川滇地区破坏性地震的震源动力学过程及强地面运动模拟与震害评估

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:huachao198977
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在实际地震动力学破裂过程模拟中,区域背景应力场和断层几何等因素起着非常重要的作用。川滇块体位于青藏高原的东缘,区域构造应力场多变,块体边界断裂带几何复杂。同时,边界断裂带的构造活跃,断裂上发生的地震破坏性强、频度高,给断裂周边区域带来严重的威胁。首先,本文选取了川滇块体边界上两个代表性地震,1970年通海地震和1833年嵩明地震,使用曲线网格有限差分法对它们的动力学破裂和波场传播过程进行模拟,以期加深对这两个地震破裂过程的认识和对研究区的地震危险性分析及震害评估提供科学的支持。另外,本文选取了发生在川滇块体东边界和北边界上的其它8个历史破坏性地震,对它们进行自发动力学破裂模拟,用来研究这些地震在对应断层面上的破裂过程。在通海地震模拟中,采用了非平面的断层几何和非均匀的介质速度结构。我们用5°的间隔测试了区域最大主压应力场方向,也模拟了不同地表几何的垂直断层模型和不同倾向的断层模型。此外,我们还提出一些可能解释通海地震发生时曲江断裂西北段保持不破裂的原因和通海盆地内烈度异常现象的原因。最后,我们在前述得到的合理的模拟参数基础上,给定三个不同的成核区位置模拟了一些未来可能发生在曲江断裂上的设定地震。我们的模拟结果显示,通海地震发震时区域最大主压应力场方向可能为N25°W;曲江断裂几何上不太可能在五街处或者峨山处存在跳跃断层;再者,曲江断裂在倾向上比较复杂,很有可能在西北段倾向于南西在东南段倾向于北东。我们的模拟结果同时也揭示出通海地震时曲江断裂西北段未破裂的原因可能为多种,包括区域应力方向旋转、曲江断裂西北段断层面上内聚力增加和断层缺失。另外,通海地震后通海盆地内的烈度异常现象可以用低速沉积盆地效应很好的解释,并能够通过数值模拟重现。曲江断裂上的设定地震模拟结果表明,当成核区位于峨山和五街时,不论是采用垂直曲江断裂模型还是复杂倾向的断层模型,破裂均可以传播到整个断层面上,因而对断层周边的区域造成严重的地震破坏威胁。然而,当我们将成核区放置于曲溪处时,虽然垂直断层模型的破裂可以传播到整个断层面上,但是复杂倾向断层模型的破裂被限制在破裂被触发的曲江断裂东南段上,不能向断层的西北段继续传播。尽管如此,这个模型造成的曲溪地区的震后灾害分布仍然值得重视和关注。在曲溪盆地的作用下,这个设定地震在盆地区域内造成的最大烈度可达Ⅷ度。在嵩明地震模拟中,我们采用非均匀的介质速度模型和两个非平面的小江西支断裂模型(连续断层模型和清水海跳跃断层模型),模拟了嵩明地震的自发破裂过程和波场传播过程。动力学破裂模拟得到的矩震级、断层地表破裂长度和断层地表位错与实际观测对比结果较好。其中连续断层模型模拟结果中断层地表位错分布与野外观测值符合较好,尤其是在位错量较大的海尾村北P2测点、南冲南100mP6测点和下李子箐南P8测点。然而,在一些位错量较小的测点符合不好,如龙街子北P3测点。清水海跳跃断层模型动力学模拟结果显示,断层地表位错不但在位错量大的测点符合良好,而且在位错量较小的测点符合得也很好。在小江西支断裂两个断层模型的模拟中,断裂的南部均出现了自由地表作用下的超剪切现象,推测为SV-P转换导致。此外,两个断层模型的破裂也都不能传播到小江西支断裂的阳宗海—澄江段的整个断层面,这很好的解释了嵩明地震发生后没有观测到该段断层的地表破裂。以上两个动力学模型对应的波场传播模拟结果均表明,嵩明地震释放的能量以水平方向为主,震中以南的破坏略大于震中以北区域的破坏,与文字记载推测得到的破坏分布符合较好。两模型得到的烈度分布均呈沙漏型,而推测烈度总体呈纺锤型。造成这种差异的原因可能有:一、断层几何、应力配置等模型参数的简化;二、模拟中未考虑介质衰减;三、模拟未能包含浅地表沉积层速度结构等。在川滇块体东边界和北边界的历史破坏性地震动力学破裂过程模拟中,我们首先构建每个地震的发震断层几何模型和速度结构模型,然后选取合适的应力状态参数和摩擦参数,最后给出每个地震断层面上的破裂过程和断层面上的滑动量分布。此外,我们还将模拟得到的破裂长度、断层位错等数据与观测数据进行对比。动力学模拟计算结果显示,7个川滇边界历史破坏性地震的破裂过程受发震断层几何的控制,如1500年宜良地震、1536年冕宁地震、1786年康定地震和1854年甘孜地震等。这些地震的破裂前锋在遇到断层转折处或走向变化较大的部分时,将被减速或者停止。另外,从动力学破裂模拟结果可以发现,有6个地震的破裂过程中出现了自由地表作用下的超剪切破裂现象。这些地震的破裂从成核区传出约40 km后出现超剪切破裂。这些超剪切破裂同样是由于断层面下方SV波在地表入射时转换成P波引起的应力加载导致。同时,我们认为对断层几何的简化可能促进了自由地表超剪切破裂现象的出现。最后,在这8个历史破坏性地震的动力学破裂模拟中使用的区域最大主压应力方位角从南到北大致呈逆时针方向旋转,与实际主压应力方向分布规律一致。
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