汶川地震自发破裂与强地面运动的数值模拟研究

发布时间：2020-06-20 07:38

【摘要】：2008年5月12日龙门山地区发生Ms 8.0汶川地震,震中位置103.4°E,31.06°N,造成了以汶川、映秀为中心及其周边地域的严重破坏和人员的重大伤亡。龙门山位于青藏高原东缘和四川盆地的交汇处,地震发生后,大量地质考察、地球物理探测与地表形变观测在此展开,为探讨汶川地震的破裂机制,及验证多种青藏高原形变模型提供了丰富的数据支持。汶川地震发生已近10年,地震动力学模拟为认识汶川地震做出了重要贡献,但是已有研究一般只涉及映秀-北川主断层的模拟,并未考虑龙门山多断层系统断层相互作用关系,因而限制了我们对汶川地震复杂的破裂过程,多断层作用机制以及龙门山地区地震危险性等问题的认识。且龙门山地区地形复杂、海拔变化大,是青藏高原边缘最剧烈的地形梯度带;因此震害难测,增加了抢险救灾的艰巨性,为及时救援造成很大干扰。为解决上述问题,论文以汶川地震为研究对象,基于龙门山构造带断裂几何学及地震破裂模型等资料,利用连续-非连续力学理论及多时空尺度数值模拟方法,对汶川地震育孕特征、成核机理、破裂扩展等关键问题开展了研究。首先,论文基于连续-非连续耦合求解方法,构建了三个包含不同主断层的地震全周期自发破裂的二维模型,从震间应力积累到同震应力释放,对汶川地震的孕育与发生进行了全周期的模拟再现;进而探讨龙门山断裂带三条主断层的相互作用关系,断层倾角的发震影响,汶川地震的发震机理与震后的危险性。经过大量模拟结果的对比分析,研究认为汶川地震成核在灌县-江油断层与它几何形态的应力积累效应有关;灌县-江油断层与映秀-北川断层的破裂导致系统整体应力水平降低,使汶川-茂汶断层不再具备破裂的应力条件;对比震前震后断层应力积累与释放情况,汶川-茂汶断层的应力积累在震后有所减弱,但仍具有较高残余应力,因此它可能是震后的下一个危险区;另外,高角度铲型逆冲断层的贯通性破裂与断层深部的破裂扰动有关,使得逆冲地震发震断层的倾角上限比传统的认识要大。同时本文基于代表性震源破裂过程运动学反演结果,建立包含障碍体破裂过程的震源滑动三维模型,实现断层分段、空间倾角以及滑移角的动态设定,利用高性能计算技术,开展了地形对强地面运动影响的大规模数值模拟计算。为更好理解地形因素对于强地面运动数值模拟结果的影响,本文选用区域复杂地形数据并建立了包含地形起伏影响及去除地形影响的两类模型,通过模拟两类模型同震破裂过程,计算强地面震动波形模拟结果、地表峰值速度分布图谱,来阐明大震作用下复杂地形因素对于强地面数值模拟结果的影响。结果显示:一般地,地形在地震动传播过程中具有显著放大作用;而在地形起伏变化不大的区域,地形放大效应减弱甚至抑制。同样,强震动台站的断层距对地形效应具有放大或抑制作用。因为地形高差与障碍体的影响,地震造成的峰值可能出现在震中区域之外;包含地形起伏影响模型的地表峰值速度(PGV)区域位于汶川与北川附近;而未考虑地形影响模型的PGV区域除映秀-北川断层外还位于灌县-江油断层的北东段,处清平、安县附近;前者结果同震后灾害调查以及烈度分布结果大致相符,因此地形影响在模拟中至关重要。上述结果对汶川地震近实时强地面运动波场的模拟、峰值图谱的圈定及未来大地震强地面运动特征的预测都有重要指示意义。
【学位授予单位】：中国地震局地质研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P315
【图文】：

地震构造图,地震构造图,活动断层,红线

（a）龙门山地区地震构造图

示意图,龙门山,构造背景,示意图

6方。图1.2 龙门山构造背景示意图引自Feng et al.，（2016）1.3 国内外研究现状1.3.1 龙门山地区隆升机制研究现状拥有世界上最高海拔和极厚大陆地壳的青藏高原地处印度板块和欧亚板块汇聚区，汇集了断层性质复杂的众多断裂，是中国境内地震最活跃的区域之一（张培震等，2008；张鑫，2014）。2008 年 5 月 12 日四川西部龙门山构造带发生 MS8.0 的汶川大地震，大量地质、地球物理探测以及地表形变观测在此展开，提供了前所未有丰富的数据支持；龙门山断裂带也成为研究青藏高原形变模式的典型地区。地球物理观测数据表明：青藏高原地壳的厚度是正常大陆地壳厚度的两倍（Wangetal.，2007；Xu et al.

【参考文献】