汶川地震铲形逆冲断层同震触发模拟研究

发布时间：2020-09-11 08:42

　　 2008年5月12日,龙门山断裂带上发生了 Ms8.0级的汶川地震。至今近十年的时间里,位于青藏高原东缘和四川盆地交界处的龙门山构造带及汶川地震,都一直是众多学者研究的热门。因其独特的地理位置,龙门山断裂带具有独特的构造形态和地震破裂特点,不同学者对其形成原因以及对地震破裂的影响都提出了不同的观点。本文总结了龙门山地区和汶川地震相关的数值模拟研究结果,综合了龙门山构造带的地质地球物理资料,利用数值模拟软件COMSOL Multiphysics 5.2,建立了断层呈铲形形态的二维有限元数值模拟模型,对汶川地震的孕震及同震阶段进行了模拟研究,试图探索汶川地震同震触发阶段,断层面摩擦滑动的产生过程与变化规律。本文主要展开了以下几方面工作:(1)建立跨龙门山断裂带的铲形断层二维有限元模型结合龙门山地区的地质地球物理资料,总结不同学者对龙门山构造带孕震模式的推测与估计,建立包括青藏高原东缘、四川盆地、龙门山断裂带在内的二维固体力学模型。选取合适的各区域参数与边界条件,并对铲形断层面上附加Stribeck摩擦模型。(2)研究铲形断层与发震位置的关系通过建立连续铲形断层面并人为控制断层闭锁-开锁转换,得出铲形断层陡缓交界处,也即铲形弯曲程度最大处一般为初始破裂位置的结论。(3)研究铲形断层孕震及同震总位移场分布对模型进行孕震期-同震期分段数值模拟,以第一阶段最后时刻结果为第二阶段初始值,获取汶川地震同震位移场的数值模拟结果。结果显示,汶川地震具有的深部低倾角、浅部高倾角的铲形几何特征对汶川地震的能量积累有着不可忽视的作用。孕震期应力应变在断层粘塑性转换带处进行积累,青藏高原侧地表发生明显隆升与缩短。同震期汶川地震特有的高倾角铲形断层有促进水平位移在近断层处转化为竖直位移的特点,其同震位错最大处为地表出露处,上下盘位错高达5m,且主要集中在上盘;同震竖直位移大于水平位移,竖直位移主要集中在围绕断层15km范围内,水平位移随距离衰减慢于垂直位移,且其分布范围略广。(4)研究同震触发阶段断层面粘滑的产生过程与特点汶川地震发生同震大型位错前,有2min左右的同震触发阶段,该阶段断层主要进行小尺度粘滑,断层摩擦成分主要为粘着摩擦。同震触发阶段断层大致摩擦滑动模式分为4步。当模型进入同震触发阶段后,断层在15km左右深度首先发生扰动,扰动范围及断层主要滑动摩擦成分及摩擦力大值集中在15-10km深处,其他区域为粘着摩擦状态。在同震触发阶段40s左右,断层突破10km深度的摩擦阻力,在断层中部开始有滑动摩擦成分,并在距地表约2km处再次形成应力应变集中点。扰动进行到约90s,整条断层出现多个应力应变集中区域,且粘着摩擦和滑动摩擦成分频繁交替出现,代表断层正式破碎前最后的摩擦突破阶段。当扰动进行到100s时,深度2km的集中点应力应变符号改变,显示在正式同震破裂前较短时刻,上盘会发生反方向微小形变的可能性。此后,断层开始主要为滑动摩擦成分的摩擦滑动,大尺度同震阶段开始。
【学位单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P315

【参考文献】