汶川地震序列震源機制及其動力學解釋.pdf

1、2008年5月12日14時28分,四川省汶川縣發(fā)生災難性的MS8.0級特大地震,之后陸續(xù)發(fā)生了數以萬計的余震。汶川地震發(fā)生于大陸內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)震機理、發(fā)展規(guī)律和構造背景等科學問題引起了國內外地球科學工作者的廣泛關注。構造應力是地震孕育發(fā)展及發(fā)生的直接動因,震源機制解能夠判別斷層錯動方式和地震發(fā)震機制,汶川地震序列震源機制解所表現出來的規(guī)律特征,背后對應著怎樣的

2、區(qū)域構造應力場及其動力學解釋,是認識汶川地震序列的動力學機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據,從震源機制解和構造應力場的角度,探討研究汶川地震序列的動力學機制。具體研究思路是,從求解震源機制解入手,研究汶川地震序列震源機制解的分布特征;然后,采用有限元數值模擬方法,對發(fā)生汶川地震的龍門山斷裂帶及周邊地區(qū)的構造應力場進行計算;最后,根據模擬的數值結果,計算構造應力場作用

3、下的理論震源機制解,通過理論解與實際震源機制解求解結果的對比分析,嘗試性地對汶川地震序列震源機制解的分布規(guī)律與區(qū)域構造應力場以及斷層構造的關系進行定量分析。
　　基于上述思路,本文的主要研究工作和結果包括以下四部分:
　　1)深入細致地研究分析了利用P波初動極性數據求解地震震源機制解的基本原理和關鍵問題,在許忠淮提出的格點嘗試法基礎上,主要從四個方面對利用P波初動極性求解震源機制解的方法加以改進:①依據P波初動數據點的可信度

4、和密集程度決定其權重,在一定程度上消除數據點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制解的求解過程中,采用聚類分析的方法對所有可選解進行聚類,同時給出每個聚類解簇的平均解,如果存在多個解簇,將震源機制解限定在少數幾個備選解中。③借鑒jackknife技術,對求解結果的穩(wěn)定性進行檢驗,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。通過理論數據檢驗,驗證了改進后方法的可靠性和

5、有效性。另外,依據方法上的關鍵改進,提出了主要基于解的離散度并參考最低加權矛盾比對P波初動解質量進行評價的新方案:用聚類中心個數CN、最小旋轉角均方根RMS和最低加權矛盾比ψmin這三個參數對震源機制解的求解質量進行定量評價。
　　2)廣泛搜集數字地震波形紀錄等相關資料,認真嚴格地判讀了P波初動極性,使用比較精確的定位結果,采用改進后的格點嘗試法,對汶川地震序列震源機制解進行了求解,給出了125個4.0級以上(含一個3.9級地震)

6、質量可靠的震源機制解。根據求解結果發(fā)現:汶川MS8.0級主震初始破裂為純逆沖型,124個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制解具有分段分布特征,其P軸方位在近東西方向兩側一定范圍內分布。
　　3)依據主要斷層資料及精細介質參數,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GPS觀測資料確定邊界條件,并考慮構造變形速度隨深度變化的三種典型模式,通過模擬運算分別給出了這一區(qū)域的構造應力

7、場的數值模擬結果。三種模式的模擬結果均顯示,龍門山斷裂帶及其周邊地區(qū)最大主壓應力方向為北西西-南東東向到近東西向,并且由北往南有一定角度的順時針偏轉。這表明模型邊界上構造變形的速度差異是決定龍門山斷裂帶及其周邊地區(qū)構造應力場的主要因素。另外,龍門山斷裂帶及其周邊地區(qū)的最大主壓應力方向與偏轉趨勢與前人的研究結果相一致,在一定程度上驗證了本文數值模擬結果的合理性。
　　4)依據三種構造變形模式下的構造應力場數值模擬結果,分別采用兩種方