汶川地震地表破裂面形貌特征

准确描述破裂面形貌对于我们理解地震断层作用是非常重要的,破裂面的形貌特征包含许多关于地震和断层机制的有用信息。在Mw7.9 2008汶川地震中断层活动产生了两个新鲜的破裂面,八角庙破裂面和沙坝破裂面。我们使用3D便携式激光扫描仪(Tri mble GX)对两个破裂表面进行测量,在野外微观尺度上研究了破裂面形貌特征。通过能谱密度和均方值两个方法分析破裂面形貌,新鲜的破裂面表现为自相仿性,能谱密度和均方值均与剖面长度存在幂律关系。在能谱密度与空间频率的对数图中,能谱密度曲线存在明显的拐点,该拐点所对应的波长称为"特征波长",表明单一分形不能准确描述破裂面形貌。八角庙破裂面在平行滑动方向上的特征波长为7 mm,在垂直方向上特征波长略大一些(区域Ⅰ为10 mm,区域Ⅱ为9 mm);沙坝破裂面在平行滑动方向上的特征波长为8 mm,但垂直方向上特征波长略小(6 mm)。均方值曲线的最小二乘拟合直线的斜率为Hurst指数,该指数依赖于剖面线方向并描述破裂面形貌的各向异性,H指数的最小值和最大值分别与平行擦痕和垂直擦痕方向对应,这与野外断层面擦痕测量结果一致。沙坝破裂面的H指数极坐标图中存在次级H指数峰值(对应剖面线方向为85°和160°),这揭示破裂面上存在一组隐匿擦痕。该组隐匿擦痕为汶川地震之前断层活动中形成的,但这还不足以推测上一次断层活动的时间和规模。另外,通过比较新鲜节理面和破裂面表明H指数是否大于0.8反映了断层类型。在整个空间频率域上,能谱密度曲线斜率(-α)和均方值曲线斜率(H)的线性拟合关系为α=1.22+1.72H,并不严格满足两者之间理论关系式,α=1+2H。这个差异是由于测量信号噪音、破裂面的多分形性和分析方法的差异造成的。