汶川地震地表断层破裂和灾难:地震灾害评估和缓解的一个教训

文摘

的8.0汶川大地震发生在中国沿龙门山断层,是一个巨大的灾难。在地震中大部分的破坏和人员伤亡主要集中在表面破裂区:240公里长的Beichuan-Yingxiu断层和70公里长的Jiangyou-Guanxian错。尽管龙门山断层是众所周知的,研究地表断层破裂并没有被认为是在减灾规划,和相关的地面运动风险因此低估了。不考虑断层破裂和低估了地震地面运动风险造成了灾难性的影响。汶川地震灾难的教训是,断层破裂风险必须评估和考虑降低。此外,确定性方法更适合断层破裂的风险比概率评估方法。

1。介绍

2008年5月12日,M_年代在中国8.0汶川地震造成许多房屋倒塌和巨大的伤亡。它发生在龙门山逆冲推覆体构造带,白云Har的连接块在青藏高原和华南块在中国东部(图1)。区域由一个前山断层(Jiangyou-Guanxian错误),中央故障(Beichuan-Yingxiu错误),范围故障(Wenchuan-Maoxian错误),及其相关褶皱(图1)。欧元区经历了强烈的构造活动和集中活动断裂,使它强大的地震多发地区,因为它不仅是巴哈尔的结和华南块,但也有部分南北地震构造区在中国大陆。8.0汶川地震女士是龙门山逆冲推覆体的结果推动东南,伴随着顺时针剪切。

图1

_年代 _年代历史地震的汶川的地震构造和分布地区。(1)全新世活动断裂。(2)晚更新世活动断层。(3)中更新世早期和活跃的断层。(4)埋活断层。(5)正断层。(6)走向滑动断层。(7)女士8.0级地震地表破裂。(8)女士8.0级地震的震中。(9)历史地震从M4所示。7到5.0。(10)历史地震从M4所示。7到5.0。(11)图的位置。

汶川地震是一个巨大的灾难,造成超过1100亿美元的损失,造成了约90000人死亡1]。这场灾难有很多原因,比如大(M级_年代8.0),高山和陡峭的斜坡,稠密的人口。然而,地震灾害的主要原因之一是,断层破裂,表面和地面运动被低估或忽略。尽管龙门山断层和相关的地震活动是众所周知的和研究(图1),表面在任何没有考虑断层破裂风险缓解计划。以前估计地面运动的风险(即。,peak ground acceleration with 10 percent probability of exceedance in 50 years) for building seismic design was only 0.1 to 0.15 g PGA (Figure2)。换句话说,该地区地震灾害被低估,导致社区措手不及的危害。

2。地震地表破裂的特征

M_年代8.0汶川地震产生两个northwest-dipping表面破裂在龙门山逆冲推覆体构造带在青藏高原的东部边缘:Beichuan-Yingxiu破裂和Guanxian-Jiangyou破裂,产生两个叠瓦逆冲断层地震裂缝,水下降,裂缝,和其他表面破裂运行北中央断层地区如重灾区青川县和木鱼,形成一个连续的,不同的地表破裂带。Beichuan-Yingxiu表面断裂长约240公里,以右旋滑抽插。附近的一个表面破裂Leigu在北川最大垂直位移为6.2米和4.9米的右旋滑动位移(2]。Guanxian-Jiangyou表面断裂长约90公里,以纯粹的抽插。村里的洛阳,最大垂直位移为3.5 m和水平位移为1.9 m。此外,两个上述断裂以西的区域,6-km-long,分隔开破裂区在Xiaoyudong sinistral-slip抽插,导致其中一个最复杂的结构在最近的破坏性地震(1]。在范围的错,我们没有发现表面破裂,但许多次生地质灾害如滑坡和雪崩(表1)。


没有	位置					σ₁		σ₂		σ₃
没有	朗	纬度	网站	Lattitude (°)	数量	方向	浸	方向	浸	方向	浸

BDT	25.6 105°32′′′	32°34 17.9′′′	Zhuya	60 ~ 80 / N∠30 ~ 80	27	97年	8	203年	64年	3	24
MDB	103°34 9.1′′′	31°2′49.5′′	马克西	90 ~ 110 / N∠60 ~ 70	30.	264年	15	359年	20.	138年	65年
MJK	105°26 39.1′′′	32°39 57.7′′′	一场	25 ~ 80 /西北∠44 ~ 80	44	271年	17	173年	23	33	61年
MHK	58.9 103°54′′′	31°12′53.1′′	Bailu	20 ~ 50 / S∠50 ~ 85	51	102年	1	12	37	192年	53
MLL	39.1 104°9′′′	31°27′37.7′′	汉旺	50 ~ 110 / W∠55 ~ 75	40	121年	4	30.	14	227年	75年
MYD	47.2 105°24′′′	32°38 31.9′′′	Muyv	65 ~ 70 / S, W∠78 ~ 50	37	287年	3	195年	23	25	67年
PTN	56 104°42′′′	32°5′2.8′′	通	48 ~ 61 / N∠35 ~ 50	53	79年	17	173年	12	296年	69年
发出邀请函	103°41 30.5′′′	31°8′43.1′′	虹口	30 ~ 50 / W∠65 ~ 85	29日	271年	10	5	21	158年	66年

Beichuan-Yingxiu表面破裂是明显的分段,总的来说,大致有界区域从Leigu北川。其西南段水平位移较小的特点是纯抽插;其东北段以滑插入大致相等的垂直和水平位移或略大的水平位移。Guanxian-Jiangyou破裂开始在南部和东北部,Cifeng Bailu,九龙,汉王,Zhishui,其总长度约70公里。这个表面破裂的特点是逆断层,只在个别领域有较大的水平位移。

构造应力张量反演的地震断层滑动构造应力场的数据显示,今天的龙门山构造时期,在其最新的最大主压应力方向是76到121°(3]。龙门山断裂带,在近east-west-trending挤压的区域构造应力场,通常表明一种推力的运动。在Beichuan-Yingxiu表面破裂,主压应力方向之间的角度从断层上的地震数据反演断层走向是45至70°,相对更大。在北方的北川断裂,主压应力方向之间的角度和走向断层通常是20到40°,相对较小。因为变化的主压应力方向及断层几何特征,断层运动模式的改变:Yingxiu-Beichuan断层被抽插运动与一般小走滑特征,而在北部的北川向上抽插运动是伴随着显著的走滑位移,与滑组件大于竖直分量。这表明在不同的段相同的表面破裂,并影响自己的几何特征和构造应力场的变化,断层活动明显改变其特性。

3所示。损坏的表面破裂

3.1。推力表面断裂及其影响

映秀附近沿着213国道,多个地震裂缝观察,其中最畸形有大约2.0米的垂直位移和水平位移的只有0.6米(图3(一个))。Bajiaomiao在虹口,一级阶地前缘,地震产生了4.3米的断层崖,用一个新的灰色黑色部分热门40°东北和西北76°,一组划痕的产生与西方一个75到80°,表明断层的基本运动模式是把较小的走滑(图3 (b))。

(一)

(b)

Bailu中学,我们观察到一个表面破裂趋势40°东北的抽插运动导致水泥董事会重叠或丰满起来,形成了一个1.5米长崖。教室挂墙上和下盘不同程度受损,但没有崩溃,而遥远的断层上的建筑物已经倒塌。Liangfengya Leigu镇,我们观察到一个表面破裂区趋势沿着公路[希腊悲剧诗人]20到30°,形成断层长度4.5米,显示出强大的推力特性。

3.2。地表断裂走滑特征及其影响

南坝附近表面混乱主要是破裂,使池塘,沿着断层和地裂缝。东部的南坝,故障趋势35到50°东北穿过河流和道路,形成一个明显的表面破裂区约1.5米的垂直位移和右旋水平位移约2.5米(图4(一))。小sag-ponds泛滥平原上形成由逆断层与约1.5米的垂直位移。附近的北面堵塞池塘,观察右旋位移约3.0米。建筑物500米内破裂区被严重损坏,大部分倒塌。房子的顶部破裂被完全摧毁。尽管一些房屋没有倒塌,他们仍然不安全的居所。北部的南坝的错,房子在下盘方面遭遇的整体倾斜或扭曲,因为错的右旋运动。

(一)

(b)

有非常明显的表面破裂在汉王等城镇,九龙,Bailu。在汉旺镇,断层穿过公路和河流,形成瀑布在河里,它产生在路上和泛滥平原崖约1.5到2米高,使所有的道路两边的河。Xiaoyudong附近,我们观察到一个表面断裂故障趋势290到320°,使公路和农田,形成一个崖约1.5到2.5米高的左旋水平运动(图1 - 3米4 (b))。东部的Xiaoyudong桥完全倒塌由于左旋抽插,而西部的桥,位于挂墙,是扭曲和波浪,使整个桥完全无法使用。

3.3。地面裂缝表面断层破裂造成的

地震严重破坏了地面和山。在很多地方,可以看到明显的地面裂缝。在一些地方,裂缝超过30厘米。建筑区域密集裂缝遭受重大损失,甚至破产。裂缝不仅与地震相关的特点,也给当地的地质构造。地震产生的大量的地面裂缝,不仅在地表附近断层破裂,而且1到2公里;在一些地区密集地面裂缝观察。沿着高速公路东木鱼,表面产生的地震破裂故障趋势50到60°东北部,形成一个崖高约0.2米,墙上挂的近垂直拉伸裂纹产生的地震趋势80到110°(图5)。

在城镇贵溪和通等地震也产生了裂缝。道路、字段、河流和水族馆都脱臼和销毁;水平和垂直位错测量1.9米和2.0米,分别。通和Taisong一起,远离断层、水泥董事会在高速公路上仍拱形或重叠由于强烈的挤压与右旋断层位错的大约10到30厘米。与此同时,两岸的损坏,我们可以看到许多拉伸裂缝的密度分布趋势几乎东,与宽度从几米到几十米,高速公路的路基造成巨大的损害。

在汉旺,九龙,Bailu表面破裂观察。断层穿过公路和河流和产生裂缝沿着路约1.5到2米高漫滩,在河里形成瀑布。挂在墙上,一组south-dipping裂缝趋势30到50°,20 - 35厘米宽也观察到。如图5水泥路面鼓起来,形成的重叠部分长约1.7米,0.2米。这20米长的水泥公路显示牵引现象,结合水泥路面的一部分是广泛的南部和北部狭窄。只是有点远离断层和断裂上盘,一群拉伸裂纹趋势70到100°也观察到。

Bailu,地震产生的故障趋势40°东北部,穿过老街河,形成瀑布2到2.5米高。Bailu东北高速公路和山坡上,许多几乎垂直张力裂缝产生的地震趋势90到100°,长度超过500米,破坏道路。

3.4。断层Rupture-Induced次生地质灾害

地震沿表面破裂区,产生了许多次生地质灾害,包括崩塌、滑坡和泥石流,造成巨大的人员伤亡和财产损失。在一些地区,比如北川和映秀,次生地质灾害造成的人员伤亡和财产损失远比地震直接造成的。

压倒性的西北一侧的凤凰村成立中央故障挂墙上,埋几十个农舍(图6)。滑坡的前缘到达河的另一边,形成堰塞湖。在凤凰的西边,我们可以看到表面破裂区形成了一个崖河床和一级阶地,压倒性的身体从顶壁和掩盖断层崖。

Chenjiaba滑坡形成中央断层Chenjiaba墙挂在西北的一面。滑坡下滑通过破裂的山谷,前缘到达湖的另一边,形成堰塞湖。北方的一部分Chenjiaba滑坡推力,导致严重的建筑损伤,数十人死亡。在汉旺,断层是大约10米远的桥。桥头严重受损,桥面是扭曲和拱形,但仍然可以使用的桥梁。错挂墙上,我们可以看到许多部分崩溃在山上和封锁道路。

4所示。讨论

汶川地震表明,危害从断层表面破裂,以及从地面运动,没有充分考虑减排计划,比如建筑规范。没有挫折或其他措施来缓解汶川地区的地表断层破裂。如图2,设计峰值地面加速度(4)很低,只有0.1到0.15 g,在汶川地区。因此,我们必须探讨地震灾害,特别是地面运动和表面破裂,是评估和使用。

尽管几种方法被用于评估地面运动和断层破裂风险,它们可以分为两大类:概率和确定性。概率方法的目的是确定地面运动或断层破裂的概率将超过一个给定的水平。例如,概率地震危险性分析(震源)旨在估计每年超过数的概率(即。在1年,超过数的概率)对于一个给定的地面运动水平(5]。同样,概率断层破裂危害分析(PFDHA)旨在为给定位移估计每年超过数的概率(6]。地震震源PFDHS实质上是发达国家相同的方式(6]。相比之下,确定性方法旨在确定一个地面运动的不确定性(例如,50百分位(中值)或84)从一个或一组地震场景。例如,确定性的地震危险性分析(DSHA)用于确定中位数或某些百分位(例如,84)从单个地震地面运动或一组地震(7,8]。换句话说,强调概率方法概率出现(统计特征)对于一个给定的风险(即。,地面运动or displacement), whereas deterministic methods emphasize the地面运动在网站或位移(物理特性)。

尽管地震震源已广泛应用于地震危险性评估,最近的研究发现,它具有内在问题[9,10]。特别是,地震震源包含一个数学错误:将一个无量纲的量(即。,the annual probability of exceedance—the probability of exceedance in 1 year) to a dimensional quantity with the unit of per year (i.e., the annual frequency or rate of exceedance) [10]。这数学错误导致了所谓的遍历性假设:“地震震源对地面运动的空间不确定性不确定性时间在一个单点”(1119页)。因此,地震震源的结果是工件和地震震源的使用是有问题的(10,12]。如图2,地面加速度峰值的概率为10%超过数50年来在汶川地震震中区,来自震源(4),仅为0.1到0.15 g,这明显低于观察,约1.0 g PGA (13]。地震灾害也低估了地震震源的地震,如2009年的拉奎拉地震(M6.3), 2010年海地地震(M7.1), 2011日本地震(M9.0), 2011克赖斯特彻奇地震。

尽管DSHA并不支持当前的实践,它有优势,如(1)它有一个明确的物理和统计意义和(2)很容易理解地球科学家、工程师、和其他人。在加州为桥梁设计指定的地面运动实际上是由确定性从最大可信地震地面运动14)和加州沿海建筑抗震设计的地面运动由确定性的地面运动接近封顶主要故障来源(15]。王等人[16]DSHA开发地面运动风险地图用于桥梁和公路抗震设计在肯塔基州。另一个优势是,DSHA可以利用地面运动模拟(17- - - - - -19]。因此,DSHA比地震震源的地震灾害评估更合适。

类似于使用地震震源的地面运动风险评估、PFDHA不适合断层破裂风险评估。亚伯拉罕森(20.)表明,地表断层破裂模型的遍历性的假设是不合理的。确定性方法更广泛的应用。例如,表面破裂阿拉斯加输油管穿越德纳里峰的设计参数确定断层确定性[21]。阿拉斯加输油管期间表现良好的2002年德纳里峰地震(M7.9),生产了5.8右旋和1.2米的垂直滑动在管道穿越21]。

5。结论

地表断层破裂模式的控制因素,在汶川地震损害的严重性:(1)大多数的损失集中在表面破裂区和(2)上的损失更严重比下盘。不同的断层段被发现有不同的几何特征和不同的构造应力环境。因此活动断裂和相关的表面特征必须调查。此外,将活断层调查结果纳入风险评估表面断层破裂,以及地面运动风险的评估,是极其重要的。

地面运动风险在汶川地震震源震中区被明显低估了,这可能会导致大灾难。表面断层破裂危险更适当地由一个确定的方法。现场调查显示,大多数表面破裂的宽度小于40米。因此我们推荐一个40米的挫折在汶川地区断层的建设。

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