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.     

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.     

2015年智利8.3级地震构造背景及对俯冲带地震的启示

2015年发生在智利Coquimbo的M_w8.3级地震是一个典型的俯冲带地震,其大小、破裂滑移分布与利用震间期GPS观测得到的智利南部俯冲带闭锁模型一致.利用反投影方法得到的破裂过程初步解显示,这次地震的破裂由震中(约25 km深)向浅部传播,并且这次地震破裂的能量辐射与频率明显相关,与2010年发生在Coquimbo地震破裂南部约50 km的M_w8.8级地震的观测结果一致,表明这部分俯冲带的断层性质随深度存在着系统变化.这次2015年8.3级地震的震前及同震观测资料将对地震破裂动力学的数值模拟提供一个难得的模型约束信息.     

2022年泸定MS6.8地震同震形变特征及周边强震危险性

2022年四川泸定6.8级地震发生于鲜水河断裂磨西段,为揭示此次地震的同震形变特征,收集了震中200 km范围内的连续全球定位系统(global positioning system, GPS)测站和震中50 km范围内的强震动数据,进行了高精度处理以提取测站的同震水平位移.此外,还收集了覆盖震中区域的Sentinel和ALOS-2降轨数据,通过干涉差分技术处理并获得了卫星视线向同震形变场.结果显示:水平同震形变呈四象限分布,表明泸定地震的震源机制为左旋走滑;距震中16 km的强震动台站记录到了明显的位移波形,其峰值位移达14 cm、永久变形约为12 cm;合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)显示断层近场30 km×30 km区域具有明显的同震变形,断层西侧卫星视线向最大位移达15 cm,挖角乡附近的局部形变超过15 cm;野外调查推测在“二台子-爱国村”间的断层段发育地表破裂,但从InSAR形变场上难以判定,同震是否破裂到地表仍需详细的野外考察予以确定.反演了川滇块体北东边界主干断裂在泸定地震前的闭锁分...     

高频GPS测定的汶川Ms8.0级地震震时近场地表变形过程

以龙门山断裂带下盘的四川GPS连续观测网高频(1 Hz)GPS观测资料为基础, 得出了2008年5月12日发生在四川汶川的Ms8.0级大地震的震时近场地表形变过程. 结果显示: 地震在近场产生的最大形变量明显大于震后位移, 破裂带北段各站水平分量震时先向震中方向运动, 后转折垂直于破裂带方向运动, 南段各站水平分量形变相对较小且基本为可恢复性变形. 各站垂向均先下沉, 然后呈周期性上下起伏波动. 将高频GPS所得位移与强震仪所得结果进行对比分析, 发现震动初期两者具有较好的一致性, 但中后期虽然相位基本同步, 但其振幅存在10 cm左右的差异, 其具体原因还需进一步研究论证. 此次记录到的汶川大地震近场地表变形过程, 可为进一步研究地表破裂过程和地震波的传播方式提供非常有价值的基础资料.     

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.     

GPS观测的2015年尼泊尔M_S 8.1级地震震前应变积累及同震变形特征

2015年4月25日,在印度板块与欧亚板块交界区的喜马拉雅地震带上发生了尼泊尔MS 8.1级大地震.震前GPS速度场和应变率场显示,喜马拉雅地震带整体表现为15.94±1.82 mm/a的压缩特征,同时还具有分段活动特征.此次地震发生在速度场顺时针旋转和逆时针旋转的分界带,该处最大主压应变率的量值在喜马拉雅地震带并非最大.GPS观测的同震位移场揭示了尼泊尔MS 8.1级地震引起的地壳变形特征,分别有9和6个测站观测到明显的水平向和垂向同震位移,其水平分量的运动方向整体表现为南向运动,位于震中东南侧的3个测站垂直分量表现为上升,其余测站为下降.中国境内距离震中最近的5个测站的垂向同震位移显示,此次地震造成珠穆朗玛峰的沉降量约为4mm.依据GPS观测到的同震位移场,利用非负最小二乘方法反演震源断层面上的滑动分布.反演结果表明最大滑动量为6.84 m,滑动量较大的区域分布在加德满都附近及其以北区域的下方,这可能是造成加德满都地区具有较大破坏的原因之一,该滑动分布模型能够很好地解释GPS观测到的同震位移.利用此滑动分布模型计算的地震矩为8.21×1020 N m,对应的矩震级为MW7.9.     

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.     

利用GPS 位移反演日本Mw 9.0 仙台地震及Mw 7.9 强余震静态位错模型

基于GPS 观测的M_w 9.0 日本仙台地震同震形变及震后8 h 的地表形变, 考虑分层介质模型的影响, 反演了主震及震后8 h 的断层的位错分布. 结果显示, 主震位错对应的矩震级为M_w 8.98, 最大同震位错量可达23.3 m, 在震中区显示出纯逆冲特性, 震中两侧断层错动显示出一定的走滑分量. 另外, 约90%的地震能量发生在40 km 深度以上. 而由震后8 h 的地表形变反演的结果显示, 这一期间释放能量约相当于一个M_w 8.13 的地震, 位错主要分布在主震破裂的西南区域, 最大位错量约1.5 m, 破裂峰值区与M_w 7.9 强余震有明显的对应关系, 暗示震后8 h的断层错动主要是由M_w 7.9 强余震引起的. 另外, 主震破裂的深部延伸面在震后0.2~0.4 m 的滑动可能主要是无震余滑.     

机载激光雷达技术与海原断裂带的精细地貌定量化研究

高分辨率、高精度的地形资料是活动断裂研究的基础,机载激光雷达测距(light detection and ranging,LiDAR)系统的出现为精确高效获取精细地貌形态提供了新的解决方案.本文基于海原断裂带机载LiDAR扫描项目所获得的地形数据,发现1920年海原地震在哨马饮区段的同震位移,并测量得到水平同震位移约为8.6 m,垂直同震位移约为0.8 m.另外,还得到哨马饮冲沟累积位移量精确值,结合前人测定的阶地年龄,估算海原断层全新世以来的水平方向滑动速率为4.0±1.0 mm/a,抬升的垂向速率下限为0.4±0.1 mm/a.海原断裂带机载LiDAR实验表明,基于LiDAR数据的精细地貌定量化研究可以准确获取同震位移和累计位移,减少滑动速率的不确定性,得到之前难以计算的垂直运动速率,从而加深对断裂带地震活动性和复发周期的认识,理解全新世以来的断层活动特性.     

构造、地貌和气候对汶川地震同震及震后地质灾害的控制作用 ——以龙门山北段通口河流域为例*

通过对汶川地震驱动的通口河流域同震崩塌、滑坡等地质灾害的野外实地考察和遥感影像分析,获得通口河流域同震及震后地质灾害的空间分布情况,结合对通口河流域构造、地貌和气候等因素的分析,获得以下认识：（1）构造因素（汶川地震）是导致通口河流域同震地质灾害的根本原因;（2）地貌因素为同震及震后地质灾害的发生提供了重要的环境条件;（3）以降雨为主的气候因素是导致震后通口河流域地质灾害发生的直接诱发因素。     

2015年4月25日尼泊尔M_w7.8级地震的孕震构造背景和特征

2015年4月25日尼泊尔发生M w7.8级大地震,震源机制解结果一致表明该地震为低角度逆冲型.迄今发生百余次余震,其中包括M s7.0级以上强余震,并触发正断层型小震群.此次地震发生于喜马拉雅碰撞造山带中段,位于1934年比哈-尼泊尔M w~8.1级和1505年木斯塘M w~8.2级地震之间的地震空区内,是自1950年察隅M w~8.4级地震以来喜马拉雅主逆冲断裂上发生的最大震级地震.为更好地理解这次地震,本文综述喜马拉雅造山带的构造背景、断裂组合构成和几何形态、历史强震分布和破裂范围、现代小地震活动性特征、强震孕育的基本模式、震间加载和同震位移的空间互补性.在简单介绍同震破裂的断面初始解基本特征基础上,初步讨论了这次尼泊尔地震与喜马拉雅带特征型地震的关系,与2008年汶川地震的比较,以及低角度逆冲地震破裂的地表出露和对区域地震危险趋势的指示意义等问题.     

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.     

张北-尚义地震同震形变场雷达差分干涉测量

用合成孔径雷达差分干涉测量技术获取1998年1月10日张北-尚义地震(Ms = 6.2级)的同震形变图, 利用地震前后欧洲遥感卫星1和2号合成孔径雷达(ERS-1/2 SAR)的三景数据做重复轨道差分处理得到震前震后的干涉纹图. 由视向形变图可知, 此次地震造成隆起形变, 形变中心位于114°20′E, 40°57′N, 最大视向位移量达25 cm, 形变集中在300 km2范围内, 根据地震同震形变场的空间分布特征分析了震源机理和孕震构造.     

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.     

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...     

四川九寨沟M_s7.0地震主震及其余震序列精定位

采用基于三维速度模型的定位方法,测定了九寨沟M_s7.0级地震的主震位置,震中为103.806°E,33.201°N,震源深度为20.4 km.使用最近一个强震台(51JZB)的S-P到时差,估算了主震初始破裂点的深度不浅于14.3 km.利用流动观测获得定位精度较高的余震,对早期余震位置进行校正,并采用双差方法对震后一个月的余震进行了重定位,获得了3030个地震的位置.余震呈北西西向的条带状分布,长约42 km,余震北临塔藏断裂,南接虎牙断裂北端.主震位于余震带的中央,其两侧各有长约20 km的余震带,西北侧有一长约5 km的余震稀疏段.西北段余震深度较浅,余震带宽度约6 km;东南段余震深度较深,余震带较窄,约4 km.余震震源深度的优势分布范围在4~20 km之间.发震断层倾角较陡,平均值约为84°.断层倾向和倾角沿走向方向有明显变化,断层在浅部向西南倾斜,深部略向北东倾斜.主震初始破裂点深度大于矩心深度和余震平均深度,地震破裂由深向浅传播.余震沿断层走向有明显的时空扩展特征,震源区可能存在余滑.     

M_w9.0日本Tohoku大地震静态位错模型:陆地GPS资料和海底GPS/Acoustic资料联合反演的结果

采用分层介质模型,联合陆地GPS资料和海底GPS/Acoustic资料反演了Mw9.0日本Tokohu大地震的静态位错模型.反演中,根据先验信息引入更切合实际的断层几何构型,即倾角随深度增加,而走向角则随海沟的走向而变化.结果显示,这次地震的地震矩为3.68×1022Nm,对应的矩震级为9.01,最大同震滑移量约为45.8m.位错主要分布在从39.6°N延伸至36.97°N约240km的范围,并且绝大部分位移在小于40km的断层浅部.检测板测试结果显示,相对于仅使用陆地GPS资料的情况,联合反演能更好地分辨断层的位错分布情况,联合反演结果更真实地反映了断层的破裂情况.     

汶川Mw8.0级地震震源破裂过程研究: 分段特征

利用全球台网中均匀分布的远场台站记录的39个长周期P波和SH波波形数据, 研究了5月12日汶川8级地震的矩张量解、破裂过程及破裂特征. 研究结果表明汶川地震由可分辨的5次7.3级以上地震组成, 这5次子事件在时间上连续发生, 空间上由在起始破裂点处的一次走滑破裂, 距起始破裂点80 km范围内的2次逆冲破裂, 以及在北川附近的2次右旋走滑破裂组成. 前3次破裂的震级分别为M_w7.3, 7.6, 7.4级, 后2次的震级分别为M_w7.5和7.4级. 破裂过程反演结果表明整个破裂在时间上持续了105 s, 在北川-映秀断裂上自起始破裂点所在的南西端向北东方向单侧扩展, 造成沿断层地表破裂近230 km, 地表平均位错达4 m. 研究结果揭示此次地震破裂过程至少由2段组成, 在起始破裂点所在的西南段即都江堰-汶川段, 破裂以逆冲错动为主, 最大错动位移达8.2 m; 在绵竹附近, 破裂开始转变为向北东方向扩展的右旋走滑错动, 断层错动区域较西南段浅, 主要发生在北川-青川段10 km深度以上, 最大位移位于地表, 为6.53 m. 相应地在地表出现了两个位移达6 m以上的地段, 其一是都江堰-汶川段, 地表的最大位移为6.44 m; 其二是北川-青川段, 最大位移6.53 m. 这种分段性存在一定的构造背景.