汶川地震断层破裂过程联合反演和地震动场模拟

Since it has the large rupture scale, the complex seismogenic fault,the complex topography,the large difference of crust velocity structure and the wide distribution of strong ground motion distribution, the rupture process and strong motion simulation of the big Wenchuan earthquake is very important to realize the ruptue characteristic and the effect of the complex media on the wave propagation for large earthquake.The research results can also provide the ground motion input for structure anti-seismic. Currently,most studies on the source process are based on the long period far field data and relative simple fault model, which can only give an average rupture process.In this study,we use a joint inverion method with the non-negative least square method accompanied by parallel comptational technique,and the far field, the near field, the GPS and the surface rupture data and a reasonal curve fault to invese the fault rupture process of the wenchuan earthquake,analyzing the dislocation distriubution, the rupture velocity and the stress dorp in detail. Addionally, by constructing a 3-D near field crust model according to the geophysics and the underground velocity stricue data of Longmenshan fault area, and developing the wave propagation method based on the high order spectra element and parallel computation, the strong motion will be simulated and its characteristic and atenuation law will be discussed in detail. Meanwhile, the effect of the complex topography and basin on the wave propagation will be analyzed in this study.

汶川大地震破裂规模大、发震断层复杂、区域地形复杂、地壳速度结构差异较大且强地震动分布范围广，其破裂过程及地震动场模拟对认识大震的破裂特征及复杂介质对地震波传播的影响具有重要作用,研究结果同时可为工结构抗震提供地震动输入。目前基于全球台网资料的震源过程研究已初步揭示了断层破裂过程。但由于研究中仅利用了远场长周期资料，且断层模型较简单,仅能给出比较平均的破裂过程。本研究拟利用汶川大地震中获得的大量近场、远场、GPS 和地表破裂资料，建立合理的曲面断层模型，利用并行非负最小二乘反演方法，联合反演汶川地震断层破裂过程，分析其精细的断层位错分布、破裂速度的空间变化、应力降分布等。利用龙门山地区的地球物理和地下速度结构等资料，建立近场区三维地壳模型，发展基于高阶谱元和并行计算的地震波传播模拟方法，模拟汶川地震的近场地震动，探讨复杂地形、盆地等对地震波传播的影响，分析强地震动的分布和衰减规律。

本研究目标为利用汶川大地震中获得的近场、远场、GPS 和地表破裂资料，联合反演汶川地震断层破裂过程，基于反演的震源模型和高阶谱元法及并行计算，模拟汶川地震的近场地震动。经过4年的研究，完成了所有预定目标。主要成果为：. （1）综合利用地震地质、余震分布、地表破裂及汶川地震后各种反演资料，建立了汶川地震复杂曲面断层模型。基于近场43个台三分量站强震记录、远场36个台站垂直向的测震记录、120个水平位移GPS数据以及地表破裂资料，利用多时间窗并行非负最小二乘反演方法，分别单独和联合反演了汶川地震震源过程，分析了各种数据的反演能力和可靠性，分析了断层位错分布、应力降分布破裂速度的空间变化，为模拟汶川地震场提供了合理的震源模型。研究表明，汶川地震较为可能的破裂方式为北川断层南侧的深部低倾角部分首先破裂，延后扩展至彭灌断层，当彭灌断层破裂到与小鱼洞断层交界处，引起小鱼洞断层破裂，并进一步带动北川断层的高倾角部分产生了双侧破裂。地震破裂持续时间达100s，断层面上存在5个明显的凹凸体。北川断层南段的龙门山镇、虹口、映秀的位错以逆冲错动为主，最大滑动量达12m；岳家山至清平附近错动以逆冲为主兼有走滑错动，最大滑动量约为10m。北川断层北段的北川附近滑动以逆冲为主，最大滑动量10m；南坝到青川区域以走滑错动为主，最大滑动量10m。彭灌断层的白鹿下方区域的位错以逆冲为主，深部位错达8m。. （2）利用龙门山地区和四川盆地的地震地质、地球物理和速度测线等资料，建立了汶川地震近场区三维速度结构模型，包括龙门山和部分四川盆地。基于高阶谱元法和并行计算，采用联合反演获得的震源模型，模拟了汶川地震的地震波传播过程和地震动场。研究表明，四川盆地放大系数较大的区域主要分布在成都平原及盆地基底深度大于9km的区域。 . （3）采用线源模型，基于芦山地震加速度包络衰减关系和汶川地震近场30个台站加速度包络，利用差分进化方法反演汶川地震断层面上高频辐射分布。研究表明，汶川地震断层面上高频辐射分布很不均匀，辐射较强的区域主要位于映秀、北川和南坝区域，映秀和北川等凹凸体的周边区域，断层破裂停止的东北端约30km长的区域也表现了很强的高频辐射。