美國地震學(xué)會通報(BSSA)2008年四川汶川地震專集介紹＊

Klinger Y,Ji C,Shen Z-K,Bakun W H

(Institut de Physique du Globe de Paris,Centre National de la Recherche Scientifique BP89,4 place Jussieu,75005 Paris,France)

美國地震學(xué)會通報(BSSA)2008年四川汶川地震專集介紹＊

Klinger Y,Ji C,Shen Z-K,Bakun W H

(Institut de Physique du Globe de Paris,Centre National de la Recherche Scientifique BP89,4 place Jussieu,75005 Paris,France)

四川汶川MW7.9地震發(fā)生在2008年5月12日北京時間14時28分(國際協(xié)調(diào)時間6時28分)。地震的突然來襲令人措手不及,因為這個位于青藏高原邊緣的地區(qū)并沒有被列為地震高危險區(qū)。地震造成了巨大破壞:400多萬居民無家可歸,傷亡人數(shù)超過8萬,并有重大的經(jīng)濟損失。這次地震是中國近幾個世紀(jì)以來最大的地震災(zāi)難之一,前兩次分別是1920年海原大地震和1976年唐山大地震,它們分別奪去了20萬和25萬人的生命。汶川大地震發(fā)生在距2008年北京奧運會開幕只有幾個月的時間,中國政府采取了空前規(guī)模的應(yīng)急響應(yīng)措施來應(yīng)對這次地震災(zāi)害。為了不影響此次大規(guī)模救援行動的效率,在地震發(fā)生后的最初幾個月,科學(xué)家很難進入地震現(xiàn)場。這在一定程度上妨礙了臨時地震勘測網(wǎng)絡(luò)的搭建,如GPS或國際團隊的地震臺站等。這種情況在任何一次大地震后往往都會出現(xiàn)。

與1999年MW7.7臺灣集集地震、2005年MW7.6克什米爾地震一樣,2008年汶川地震是世界上最大的逆沖型大陸地震之一,各種各樣的地球物理臺網(wǎng)記錄了豐富的有關(guān)此次地震的實地觀測資料。因此,利用這些資料認(rèn)識受壓狀態(tài)下的應(yīng)變調(diào)節(jié)過程一直以來都成為主要目標(biāo)。此外,發(fā)生在龍門山脈、地處青藏高原邊緣的汶川地震對科學(xué)界所持有的若干觀點也提出了質(zhì)疑。GPS觀測結(jié)果一再顯示,龍門山斷裂帶上幾乎沒有信號穿過,并且?guī)资陙?許多科學(xué)家都堅持認(rèn)為該地區(qū)只可能發(fā)生輕微的形變。汶川地震的發(fā)生顯然是對這一傳統(tǒng)觀念的挑戰(zhàn)。

盡管直接進入地震現(xiàn)場確實有困難,但科學(xué)家依然付出了極大的努力來研究這次地震。本期汶川地震專集的34篇論文反映了這些研究工作的部分成果。應(yīng)該強調(diào)的是,這次地震對于中國地球科學(xué)界而言是一次展示活躍在中國的眾多科研團隊水平的特殊機會,本專集中約有60%的論文的主要作者來自中國。

本期BSSA汶川地震專集反映出對地震學(xué)感興趣的學(xué)科非常廣泛。主要有兩個大的主題:強震研究(9篇)和地表破裂研究(6篇)。其余19篇論文涉及與此次地震相關(guān)的不同方面,從構(gòu)造地質(zhì)學(xué)到工程領(lǐng)域或重力場測量等。在距離汶川地震震中相當(dāng)大的范圍內(nèi)(幾公里到數(shù)百公里)有大量的強震記錄(＞60)數(shù)據(jù)可以使用。Bjerrum等[1]、Lu等[2]、Wang等[3]和Wen等[4]利用這些數(shù)據(jù)對地面運動預(yù)測衰減模型的不同方面進行檢驗。通過模擬可與實際數(shù)據(jù)相比的地面運動記錄,他們測試了最近提出的下一代地面運動衰減模型,并且討論了該模型對不同頻域內(nèi)數(shù)據(jù)的預(yù)測能力。Li等[5]利用距離汶川地震震中400 km范圍內(nèi)的強震動記錄數(shù)據(jù)集,詳細(xì)研究了上下盤位置效應(yīng)以及破裂傳播的方向效應(yīng)。他們的研究表明,上下盤效應(yīng)只在最初的40 km范圍內(nèi)和周期低于1 s時明顯,而方向效應(yīng)則在所有距離和頻率范圍內(nèi)都能觀測到。Ghasemi等[6]、Kurahashi和Irikura[7]通過模擬強震動記錄來約束有限震源模型。這兩項研究都表明,此次地震震源可被分為產(chǎn)生分離脈沖記錄的子事件。他們還進行了另外的測試,以檢驗?zāi)姆N有限源模型能更好地再現(xiàn)強震記錄的頻譜特性。Lu等[8]根據(jù)強震記錄研究了有限源的特征。他們將汶川地震的頻譜響應(yīng)與其他可利用的大震記錄相比較,并與中國的設(shè)計規(guī)范中的頻譜相比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在中、短周期,后者低于觀測數(shù)據(jù)值,而在長周期則與觀測數(shù)據(jù)值相當(dāng)。Xu等[9]利用474個區(qū)域性小地震記錄得出了一種絕對地面運動縮比模型,包含幾何擴展方程、衰減和一個頻譜衰減參數(shù)。

除了對強地面運動的大量研究外,本專集還涉及到其他方面的地震研究工作。Xu等[10]利用2000—2004年由臨時地震臺網(wǎng)記錄到的中、小地震數(shù)據(jù)集計算了79個地震事件的矩張量解,結(jié)果與東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)的旋轉(zhuǎn)相吻合。Smyth等[11]探討了汶川地震后在特定時間窗口內(nèi)預(yù)測強余震數(shù)量的問題。他們的研究表明,對于震級大于或等于5級的余震,基于最近的地震序列的古登堡-里克特模型(Gutenberg-Richter model)與基于修正的大森定律(Omori law)的更經(jīng)典的余震預(yù)測方法在給定時間窗內(nèi)預(yù)測余震數(shù)量方面同樣有效。Cheng等[12]利用背景地震噪聲研究了沿龍門山斷裂帶的速度和構(gòu)造變化。他們能夠清晰地探測到一個速度下降0.4%的區(qū)域,該地區(qū)正與此次地震的深部破裂區(qū)相對應(yīng)。因此,他們建議該方法可用于探測孕震深度結(jié)構(gòu)的時間變化。Zhang和Ge[13]將反投影方法用于澳大利亞地震臺網(wǎng)的寬頻帶數(shù)據(jù),得到了汶川地震的震源參數(shù),包括識別出了兩個主要的能量釋放地塊。Chaves等[14]采用新開發(fā)的地震波傳播三維并行有限差分程序計算了合成低頻地震圖,并進一步計算了位移和最大速度分布圖像。這些模擬結(jié)果很好地吻合了中國地震臺網(wǎng)實際數(shù)據(jù)、由合成孔徑雷達差分干涉測量(DInSAR)得出的汶川地震地表形變和修正后的麥加利等震線。Jiang等[15]研究了汶川地震作為一個可能的動力源而觸發(fā)中國其他斷層上的地震的效應(yīng)。他們發(fā)現(xiàn),當(dāng)斷層在最近的時間內(nèi)(歷史上)曾有活動,而且斷層位于地震破裂傳播的正向時,這種效應(yīng)比較顯著。但是,這兩個條件似乎還不足以作為必然觸發(fā)地震的條件。Lin[16]也研究了汶川地震的觸發(fā)效應(yīng),但他的研究僅針對一個由ScS波反彈回震中地區(qū)引起的動態(tài)應(yīng)力的具體實例。他的研究表明,動態(tài)應(yīng)力可以達到足以觸發(fā)地震的水平,并且ScS波的到時與主震15分鐘后發(fā)生的MW6.0余震的時間非常吻合。

大量的文獻資料都記載了與汶川地震相關(guān)的地表破裂,本專集為那些對地震地表破裂特性感興趣的人員提供了一個寶貴的信息來源。Liu-Zeng等[17]、Ren等[18]、Yu等[19]和Zhou等[20]研究了不同的破裂部位,展示出地表破裂表現(xiàn)的復(fù)雜性,包括對避讓帶的詳細(xì)研究。他們還提供了不同地區(qū)的偏移測量結(jié)果。Zhou等[20]的研究更進了一步,因為他們根據(jù)實地觀測的地面破裂研究了重建的安全距離問題。Wei等[21]通過測量陡坎表面粗糙度,研究了地表破裂的另一個方面——地震陡坎形態(tài)。他們發(fā)現(xiàn)了粗糙度主方向存在明顯差異的證據(jù),這主要取決于地點和變形特征的變化。Liu等[22]提供了沿汶川地震破裂斷層上的歷史地震資料。運用14C和光釋光測年技術(shù),他們推斷出該地區(qū)最近一次與汶川地震震級相當(dāng)?shù)牡卣鸢l(fā)生在約2.1～1.1 ka前。Yuan等[23]的論文也與地震的地面顯示有關(guān),其內(nèi)容涉及位于此次破裂北端的巨大滑坡。這種滑坡的具體形態(tài)表明垂直加速度和水平加速度都必須達到極高的水平才能觸發(fā)此次地震。Densmore等[24]和Hubbard等[25]在其對龍門山斷裂帶運動學(xué)的討論中,以更大的視角審視了汶川地震。Densmore等[24]強調(diào)了該地震與已知構(gòu)造結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系,并指出了確定實際活動斷裂帶的困難性。Hubbard等[25]則基于調(diào)整楔理論,提出了一種認(rèn)識龍門山斷裂帶的結(jié)構(gòu)方案。

Furuya等[26]、Xu等[27]利用大地測量數(shù)據(jù)——包括合成孔徑雷達(SAR)數(shù)據(jù)和全球定位系統(tǒng)(GPS)數(shù)據(jù)得出了與汶川地震破裂相關(guān)的滑移分布。這兩項研究得出的最大滑移量都是10 m左右,其觀測結(jié)果都顯示破裂伊始是以逆沖機制為主,隨著破裂向北傳播,走滑機制則更為明顯。

Verberne等[28]利用汶川地震現(xiàn)場收集的巖石樣品在實驗室進行摩擦試驗。他們在不同溫度和剪切速度下準(zhǔn)備并測試了模擬斷層泥。結(jié)果發(fā)現(xiàn),該區(qū)富含粘土的沉積物可能對某一深度破裂的傳播產(chǎn)生阻尼作用,而石灰?guī)r則可加速傳播,從而產(chǎn)生顯著的應(yīng)力降。

Lekkas[29]比較了兩個烈度表EMS1998和ESI2007,完成了宏觀地震研究,并給出了野外測定的烈度和地質(zhì)構(gòu)造之間的關(guān)系。

Deng等[30]研究了與紫坪鋪水庫蓄水相關(guān)的庫侖應(yīng)力變化。他們發(fā)現(xiàn),該水庫蓄水確實提高了淺層地震活動的水平,但這種應(yīng)力變化太小,不足以在汶川地震震源深度產(chǎn)生任何顯著效應(yīng)。

Zhu等[31]研究了重力場變化作為大震前兆信號的可能性。他們報告說,在地震發(fā)生之前已有重力場異常的報道,并被解釋為前兆信號。從這一結(jié)果出發(fā),他們重點關(guān)注了數(shù)據(jù)的不確定性和改進數(shù)據(jù)收集的可能的方法,這將使數(shù)據(jù)集得以充實,以便進一步檢驗這一前兆假說。

Zhu和Zhang[32]基于龍門山斷裂帶的粘彈性有限元描述,提出了該斷裂帶的力學(xué)模型。他們對30萬年的地震活動進行模擬,結(jié)果表明,發(fā)生在低角度斷層面上、深度大于15 km的小地震事件往往遵從時間可預(yù)測模型,而只有當(dāng)應(yīng)力水平達到斷層上部較陡部分的臨界水平時才會發(fā)生更大的地震。

Zheng等[33]提供了一份中國地震臺網(wǎng)中心數(shù)據(jù)管理中心有關(guān)汶川地震的最新報告。

Chen和Wang[34]就地震預(yù)測的難題提出了一種頗具意義的觀點。他們討論了中國的地震預(yù)報歷史中具有里程碑意義的事件,表明到目前為止,降低地震風(fēng)險最有效的方法就是按照適當(dāng)?shù)慕ㄖ?guī)范對地震危險性作出如實的評估。

2008年汶川大地震對于中國人民來說確實是一場災(zāi)難。然而,這次地震也為中國的地球科學(xué)界提供了一次機會,他們挺身而出快速響應(yīng),樹立起自己在國際學(xué)術(shù)界中的地位。本專集只介紹了他們眾多研究成果的一部分,但相信該專集仍然可以為中國地球科學(xué)家與國外同行之間建立新的合作交流起到促進作用。汶川大地震是中國地震史上的標(biāo)志性事件。它帶來了豐富的、非常重要的地震資料,這些資料有助于加深人們對地震過程的認(rèn)識,特別是對大陸擠壓區(qū)地震過程的認(rèn)識,同時,也有助于提高對長復(fù)發(fā)地震周期地區(qū)的地震危險性的認(rèn)識。

譯自:Bulletin of the Seismological Society of America,November 2010,100(5B):2353-2356,doi:10.1785/0120100172

原題:Introduction to the Special Issue on the 2008 Wenchuan,China,Earthquake

(中國地震局地球物理研究所 李平恩 譯;左玉玲 校)

(譯者電子信箱,李平恩:pingen2000@163.com)

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