家关注的对象与争论的焦点.基于野外调查与可利用的高分辨率航片人工目视解译方法,初步建立了芦山地震滑坡空间分布图.从地震滑坡的角度开展芦山地震发震断层的分析与讨论,旨在为芦山地震发震构造研究提供地震滑坡方面的证据.综合垂直可能发震断层走向的3个地震滑坡密度剖面分析的结果为:双石-大川断裂的下盘区域发生了较多的滑坡,滑坡丰度在双石-大川断裂附近没有发生突变行为;滑坡在大邑断裂附近发育极少,滑坡密度没有发生突变行为;滑坡密度在上里西断裂NW方向1~2 km处发生了一次较明显的突变行为,上里西断裂的上盘滑坡丰度明显高于下盘.据此,本文得出了初步结论:在芦山地震中主要活动的断层既不是双石-大川断裂,也不是大邑断裂,更可能是两者之间的一条具有明显的线状地貌特征的上里西断层,断层错动并没有传到地表,为一次盲逆断层型的构造地震.     

2008年汶川8.0级特大地震孕育和发生的多单元组合模式

2008年5月12日四川省汶川县境内发生8.0级特大地震. 这次逆冲型地震发生在大陆内部的高角度逆冲断裂之上, 与有历史记载以来所发生的逆冲型特大地震是不同的. 通过对汶川地震的地表破裂、震源机制、余震定位、地震破裂过程、同震地壳形变、强地面运动等的综合研究, 认为汶川特大地震的孕育和发生是3个地质单元共同作用的结果. 川西高原作为变形单元震前发生长期持续的变形, 并且将变形转换为积累在龙门山断裂带的应力; 龙门山断裂带作为闭锁单元震前变形缓慢但积累很大的应力, 当其超过断裂的摩擦强度或岩体的破裂强度时就突发破裂, 形成地震, 释放出巨大的能量; 四川盆地作为支撑单元对川西高原和龙门山的向东运动产生阻挡, 是汶川地震孕育不可缺少的元素. 汶川地震的孕育和发生可以用多单元组合模型来理解.     

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90 km,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。     

汶川地震破裂近场震后变形观测及其意义

汶川地震破裂带上的近场震后变形, 是一种震后的蠕滑行为, 而且大部分表现为与同震滑移的方向相反. 地震断层的活动通常划分成震前、同震、震后和震间4个阶段, 反映了一次地震从孕育、发生到结束的整个演化过程, 而不同活动阶段的变形特征反映出不同的应力状态和力学性质. 汶川地震沿龙门山断裂带形成了两条长分别为250和72 km的地表破裂带. 为了了解汶川地震地表破裂带的震后变形特征, 对中央主破裂带上人为破坏较轻的断层崖或断层挠曲崖进行反复测量, 结果显示在19个观测点中, 13个观测点(68%)的断层崖或断层挠曲崖的高度(垂直同震位移)震后降低回落, 平均降低了9.7%; 5个观测点(26%)没有发生变化; 1个观测点(6%)的在震后继续抬升, 抬升了12.8%, 而且该观测点位于中央主破裂带的南西端部. 尽管这种变化中存在着上冲断层盘虚假抬升后压实回落的影响, 但主要是沿汶川地震破裂带发生的震后滑移造成的, 而且大部分震后滑移(68%)与同震滑移的方向相反. 除破裂端部存在同震位移亏损, 弹性能释放不完全外, 其他部位同震位移要么与震间累积达到平衡, 要么过冲产生能量亏损, 揭示了汶川地震的能量可能基本释放完全, 发生7级以上强余震的可能性不大. 此外, 这种震后变形特征还告诉我们, 在进行活动断层构造地貌研究时, 特别是通过断层崖高度(或其他水平位错量)判断断层运动速率和估计古地震事件大小时, 除侵蚀作用产生的误差外, 还需要考虑10%左右来自震后滑移的系统误差.     

滇西南龙陵-澜沧断裂带——大陆地壳上一条新生的破裂带

龙陵－澜沧断裂带是一条新生的破裂带，由多条斜列式或丛集式次级断层组成，以活断层、地震断层、地震成带分布为特征。运动性质为左旋－拉张。形成时代为早、中更新世，晚期继续活动，未来破裂趋势首先将断开那些构造闭锁段、破裂不连续段，然后使断裂带完全贯通，同时伴随强震发生。     

玉树M_S7.1级地震地表破裂与历史大地震

野外调查表明,青海玉树MS7.1级地震较清晰的同震地表破裂带由3条主破裂左阶组成,走向310°～320°,总长约31km,左旋走滑性质.另在隆宝镇东侧一带见有长约2km的雁列式张裂缝带,如以该点为破裂带的北端点,则破裂带总长约51km.地表破裂带由一系列挤压鼓包与张裂缝相间排列或雁列式裂缝组成,实测最大水平位错约1.8m.地表破裂带沿甘孜-玉树断裂展布,显示该断裂是此次地震的发震构造.甘孜-玉树断裂历史上记载过多次7级左右地震,古地震遗迹明显,具有短周期的大地震重复特征.玉树地震的孕育机制与汶川地震一样,都是青藏高原东扩、地块边界应力积累和释放的结果,不同的是玉树地震为巴颜喀拉地块与川滇块体向东不均匀挤出产生的左旋走滑型地震.     

汶川-映秀M_S8.0地震的地球物理场与动力过程

汶川-映秀M_S8.0大地震发生在当今构造、地震远不如相邻地带的龙门山断裂系上,震间和震后在地表形成了一条长300 km,宽近80 km,发生了70000多次余震的长廊地带,造成了严重的地表破坏和大量人员伤亡,而震前却未见到可视为与大地震发生与发展有因果关系的征兆现象,可是大地震就在这里发生了.多年的研究表明,这次M_S8.0大地震的发生乃是由于印度洋板块与欧亚板块碰撞、挤压,且东构造结向北"顶进"插入青藏高原东北缘力系作用下导致的该区构造、地震均强烈活动,在此背景下:(1)高原腹地壳、幔物质向东运移受阻、应力集中,深部物质重新分异、调整,物质与能量进行强烈交换;(2)震源深处介质属性与结构变异、破裂,且导致重力场的高度不均衡;(3)川西高原,相对低速壳、幔物质在坚硬的四川盆地壳、幔物质阻隔下,沿龙门山陡峭主断裂面相上逆冲,并在龙门山3条不同角度西倾断裂向下收敛处强烈碰撞;(4)震源深处汇聚断裂的形成构成了汶川-映秀M_S8.0大地震的发震断裂.     

四川汶川Ms 8.0级地震北川-映秀地表破裂的复杂现象

通过对2008年5月12日四川汶川Ms8.0级地震后北川和映秀两地的地震破裂带调查, 得出几点初步认识: 北川-映秀地震破裂带总体上走向NE, 倾向NW; 北川-映秀地震破裂带以逆冲为主, 兼小量走滑运动, 并表现出不同地区的复杂性, 在北川发现与右旋走滑相关的现象, 在映秀则可见左旋走滑构造; 北川2条地表破裂带挤压逆冲缩短量总和为2.8~3.9 m, 映秀地表破裂左旋走滑位移为0.52 m.     

非均匀断层上的破裂传播及对震级预测的挑战

针对发震断层上的潜在地震开展震级和地表震动预测,对开展地震灾害区划、防震减灾等工作十分关键.由于断裂带本身的多种非均匀性,如断层几何、介质结构、应力的非均匀分布,准确预测震级面临着众多挑战.本文简要回顾了影响地震破裂传播及震级的因素,指出了应力分布状态、断层孕震带尺度、断裂带介质结构对破裂传播过程的影响.在非均匀应力分布下,震级对破裂起始位置(震中)具有强烈的依赖性,即震中-震级存在“测不准”关系,震中对破裂是否延伸到地表也有控制作用.走滑断裂带孕震带尺度(在倾向上的深度)对破裂是否发展为“逃逸型”大地震有控制作用.近断裂带的介质结构对破裂方向性、延展尺度都有显著影响.未来可通过密集地震台阵观测获取高分辨率断裂带结构,并结合实验室流变性质测量,推断发震断层的流变结构,为刻画可能发震的凹凸体提供支撑.针对震中对震级的影响,可以通过破裂动力学模拟,结合大地测量观测、地震学观测、实验室摩擦实验结果,进行数值实验,探索可能发生强震的震中区域,为野外观测提供参照.此外,动力学数值模拟结果也可以弥补大地震近场地表震动观测数据缺乏的不足,为开展基于地震物理过程的灾害区划提供参考.     

汶川地震对芦山地震孕震环境影响的数值模拟

利用有限元数值模拟方法,以汶川地震和芦山地震的野外地质调查、同震位移和汶川地震前形变观测结果为约束,分析研究了高海拔地形蓄积的重力位能作用下,中地壳低速层的存在以及中央断裂和前山断裂同时破裂的条件下汶川地震的发生对龙门山南段孕震环境的影响.模拟计算结果显示,在一定的模型壳幔介质属性及空间结构下,龙门山断裂带西侧低速层的存在、青藏高原向四川盆地过渡带的地形特征以及汶川地震时中央断裂和前山断裂同时破裂的条件,是控制汶川地震对芦山地震孕震环境影响程度的重要因素.其中,地形和低速层对汶川地震引发的芦山地震孕震环境库仑破裂应力变化的影响最为显著,在所选剖面的北东段,地形特征的影响更为明显,而汶川地震双破裂面的影响则较小.     

大别山北部碰撞后伸展-逆冲推覆构造

逆冲推覆构造和伸展构造同时出现在大别山北部. 根据大别山北部的系统构造研究, 确定沿磨子潭-晓天断裂的伸展构造和以金寨-舒城断裂为前缘的逆冲推覆构造具有相同的剪切方向, 并表现出南部深层次的韧性伸展滑脱向北部浅层次的韧-脆性及脆性逆冲推覆的过渡和转变关系. 提出大别山北部的伸展和逆冲推覆构造由碰撞后扬子陆块陆壳继续俯冲、大别山核部隆升过程中的伸展作用所产生, 是大别山超高压变质岩折返过程中伸展构造的一部分. 沿磨子潭-晓天断裂向北西伸展滑脱的浅变质岩在向北西扩展过程中, 因前缘受阻由向北西伸展转变为向北西逆冲, 形成逆冲推覆构造. 其形成时间在200~170 Ma, 可能延续到晚侏罗世.     

2022年青海门源Mw 6.6地震的发震断层及孕震构造模式

2022年1月8日青海门源盆地北缘发生Mw 6.6地震,震源机制反演表明此次地震属于左旋走滑事件.震后10 d内,近600个余震被检测到,最大余震为M 5.1级.此次地震发生在祁连-海原左旋走滑断裂系统的冷龙岭段,该断裂段全长127 km,由古地震研究确定的特征地震大小在Mw 7.3～7.5.为了更为全面理解此次地震的震源机制以及当地孕震模式,我们分析了地震波形,获取了主震和17个Ms≥3.0余震的震源机制与矩心深度.利用升、降轨道SAR数据获取的像元偏移数据和同震干涉相位(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)确定了两条地表破裂带的位置,并利用InSAR数据反演了主震的滑动模型.研究发现,此次地震破裂带对应于冷龙岭断裂西段和托莱山断裂的阶区,发震断层存在3个形变中心,最大滑动量约为4 m,出现在冷龙岭断裂上,形变中心深度为4 km.滑动模型显示释放了累计能量～1.58×10¹⁹Nm,约合矩震级Mw 6.68,与本文利用地震学方法得到的Mw 6.58接近.结合区域活动构造特征、1986和2016年两次门源地...     

活断层中断层泥的显微构造特征及其意义

粘滞滑动和稳态蠕变是断层活动的两种基本方式,前者与地震的发生有着密切的关系。对于地表出露的各种断层,在地质时期经历了什么样的运动方式是评价断层活动习性的重要标志之一。因此,断层活动方式的判断是当前广大地震地质工作者十分关注的问题。Sibson认为断层泥产出于断层带内,是在断裂作用下形成的具有特殊结构构造的变形物质,并认为断层泥的组构至少是在剪切过程中形成的。他根据岩石破裂的三种主要机制提出(1986),     

云南景谷地震震源深度:新生断裂脆韧性转换带深度探讨

地震深度能够约束地壳流变结构,成熟断裂的脆韧性转换带深度为10km左右,而存在于古老稳定地块的新生断裂上,地壳脆韧性转换带深度在地壳浅部数千米处.但是构造活动区新生断裂的相关研究较少,2014年10月7日云南景谷M_w6.1地震为此提供了一个较为难得的案例.本文使用基于Pn/Pg相对定位方法和CAP(cutand paste)方法分别反演得到了景谷主震和2次5级以上余震的震源起始破裂深度和矩心深度.主震的起始深度为9.5km,矩心深度为5.0km,主震破裂于深部然后向浅部发展,而2次余震可能表现为圆盘式破裂,其震源矩心深度与起始深度较为接近.综合大地电磁测深结果和区域流变结构,发现3次地震的深度与电性高低阻分界面和岩石强度拐点深度接近,由此可以认为这一新生断裂的脆韧性转换深度约为10km.此次景谷地震研究结果表明,构造活动强烈区新生断裂的脆韧性转换带深度与成熟断裂类似,不同于古老稳定地块新生断裂的流变结构.