芦山地震的发生对周围断层影响的数值模拟

李玉江, 陈连旺, 刘少峰, 杨树新, 荆 燕

1)中国地质大学(北京)地球科学与资源学院, 北京 100083; 2)中国地震局地壳应力研究所地壳动力学重点实验室, 北京 100085

芦山地震的发生对周围断层影响的数值模拟

李玉江1, 2), 陈连旺2), 刘少峰1), 杨树新2), 荆 燕2)

1)中国地质大学(北京)地球科学与资源学院, 北京 100083; 2)中国地震局地壳应力研究所地壳动力学重点实验室, 北京 100085

芦山地震发生后, 地震的发生造成周围断层应力变化值得关注。本文基于川滇地区的三维非线性有限元模型, 利用芦山地震同震静态滑移量结果, 分析地震的发生对川滇地区主要断裂的同震加卸载效应。初步结果表明, 芦山地震的发生造成龙门山断裂中南段、岷江断裂、马尔康断裂、鲜水河断裂北西段、大凉山断裂南段、小江断裂南段不同程度的应力增加。其中龙门山断裂中南段增加最为显著, 最大库仑应力增加量达0.035 MPa; 岷江断裂次之, 最大达0.0075 MPa; 马尔康断裂增加量达0.0031 MPa; 鲜水河断裂北西段达0.0008 MPa。而从断裂带同震应变积累与释放方面分析的结果同样表明上述四条断裂地震危险性增强。该结果可以为川滇地区地震危险性分析提供一定的参考依据。

芦山地震; 川滇地区; 库仑破裂应力; 数值模拟

2013年 4月 20日四川芦山县(102°57′E, 30°19′N)发生MS7.0级地震, 该地震是继汶川MS8.0级地震后, 四川地区再次发生的严重破坏性地震,地震造成巨大的财产损失和人员伤亡(刘杰等, 2013)。地震学反演的震源机制解及破裂过程等震源参数表明, 芦山地震是发生在龙门山断裂带南段的一次逆冲型地震, 且最大同震滑移量为 1.59 m(张勇等, 2013; 王卫民等, 2013)。曾祥方等(2013)通过P波初动反演和波形反演方法, 结合短期余震震源机制, 进一步确定芦山地震的发震断层为高角度逆冲断层。另外, 野外地质科学考察表明, 芦山地震在震中区没有形成具有构造地质意义的地震地表破裂带, 该地震是一次典型盲逆断层型地震(徐锡伟等, 2013)。

地震是地壳应力积累到一定程度, 岩层突然破裂、错动的一种现象。一次地震的发生会引起周围区域应力场的调整, 这种应力调整进一步影响断裂的破裂失稳条件。当应力变化为正时, 加速周围断层的应力积累, 造成下次地震提前发生, 即地震触发效应; 反之, 应力积累过程被延滞, 即地震卸载效应(Harris, 1998)。地震应力触发研究主要是以库仑应力变化为基础, Stein等(1992)研究了土耳其北安纳托利亚断裂带上 1939—1992年间发的 10个M≥6.7级地震的库仑破裂应力演化过程, 发现 90%的地震是被先前地震所触发。King等(1994)通过研究1992年Landers地震对后续Big Bear地震的库仑应力变化, 认为Landers地震加速了Big Bear地震的发生。沈正康等(2003)利用粘弹性模型, 对东昆仑断裂带5个M≥7大地震之间的应力转移和断层相互作用进行研究, 发现前四个地震均造成 2001年可可西里地震断层面上库仑破裂应力的增加。万永革等(2007)通过对青藏高原东部20个 M≥7大地震应力演化与地震触发作用进行研究, 发现 85%地震是由于库仑破裂应力的增加而被触发。陈连旺等(2008)利用三维有限元模型, 研究川滇地区 1981—2000 年M≥6.5地震序列的应力加卸载效应, 发现后续地震全部位于已发地震所引起的库仑破裂应力增加区。汶川地震发生后, 国内外学者基于不同地震破裂模型, 开展汶川地震发生对周围断层的影响研究。Parsons等(2008)利用USGS给出的汶川地震破裂模型计算汶川地震对周围断层的应力触发, 发现雅安断裂的库仑破裂应力增加可达 0.1 MPa。Toda 等(2008)利用 Okada程序(Okada, 1992), 分析结果认为鲜水河断裂南端、东昆仑断裂以及岷江断裂地震危险性增加。Wan等(2010)利用GPS、InSAR资料反演的汶川地震破裂模型, 计算了周围断层的库仑破裂应力变化, 结果表明龙门山断裂带两端、鲜水河南端、东昆仑东南段、岷江南段以及西秦岭等断裂带应力增加。而地形变资料分析的结果同样表明汶川地震对龙门山断裂带东北段有一定程度的促进作用(张希等, 2010)。李玉江等(2013)应用有限单元法, 考虑黏弹性松弛效应的影响, 研究汶川地震的发生对周围断层的影响。结果表明, 鲜水河断裂北西段、东昆仑、龙日坝、岷江以及虎牙断裂库仑应力水平增加显著, 且汶川地震对于玉树地震的发生有微弱的加载效应。目前, 关于芦山地震的发生对周围断层的影响, 研究成果相对较少。单斌等(2013)利用弹性位错理论和分层岩石圈模型, 研究汶川地震和芦山地震对周边主要断层的影响, 结果认为鲜水河断裂康定—道孚段及龙门山断裂带次级断裂北川—映秀、彭县—灌县及雅安断裂库仑应力增加。

综合考虑活动构造、地球物理场及地震活动性等多学科研究成果, 建立川滇地区三维非线性有限元模型。利用王卫民等(2013)基于远场体波资料和有限断层方法反演给出的芦山地震同震静态滑动量结果, 本文数值模拟芦山地震的发震过程, 研究芦山地震的发生对川滇地区主要活动断裂的影响, 为川滇地区地震危险性分析提供可能的依据。

1 川滇地区三维有限元模型的建立

根据川滇地区全新世活动断裂、地壳上地幔三维波速结构等资料, 充分考虑对地质构造运动和地震活动起决定作用的活动断裂和活动断块, 建立川滇地区三维地质构造模型。

1.1 介质分区及物性参数

川滇地区的活动断裂控制了主要构造运动的发生和发展, 同时成为活动地块的边界(张培震等, 2003)。依据川滇地区的构造特征, 模型划分出5个区: (Ⅰ)华南块体, (Ⅱ)马尔康块体, (Ⅲ)川滇菱形块体, (Ⅳ)藏东块体以及(Ⅴ)滇西南块体, 具体结果见图1, 其中川滇菱形块体内部较软, 华南块体相对较硬, 其它介于两者之间。结合王椿镛等(2002)利用川滇地区地震台网174个台站记录的地震初至P波和S波走时数据确定的地壳上地幔三维波速结构研究成果, 根据杨氏模量 E、泊松比ν与纵波速率 C和密度ρ之间的关系 E=C2ρ(1+ν)(1-2ν)/(1-ν)(王仁等, 1980), 确定各个分区的物性参数(表1)。其中断层的杨氏模量取周围介质的1/3。

在地质模型的基础上, 采用接触摩擦单元处理活动断裂带, 建立川滇地区三维弹性有限元模型(图2)。模型范围为96°—106°E, 20°—34°N, 垂直区域为地表至上地幔40 km深处。有限元模型包含了川滇地区主要活动断裂带, 断裂带几何产状、活动性质见表 2。整个有限元数值模型共划分为单元343235个, 节点80681个。

1.2 模型边界约束

本文利用 ITRF2000参考框架处理得到的中国大陆2004—2007年的GPS观测资料, 通过对速度场数据进行三次样条插值, 获得该速度值与计算时间步长的乘积, 作为有限元模型的位移边界条件。由于地壳运动速度在垂向的差异尚未明确定论, 作为一种近似, 本文所施加的边界条件不随深度变化,且模型底部水平向自由, 法向约束。具体边界约束见图3。

图1 川滇地区主要活动断裂简图Fig. 1 Major active faults in Sichuan-Yunnan area

图2 川滇地区三维有限元模型Fig. 2 Three-dimensional finite element model for Sichuan-Yunnan area

表1 川滇地区模型介质分区参数Table 1 Material parameters of each block in Sichuan-Yunnan area

表2 川滇地区主要活动断裂产状及活动性质Table 2 Geometry and activity of the main faults in Sichuan-Yunnan area

2 芦山地震的发生引起周围断裂库仑应力变化

图3 川滇地区三维有限元模型的边界约束条件Fig. 3 The boundary condition of the three-dimensional finite element model for Sichuan-Yunnan area

芦山地震发生后, 王卫民等(2013)基于远场体波资料和有限断层方法反演获得断裂带同震静态滑动量数据, 结果表明芦山地震的震源性质以逆冲断裂为主, 且最大同震滑动量达1.59 m。本文基于其研究结果, 通过将滑动量数据作为载荷加载到有限元模型中所对应的节点上, 模拟地震的发震过程,分析地震的发生引起周围断层的静态库仑应力变化。

2.1 静态库仑破裂应力公式

根据库仑破裂假设, 岩石趋近于破裂程度的库仑破裂应力fσ 为(King et al., 1994):

其中, τ为断层面上的剪应力,nσ为正应力,定义压应力为正, p为孔隙流体压力, μ为断层面介质的摩擦系数。

当断层面与主应力轴1σ的夹角为β时, 正应力和剪应力可以表示为:

其中,1σ为最大主应力,3σ为最小主应力, 方程(1)可以变为:

对(4)式求 β的偏微分, 可以发现当 β满足cot2β=-1/μ时, 库仑破裂应力取最大值 σmfax。

然而, 精确确定地下应力张量是极为困难的,通常定义库仑破裂应力变化(Harris, 1998)。当μ不随时间变化时, 由(1)式库仑应力变化为:

式中, Δτ为断层面上剪应力的变化(以断层滑动方向为正), Δnσ和Δp分别为断层面上的正应力和孔隙压力的变化。如果Δfσ ＞0, 则有利于后续地震的发生。

为了简化孔隙压力变化的影响, 引入Skempton系数 B', 取值范围为0—1, B'依赖于岩石体膨胀系数和流体所占体积比例的常数, 则。假定断层处比周围岩石更具有延展性, 则, 并假定,它给出孔隙流体和断层面上的介质属性, 范围为 0 —1, 那么库仑破裂应力变化Δfσ 变为:

2.2 库仑破裂应力变化

地震发生前后的剪应力变化与背景初始应力场偏应力相关, 且初始应力场不仅使得地震发生前后断层面上的应力状态更为复杂, 而且还会影响库仑应力的分布(King et al., 1994; 石耀霖等, 2010)。目前初始应力场仍无法完全确定, 本研究采用加载千年尺度的构造载荷, 获得区域的初始应力场。在初始应力场基础上, 模拟芦山地震的发震过程, 获得芦山地震的发生引起的同震库仑破裂应力变化。利用数值模拟得到的任意点应力张量的6个独立分量, 既可以研究应力场的主应力和主方向, 也可以计算任一走向, 任一倾向断层面上的应力向量, 即正应力nσ和剪应力τ。对于二维问题, 有简明的计算公式, 而三维问题则比较复杂, 可以通过坐标系变换, 获得任意断层面上的应力向量, 最终给出断裂带的库仑应力(陈连旺等, 2008)。根据 Stein等(1992)和King等(1994)的结果认为, 改变'μ的值会对计算得到的库仑破裂应力变化的空间分布有一定的影响。本文给出视摩擦系数'μ=0.4和0.6时主要活动断裂带的库仑破裂应力变化。另外, 川滇地区的震源深度主要集中在 10～20 km(张国民等, 2002), 因此本文给出 0～20 km的同震库仑应力变化。

从图4看出, 芦山地震的发生主要造成龙门山断裂中南段、鲜水河断裂、岷江断裂、甘孜—玉树断裂、小江断裂南段、大凉山断裂北段不同程度的应力增加。其中龙门山断裂中南段库仑应力增加最为明显, 岷江断裂次之, 马尔康断裂、鲜水河断裂、大凉山断裂、小江断裂较小。在视摩擦系数'μ=0.4 和0.6时, 各段的库仑应力变化具体见表3。从表3可以看出, 在'μ=0.6时龙门山断裂中南段库仑应力增加量最大达0.035 MPa; 在'μ=0.4时岷江断裂增加量最大为0.0075 MPa。库仑应力增加的高值区在不同断裂带或同一断裂带不同段的交汇区分布明显。另外, 通过对比两种视摩擦系数情况下库仑应力变化的分布, 发现视摩擦系数'μ的改变会造成部分区域库仑破裂应力极性的变化, 但变化的范围相对较小。

图4 川滇地区主要活动断裂同震库仑破裂应力变化Fig. 4 Co-seismic Coulomb failure stress change among active faults in Sichuan-Yunnan area

表3 不同视摩擦系数下各断裂带库仑应力变化Table 3 Coulomb stress change in each fault under the condition of different apparent friction coefficients

3 断裂带同震应变积累与释放

芦山地震的发生, 造成除龙门山断裂外, 马尔康断裂、岷江断裂、鲜水河断裂相对较为显著的加载效应。本文利用跨越上述断层的剖面(剖面与地表交线的方向为从左向右, 剖面分布见图 1), 通过分析断层面两侧区域相对运动变形特征, 确定断层两盘的同震活动方式, 进而分析断裂带同震应变积累与释放。在上地壳内, 活动断层在震间期基本处于锁定状态。从弹性回跳理论可知, 当断层处于闭锁状态时, 断层两盘与历史活动方式相同的同震变形有利于断层及其邻区应变进一步积累; 反之, 与历史活动方式相反的同震变形会造成断层及其邻区应变有所释放。

跨越各断裂带东向Ue、北向Un、垂向Uv同震位移量变化具体见图5(其中横坐标为垂直断层方向的位移剖面距离, 纵坐标为各位移分量大小), 结合断层面产状, 确定各位移量在平行走向、垂直走向及断层面法向的位移分量(表4)。对于以走滑型为主的断裂, 主要参考平行断层走向的位移分量。如果平行断层位移分量较小, 则需要进一步参考断层法向的位移量, 分析断层及其邻区的应变变化; 对于近似纯逆冲的龙门山断裂中南段, 主要参考垂直走向的位移量大小。从表4可以看出, 龙门山断裂中南段、马尔康断裂、岷江断裂同震运动方式与断裂历史活动方式相同, 表现为同震应变积累。而对于鲜水河断裂, 虽然平行断层走向的位移分量表现的断层运动方式与断裂历史活动方式相反, 但量值较小。相反, 断层法向的位移量变化较大, 且为有利于断层活动的张性位移。

图5 跨断裂带同震位移量变化Fig. 5 Co-seismic displacement change along the faults

表4 断层各方向位移分量Table 4 Displacement components in the fault directions

4 结论与讨论

基于川滇地区的三维非线性有限元模型, 利用芦山地震同震静态滑动量结果, 模拟芦山地震的发震过程, 从库仑应力变化分析芦山地震的发生对川滇地区主要断裂的同震加卸载效应。结果表明: 芦山地震的发生造成龙门山断裂中南段、马尔康断裂、岷江断裂、鲜水河断裂北西段、大凉山断裂南段、小江断裂南段不同程度的应力增加, 其中龙门山断裂中南段增加最为显著, 最大库仑应力增加量达0.035 MPa; 岷江断裂次之, 最大达0.0075 MPa; 马尔康断裂应力增加0.0031 MPa; 鲜水河断裂北西段最大达0.0008 MPa。对于应力增加较为明显的四条断裂, 从断裂带应变积累与释放的角度进一步分析,认为两者反映的断裂带地震危险性变化基本一致,该结果可能为川滇地区地震危险性分析提供一定的力学参考依据。

芦山地震发生后, 陈运泰等(2013)通过对 2003年以来龙门山断裂带中、小地震精定位、地震活动性分析认为, 芦山地震的发生并没有显著地缓解龙门山断裂西南段的地震危险性, 仍需要关注西南段的北段的潜在危险性。高原等(2013)通过对汶川地震、芦山地震的余震精定位认为, 芦山地震与汶川地震的破裂没有贯通, 两个地震之间形成一个值得关注的“破裂空段”。本文从应力变化给出的结果同样显示出龙门山断裂中南段的应力增加较高。单斌等(2013)利用弹性位错理论与分层岩石圈模型, 分析芦山地震的同震及震后应力变化, 结果显示出鲜水河断裂康定—道孚段库仑应力增加, 这与本文给出的同震应力变化结果是一致的。另外, 王辉等(2012)基于地震活动性参数 b值的研究表明, 鲜水河断裂带道孚段处于低 b值区, 这种低值区反映断裂段较高的应力水平。

需要指出的是, 本文利用王卫民等(2013)给出的同震静态滑移量结果作为约束条件模拟芦山地震的发震过程, 重点讨论同震应力变化。库仑应力的变化只是地震的一个触发因素, 能否发生地震还取决于区域初始应力状态及其变化, 但库仑应力的变化对解释震后趋势判定仍有重要意义。

致谢: 在本文完成过程中, 中国科学院青藏高原研究所王卫民副研究员提供芦山地震同震静态滑动量结果, 作者与中国地震局地壳应力研究所陆远忠研究员的有益讨论, 图件使用 GMT软件包绘制(Wessel et al., 1995), 在此一并表示感谢。

参考文献:

曾祥方, 罗艳, 韩立波, 石耀霖. 2013. 2013年4月20日四川芦山 MS7.0地震: 一个高角度逆冲地震[J]. 地球物理学报, 56(4): 1418-1424.

陈连旺, 张培震, 陆远忠, 陈化然, 马宏生, 李丽, 李红. 2008.川滇地区强震序列库仑破裂应力加卸载效应的数值模拟[J].地球物理学报, 51(5): 1411-1421.

陈运泰, 杨智娴, 张勇, 刘超. 2013. 从汶川地震到芦山地震[J].中国科学: 地球科学, 43(6): 1064-1072.

单斌, 熊熊, 郑勇, 金笔凯, 刘成利, 谢祖军, 许厚泽. 2013. 2013年芦山地震导致的周边断层应力变化及其与 2008年汶川地震的关系[J]. 中国科学: 地球科学, 43(6): 1002-1009.

邓起东, 张培震, 冉勇康, 杨晓平, 闵伟, 楚全芝. 2002. 中国活动构造基本特征[J]. 中国科学(D辑), 32(12): 1020-1030.

高原, 王琼, 赵博, 石玉涛. 2013. 龙门山断裂带中南段的一个破裂空段——芦山地震的震后效应[J]. 中国科学: 地球科学, 43(6): 1038-1046.

李玉江, 陈连旺, 陆远忠, 詹自敏. 2013. 汶川地震的发生对周围断层稳定性影响的数值模拟[J]. 地球科学——中国地质大学学报, 38(2): 398-410.

刘杰, 易桂喜, 张致伟, 官致君, 阮祥, 龙锋, 杜方. 2013. 2013 年4月20日四川芦山M7.0级地震介绍[J]. 地球物理学报, 56(4): 1404-1407.

沈正康, 万永革, 甘卫军, 曾跃华, 任群. 2003. 东昆仑活动断裂带大地震之间的黏弹性应力触发研究[J]. 地球物理学报, 46(6): 786-795.

石耀霖, 曹建玲. 2010. 库仑应力计算及应用过程中若干问题的讨论——以汶川地震为例[J]. 地球物理学报, 53(1): 102-110.

唐荣昌, 韩渭滨. 1993. 四川活动断裂与地震[M]. 北京: 地震出版社.

万永革, 沈正康, 曾跃华, 盛书中. 2007. 青藏高原东北部的库仑破裂应力积累演化对大地震发生的影响[J]. 地震学报, 29(2): 115-129.

王椿镛, MOONEY W D, 王溪莉, 吴建平, 楼海, 王飞. 2002.川滇地区地壳上地幔三维速度结构研究[J]. 地震学报, 24(1): 1-16.

王辉, 曹建玲, 荆燕, 李振. 2012. 川滇地区强震活动前 b值得时空分布特征[J]. 地震地质, 34(3): 531-543.

王仁, 何囯琦, 殷有泉, 蔡永恩. 1980. 华北地区地震迁移规律的数学模拟[J]. 地震学报, 2(1): 32-42.

王卫民, 郝金来, 姚振兴. 2013. 2013年4月20日四川芦山地震震源破裂过程反演初步结果[J]. 地球物理学报, 56(4): 1412-1417.

徐锡伟, 闻学泽, 韩竹军, 陈桂华, 李传友, 郑文俊, 张世民,任治坤, 许冲, 谭锡斌, 魏占玉, 王明明, 任俊杰, 何仲,梁明剑. 2013. 四川芦山7.0级强震: 一次典型的盲逆断层型地震[J]. 科学通报, 58(20): 1887-1893.

徐锡伟, 闻学泽, 郑荣章, 马文涛, 宋方敏, 于贵华. 2003. 川滇地区活动块体最新构造变动样式及其动力来源[J]. 中国科学(D辑), 33(增刊): 151-162.

张国民, 汪素云, 李丽, 张晓东, 马宏生. 2002. 中国大陆地震震源深度及其构造含义[J]. 科学通报, 47(9): 663-668.

张培震, 邓起东, 张国民, 马瑾, 甘卫军, 闵伟, 毛凤英, 王琪. 2003. 中国大陆的强震活动与活动地块[J]. 中国科学(D辑), 33(增刊): 12-20.

张培震, 徐锡伟, 闻学泽, 冉勇康. 2008. 2008年汶川8.0级地震发震断裂的滑动速率、复发周期和构造成因[J]. 地球物理学报, 51(4): 1066-1073.

张希, 王双绪, 张晓亮, 崔笃信, 王文萍, 张四新, 薛富平. 2010.昆仑山与汶川强烈地震对青藏块体东北缘地壳运动及应变积累的影响[J]. 地球学报, 31(1): 32-42.

张勇, 许力生, 陈运泰. 2013. 芦山4.20地震破裂过程及其致灾特征初步分析[J]. 地球物理学报, 56(4): 1408-1411.

CHEN Liang-wang, ZHANG Pei-zhen, LU Yuan-zhong, CHEN Hua-ran, MA Hong-sheng, LI Li, LI Hong. 2008. Numerical simulation of loading/uploading effect on Coulomb failure stress among strong earthquakes in Sichuan-Yunnan Area[J]. Chinese Journal of Geophys, 51(5): 1411-1421(in Chinese with English abstract).

CHEN Yun-tai, YANG Zhi-xian, ZHANG Yong, LIU Chao. 2013. From 2008 Wenchuan earthquake to 2013 Lushan earthquake[J]. Scientia Sinica Terrae, 43(6): 1064-1072(in Chinese with English abstract).

DENG Qi-dong, ZHANG Pei-zhen, RAN Yong-kang, YANG Xiao-ping, MIN Wei, CHU Quan-zhi. 2002. The basic characteristics of the China’s active tectonic[J]. Science in China (Series D: Earth Sciences), 32(12): 1020-1031(in Chinese with English abstract).

GAO Yuan, WANG Qiong, ZHAO Bo, SHI Yu-tao. 2013. A rupture blank zone in middle south part of Longmenshan faults: Effects after Lushan Ms7.0 earthquake of 20 April 2013 in Sichuan, China[J]. Science China: Earth Sciences, 43(6): 1038-1046(in Chinese with English abstract).

HARRIS R A. 1998. Introduction to special section: Stress triggers, stress shadows, and implication for seismic hazard[J]. Journal of Geophysical Research, 103(B10): 24347-24358.

KING G C P, STEIN R S, LIN Jian. 1994. Static Stress Changes and the Triggering of Earthquakes[J]. Bull Seism Soc Amer, 84(3): 935-953.

LI Yu-jiang, CHEN Lian-wang, LU Yuan-zhong, ZHAN Zi-min. 2013. Numerical Simulation on Influences of Wenchuan Earthquake on the Stability of Faults in the Neighborhood[J]. Earth Science—Journal of China University of Geosciences, 38(2): 398-410(in Chinese with English abstract).

LIU Jie, YI Gui-xi, ZHANG Zhi-wei, GUAN Zhi-jun, RUAN Xiang, LONG Feng, DU Fang. 2013. Introduction to the Lushan, Sichuan M7.0 earthquake on 20 April 2013[J]. Chinese Journal of Geophysics, 56(4): 1404-1407(in Chinese with English abstract).

OKADA Y. 1992. Internal deformation due to shear and tensile faults in a half-space[J]. Bull Seismol Soc Am, 82(2): 1018-1040.

PARSONS T, JI Chen, KIRBY E. 2008. Stress changes from the 2008 Wenchuan earthquake and increased hazard in the Sichuan Basin[J]. Nature, 454: 509-510.

RICE J R. 1992. Fault Stress States, Pore Pressure Distributions and the Weakness of the San Andreas Fault[C]. Fault Mechanics and Transport Properties of Rock. Academic, San Diego, Calif: 475-503.

SHAN Bin, XIONG Xiong, JIN Bi-kai, LIU Cheng-li, XIE Zu-jun, XU Hou-ze. 2013. Stress changes on major faults caused by 2013 Lushan earthquake, and its relationship with 2008 Wenchuan earthquake[J]. Science China: Earth Sciences, 43(6): 1002-1009(in Chinese with English abstract).

SHEN Zheng-kang, WAN Yong-ge, GAN Wei-jun, ZENG Yue-hua, REN Qun. 2003. Viscoelastic triggering among largest earthquakes along the east Kunlun fault system[J]. Chinese Journal of Geophysics, 46(6): 786-795(in Chinese with English abstract).

SHI Yao-lin, CAO Jian-ling. 2010. Some aspects in static stress change calculation—case study on Wenchuan earthquake[J]. Chinese Journal of Geophysics, 53(1): 102-110(in Chinese with English abstract).

STEIN R S, KING G C, LIN Jian. 1992. Change in failure stress on the southern San Andreas fault system caused by the 1992 magnitude=7.4 Landers earthquake[J]. Science, 258(5086): 1328-1332.

TANG Rong-chang, HAN Wei-bin. 1993. Active faults and earthquakes in Sichuan province, China[M]. Beijing: Seismological Press(in Chinese).

TODA S, LIN Jian, MEGHRAOUI M, STEIN R S. 2008. 12 May 2008 M=7.9 Wenchuan, China, earthquake calculated to increase Failure stress and seismicity rate on three major fault systems[J]. Geophys Research Letters, 35(17): doi: 10.1029/ 2008GL034903.

WAN Yong-ge, SHEN Zheng-kang, ZENG Yue-hua, SHENG Shu-zhong. 2007. Evolution of cumulative Coulomb failure stress in Northeastern Qinghai-Xizang plateau and its effect on large earthquake occurrence[J]. Acta Seismologica Sinica, 29(2): 115-129(in Chinese with English abstract).

WAN Yong-ge, SHEN Zheng-kang. 2010. Static Coulomb stress changes on faults caused by the 2008 Mw 7.9 Wenchuan, China earthquake[J]. Tectonophysics, 491(1-4): 105-118.

WANG Chun-yong, MOONEY W D, WANG Xi-li, WU Jian-ping, LOU Hai, WANG Fei. 2002. Study on 3-D velocity structure of crust and upper mantle in Sichuan-Yunnan region, China[J]. Acta Seismologica Sinica, 24(1): 1-16(in Chinese with English abstract).

WANG Hui, CAO Jiang-ling, JING Yan, LI Zhen. 2012. Spatiotemporal pattern of b-value before major earthquakes in the Sichuan-Yunnan region[J]. Seismology and Geology, 34(3): 531-543(in Chinese with English abstract).

WANG Ren, HE Guo-qi, YIN You-quan, CAI Yong-en. 1980. A mathematical simulation for the pattern of seismic transference in North China[J]. Acta Seismologica Sinica, 2(1): 32-42(in Chinese with English abstract).

WANG Wei-min, HAO Jin-lai, YAO Zhen-xing. 2013. Preliminary result for rupture process of Apr.20, 2013, Lushan Earthquake, Sichuan, China[J]. Chinese Journal of Geophysics, 56(4): 1412-1417(in Chinese with English abstract).

WESSEL P, SMITH W. 1995. New Version of the Generic Mapping Tools (GMT) Version 3.0 Released[J]. EOS, 76(33): 329-336.

XU Xi-wei, WEN Xue-ze, HAN Zhu-jun, CHEN Gui-hua, LI Chuan-you, ZHENG Wen-jun, ZHANG Shi-min, REN Zhi-kun, XU Chong, TAN Xi-bin, WEI Zhan-yu, WANG Ming-ming, REN Jun-jie, HE Zhong, LIANG Ming-jian. 2013. Lushan Ms7.0 earthquake: A blind reserve-fault earthquake[J]. Chin Sci Bull, 58(20): 1887-1893(in Chinese with English abstract).

XU Xi-wei, WEN Xue-ze, ZHENG Rong-zhang, MA Wen-tao, SONG Fang-min, YU Gui-hua. 2003. Pattern of latest tectonic motion and its dynamics for active blocks in Sichuan-Yunnan region, China[J]. Science in China (Series D), 46(s1): 151-162(in Chinese with English abstract).

ZENG Xiang-fang, LUO Yan, HAN Li-bo, SHI Yao-lin. 2013. The Lushan Ms7.0 earthquake on 20 April 2013: A high-angle thrust event[J]. Chinese Journal of Geophysics, 56(4): 1418-1424(in Chinese with English abstract).

ZHANG Guo-min, WANG Su-yun, LI Li, ZHANG Xiao-dong, MA Hong-sheng. 2002. The earthquake focal depth and its tectonic implication in China mainland[J]. Chinese Science Bulletin, 47(9): 663-668(in Chinese with English abstract).

ZHANG Pei-zhen, DENG Qi-dong, ZHANG Guo-min, MA Jin, GAN Wei-jun, MIN Wei, MAO Feng-ying, WANG Qi. 2003. Active tectonic blocks and strong earthquakes in the continent of China[J]. Science in China(Series D), 46(s1): 13-24(in Chinese with English abstract).

ZHANG Pei-zhen, XU Xi-wei, WEN Xue-ze, RAN Yong-kang. 2008. Slip rates and recurrence intervals of the Longmen Shan active fault zone, and tectonic implications for the mechanism of the May 12 Wenchuan earthquake, 2008, Sichuan, China[J]. Chinese Journal of Geophysics, 51(4): 1066-1073(in Chinese with English abstract).

ZHANG Xi, WANG Shuang-xu, ZHANG Xiao-liang, CUI Du-xin, WANG Wen-ping, ZHANG Si-xin, XUE Fu-ping. 2010. The influence of the Kunlun Mountains and Wenchuan strong earthquakes on the crustal movement and strain accumulation in the northeastern margin of Qinghai-Xizang block[J]. Acta Geoscientica Sinica, 31(1): 32-42(in Chinese with English abstract).

ZHANG Yong, XU Li-sheng, CHEN Yun-tai. 2013. Rupture process of the Lushan 4.20 earthquake and preliminary analysis on the disaster-causing mechanism[J]. Chinese Journal of Geophysics, 56(4): 1408-1411(in Chinese with English abstract).

Impact of the Lushan Earthquake on the Surrounding Faults: Insights from Numerical Modeling

LI Yu-jiang1, 2), CHEN Lian-wang2), LIU Shao-feng1), YANG Shu-xin2), JING Yan2)
1) School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083; 2) Key Laboratory of Crustal Dynamics, Institute of Crustal Dynamics, China Earthquake Administration, Beijing 100085

The stress change of the surrounding faults induced by the Lushan earthquake deserves attention. In this paper, the authors developed a three-dimensional nonlinear finite element model to explore the co-seismic loading/unloading effect, based on the coseismic static slip data deduced from the field body waveform record inversion. The preliminary results showed that the Lushan earthquake caused the lading effects on the mid-south Longmen Shan, Minjiang, Barkam, northwestern Xianshuihe, south Daliangshan, and south Xiaojiang faults; the mid-south Longmen Shan fault, in particular, had the significant increase which reached 0.035 MPa; Minjiang fault reached 0.0075 MPa, Barkam fault reached 0.0031 MPa and northwestern Xianshuihe fault reached 0.0008 MPa. These results corresponded well with those deduced from the coseismic strain accumulation and release aspects, and can hence provide a basis for the seismic risk analysis in the future.

Lushan earthquake; Sichuan-Yunnan region; Coulomb failure stress; numerical simulation

P315.32; P315.2

A

10.3975/cagsb.2014.05.13

本文由中央公益性科研院所基本科研业务专项(编号: ZDJ2012-09; ZDJ2011-08)和国家科技支撑计划项目(编号: 2012BAK19B03-6)联合资助。

2013-10-27; 改回日期: 2014-03-13。责任编辑: 魏乐军。

李玉江, 男, 1982年生。助理研究员。主要从事构造应力场、地震活动性方面的数值模拟研究。通讯地址: 100085, 北京市海淀区西三旗安宁庄路1号, 北京2855信箱。电话: 010-62842659。E-mail: toleeyj@gmail.com。