汶川地震同震和震后形变及对地质灾害影响的数值模拟研究

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本文采用PSGRN/PSCMP程序计算汶川地震龙门山地区的地表同震及震后形变。以2008年汶川地震后发生在龙门山地区最大一起岩质滑坡-新磨滑坡为研究对象,以同震及震后7年地表GPS数据观测为约束,建立半无限水平均匀粘弹性分层模型,计算了汶川地震在松坪沟地区地表的同震和震后形变特征。研究结果表明,汶川地震对松坪沟地区地表形变产生了一定影响,其导致松坪沟的地表地形梯度增大,有利于滑坡的形成,并且在震后形变阶段这一影响仍在持续。地震的形变调整在对低触发阈值背景下地区的滑坡灾害分析中应该予以考虑。鉴于PSGRN/PSCMP无法考虑介质模型的水平不均匀,我们采用了Pylith有限元计算程序建立理想位错模型,考虑介质的不均匀,研究了岩石圈结构对地震同震和震后形变的影响。采用有限元方法可以考虑介质水平方向的物性不均匀和几何形状不均匀。我们建立理想位错模型分别计算了断层倾角、有效弹性层厚度、下地壳和地幔粘滞系数对地震的同震和震后形变的影响。结果表明,逆冲断层的断层倾角越小、断层面宽度越大,地表的同震及震后形变幅度及形变范围越大,发震断裂的断层倾角大小与地表形变调整的幅度及范围成反比;弹性层的厚度对逆冲断层地震的同震形变无太大影响,其主要影响地震的震后形变调整,对于形变调整区域,弹性层越薄,单位时间的震后形变调整量越大;粘滞系数对地震在地表的同震形变无影响,其主要影响地震震后地表的形变调整,粘弹性层的粘滞性系数越大,地表的形变调整幅度及范围越小。对于逆冲断层的同震和震后形变,相对于断层下盘,断层上盘的有效弹性厚度越小、下地壳及地幔的有效粘滞系数越低,上盘一侧震后形变的幅度越大;而断层面的倾角影响同震和震后地表形变分布特征,对于逆冲断层,一般会造成在上盘地表一侧存在两个Ux位移极值区。结合汶川地震同震和震后的滑坡分布规律,研究表明松潘-甘孜地块相对薄的有效弹性厚度以及下地壳和地幔低的等效粘滞系数,即岩石圈深部结构是造成汶川地震上盘形变大、地质灾害严重的重要深部动力原因。同时断层上盘一侧远离地表断层的第二个Ux位移极值区可能是造成汶川地震9年后(2017年)茂县新磨滑坡的深部动力学原因。
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