汶川地震序列震源機(jī)制及其動(dòng)力學(xué)解釋.pdf

1、2008年5月12日14時(shí)28分,四川省汶川縣發(fā)生災(zāi)難性的MS8.0級(jí)特大地震,之后陸續(xù)發(fā)生了數(shù)以萬計(jì)的余震。汶川地震發(fā)生于大陸內(nèi)部高角度逆沖的龍門山斷裂帶上,與有歷史記載以來的逆沖型大地震不同。汶川地震及其余震序列的發(fā)震機(jī)理、發(fā)展規(guī)律和構(gòu)造背景等科學(xué)問題引起了國內(nèi)外地球科學(xué)工作者的廣泛關(guān)注。構(gòu)造應(yīng)力是地震孕育發(fā)展及發(fā)生的直接動(dòng)因,震源機(jī)制解能夠判別斷層錯(cuò)動(dòng)方式和地震發(fā)震機(jī)制,汶川地震序列震源機(jī)制解所表現(xiàn)出來的規(guī)律特征,背后對應(yīng)著怎樣的

2、區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場及其動(dòng)力學(xué)解釋,是認(rèn)識(shí)汶川地震序列的動(dòng)力學(xué)機(jī)制所需解決的重要問題。
　　本文的研究工作針對汶川地震序列展開,利用汶川地震序列大量的地震觀測數(shù)據(jù),從震源機(jī)制解和構(gòu)造應(yīng)力場的角度,探討研究汶川地震序列的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。具體研究思路是,從求解震源機(jī)制解入手,研究汶川地震序列震源機(jī)制解的分布特征;然后,采用有限元數(shù)值模擬方法,對發(fā)生汶川地震的龍門山斷裂帶及周邊地區(qū)的構(gòu)造應(yīng)力場進(jìn)行計(jì)算;最后,根據(jù)模擬的數(shù)值結(jié)果,計(jì)算構(gòu)造應(yīng)力場作用

3、下的理論震源機(jī)制解,通過理論解與實(shí)際震源機(jī)制解求解結(jié)果的對比分析,嘗試性地對汶川地震序列震源機(jī)制解的分布規(guī)律與區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場以及斷層構(gòu)造的關(guān)系進(jìn)行定量分析。
　　基于上述思路,本文的主要研究工作和結(jié)果包括以下四部分:
　　1)深入細(xì)致地研究分析了利用P波初動(dòng)極性數(shù)據(jù)求解地震震源機(jī)制解的基本原理和關(guān)鍵問題,在許忠淮提出的格點(diǎn)嘗試法基礎(chǔ)上,主要從四個(gè)方面對利用P波初動(dòng)極性求解震源機(jī)制解的方法加以改進(jìn):①依據(jù)P波初動(dòng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的可信度

4、和密集程度決定其權(quán)重,在一定程度上消除數(shù)據(jù)點(diǎn)在震源球上分布不均勻引起的求解偏差。②將聚類分析引入到震源機(jī)制解的求解過程中,采用聚類分析的方法對所有可選解進(jìn)行聚類,同時(shí)給出每個(gè)聚類解簇的平均解,如果存在多個(gè)解簇,將震源機(jī)制解限定在少數(shù)幾個(gè)備選解中。③借鑒jackknife技術(shù),對求解結(jié)果的穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn),增加了找到真解的可能性,對解的可信度有了更好的把握。④改善B軸搜索方式,使其簡單而更為均勻。通過理論數(shù)據(jù)檢驗(yàn),驗(yàn)證了改進(jìn)后方法的可靠性和

5、有效性。另外,依據(jù)方法上的關(guān)鍵改進(jìn),提出了主要基于解的離散度并參考最低加權(quán)矛盾比對P波初動(dòng)解質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)的新方案:用聚類中心個(gè)數(shù)CN、最小旋轉(zhuǎn)角均方根RMS和最低加權(quán)矛盾比ψmin這三個(gè)參數(shù)對震源機(jī)制解的求解質(zhì)量進(jìn)行定量評價(jià)。
　　2)廣泛搜集數(shù)字地震波形紀(jì)錄等相關(guān)資料,認(rèn)真嚴(yán)格地判讀了P波初動(dòng)極性,使用比較精確的定位結(jié)果,采用改進(jìn)后的格點(diǎn)嘗試法,對汶川地震序列震源機(jī)制解進(jìn)行了求解,給出了125個(gè)4.0級(jí)以上(含一個(gè)3.9級(jí)地震)

6、質(zhì)量可靠的震源機(jī)制解。根據(jù)求解結(jié)果發(fā)現(xiàn):汶川MS8.0級(jí)主震初始破裂為純逆沖型,124個(gè)余震絕大部分是逆沖型或走滑型地震。汶川地震序列震源機(jī)制解具有分段分布特征,其P軸方位在近東西方向兩側(cè)一定范圍內(nèi)分布。
　　3)依據(jù)主要斷層資料及精細(xì)介質(zhì)參數(shù),利用ANSYS軟件,建立了龍門山斷裂帶及其周邊地區(qū)的三維彈性有限元模型。根據(jù)GPS觀測資料確定邊界條件,并考慮構(gòu)造變形速度隨深度變化的三種典型模式,通過模擬運(yùn)算分別給出了這一區(qū)域的構(gòu)造應(yīng)力

7、場的數(shù)值模擬結(jié)果。三種模式的模擬結(jié)果均顯示,龍門山斷裂帶及其周邊地區(qū)最大主壓應(yīng)力方向?yàn)楸蔽魑?南東東向到近東西向,并且由北往南有一定角度的順時(shí)針偏轉(zhuǎn)。這表明模型邊界上構(gòu)造變形的速度差異是決定龍門山斷裂帶及其周邊地區(qū)構(gòu)造應(yīng)力場的主要因素。另外,龍門山斷裂帶及其周邊地區(qū)的最大主壓應(yīng)力方向與偏轉(zhuǎn)趨勢與前人的研究結(jié)果相一致,在一定程度上驗(yàn)證了本文數(shù)值模擬結(jié)果的合理性。
　　4)依據(jù)三種構(gòu)造變形模式下的構(gòu)造應(yīng)力場數(shù)值模擬結(jié)果,分別采用兩種方