走滑斷層地震地表變形與破裂寬度數(shù)值分析

李 紅鄧志輝陳連旺周 慶冉洪流邢成起中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029北京市地震局，北京 100080廣東省地震局，廣州 510070中國地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085

走滑斷層地震地表變形與破裂寬度數(shù)值分析

李 紅1,2）鄧志輝3）陳連旺4）周 慶1）冉洪流1）邢成起2）
1）中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029
2）北京市地震局，北京 100080
3）廣東省地震局，廣州 510070
4）中國地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085

震后野外考察表明，走滑斷層同震引起的地表變形主要集中在斷層兩側(cè)很窄的范圍，為定量研究同震地表強(qiáng)變形分布特征與破裂帶寬度，以鮮水河斷裂北西段為原型設(shè)計(jì)了一個(gè)簡化的三維黏彈有限元模型，斷層遵從庫侖滑動定律，斷層長度20 km，走向320°，厚度11 km，兩側(cè)各寬3 km。由已知地震斷層面的突然錯(cuò)動在地表引起的位移分布，求出任意相鄰兩點(diǎn)之間的位移量差值，即變形量，它是依賴于兩點(diǎn)間距離的變量。對于空間相鄰兩點(diǎn)di和di+1，其水平位移差hi為hi+1－h(huán)i；垂向位移差為Zi+1－Zi。總位移差di由求得，di空間位置位于相鄰兩點(diǎn)di和di+1的中間，可以表示為：

以斷層相對左旋位錯(cuò)模擬強(qiáng)震（如1973年?duì)t霍MS7.6地震的最大地表水平位錯(cuò)為3.6 m），模型南西與北東邊界在垂直斷層走向方向約束，平行斷層走向方向自由，底面垂向約束。取地表上自南西盤向北東盤經(jīng)過斷層長度中點(diǎn)（假定為強(qiáng)震震中投影）O，垂直于斷層走向的AB測線（AO、BO均為100 m，沿AB單元尺度為2 m，網(wǎng)格為六面體）的地表變形數(shù)據(jù)，以每米0.02 m的地表變形量為破裂閾值，即2 m跨度變形量超過0.04 m時(shí)認(rèn)為可導(dǎo)致地表破裂，換算出寬度。結(jié)果如下。

（1）不同位錯(cuò)量（1.5～8.5 m，增量約為0.5 m，斷層傾向北東，傾角80°）：①AB測線的變形量曲線為約以斷層為中心的對稱單峰型，強(qiáng)變形主要集中在斷層兩側(cè)各50 m范圍內(nèi)，達(dá)到破裂閾值的破裂寬度更窄。②不同位錯(cuò)量的同震地表強(qiáng)變形曲線形態(tài)相似，隨位錯(cuò)量增大，強(qiáng)變形寬度有所增加，但增加速率逐漸減小，斷層兩側(cè)50 m范圍內(nèi)變形量隨位錯(cuò)量增大而增大。③地表破裂寬度隨位錯(cuò)量增大而增大，但斜率逐漸較小，并趨于一個(gè)漸進(jìn)值，位錯(cuò)量為2 m與8.5 m時(shí)，破裂寬度分別為12 m與66 m。

（2）不同斷層傾角（傾向北東，傾角為45°、50°～90°,位錯(cuò)量為3.6 m，增量為10°）：傾角對變形量曲線形態(tài)影響微小，對破裂寬度影響不大，最大變形量峰值位置隨傾角減小而向北東方向略有偏移。

（3）位錯(cuò)量為3.6 m時(shí)隱伏垂直走滑斷層：①上覆沉積層為松散土層時(shí)，沿AB測線的地表變形曲線的單峰隨沉積層厚度（5～40 m，厚度增量為5 m；42～45 m，增量為1 m）增加逐漸變平緩，最大變形量隨厚度增加呈現(xiàn)二次下凹曲線，并趨于一漸近值，破裂寬度隨厚度增加約44 m時(shí)，已不能在地表形成破裂（圖略）。②不同土質(zhì)類型不同沉積厚度的情況見表1。

表1　不同土質(zhì)類型在不同厚度的地震地表最大變形量與破裂帶寬度 （單位：m）