【摘要】：1.概述大地震同震及其震后效應(yīng)對(duì)周邊區(qū)域地殼形變場、應(yīng)力場、斷層活動(dòng)狀態(tài)及地震危險(xiǎn)性等的持久影響越來越受到國際學(xué)界的關(guān)注,成為近二十多年來的研究熱點(diǎn)。作為有地震歷史記錄以來的首個(gè)發(fā)生在大陸內(nèi)部的高角度逆沖型8級(jí)強(qiáng)震,2008年5月12日汶川8.0級(jí)特大地震的發(fā)生不僅造成了嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,對(duì)區(qū)域構(gòu)造變形與斷層應(yīng)力積累等也會(huì)產(chǎn)生持續(xù)而顯著的影響。汶川地震之后5年,在龍門山斷裂帶南段于2013年4月20日又發(fā)生了蘆山7.0級(jí)地震,再次引起了人們對(duì)于該斷裂帶未來地震危險(xiǎn)性的討論。針對(duì)汶川地震和蘆山地震兩次事件開展同震及震后的相關(guān)研究,不僅對(duì)了解兩次地震自身的破裂特征以及相互關(guān)系有重要價(jià)值,對(duì)于分析周邊區(qū)域地殼形變場、應(yīng)力場受地震影響產(chǎn)生的狀態(tài)變化,判定區(qū)域主要活動(dòng)斷層的未來地震危險(xiǎn)性等也都具有重要意義。因此本文以汶川地震和蘆山地震為研究對(duì)象,基于經(jīng)典的位錯(cuò)理論和粘彈本構(gòu)關(guān)系,開展兩次地震同震位錯(cuò)及震后粘彈松弛效應(yīng)引起的區(qū)域形變場、應(yīng)力場變化的研究工作。本文首先通過綜合多學(xué)科資料分別構(gòu)建了汶川地震、蘆山地震的發(fā)震斷層3D模型,以此為基礎(chǔ)聯(lián)合利用多種同震觀測數(shù)據(jù)反演獲得了汶川地震、蘆山地震斷層同震位錯(cuò)分布;基于Burgers體粘彈本構(gòu)關(guān)系,以GPS時(shí)間序列為約束,汶川地震同震位錯(cuò)分布為初始條件,借助有限元數(shù)值模擬確定了龍門山斷裂帶兩側(cè)塊體中下地殼各自最優(yōu)的短期、長期有效粘滯系數(shù);計(jì)算了兩次地震同震位錯(cuò)及震后粘彈松弛效應(yīng)引起的區(qū)域形變場變化;從庫侖應(yīng)力變化的角度討論了汶川地震和蘆山地震對(duì)后續(xù)余震及近年來周邊區(qū)域一系列中強(qiáng)震的發(fā)生所起的作用,分析了周邊主要活動(dòng)斷層庫侖應(yīng)力演化,結(jié)合速率-狀態(tài)摩擦本構(gòu)律討論了未來值得關(guān)注的重點(diǎn)斷層段。2.本論文取得的主要進(jìn)展(1)汶川地震發(fā)震構(gòu)造及斷層同震位錯(cuò)分布以汶川地震地表破裂、物探剖面、重新定位的余震序列作為深淺構(gòu)造強(qiáng)約束,參考區(qū)域地質(zhì)剖面、速度成像、大地電磁測深等研究成果,通過多剖面解譯的方式建立了汶川地震發(fā)震斷層3D模型,主要包含北川-映秀斷裂和灌縣-江油斷裂,另外在余震區(qū)穿過青川斷裂后的區(qū)域斷層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)顯著變化,識(shí)別出一條未知的反傾斷層,而非北川-映秀斷裂的簡單延伸,后經(jīng)反演測試認(rèn)為該斷層可能并未參與同震破裂過程。聯(lián)合利用包含震后影響相對(duì)較小的GPS、InSAR、強(qiáng)震動(dòng)等同震數(shù)據(jù)為約束反演,獲得了斷層同震位錯(cuò)分布,結(jié)果顯示最大位錯(cuò)值達(dá)10m左右的高值區(qū)域主要集中在虹口-小魚洞和北川-平通附近,北川-映秀破裂西南段北支、岳家山-清平、南壩東北、漢旺附近的最大位錯(cuò)值也可達(dá)到4~6m左右。斷層運(yùn)動(dòng)方式在漢旺-白鹿段以逆沖運(yùn)動(dòng)為主,北川-映秀破裂則從西南到北東,由逆沖為主逐漸變?yōu)橐杂倚呋\(yùn)動(dòng)為主。另外在深部滑脫帶上識(shí)別出幾個(gè)最大值4m左右的高位錯(cuò)量區(qū)域,經(jīng)過分析傾向于認(rèn)為是同震破裂導(dǎo)致而非主要由震后余滑引起。反演矩震級(jí)為M_W7.9,模擬結(jié)果與同震觀測數(shù)據(jù)、野外地表破裂數(shù)據(jù)等都較為吻合。此外,通過基于前人公布的不同斷層模型開展反演對(duì)比,認(rèn)為斷層模型可能控制了斷層同震位錯(cuò)分布的主要特征,并可能是導(dǎo)致不同學(xué)者反演得到的最大同震位錯(cuò)量范圍從7m到14m的主要原因。(2)蘆山地震發(fā)震構(gòu)造及斷層同震位錯(cuò)分布基于簡化斷層模型,在GPS數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上通過補(bǔ)充更多的水準(zhǔn)、強(qiáng)震動(dòng)等近場同震觀測數(shù)據(jù)開展反演,與單獨(dú)利用GPS數(shù)據(jù)的前人反演結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,分析了近場觀測數(shù)據(jù)的豐富程度對(duì)同震位錯(cuò)分布特征產(chǎn)生的顯著影響。鑒于蘆山地震未產(chǎn)生地表同震破裂,且發(fā)震構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜,單獨(dú)依靠地表大地測量數(shù)據(jù)反演確定斷層產(chǎn)狀參數(shù)較為困難,以蘆山地震余震序列重新定位結(jié)果為主,參考區(qū)域地質(zhì)、地球物理信息對(duì)斷層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多剖面解譯,獲得了包含主斷層F1、同傾次級(jí)斷層F2、反傾次級(jí)斷層F3和F4、淺部滑脫帶F5的震區(qū)3D斷層模型。聯(lián)合利用GPS、水準(zhǔn)、強(qiáng)震動(dòng)同震數(shù)據(jù)基于上述斷層模型進(jìn)行反演測試,結(jié)果顯示同震滑動(dòng)主要發(fā)生在主斷層F1的斷坡附近,反傾的次級(jí)斷層F3、F4也出現(xiàn)了一定量的同震錯(cuò)動(dòng),整體都以逆沖運(yùn)動(dòng)為主,F3斷層可能還兼有一定的右旋走滑分量,次級(jí)斷層F2可能未參與同震破裂。淺部滑脫面F5雖然同震滑動(dòng)量較小,但它的存在對(duì)于限制下方破裂繼續(xù)向地表擴(kuò)展非常重要,同震時(shí)主要對(duì)下方構(gòu)造的逆沖運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換。反演得到的矩震級(jí)為M_W6.5,模擬結(jié)果能夠很好的擬合地表同震觀測數(shù)據(jù),并能在一定程度上解釋地表GPS“左旋”運(yùn)動(dòng)表象和深部斷層純逆沖錯(cuò)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)關(guān)聯(lián)。(3)龍門山斷裂帶兩側(cè)塊體粘彈結(jié)構(gòu)考慮到龍門山斷裂帶兩側(cè)巴顏喀拉塊體和四川盆地之間存在著顯著的粘彈性質(zhì)差異以及粘滯系數(shù)表現(xiàn)出的時(shí)間依賴特征,基于Burgers體本構(gòu)關(guān)系建立區(qū)域的垂向分層、橫向分塊有限元模型,以分裂節(jié)點(diǎn)的方式引入汶川地震同震位錯(cuò)分布作為模型的初始條件,通過分析模擬結(jié)果與四川盆地上6個(gè)連續(xù)GPS站的時(shí)間序列數(shù)據(jù)的擬合程度,依次確定四川盆地和巴顏喀拉塊體中下地殼的短期和長期有效粘滯系數(shù)。結(jié)果表明四川盆地中下地殼短期有效粘滯系數(shù)為9.0×10~(18)Pa.s,長期有效粘滯系數(shù)為1.0×10~(21)Pa.s;巴顏喀拉塊體中下地殼短期有效粘滯系數(shù)為5.0×10~(17)Pa.s,長期有效粘滯系數(shù)為9.0×10~(18)Pa.s。(4)汶川地震和蘆山地震對(duì)區(qū)域形變場的影響模擬結(jié)果顯示,汶川地震同震水平位移在龍門山斷裂帶中段主要表現(xiàn)為斷裂帶兩側(cè)的相向運(yùn)動(dòng),在斷裂帶北段兩側(cè)水平位移的運(yùn)動(dòng)方向出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)向,在該段表現(xiàn)出明顯的右旋走滑特征。位移量顯著的區(qū)域主要在破裂區(qū)附近,并隨著離開斷裂向兩側(cè)快速衰減,其中西側(cè)巴顏喀拉塊體上衰減相對(duì)較慢。對(duì)比分析震后5年及10年的水平位移場可以看出,震后粘彈松弛效應(yīng)引起的水平位移場是同震位移場的進(jìn)一步發(fā)展,影響的空間范圍更廣,形態(tài)特征上則表現(xiàn)出繼承性。對(duì)比分析考慮和不考慮斷裂帶兩側(cè)粘彈結(jié)構(gòu)橫向差異的模擬結(jié)果,認(rèn)為粘彈結(jié)構(gòu)的橫向差異使得斷裂兩側(cè)震后形變場更加具有不對(duì)稱性。蘆山地震的影響范圍基本局限在龍門山斷裂帶南段附近,同震水平位移場表現(xiàn)為斷裂帶兩側(cè)的相向運(yùn)動(dòng)以及斷裂帶附近沿走向的雙向逃逸。震后5年的的水平位移場在斷裂帶兩側(cè)表現(xiàn)出更為突出的量值不對(duì)稱性,其中斷裂中心區(qū)域呈扇形向東擴(kuò)散且量值較大,斷裂西側(cè)表現(xiàn)為扇形收縮指向斷裂,斷裂東側(cè)位移不明顯。兩次地震的綜合效應(yīng)中汶川地震占主導(dǎo),主要影響區(qū)域除龍門山斷裂帶及兩側(cè)巴顏喀拉塊體東部和四川盆地之外,對(duì)青藏高原東北緣地區(qū)形變場也產(chǎn)生了顯著影響。蘆山地震震后效應(yīng)則抵消了汶川地震對(duì)龍門山斷裂帶南段的部分影響,使得該區(qū)汶川地震引起的南向、南南東向水平位移幅值減小,方向也更接近南向。從汶川地震同震位錯(cuò)、震后粘彈松弛效應(yīng)對(duì)蘆山震區(qū)形變場、應(yīng)力場變化等的影響結(jié)果來看,汶川地震的發(fā)生有利于后續(xù)蘆山地震的發(fā)生。(5)汶川地震和蘆山地震對(duì)區(qū)域應(yīng)力場的影響分析了汶川地震、蘆山地震同震位錯(cuò)引起的庫侖應(yīng)力變化與后續(xù)余震分布較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。討論了兩次地震對(duì)周邊區(qū)域近年來發(fā)生的一系列典型中強(qiáng)震事件所起的作用,認(rèn)為蘆山地震對(duì)幾次地震的影響可以忽略,汶川地震同震位錯(cuò)及震后粘彈松弛效應(yīng)引起的庫侖應(yīng)力變化則有利于2014年11月22日康定6.3級(jí)、11月25日康定5.8級(jí)、2017年8月8日九寨溝7.0級(jí)地震的發(fā)生,對(duì)2013年7月22日岷縣-漳縣6.6級(jí)地震有一定的抑制作用,對(duì)2014年8月3日魯?shù)?.5級(jí)地震影響不顯著。對(duì)比基于不同粘彈介質(zhì)模型、不同汶川同震位錯(cuò)模型的結(jié)果,認(rèn)為這些模型的選擇對(duì)庫侖應(yīng)力結(jié)果影響較大,綜合分析后推測汶川地震同震位錯(cuò)產(chǎn)生的庫侖應(yīng)力變化有利于蘆山地震的發(fā)生,而且至蘆山地震發(fā)震前,汶川地震同震位錯(cuò)及震后粘彈松弛效應(yīng)的綜合影響仍表現(xiàn)為有利于蘆山地震的發(fā)生。從對(duì)周邊斷層的影響來看,蘆山地震的影響較為有限,僅使得它與汶川地震間的破裂空段、鮮水河斷裂帶南段、龍泉山西緣斷裂中段產(chǎn)生一定的庫侖應(yīng)力增加。汶川地震影響的空間范圍則更廣,量值也更大,它與蘆山地震的綜合效應(yīng)使得二者間的破裂空段、平武-青川斷裂北段、文縣斷裂東段、龍日壩斷裂北段、灌縣-江油斷裂北段等庫侖應(yīng)力顯著增加,并超過了通常認(rèn)為的觸發(fā)閾值0.01MPa,另外使得臨潭-宕昌斷裂東段、迭部-白龍江斷裂東段、文縣斷裂西段、虎牙斷裂、岷江斷裂南段、平武-青川斷裂南段、馬爾康斷裂、北川-映秀斷裂中北段、龍泉山西緣斷裂北段等庫侖應(yīng)力顯著降低。對(duì)比分析了考慮和不考慮龍門山斷裂帶兩側(cè)粘彈介質(zhì)橫向差異的模型結(jié)果,認(rèn)為兩種模型獲得的庫侖應(yīng)力整體特征基本一致,但忽略介質(zhì)橫向差異會(huì)使得庫侖應(yīng)力變化量值被高估。以庫侖應(yīng)力變化為應(yīng)力擾動(dòng),考慮區(qū)域背景地震發(fā)生率差異,基于速率-狀態(tài)摩擦本構(gòu)律計(jì)算了龍門山斷裂帶周邊區(qū)域主要斷層未來可能的地震發(fā)生率和泊松發(fā)震概率。計(jì)算結(jié)果顯示至2023年,6級(jí)以上地震發(fā)生率和發(fā)震概率相對(duì)較高的斷層段主要為東昆侖斷裂帶中段、鮮水河斷裂帶中段,這兩個(gè)段落受汶川地震和蘆山地震綜合庫侖應(yīng)力的正影響,未來強(qiáng)震危險(xiǎn)性值得進(jìn)一步關(guān)注。
【圖文】：

第一章 緒論1.1 國內(nèi)外研究進(jìn)展2008年5月12日，南北地震帶中段的龍門山斷裂帶上發(fā)生了汶川8.0級(jí)特大，除了造成大量的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失外，由于該地震是有地震歷史記錄以次發(fā)生在大陸內(nèi)部的低滑動(dòng)速率、高角度逆沖型8級(jí)強(qiáng)震（張培震等，2009）此備受關(guān)注。汶川地震發(fā)生后5年，在龍門山斷裂帶南段于2013年4月20日又了蘆山7.0級(jí)地震（陳運(yùn)泰等，2013）。兩次地震間的關(guān)系到底如何，以及地震的發(fā)生對(duì)周邊區(qū)域的影響等問題進(jìn)一步引起了學(xué)者們的興趣，并針對(duì)多面開展了相關(guān)的研究工作。

的精細(xì)特征，以連續(xù)GPS實(shí)測數(shù)據(jù)為約束確定斷裂帶兩側(cè)各自粘彈結(jié)構(gòu)，建立有限元粘彈模型，，以此為基礎(chǔ)獲取兩次地震同震及震后效應(yīng)對(duì)區(qū)域形變場、應(yīng)力場的影響，開展主要斷層庫侖應(yīng)力狀態(tài)的分析工作。論文的整體技術(shù)路線如圖1.2所示。
【學(xué)位授予單位】：中國地震局地質(zhì)研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P315

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2679077