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【朱守彪-PEPI】為什么2008年汶川大地震中遠離震中的北川地區震害最為嚴重?
來源:辦公室 發布時間:2018-10-12

北川地區在2008年汶川特大地震中受災最為嚴重,而該地區遠離汶川主震震中超過100多千米。盡管汶川地震發生的時間已過去10年之久,但這種不正常現象一直困擾著國內外地學工作者,至今沒有給出合理的解答。

為此,本研究運用地殼動力學的理論,利用有限單元數值計算方法,模擬汶川地震的主要發震斷裂帶(即:映秀-北川斷層)的破裂動力學過程。模型中,幾乎平直的映秀北川斷裂帶在高川地區發生拐折,形成高川右彎。模擬結果顯示,當破裂在震源處成核后,立即產生自發破裂,沿著映秀-北川斷裂帶向東北方向前行,破裂的平均速度為2.79 km/s(低于剪切波的速度)。但是當破裂前端到達高川右彎附近時,破裂形態發生劇烈變化,破裂的平均速度達到5.02 km/s(高于剪切波的速度)。可見,經過高川右彎后,破裂傳播速度由亞剪切破裂轉化為超剪切破裂。與斷層階區促進超剪切破裂明顯不同的是,這種超剪切破裂形態的轉化不需要時間停頓。由于超剪切地震破裂的產生,破裂輻射的地震波發生相長干涉,形成馬赫波,地震動被大大放大。計算給出的強地面運動峰值加速度大小與超剪切破裂之間相關性很強,在北川地區強地面運動峰值加速度不僅數值高,而且高值區分布范圍很大,這就造成了北川地區的震害特別嚴重。模擬結果還表明,若高川右彎不存在(即映秀-北川斷層面為平直),則北川地區的斷層不會形成超剪切破裂;如果高川右彎附近斷層的不連續程度較大,則破裂會被終止;這些情況下,北川地區的震害都沒有那么嚴重。所以,高川右彎的幾何形狀對于超剪切破裂的形成起著決定性作用,也是造成遠離震中的北川地區震害特別嚴重的主要原因。因此,分析發震斷層幾何對于研究震源動力學過程及震害評估等有著非常重要的科學意義和實際應用價值。

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龍門山斷裂帶及其周邊的地質構造圖。其中,紅色曲線表示汶川地震地表破裂跡線,LMSF表示龍門山斷裂帶;高川右彎位于映秀-北川斷裂帶的中部。

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破裂傳播過程在不同時刻的快照。破裂在映秀-高川斷層段上的平均傳播速度為2.79 km/s,低于S波速度,為亞剪切破裂;一旦破裂跨越高川右彎后,破裂速度迅速變化,其平均值轉變為5.02 km/s,該值大大高于S波速度,這時的破裂為超剪切破裂。

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強地面運動峰值加速度等值線云圖。北川地區的峰值加速度不僅數值高,而且分布范圍大,導致其震害特別嚴重。

相關成果完成人為朱守彪,最新發表在國際知名期刊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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