【摘要】：汶川地震是發(fā)生在疊瓦狀曲面斷層上的一次復(fù)雜破裂過(guò)程,北川-映秀斷層和灌縣-江油斷層以及與其垂直相交的小魚(yú)洞斷層均有地表破裂發(fā)生,已有動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)研究表明斷層破裂擴(kuò)展至三個(gè)斷層相交處發(fā)生了重要的轉(zhuǎn)換。因而,北川斷層、彭灌斷層和小魚(yú)洞斷層的破裂順序是反演汶川地震破裂過(guò)程的關(guān)鍵。本文首先建立合理的三維復(fù)雜斷層模型,采用3種可能的破裂方式,基于并行非負(fù)最小二乘法和多時(shí)間視窗技術(shù),聯(lián)合遠(yuǎn)場(chǎng)、近場(chǎng)、GPS和地表破裂資料,反演汶川地震精細(xì)破裂過(guò)程,給出了合理的破裂方式。進(jìn)一步采用近場(chǎng)加速度記錄和差分進(jìn)化方法,反演斷層面上高頻輻射分布規(guī)律,對(duì)比分析高低頻地震波輻射的差異。主要成果如下:1.綜合考慮三維發(fā)震構(gòu)造模型、余震分布和地表破裂調(diào)查,建立更符合實(shí)際的曲面斷層模型;采用遠(yuǎn)場(chǎng)36個(gè)臺(tái)站垂直向P波位移記錄,利用并行非負(fù)最小二乘法結(jié)合多時(shí)間視窗技術(shù),反演了汶川地震破裂過(guò)程。研究表明:(1)目前震源破裂過(guò)程反演廣泛采用的單側(cè)破裂,在北川斷層虹口-映秀近地表區(qū)域不產(chǎn)生與地表破裂相符的位錯(cuò)。如果彭灌斷層與小魚(yú)洞斷層相交處發(fā)生雙側(cè)破裂,則會(huì)在斷層南段近地表處產(chǎn)生高達(dá)4m的位錯(cuò),且在北川斷層虹口-映秀近地表區(qū)域不產(chǎn)生位錯(cuò),這與地表破裂矛盾。而北川斷層淺部區(qū)域從與小魚(yú)洞斷層相交處發(fā)生雙側(cè)破裂,則會(huì)在虹口-映秀近地表產(chǎn)生與地表破裂相符的位錯(cuò),明顯優(yōu)于單側(cè)破裂。綜合三種破裂方式的結(jié)果,本文認(rèn)為北川斷層在與小魚(yú)洞斷層相交處發(fā)生雙側(cè)破裂更符合汶川地震的實(shí)際情況。(2)北川斷層南段和彭灌斷層空間上接近,兩者在遠(yuǎn)場(chǎng)臺(tái)站的格林函數(shù)波形相似,基于遠(yuǎn)場(chǎng)記錄的反演不能區(qū)分兩者的位錯(cuò),且北川斷層南段位錯(cuò)分布的可靠性大于彭灌斷層的位錯(cuò)分布。2.選用近場(chǎng)方位角覆蓋較均勻的43個(gè)臺(tái)站三分向速度記錄,采用并行非負(fù)最小二乘算法結(jié)合多時(shí)間視窗技術(shù),得到了汶川地震破裂過(guò)程。研究表明:(1)與遠(yuǎn)場(chǎng)記錄反演結(jié)果相似,單側(cè)破裂和彭灌斷層在與小魚(yú)洞斷層相交處發(fā)生雙側(cè)破裂,北川斷層虹口-映秀淺部都不產(chǎn)生位錯(cuò)。要使虹口-映秀區(qū)域發(fā)生與地表破裂吻合的位錯(cuò),只有北川斷層在與小魚(yú)洞斷層相交處發(fā)生雙側(cè)破裂才能滿足,所以北川斷層需發(fā)生雙側(cè)破裂。北川斷層西南側(cè)高傾角區(qū)域有明顯的破裂停頓和二次破裂,部分區(qū)域破裂持時(shí)可達(dá)15s左右。(2)51MZQ、51SFB、51MXN和51MXT等臺(tái)站水平向較大的PGV與斷層面相鄰區(qū)域的滑動(dòng)速率具有很好的一致性。說(shuō)明,斷層面上發(fā)生較大滑動(dòng)速率的區(qū)域,其臨近臺(tái)站往往伴隨有較大的PGV產(chǎn)生。3.為了克服單一數(shù)據(jù)分辨率不足的缺陷,聯(lián)合遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)資料以及聯(lián)合遠(yuǎn)場(chǎng)、近場(chǎng)、GPS和同震位移觀測(cè)資料反演了汶川地震破裂過(guò)程。研究表明:(1)聯(lián)合遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)資料,提高了北川斷層南段高傾角部分、PGF南半段區(qū)域以及北川斷層北川附近滑動(dòng)分布的識(shí)別能力。(2)反演中加入GPS資料能很好的控制斷層淺部和北川斷層北段的滑動(dòng)分布。(3)聯(lián)合反演結(jié)果顯示,汶川地震破裂持續(xù)時(shí)間達(dá)100s,釋放地震矩為1.058×10~(21)N·m,斷層面上存在5個(gè)凹凸體,表明此次地震至少由5個(gè)子事件組成�；瑒�(dòng)主要分布在北川斷層上,說(shuō)明北川斷層是主要的破裂面。在北川斷層南段上,龍門(mén)山鎮(zhèn)下側(cè)以及虹口-映秀近地表區(qū)域的位錯(cuò)以逆沖錯(cuò)動(dòng)為主,最大滑動(dòng)量達(dá)12m,位于虹口下側(cè);在岳家山到清平近地表附近錯(cuò)動(dòng)以逆沖為主兼有走滑錯(cuò)動(dòng),最大滑動(dòng)量約為10m。北川斷層北段上,北川附近滑動(dòng)以逆沖為主,最大滑動(dòng)量10m;南壩到青川區(qū)域以走滑錯(cuò)動(dòng)為主,最大滑動(dòng)量10m。在彭灌斷層上,白鹿下方區(qū)域的位錯(cuò)也以逆沖為主,斷層深部位錯(cuò)達(dá)8m。4.利用蘆山地震記錄建立的加速度包絡(luò)衰減關(guān)系和汶川地震近場(chǎng)30個(gè)臺(tái)站的加速度包絡(luò),基于線源模型采用差分進(jìn)化方法反演了汶川地震斷層面上高頻(1Hz)輻射區(qū)域分布。結(jié)果表明:(1)斷層面上高頻輻射分布很不均勻,輻射較強(qiáng)的區(qū)域主要位于:產(chǎn)生較大地表破裂的映秀、北川和南壩區(qū)域;映秀和北川等凹凸體的周邊區(qū)域,包括震中東北側(cè)60~90km區(qū)域、北川和南壩東北側(cè)30km處;斷層破裂停止的東北端約30km長(zhǎng)的區(qū)域。其中,破裂貫穿到地表的映秀、北川和南壩是高頻和低頻輻射都很強(qiáng)的區(qū)域。(2)對(duì)于無(wú)觀測(cè)記錄場(chǎng)點(diǎn),選擇其臨近且場(chǎng)地條件類(lèi)似的臺(tái)站加速度提取平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程,結(jié)合高頻輻射分布和衰減關(guān)系得到的包絡(luò),合成了加速度時(shí)程,可為汶川地震結(jié)構(gòu)震害分析提供地震動(dòng)輸入。
[Abstract]:The Wenchuan earthquake is a complex rupture process on imbricated curved faults. Both Beichuan-Yingxiu fault, Guanxian-Jiangyou fault and Xiaoyudong fault intersected vertically have surface ruptures. The existing dynamics and kinematics studies have shown that the rupture extends to the intersection of three faults and undergoes an important transformation. The rupture sequence of Beichuan fault, Pengguan fault and Xiaoyudong fault is the key to inverting the rupture process of Wenchuan earthquake.Firstly, a reasonable three-dimensional complex fault model is established. Based on the parallel non-negative least squares method and multi-time window technique, the method combines far-field, near-field, GPS and surface rupture data to invert Wenchuan earthquake. The high frequency radiation distribution on fault plane is inverted by using near field acceleration record and differential evolution method, and the difference between high frequency and low frequency seismic wave radiation is analyzed. A more realistic curved surface fault model is established, and the fracture process of Wenchuan earthquake is inverted by using the parallel non-negative least square method and multi-time window technique with the vertical P-wave displacement records of 36 stations in the far field. If the Pengguan fault and Xiaoyudong fault intersect, a dislocation of up to 4m will occur near the surface of the southern section of the fault, and no dislocation will occur near the surface of the Hongkou-Yingxiu area of the Beichuan fault, which is in contradiction with the surface rupture. Bilateral rupture occurs at the intersection of strata, and dislocations corresponding to surface rupture occur near Hongkou-Yingxiu, which is obviously superior to unilateral rupture. Faults are close in space, and the waveforms of Green's function are similar at the far-field stations. The inversion based on the far-field records can not distinguish the dislocations of the two stations, and the reliability of the dislocation distribution in the south section of Beichuan fault is greater than that of Pengguan fault. 2. 43 stations with uniform near-field azimuth coverage are selected and parallel non-negative velocity records are used. The results show that: (1) Similar to the inversion results from far-field records, the unilateral rupture and the Pengguan fault occur at the intersection of the Xiaoyudong fault and the dislocation does not occur at the Hongkou-Yingxiu shallow part of the Beichuan fault. Only when the Beichuan fault intersects with the Xiaoyudong fault can the dislocations of fissure anastomosis be satisfied. Therefore, the Beichuan fault needs to undergo bilateral rupture. The slip rate to the larger PGV is in good agreement with that to the adjacent area of the fault plane. It shows that the area where the larger slip rate occurs on the fault plane is often accompanied by the larger PGV produced by the adjacent stations. 3. In order to overcome the defect of insufficient resolution of single data, the far-field and near-field data as well as the far-field, near-field, GPS and co-seismic data are combined. The results show that: (1) the combination of far-field and near-field data can improve the recognition ability of slip distribution in the south part of Beichuan fault, the South half of PGF and the north part of Beichuan fault. (2) GPS data can control the slip in the shallow part of the fault and the north part of Beichuan fault. (3) The joint inversion results show that the rupture duration of the Wenchuan earthquake is 100 s, the release moment is 1.058 (21) N 65507 The dislocations on the lower side of Menshan Town and near the surface of Hongkou-Yingxiu are mainly thrusting, with the maximum slip of 12 m at the lower side of Hongkou and strike slip of 10 m at the vicinity of Yuejiashan to Qingping. In the area from Nanba to Qingchuan, the strike-slip dislocation is dominant, and the maximum slip is 10m. On Pengguan fault, the dislocation in the area below Bailu is also dominant, and the deep dislocation of the fault is 8m.4. The acceleration envelope attenuation relationship established by Lushan seismic record and the acceleration envelope of 30 stations in the near-field of Wenchuan earthquake are used based on the line source model. The regional distribution of high frequency (1Hz) radiation on the fault plane of Wenchuan earthquake is inverted by chemical method. The results show that: (1) the distribution of high frequency radiation on the fault plane is very uneven, and the regions with strong radiation are mainly located in Yingxiu, Beichuan and Nanba regions, which produce large surface ruptures, and the surrounding areas of concave-convex bodies such as Yingxiu and Beichuan, including 60-90km area in the north-east of the earthquake. Beichuan and Nanba are located at 30 km northeast of Beichuan and Nanba, and the northeast end of the fault rupture stops at about 30 km long. The envelope obtained from the relationship between frequency radiation distribution and attenuation synthesizes the acceleration time history, which can provide seismic input for the seismic damage analysis of Wenchuan earthquake structure.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：P315

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本文編號(hào)：2227856