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青海玉树地震(M_s=7.1)产生超剪切破裂过程的动力学机制研究

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地球物理学报 2017年第10期60卷 3832-3843页

作者：朱守彪袁杰缪淼中国地震局地壳应力研究所(地壳动力学重点实验室) 北京100085 中国科学院计算地球动力学重点实验室北京100049

由于2010年玉树地震(Ms=7.1)产生了超剪切地震破裂,所以地震灾害特别严重.国内外地球科学家对该地震产生超剪切破裂过程的物理机制一直非常关注,但至今没有给出满意的解答.为此,文中根据玉树地震发震断层的实际几何构建有限单元数值模型... 详细信息

由于2010年玉树地震(Ms=7.1)产生了超剪切地震破裂,所以地震灾害特别严重.国内外地球科学家对该地震产生超剪切破裂过程的物理机制一直非常关注,但至今没有给出满意的解答.为此,文中根据玉树地震发震断层的实际几何构建有限单元数值模型,模型中的断层由2个断层段构成,它们之间有约10°的夹角,形成断层拐折.模拟结果表明,玉树地震的破裂由2个子事件组成;当破裂在震源所在的断层上成核后,先在第一个断层段上传播,其速度为亚剪切波速度;当破裂一旦越过断层拐折,在第二个断层段上传播时,破裂速度就立即转变为超剪切波速度.计算结果显示,当断层发生超剪切破裂时,断层上的位错幅度、破裂产生的地震波速度及加速度都会显著增大,从而造成地震灾害大大增加,这很可能是玉树地震的震害特别严重的重要原因.从模拟实验中还看到,若是模型中的断层没有发生拐折,在模型的其他参数都保持不变的情况下,破裂速度不会发生变化.但是,若初始应力场的方位与断层之间的夹角发生变化,这时断裂系统中尽管存在断层拐折,也不是一定能产生超剪切破裂.只有当初始应力方位与断层之间的夹角以及断层走向变化的偏角二者之间的关系恰到好处时,断层拐折才有可能促使断层破裂由亚剪切转化为超剪切破裂.所以,玉树地震之所以能产生超剪切地震破裂,恰恰是发震断层几何与初始应力场方位之间的关系达到某种"最佳状态"的结果.这也可能是天然地震中超剪切破裂事件稀少的原因之一.因此,研究超剪切地震破裂过程的动力学机制,对于深入研究地震震源过程、地震灾害评估等有着非常重要的科学意义.

关键词：超剪切破裂断层拐折地震灾害玉树地震有限单元

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2010年玉树超剪切破裂地震破裂过程反演

地震地质 2014年第1期36卷 52-61页

作者：张丽芬 Iman Fatchurochman 姚运生李井冈廖武林王秋良中国地震局地震研究所地震与大地测量重点实验室武汉430071 中国地震局地球物理研究所北京100081 Indonesian Agency for Meteorology Climatology and Geophysics(BMKG)jakarta40115

为探讨玉树地震是否为超剪切破裂事件,利用Yagi的方法重新进行了此次地震震源破裂过程的反演.通过给定不同的破裂速度进行对比,发现当破裂速度为4.7km/s时,理论与实际观测结果拟合残差最小,且反演结果更符合实际.另据P波高频辐射能量包... 详细信息

为探讨玉树地震是否为超剪切破裂事件,利用Yagi的方法重新进行了此次地震震源破裂过程的反演.通过给定不同的破裂速度进行对比,发现当破裂速度为4.7km/s时,理论与实际观测结果拟合残差最小,且反演结果更符合实际.另据P波高频辐射能量包络反演,破裂传播速度在4.7～5.8km/s范围内,而该地区的剪切波速度则为3.0～ 3.6km/s,从而证明了此次地震超剪切破裂现象的存在.反演结果表明,此次地震在玉树段的NW和SE段形成了19和31km的地表破裂,而震中所在的中段由于隆宝湖拉分盆地的存在,造成了15km的未破裂区.超剪切破裂是造成SE段玉树县城遭受严重破坏的原因之一.

关键词：震源破裂过程超剪切破裂 P波高频辐射能量包络

2021年玛多M_(W)7.4地震超剪切破裂的动力学机制

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大地测量与地球动力学 2024年第12期44卷 1264-1270页

作者：吴凯朱守彪应急管理部国家自然灾害防治研究院北京市100085

采用有限元方法模拟2021年青海玛多M_(W)7.4地震断层产生自发破裂的传播过程,以断层的观测滑移量为约束条件,通过网格搜索方法寻找最优模型。结果表明:1)震源东侧的断层弯折结构是产生突然超剪切破裂的关键因素,这一特殊几何结构使破裂... 详细信息

采用有限元方法模拟2021年青海玛多M_(W)7.4地震断层产生自发破裂的传播过程,以断层的观测滑移量为约束条件,通过网格搜索方法寻找最优模型。结果表明:1)震源东侧的断层弯折结构是产生突然超剪切破裂的关键因素,这一特殊几何结构使破裂在成核后3~4 s内就产生了超剪切破裂,这与传统超剪切破裂需要很长破裂传播距离的现象不一致;2)玛多地震震源东侧断层产生超剪切破裂,而西侧断层破裂表现为亚剪切,这与通过地震学及大地测量学反演震源破裂过程得到的结果一致;3)断层阶区、平直断层等其他断层的几何结构并不能使玛多地震产生突然的超剪切破裂现象。

关键词： 2021年玛多地震超剪切破裂网格搜索法断层弯折有限单元法

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地震超剪切破裂研究现状

地球科学进展 2011年第1期26卷 39-47页

作者：胡进军谢礼立中国地震局工程力学研究所黑龙江哈尔滨150080 哈尔滨工业大学土木工程系黑龙江哈尔滨150090

地震断层的破裂速度是地球物理学和地震学研究中重要的一个参数,以往的相关研究多是基于或者关注于断层破裂速度小于或接近于剪切波速时的情况,但是随着宽频带地震学的发展,在实际地震中已经观测到了一些超剪切波破裂速度的地震。为了... 详细信息

地震断层的破裂速度是地球物理学和地震学研究中重要的一个参数,以往的相关研究多是基于或者关注于断层破裂速度小于或接近于剪切波速时的情况,但是随着宽频带地震学的发展,在实际地震中已经观测到了一些超剪切波破裂速度的地震。为了解地震超剪切破裂相关研究的现状和发展趋势,基于大量相关研究文献,从地震超剪切破裂的概念、断层的极限破裂速度和超剪切破裂的初步原因出发,综述了地震超剪切破裂在地震观测数据、实验室实验、理论分析以及数值模拟等方面的研究现状,并提出了一些需要探讨和进一步研究的问题。

关键词：断层破裂超剪切破裂破裂速度近断层地震动

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汶川地震超剪切破裂传播规律影响研究

汶川地震超剪切破裂传播规律影响研究

作者：刘凌志南昌航空大学

学位级别：硕士

超剪切破裂是指地震中断层的破裂传播速度超过了传播介质的剪切波速的一种断层破裂现象,超剪切破裂地震产生的震害要比同等强度普通地震的震害严重得多。不少学者提出“5.12”汶川地震造成如此重大的人员伤亡与严重的经济损失,除与M8.0... 详细信息

超剪切破裂是指地震中断层的破裂传播速度超过了传播介质的剪切波速的一种断层破裂现象,超剪切破裂地震产生的震害要比同等强度普通地震的震害严重得多。不少学者提出“5.12”汶川地震造成如此重大的人员伤亡与严重的经济损失,除与M8.0级地震强度大有关外,还与地震中断层的超剪切破裂密切相关。目前工程界对断层超剪切破裂的产生条件、传播规律及其影响因素等的认识还很有限。为揭示断层超剪切破裂的产生机理和传播规律,本文开展了2008年“5.12”汶川地震的断层滑动分布反演、传播介质属性对超剪切破裂传播的影响、各断层间的相互作用及断层破裂过程等方面的研究工作,主要研究内容及取得的成果如下:（1）对“5.12”汶川地震部分强震加速度记录进行二次积分得到位移,并结合GPS获取的位移数据得到了汶川地震同震位移场;利用同震位移反演了汶川地震发震断层的滑动分布形式。得到如下结论:汶川地震地面永久变形位移以映秀-北川断裂带为中心分布,在映秀-北川断裂带的前段,断层具有明显的逆冲性质;映秀-北川断裂带的中后段,断层呈现右旋走滑的特征;断层主要滑动破裂区域集中在汶川和北川。（2）对汶川地震主要断裂带映秀-北川段的动态破裂过程进行了模拟,分析了传播介质对超剪切破裂现象的产生和断层破裂传播的影响。结果表明,断层破裂的强度和速度在一定程度上会随介质的密度与泊松比的增大而增加;高川阶区中的传播介质比周围其他区域传播介质的密度与泊松比更大,破裂在跨越高川阶区后的传播过程中产生了超剪切破裂现象。（3）建立了汶川地震龙门山断裂带地表平面几何模型,模拟分析了龙门山各断层间的相互作用对断层破裂传播的影响。结果表明,汶川地震中各断层间的相互作用促进了龙门山各断层的破裂传播,使得龙门山后山断带裂与中央断裂带的断层破裂跨越了断层阶区,完成了整个破裂传播过程,并在龙门山中央断裂带的北川-青川段产生了较为明显的超剪切破裂现象。（4）建立了汶川地震断层有限元模型,模拟分析了三维断层的破裂传播过程,得到了断层面和地表面的位移空间分布特征。结果表明,破裂在越过弯折点后速度与强度会剧烈增强,从而促进超剪切破裂的产生;由于高川-北川段产生了超剪切破裂,断层面和地表面的位移峰值主要集中在该段,使得该段的实际破裂情况相比周边区域更为严重。

关键词：汶川地震滑动分布超剪切破裂介质属性断层相互作用

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地震超剪切破裂传播过程反演分析

南昌航空大学学报（自然科学版） 2022年第4期36卷 49-58页

作者：刘凌志邹旭明万志文钟菊芳南昌航空大学土木建筑学院南昌330063

国内外学者对“5.12”汶川地震的发震构造环境及震源破裂传播方式获得了初步认识,但地震中超剪切破裂现象的产生及其影响仍有待深入研究。本文利用经校正的加速度时程积分得到的测点地表位移和GPS获取的位移数据,得到了102°~106°N、30... 详细信息

国内外学者对“5.12”汶川地震的发震构造环境及震源破裂传播方式获得了初步认识,但地震中超剪切破裂现象的产生及其影响仍有待深入研究。本文利用经校正的加速度时程积分得到的测点地表位移和GPS获取的位移数据,得到了102°~106°N、30°~33°E区域的汶川地震水平和垂直向同震位移场,由同震位移反演得到了发震断层的滑动分布形式;同震位移场和断层滑动分布展示了映秀-北川断裂带由具有明显逆冲性质的破裂前段经过高川阶区后发展成具右旋走滑特征的后段。采用有限元软件模拟了汶川地震映秀-北川断裂带由亚剪切破裂转换为超剪切破裂的破裂传播过程和地表位移量,讨论了高川阶区的介质属性对超剪切破裂过程的影响。结果表明,高川阶区中砂岩介质促进了超剪切破裂现象的产生,破裂在越过高川阶区后以超剪切波速在北川地区进行传播,使得地表各质点的振动加速度和位移相较于其他区域要大很多,因而造成了该区域更为严重的震害。

关键词：汶川地震同震位移场滑动分布超剪切破裂介质属性

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近断层地震动方向性效应及超剪切破裂研究

国际地震动态 2010年第1期31卷 40-42页

作者：胡进军中国地震局工程力学研究所哈尔滨150080

近断层地震动是造成近断层区工程结构破坏的重要因素,近断层地震动的特征受到诸多因素的影响,其中断层破裂传播的方向性是影响近断层地震动及其分布特征的关键因素之一。方向性效应的影响因素众多,比如断层破裂的速度、破裂的方向、断... 详细信息

近断层地震动是造成近断层区工程结构破坏的重要因素,近断层地震动的特征受到诸多因素的影响,其中断层破裂传播的方向性是影响近断层地震动及其分布特征的关键因素之一。方向性效应的影响因素众多,比如断层破裂的速度、破裂的方向、断层的倾角、震源的深度、破裂的模式、破裂起始位置以及断层面上的局部震源参数等。但是这些参数是如何影响方向性效应的呢?特别是一般认为断层的破裂速度接近于剪切波传播速度时,会产生明显的方向性效应,但是当破裂速度超过剪切波传播速度时是否会产生方向性效应?如果存在,又会对近断层地震动的特征产生如何影响?为了回答这些问题,本研究首先分析了方向性效应的相关概念,接着采用数值方法模拟了各种震源相关参数的变化对方向性效应的影响,并且对模拟结果和实际近断层强地震动的方向性特征进行了分析,最后专门研究了地震破裂过程中的超剪切破裂现象及其对近断层地震动方向性效应的影响。研究时分别从地震动的加速度、速度和位移三方面,系统地分析了其三分量的峰值、频谱和持时特征,研究的主要内容和结论如下:

关键词：近断层地震动特征方向性效应超剪切破裂显著影响区域

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弯折断层系统上超剪切破裂传播的产生条件

地球物理学报 2021年第1期64卷 182-194页

作者：郑玲珑钱峰张海明北京大学地球与空间科学学院地球物理系北京100871

断层的破裂速度是描述地震震源过程的重要物理量.如果震源破裂的传播速度超过剪切波速,将会对地震波场产生影响,造成更大的破坏性.超剪切破裂的产生受多种因素影响,断层的几何形状是因素之一.本文针对弯折断层的情况,采用三维空间非结... 详细信息

断层的破裂速度是描述地震震源过程的重要物理量.如果震源破裂的传播速度超过剪切波速,将会对地震波场产生影响,造成更大的破坏性.超剪切破裂的产生受多种因素影响,断层的几何形状是因素之一.本文针对弯折断层的情况,采用三维空间非结构化网格的边界积分方法计算参数空间中的破裂相图,从中分析超剪切破裂的产生条件.以15°、25°和40°为例,得到了不同断层弯折角度的破裂相图.在本文的初始应力设置下,通过对不同的无量纲化临界滑动弱化位移Dc和初始剪应力Te参数组合的结果进行交叉对比发现,对于弯折面处于压缩区的断层模型,不可持续传播的自发停止破裂的发生条件与弯折角无关.而对于可持续传播破裂,其在平面断层的传播速度也不受弯折角影响;在弯折部分,随弯折角度增大,破裂传播速度越小,正应力越大,破裂强度越大,破裂越难以越过弯折交界线继续传播(如40°).对比三个不同弯折角的相图,弯折角越小,越容易发生超剪切破裂,即发生超剪切的参数空间越大.同时,随着初始剪应力的增大,超剪切不仅可以发生在弯折面上,甚至在平面部分就可以发生.总体而言,Dc较小、Te较大时,破裂传播速度更大,更容易形成超剪切破裂.另外,因克服弯折交界处的正应力而产生的错位延迟效应也与弯折角度正相关.

关键词：边界积分方程超剪切破裂弯折断层相图破裂速度

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断层阶区对产生超剪切地震破裂的促进作用

断层阶区对产生超剪切地震破裂的促进作用