美國(guó)地震學(xué)會(huì)通報(bào)(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(guó)地震學(xué)會(huì)通報(bào)(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(shí)間14時(shí)28分(國(guó)際協(xié)調(diào)時(shí)間6時(shí)28分)。地震的突然來(lái)襲令人措手不及,因?yàn)檫@個(gè)位于青藏高原邊緣的地區(qū)并沒(méi)有被列為地震高危險(xiǎn)區(qū)。地震造成了巨大破壞:400多萬(wàn)居民無(wú)家可歸,傷亡人數(shù)超過(guò)8萬(wàn),并有重大的經(jīng)濟(jì)損失。這次地震是中國(guó)近幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)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(wàn)和25萬(wàn)人的生命。汶川大地震發(fā)生在距2008年北京奧運(yùn)會(huì)開(kāi)幕只有幾個(gè)月的時(shí)間,中國(guó)政府采取了空前規(guī)模的應(yīng)急響應(yīng)措施來(lái)應(yīng)對(duì)這次地震災(zāi)害。為了不影響此次大規(guī)模救援行動(dòng)的效率,在地震發(fā)生后的最初幾個(gè)月,科學(xué)家很難進(jìn)入地震現(xiàn)場(chǎng)。這在一定程度上妨礙了臨時(shí)地震勘測(cè)網(wǎng)絡(luò)的搭建,如GPS或國(guó)際團(tuán)隊(duì)的地震臺(tái)站等。這種情況在任何一次大地震后往往都會(huì)出現(xiàn)。

與1999年MW7.7臺(tái)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(tái)網(wǎng)記錄了豐富的有關(guān)此次地震的實(shí)地觀測(cè)資料。因此,利用這些資料認(rèn)識(shí)受壓狀態(tài)下的應(yīng)變調(diào)節(jié)過(guò)程一直以來(lái)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(duì)科學(xué)界所持有的若干觀點(diǎn)也提出了質(zhì)疑。GPS觀測(cè)結(jié)果一再顯示,龍門山斷裂帶上幾乎沒(méi)有信號(hào)穿過(guò),并且?guī)资陙?lái),許多科學(xué)家都堅(jiān)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(duì)這一傳統(tǒng)觀念的挑戰(zhàn)。

盡管直接進(jìn)入地震現(xiàn)場(chǎng)確實(shí)有困難,但科學(xué)家依然付出了極大的努力來(lái)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(qiáng)調(diào)的是,這次地震對(duì)于中國(guó)地球科學(xué)界而言是一次展示活躍在中國(guó)的眾多科研團(tuán)隊(duì)水平的特殊機(jī)會(huì),本專集中約有60%的論文的主要作者來(lái)自中國(guó)。

本期BSSA汶川地震專集反映出對(duì)地震學(xué)感興趣的學(xué)科非常廣泛。主要有兩個(gè)大的主題:強(qiáng)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(chǎng)測(cè)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(qiáng)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(duì)地面運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)衰減模型的不同方面進(jìn)行檢驗(yàn)。通過(guò)模擬可與實(shí)際數(shù)據(jù)相比的地面運(yùn)動(dòng)記錄,他們測(cè)試了最近提出的下一代地面運(yùn)動(dòng)衰減模型,并且討論了該模型對(duì)不同頻域內(nèi)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)能力。Li等[5]利用距離汶川地震震中400 km范圍內(nèi)的強(qiáng)震動(dòng)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(shí)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(cè)到。Ghasemi等[6]、Kurahashi和Irikura[7]通過(guò)模擬強(qiáng)震動(dòng)記錄來(lái)約束有限震源模型。這兩項(xiàng)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(jìn)行了另外的測(cè)試,以檢驗(yàn)?zāi)姆N有限源模型能更好地再現(xiàn)強(qiáng)震記錄的頻譜特性。Lu等[8]根據(jù)強(qiáng)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(guó)的設(shè)計(jì)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(cè)數(shù)據(jù)值,而在長(zhǎng)周期則與觀測(cè)數(shù)據(jù)值相當(dāng)。Xu等[9]利用474個(gè)區(qū)域性小地震記錄得出了一種絕對(duì)地面運(yùn)動(dòng)縮比模型,包含幾何擴(kuò)展方程、衰減和一個(gè)頻譜衰減參數(shù)。

除了對(duì)強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)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(shí)地震臺(tái)網(wǎng)記錄到的中、小地震數(shù)據(jù)集計(jì)算了79個(gè)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(shí)間窗口內(nèi)預(yù)測(cè)強(qiáng)余震數(shù)量的問(wèn)題。他們的研究表明,對(duì)于震級(jí)大于或等于5級(jí)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(cè)方法在給定時(shí)間窗內(nèi)預(yù)測(cè)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(cè)到一個(gè)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(duì)應(yīng)。因此,他們建議該方法可用于探測(cè)孕震深度結(jié)構(gòu)的時(shí)間變化。Zhang和Ge[13]將反投影方法用于澳大利亞地震臺(tái)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(shí)別出了兩個(gè)主要的能量釋放地塊。Chaves等[14]采用新開(kāi)發(fā)的地震波傳播三維并行有限差分程序計(jì)算了合成低頻地震圖,并進(jìn)一步計(jì)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(guó)地震臺(tái)網(wǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)、由合成孔徑雷達(dá)差分干涉測(cè)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(gè)可能的動(dòng)力源而觸發(fā)中國(guó)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(shí)間內(nèi)(歷史上)曾有活動(dòng),而且斷層位于地震破裂傳播的正向時(shí),這種效應(yīng)比較顯著。但是,這兩個(gè)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?jī)H針對(duì)一個(gè)由ScS波反彈回震中地區(qū)引起的動(dòng)態(tài)應(yīng)力的具體實(shí)例。他的研究表明,動(dòng)態(tài)應(yīng)力可以達(dá)到足以觸發(fā)地震的水平,并且ScS波的到時(shí)與主震15分鐘后發(fā)生的MW6.0余震的時(shí)間非常吻合。

大量的文獻(xiàn)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(duì)地震地表破裂特性感興趣的人員提供了一個(gè)寶貴的信息來(lái)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(duì)避讓帶的詳細(xì)研究。他們還提供了不同地區(qū)的偏移測(cè)量結(jié)果。Zhou等[20]的研究更進(jìn)了一步,因?yàn)樗麄兏鶕?jù)實(shí)地觀測(cè)的地面破裂研究了重建的安全距離問(wèn)題。Wei等[21]通過(guò)測(cè)量陡坎表面粗糙度,研究了地表破裂的另一個(gè)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(diǎn)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(yùn)用14C和光釋光測(cè)年技術(shù),他們推斷出該地區(qū)最近一次與汶川地震震級(jí)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(dá)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(duì)龍門山斷裂帶運(yùn)動(dòng)學(xué)的討論中,以更大的視角審視了汶川地震。Densmore等[24]強(qiáng)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(shí)際活動(dòng)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(shí)龍門山斷裂帶的結(jié)構(gòu)方案。

Furuya等[26]、Xu等[27]利用大地測(cè)量數(shù)據(jù)——包括合成孔徑雷達(dá)(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(xiàng)研究得出的最大滑移量都是10 m左右,其觀測(cè)結(jié)果都顯示破裂伊始是以逆沖機(jī)制為主,隨著破裂向北傳播,走滑機(jī)制則更為明顯。

Verberne等[28]利用汶川地震現(xiàn)場(chǎng)收集的巖石樣品在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行摩擦試驗(yàn)。他們?cè)诓煌瑴囟群图羟兴俣认聹?zhǔn)備并測(cè)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(duì)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(gè)烈度表EMS1998和ESI2007,完成了宏觀地震研究,并給出了野外測(cè)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(kù)蓄水相關(guān)的庫(kù)侖應(yīng)力變化。他們發(fā)現(xiàn),該水庫(kù)蓄水確實(shí)提高了淺層地震活動(dòng)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(chǎng)變化作為大震前兆信號(hào)的可能性。他們報(bào)告說(shuō),在地震發(fā)生之前已有重力場(chǎng)異常的報(bào)道,并被解釋為前兆信號(hào)。從這一結(jié)果出發(fā),他們重點(diǎn)關(guān)注了數(shù)據(jù)的不確定性和改進(jìn)數(shù)據(jù)收集的可能的方法,這將使數(shù)據(jù)集得以充實(shí),以便進(jìn)一步檢驗(yàn)這一前兆假說(shuō)。

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(duì)30萬(wàn)年的地震活動(dòng)進(jìn)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(shí)間可預(yù)測(cè)模型,而只有當(dāng)應(yīng)力水平達(dá)到斷層上部較陡部分的臨界水平時(shí)才會(huì)發(fā)生更大的地震。

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

Chen和Wang[34]就地震預(yù)測(cè)的難題提出了一種頗具意義的觀點(diǎn)。他們討論了中國(guó)的地震預(yù)報(bào)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(xiǎn)最有效的方法就是按照適當(dāng)?shù)慕ㄖ?guī)范對(duì)地震危險(xiǎn)性作出如實(shí)的評(píng)估。

2008年汶川大地震對(duì)于中國(guó)人民來(lái)說(shuō)確實(shí)是一場(chǎng)災(zāi)難。然而,這次地震也為中國(guó)的地球科學(xué)界提供了一次機(jī)會(huì),他們挺身而出快速響應(yīng),樹立起自己在國(guó)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(guó)地球科學(xué)家與國(guó)外同行之間建立新的合作交流起到促進(jìn)作用。汶川大地震是中國(guó)地震史上的標(biāo)志性事件。它帶來(lái)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(duì)地震過(guò)程的認(rèn)識(shí),特別是對(duì)大陸擠壓區(qū)地震過(guò)程的認(rèn)識(shí),同時(shí),也有助于提高對(duì)長(zhǎng)復(fù)發(fā)地震周期地區(qū)的地震危險(xiǎn)性的認(rèn)識(shí)。

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(guó)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)

[1]Bjerrum L W,S?rensen M B,Atakan K.Strong ground motion simulation of the 12 May 2008MW7.9 Wenchuan earthquake,using various slip models.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2396-2424

[2]Lu M,Li X J,An X W,et al.A comparison of recorded response spectra from the 2008 Wenchuan,China,earthquake with modern ground-motion prediction models.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2357-2380

[3]Wang D,Xie L,Abrahamson N A,et al.Comparison of strong ground motion from the Wenchuan,China,earthquake of 12 May 2008 with the Next Generation Attenuation ground-motion models.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2381-2395

[4]Wen Z,Xie J,Gao M,et al.Near-source strong ground motion characteristics of the 2008 Wenchuan earthquake.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2425-2439

[5]Li XJ,Liu L,Wang Y S,et al.Analysis of horizontal strong-motion attenuation in the great 2008 Wenchuan earthquake.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2440-2449

[6]Ghasemi H,Fukushima Y,Koketsu K,et al.Ground-motion simulation for the 2008 Wenchuan,China,earthquake using the stochastic finite-fault method.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2476-2490

[7]Kurahashi S,Irikura K.Characterized source model for simulating strong ground motions during the 2008 Wenchuan earthquake.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2450-2475

[8]Lu M,Li X J,An X W,et al.A preliminary study on the near-source strong-motion characteristics of the great 2008 Wenchuan earthquake in China.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2491-2507

[9]Xu Y,Herrmann R B,Wang C-Y,et al.Preliminary high-frequency ground-motion scaling in Yunnan and southern Sichuan,China.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2508-2517

[10]Xu Y,Herrmann R B,Koper K D.Source parameters of regional small-to-moderate earthquakes in the Yunnan-Sichuan region of China.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2518-2531

[11]Smyth C,Mori J,Jiang C.Model ensembles for prediction of Wenchuan aftershock activity.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2532-2538

[12]Cheng X,Niu F,Wang B.Coseismic velocity change in the rupture zone of the 2008MW7.9 Wenchuan earthquake observed from ambient seismic noise.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2539-2550[13]Zhang H,Ge Z.Tracking the rupture of the 2008 Wenchuan earthquake by using the relative back-projection method.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2551-2560

[14]Chavez M,Cabrera E,Madariaga R,et al.Low frequency 3D wave propagation modeling of the 12 May 2008MW7.9 Wenchuan earthquake.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2561-2573

[15]Jiang T,Peng Z,Wang W,et al.Remotely triggered seismicity in continental China following the 2008 MW7.9 Wenchuan earthquake.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2574-2589

[16]Lin C-H.A largeMW6.0 aftershock of the 2008MW7.9 Wenchuan earthquake triggered by shear waves reflected from the Earth’s core.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2858-2865

[17]Liu-Zeng J,Wen L,Sun J,et al.Surficial slip and rupture geometry on the Beichuan fault near Hongkou during theMW7.9Wenchuan earthquake,China.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2615-2650

[18]Ren J,Chen G,Xu X,et al.Surface rupture of the 2008 Wenchuan earthquake,Sichuan,China,in the Qingping step-over determined from geomorphological surveying and excavation and its tectonic implications.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2651-2659

[19]Yu G,Xu X,Klinger Y,et al.Fault-scarp features and cascading-rupture model for theMW7.9 Wenchuan earthquake,eastern Tibetan plateau,China.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2590-2614

[20]Zhou Q,Xu X,Yu G,et al.Width distribution of the surface ruptures associated with the Wenchuan earthquake:Implication for the setback zone of the seismogenic faults in post-quake reconstruction.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2660-2668

[21]Wei Z,He H,Shi F,et al.Topographic characteristics of rupture surface associated with the 12 May 2008 Wenchuan earthquake.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2669-2680

[22]Liu J F,Chen J,Yin J H,et al.OSL and AMS14C dating of the Penultimate earthquake at the Leigu trench along the Beichuan fault,Longmen Shan,in the northeast margin of the Tibetan plateau.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2681-2688

[23]Yuan R-M,Xu X-W,Chen G-H,et al.Ejection landslide at the northern terminus of Beichuan rupture triggered by the 2008MW7.9 Wenchuan earthquake.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2689-2699

[24]Densmore A L,Li Y,Richardson N J,et al.The role of late Quaternary upper-crustal faults in the 12 May 2008 Wenchuan earthquake.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2700-2712

[25]Hubbard J,Shaw J H,Klinger Y.Structural setting of the 2008MW7.9 Wenchuan,China,earthquake.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2713-2735

[26]Furuya M,Kobayashi T,Takada Y,et al.Fault source modeling of the 2008 Wenchuan earthquake based on ALOS/PALSAR data.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2750-2766

[27]Xu C,Liu Y,Wen Y,et al.Coseismic slip distribution of the 2008MW7.9 Wenchuan earthquake from joint inversion of GPS and InSAR data.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2736-2749

[28]Verberne B A,He C,Spiers CJ.Frictional properties of sedimentary rocks and natural fault gouge from the Longmen Shan fault zone,Sichuan,China.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2767-2790

[29]Lekkas E L.The 12 May 2008MW7.9 Wenchuan,China,earthquake:Macroseismic intensity assessment using the EMS-98 and ESI 2007 scales and their correlation with geological structure.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2791-2804

[30]Deng K,Zhou S,Wang R,et al.Evidence that the 2008MW7.9 Wenchuan earthquake could not have been induced by the Zipingpu Reservoir.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2805-2814

[31]Zhu Y,Zhan B F,Zhou J,et al.Gravity measurements and their variations before the 2008 Wenchuan earthquake.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2815-2824

[32]Zhu S,Zhang P.Numeric modeling of the strain accumulation and release of the 2008 Wenchuan,Sichuan,China,earthquake.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2825-2839

[33]Zheng X-F,Yao Z-X,Liang J-H,et al.The role played and opportunities provided by IGP DMC of China National Seismic Network in Wenchuan earthquake disaster relief and researches.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2866-2872

[34]Chen,Q-F,Wang K.The 2008 Wenchuan earthquake and earthquake prediction in China.Bull.Seismol.Soc.Am.,2010,100(5B):2840-2857

P315;

E;

10.3969/j.issn.0235-4975.2010.12.001

2010-12-01。