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【朱守彪-PEPI】为什么2008年汶川大地震中远离震中的北川地区震害最为严重?
来源:办公室 发布时间:2018-10-11

北川地区在2008年汶川特大地震中受灾最为严重,而该地区远离汶川主震震中超过100多千米。尽管汶川地震发生的时间已过去10年之久,但这种不正常现象一直困扰着国内外地学工作者,至今没有给出合理的解答。

为此,本研究运用地壳动力学的理论,利用有限单元数值计算方法,模拟汶川地震的主要发震断裂带(即:映秀-北川断层)的破裂动力学过程。模型中,几乎平直的映秀北川断裂带在高川地区发生拐折,形成高川右弯。模拟结果显示,当破裂在震源处成核后,立即产生自发破裂,沿着映秀-北川断裂带向东北方向前行,破裂的平均速度为2.79 km/s(低于剪切波的速度)。但是当破裂前端到达高川右弯附近时,破裂形态发生剧烈变化,破裂的平均速度达到5.02 km/s(高于剪切波的速度)。可见,经过高川右弯后,破裂传播速度由亚剪切破裂转化为超剪切破裂。与断层阶区促进超剪切破裂明显不同的是,这种超剪切破裂形态的转化不需要时间停顿。由于超剪切地震破裂的产生,破裂辐射的地震波发生相长干涉,形成马赫波,地震动被大大放大。计算给出的强地面运动峰值加速度大小与超剪切破裂之间相关性很强,在北川地区强地面运动峰值加速度不仅数值高,而且高值区分布范围很大,这就造成了北川地区的震害特别严重。模拟结果还表明,若高川右弯不存在(即映秀-北川断层面为平直),则北川地区的断层不会形成超剪切破裂;如果高川右弯附近断层的不连续程度较大,则破裂会被终止;这些情况下,北川地区的震害都没有那么严重。所以,高川右弯的几何形状对于超剪切破裂的形成起着决定性作用,也是造成远离震中的北川地区震害特别严重的主要原因。因此,分析发震断层几何对于研究震源动力学过程及震害评估等有着非常重要的科学意义和实际应用价值。

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1 龙门山断裂带及其周边的地质构造图。其中,红色曲线表示汶川地震地表破裂迹线,LMSF表示龙门山断裂带;高川右弯位于映秀-北川断裂带的中部。

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2 破裂传播过程在不同时刻的快照。破裂在映秀-高川断层段上的平均传播速度为2.79 km/s,低于S波速度,为亚剪切破裂;一旦破裂跨越高川右弯后,破裂速度迅速变化,其平均值转变为5.02 km/s,该值大大高于S波速度,这时的破裂为超剪切破裂。

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3 强地面运动峰值加速度等值线云图。北川地区的峰值加速度不仅数值高,而且分布范围大,导致其震害特别严重。

相关成果完成人为朱守彪,最新发表在国际知名期刊Physics of the Earth and Planetary Interiors上。

 

Zhu Shoubiao (2018). Why did the most severe seismic hazard occur in the Beichuan      area in the 2008 Wenchuan earthquake, China? Insight from finite element modelling. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 281:79-91. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2018.05.005.



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