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汶川8.0级地震前后龙门山断裂活动特征浅析

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第28卷第4期 2 0 0 8年8月 大地测量与地球动力学 JOURNAL OF GEODESY AND GEODYNAMICS VoI_28 No.4 Aug.,2008 文章编号:1671—5942(2008)04-0007-06 汶川8.0级地震前后龙门山断裂活动特征浅析 焦 青 杨选辉 许丽卿 王 博 (中国地震局地壳应力研究所,北京 100085) 摘 要利用跨龙门山断裂的流动短水准观测资料分析了汶川地震前后各测点的变化特征。分析认为:1)汶川 地震前(2006年)跨断层短水准观测到了龙门山断裂的活动,且在震前均出现不同程度的加速活动特征;2)震前龙 门山断裂中南段为逆断层活动,地表变形呈反“s”型;3)跨断层位移测量反映了汶川地震区域地表应力集中、释放 的时空演化过程,且机理解释与震源机制解基本一致。 关键词 汶川I地震;龙门山断裂;跨断层位移;孕震机理;水准测量 中图分类号:P3l5.72 5 文献标示码:A PRELIMINARY STUDY oN MoTIoN CHARACTERISTICS oF LoNGMENSHAN FAULT BEFoRE AND AFTER Ms8.0 WENCHUAN EARTHOUAKE Jiao Qing,Yang Xuanhui,Xu Liqing and Wang Bo (Institute ofCrustal Dynamics,CEA,Beijing 100085) Abstract In this paper by utilizing the mobile short..1ine leveling data across the Longmenshan fault the vana.. tion characteristics at each observation site before and after the Wenchuan earthquake are analyzed.By analyzing the motion type and stress pattern of the Longmenshan fault we investigated the seismogenic process and mechanism of the earthquake.The preliminary results are as follows.a)Before the Wenchuan earthquake the cross—fault short— line leveling in 2006 showed the activity at all of the stations of Longmenshan fault with a characteristic of accelera— tive movement to different degrees.b)Before the ea ̄hquake the short—line leveling indicated that the middle—south segment of Longmenshan fault showed reverse faulting movement,and the fault deformation was of inversive“S” type.c)Before and after the Wenchuan earthquake the cross—fault displacement measurements reflected the spatial— temporal evolution of the accumulation and release of regional surface stress,the interpretation of their mechanism is basically consistent with the focal mechanism solution. Key words:Wenchuan earthquake;Longmenshan fault;cross—fault displacement;seismogenic mechanism;leveling 1 2008年5月12 El 14时28分四川省汶川县发 生了8.0级强烈地震。该地震强度大,波及范围广, 收稿日期:2008-06-03 美主 瞿莩曩 耿达、七盘沟短水准测点2006年开始出现了显著的 位移变化,震后跨双河断裂(属龙门山断裂)的双河 基金项目:中国地震局地壳应力研究所基本科研业务专项(重点)项目(ZDJ2007—6) 作者简介:焦青,女,1956年生,高级工程师,主要从事地壳形变与地震研究.E—mail:jq_602@163.com 维普资讯 http://www.cqvip.com 8 大地测量与地球动力学 28卷 短水准测点、跨灌县-安县断裂的灌县短水准测点出 现大幅度的变化,这对研究汶III地震前后龙门山断 裂的受力状态、断裂活动特征及震后的应力调整等 断裂带。 龙门山断裂带形成于中生代,燕山期局部有重 新复活的现象。新生代以来,印度板块与欧亚板块 强烈碰撞而产生的强大推挤力,使其又发生大规模 的逆掩推覆构造变形,龙门山继续抬升,山前强烈坳 陷,并形成多级夷平面 J。晚第四纪(晚更新世一 全新世)龙门山断裂带继续活动,GPS观测等研究 结果显示龙门山断裂带EW向缩短的速率是不明显 具有十分重要的价值。本文利用跨龙门山断裂流动 短水准观测点的观测资料,通过震前震后各测点的 活动特征,分析了汶III 8.0级大地震的孕震机理。 2发震构造的基本概况 此次强烈地震发生在龙门山断裂带上。该断裂 的 一 。 南起泸定、天全,向北东延伸经宝兴、灌县、江油、广 龙门山断裂分为南、中、北3段(泸定.灌县、灌 元进入陕西勉县一带,全长约500 km,宽40~50 县-北川、北川-广元段),历史上中强地震主要集在 km,主要由3条断裂组成,自西往东分别为汶川.茂 中南段,北段地震活动水平十分弱。至有史料记载 汶断裂(龙门山后山断裂)、映秀.北川断裂(龙门山 以来,龙门山断裂北段北川以北未发生过6级以上 中央断裂)和灌县.安县断裂(龙门山前山断裂),断 地震,而断裂的中南段历史上曾发生过4次6级以 裂总体走向N45。E,倾向NW,倾角50。~70。。该断 上地震(表I,图I),其中1657年汶III的6.5级地震 裂带不仅是甘青块体与华南块体的边界带,而且是 是该断裂带有记载以来发生的最大一次地震。 III西震区与盆地的分界,是一条规模大,位置特殊的 表1龙门山断裂(一780--2008-05)Ms/>6.0地震目录① Tab.1 Catalog ofMs/>6.0 earthquakes on the Longmenshan fault(from Sep.。1327 to May,2008) 3龙门山断裂流动短水准测点及观测 由表2可见断层活动与耿达测点同时段变化不完全 一资料状况 致。 跨灌县.安县断裂的灌县短水准测点,位于灌县 龙门山断裂中南段布设有流动短水准测点5处 二王庙,4—3测线长270 in,共8站,1978年2月1 (图1,表2),它们分别跨汶川-茂汶断裂(龙门山后 日起测。1993--1994年观测资料显示断层拉张活 山断裂)、灌县 安县断裂(龙门山前山断裂)和新津. 动显著,变化幅度达2.23 mm,对应1993年12月30 蒲江断裂。各测点起测和观测周期不等,1990年以 日都江堰4.4级地震。跨同断裂的双河短水准测 来基本每年观测3期(1996年加测,共观测10期), 点,位于大邑县双河乡,1977年7月15日开始观测, 资料连续。 1—2测线长360 in,共14站。观测资料的年周变明 跨汶川.茂汶断裂的耿达短水准测点,位于汶川 显,平均年变幅度0.97 mm,反映出断层活动以挤压 县耿达乡,A—B测线长440 m,共12站,1985年5 为主。 月6日起测。观测资料显示1990--2002年断层以 跨新津.蒲江断裂的蒲江短水准测点,位于蒲江 挤压活动为主,2003年后断层出现拉张变化,特别 县东北乡,1—2测线长200 in,共8站,1977年7月 是2006年A=一1.53 mm,2007年A=一2.13 mm 27日起测。观测资料变化相对平稳,平均年变化幅 (观测场地周边建筑施工 ,可能对观测结果有一定 度0.35 mm,资料显示测点所跨断层为拉张的继承 影响)。跨同断裂的七盘沟短水准测点,位于汶JlI 性活动。1994--1995年观测资料出现较显著变化, 县七盘沟,距耿达短水准测点约48 km,A—C测线 ①中国地震局监测预报司预报处编.中国地震目录,2005. 与断层斜交,长460 in,共16站,1986年5月起测。 ②苏琴,段明.耿达短水准场地异常核实报告.四川省地震局, 观测资料年周变明显,平均年变化幅度达1.07 mm, 20H07-09. 维普资讯 http://www.cqvip.com

第4期 焦青等:汶川8.0级地震前后龙门山断裂活动特征浅析 9 图1龙门山断裂Ms> ̄6.0地震震中及流动短水准测点分布图 Fig.1 Distribution of Ms>16.0 earthquakes and mobile short—line leveling sites along the Longmenshan fault 表2 龙门山断裂流动短水准测点及活动概况 Tab.2 Observation sites of mobile short—line leveling and activities of Longmenshan fault 测点— 所跨断层产状 断裂两盘岩性 断层活 资料选取时段 垂直活动变化△ 上盘 下盘 动性质 (年一月一日) 1990—_20o2 (mm/a) +0.04 —耿达 31.08 片岩、 103.30 N30。E/NW L70—80。绢云母闪长岩 片岩 压扭 2003--2007 2006 2007 2008 1—19 0.84 —1.53 2.13 ——0.31 1990—20o2 —0.07 七盘沟 31.45 103.55 N35。E/Nw 65—70。 蠢 板岩 压兼顺扭 20o320-0620o7 从石 2007 20o8 1—19 】99】一20o2 :O0.06 .20+0.48 —0.91 —0.26 2003--2007 +0.06 +0.04州6 灌县 31.00 103.62 N60-70 ̄E/Nw 。 蝴 006 22。。720o8 1—19 20o8 5—27 1991—-20o2 20o3—20o7 —0.40 —8.18 +0.O4 +0.0O4 双河 30.60 103.75 N35。E/NWL70。 灰岩 压扭 20o8 1—18 20o8 5—18 1990--2002 : +0.97 —7.77 —0.16 —0.04 — 2003—20o7 蒲江 3o.18 l03.53 N50。E/SE/_40。 n耋墓f、LI  泥岩 压J晚扭 … 石 -200801—18 :…一  +0.47 +0.50 20o8 5—18 注:“一”拉张,“+”挤压 维普资讯 http://www.cqvip.com 10 大地测量与地球动力学 28卷 变化幅度达1.58 mm,对应1994年12月30日马边 5.7级地震和1995年4月26日沐JlI 5.1级地震。 性活动,2006年9月至2008年1月断层再次出现压 性活动。 1990年以来龙门山断裂共发生过2次5.0级 汶JlI地震后,耿达和七盘沟测点尚未恢复观测, 地震(1999年9月4日绵竹5.0级和1999年1 1月 30日安县5.0级地震),2次地震均发生在断裂的中 部。由图2可见,震前耿达、七盘沟、双河短水准测 点的观测资料均出现了不同程度的变化。 14 650.09 14 647.57 l4645.05 —25 507.10 —25 508.50 、 g一2一58  5587.09.944 0 。8 89 2 一8 591.02 23647.40 23646.00 23 644.60 l2 090.79 l2 088.90 l2 087.0l l99l l994 l997 2000 2003 2006 t/a 图2震前短水准测点观测曲线(虚线为平滑曲线;实线 为观测曲线) Fig.2 Observation curves of short—line leveling before the earthquake(Broken lines ate smoothed curves,solid lines are obsevred ones) 4汶川地震前后观测资料变化特征 为便于分析观测曲线的变化特征,减少年变的 干扰,应用式(1)对各测点的观测曲线进行平滑处 理。 : (1)1 凡 由图2可见,1999年绵竹、安县地震后,2003年 观测曲线几乎同步出现转折迹象,2006年前后曲线 波动幅度加大。其中距汶JlI地震震中约13 km的耿 达测点,震前2006年5月至2008年1月断层出现 明显的张性活动,观测曲线变化幅度达4.67 mm;七 盘沟测点距震中约52 km,震前2006年9月至2007 年5月断层出现压性活动增强;灌县测点距震中约 21 km,震前断层活动不明显;双河测点距震中约 55.7 km,2006年5月至2008年1月断层为张转压 的活动特征,蒲江测点距震中约92 km,2005--2006 年断层在继承性拉张活动背景下出现了近两年的压 图3是恢复并进行加密观测测点的观测曲线。由图 3可见,汶JlI地震发生后5月18日双河测点的观测 资料和5月27日灌县测点的观测资料均显示测点 所跨断层出现了显著的拉张活动,活动量分别为一 7.77和~8.18 mm,而蒲江测点仍维持震前的活动 特征。表2给出了汶JlI地震前后各测点所跨断层的 垂直活动变化量。 一8 587.50 —8 593.3O 一8 599.10 g \ 露 * l2 090.79  3 9 l2 088.90 l2 087.0l l99l l994 l997 2000 2003 2006 t/a 图3震后短水准测点观测曲线(虚线为平滑曲线;实线 为观测曲线) Fig.3 Observation curves of short—line leveling after the eatrhquake(Broken lines are smoothed CHIVES,sol— id lines tae observed ones) 5断层变化与地震机理分析 地震与断层活动密切相关,断层形变反映区域 应力集中及释放的全过程。图4给出了汶JlI地震前 后跨龙门山断裂流动短水准测点垂直活动年变曲 线。2008年1月汶JlI地震前一期观测资料显示,地 震前由于青藏高原向东北方向运动的过程中受四JlI 盆地与华南活动地块的强烈阻挡,使得四JlI盆地向 北西向挤压,此时以发震断裂(北JlI一映秀断裂)为 界,断裂东南侧的灌县测点出现拉张,双河和蒲江测 点为挤压状态;相对应的青藏块体向南东挤压导致 龙门山断裂局部隆起(震源区),跨汶JlI一茂汶断裂的 耿达、七盘沟测点出现拉张现象,但耿达测点的拉张 活动较2006--2007年明显减弱。当应力在龙门山 推覆构造带上高度集中,至北川一映秀断裂突然发生 错动,产生8.0级强烈地震。震后双河测点出现显 著的拉张,灌县测点继续大幅度的拉张活动;跨新 津一蒲江断裂的蒲江测点仍维持震前的压性活动。 由分析得出,汶JlI地震前跨不同断裂的短水准测点 显示龙门山断裂中南段为逆断活动,地表应变呈现 7钾 鼹 ]1J●1J●1{●】 维普资讯 http://www.cqvip.com 第4期 焦青等:汶川8.0级地震前后龙门山断裂活动特征浅析 如图5的反“s”型变形。 汶JiI地震后陈运泰等④的研究成果表明,这次 地震是一次以逆冲为主、兼少量右旋走滑分量的地 6结论 1)汶JII地震前跨断层短水准于2006年前后观 测到了龙门山断裂的活动,且在震前均出现不同程 0 4 度的加速活动特征; 震。断层走向为229。,倾向西北。跨龙门山断裂短 2 0 水准测点的观测资料在汶川地震前后的受力状态如 图5模型所示,由图5可见跨断层位移测量反映了 的震源机制解基本一致。 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 2)汶JII地震前跨不同断裂的短水准测点显示 孕震时地表的时空演化过程,且机理解释与②给出 龙门山断裂中南段为逆断活动,地表变形呈反“S” 型; 毫 廿 妲 _皿 【1990 1993 1996 1999 2002 2005 2008 201 1 t/a 图4汶川地震前后流动短水准测点垂直活动年变曲线 Fig.4 Annual variation of vertical movement of the mobile short—line leveling sites before and after the Wenchuan earth— quake ③陈运泰,等.2008年5月12 13汶川特大地震震源特性分析报告.2008 (下转第37页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 第4期 邓明莉等:GPS数据约束的昆仑Ms8.1地震断层的分段模型 37 (3):393—404.(in Chinese) 12 Zhou Mindu,et a1.The relationship b ̄tween crust stuc—r 7谭凯,王琪,申重阳.用大地测量数据反演2001年昆仑 山地震[J].大地测量与地球动力学,2004,24(3):47— 50. ture and earthquakes in the northeast verge of Qinghai Tibet Plateau and its neighborhood[J].Northwestern Seismologi— cla Journal,1997,19(1):58—69.(in Chinese) 7 Tan Kai,Wang Qi and Shen Chongyang.Using geodetic da— ta to inverse co—seismic dislocation of 2001 Kunlun earth— 13沈正康,等.东昆仑活动断裂带大地震之间的黏弹性应 力触发研究[J].地球物理学报,2003,46(6):786— 795. 13 Shen Zhengkang,et a1.Visco—elastic tiggerring among quake[J].Journal of Geodesy and Geodynamics,2004,24 (3):47—50.(in Chinese) 8马超,单新建.昆仑山Ms8.1地震震源参数的多破裂段 模拟研究[J].地球物理学报,2006,49(2):428—437. 8 Ma Chao and Shan Xinjian.A multi—segment analytic simu— lation of hypocentrl geometraic characteristic parameters of large earthquakes along the east Kunlun fault system[J]. 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(上接第11页)i 2 吕江宁,等.川滇地区现代地壳运动速度场和活动块体模 型研究[J].地震地质,2003,25(4):543—554. 3)汶川I地震前后,跨断层位移测量反映了地表 区域应力集中、释放的时空演化过程,且机理解释与 2 Lu Jiangning,et a1.A model study of modern crust move— 震源机制解基本一致; 4)建议发展、扩大跨断层位移观测的范围和场 ment velocity field and active blocks in the Chuan——Dian re-- gion[J].Seismology and Geology,2003,25(4):543— 554.(in Chinese) 3 地(特别是在西部),提高现有的观测技术,加密观 测周期。跨断层观测方法对提高地震中期预测水平 有着不可低估的作用。 致谢衷心感谢陆远忠研究员的指导与帮助。 唐文清,等.龙门山断裂构造带GPS研究[J].大地测量 与地球动力学,2004,24(3):57—59. 3 Tang Wenqing,et a1.GPS study on Longmenshan fault zone [J].Journal of Geodesy and Geodynamics,2004,24(3):57 —59.(in Chinese) 参考文献 4 安其美,等.龙门山断裂带的性质与活动性研究[J].大地 测量与地球动力学,2004,24(2):115—119. An Qimei,et a1.Reserch ofa property and activity of ong—L menshan fault zone『J].Journal of Geodesy and Geodynam— 唐荣昌,韩渭宾・四川活动断裂与地震[M]・北京:地震出版社,1993. Tang Rongchang and Han Weibin.Active faults and earth— 4 quakes in Sichuan[M].Beijing:Seismological Press, 1993.(in Chinese) ics,2004,24(2):115—119.(in Chinese) 

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