1976 China, Tangshan cutremur MW = 7.8 mecanism în retrospectivă

introducere

cutremurul Tangshan care a avut loc în nord-estul Chinei la 28 iulie 1976 la 3:42 am; locul de amplasare 39, 6 N, 118, 0 E, Ms 7.8 (USGS) se află în ceea ce privește pierderea de vieți omenești ca cel mai mare dezastru cutremur din timpurile moderne, înainte de 1000.000 de locuitori și se estimase că acel sfert au fost uciși (George și Xie, 2002). Cutremurul din Tangshan a făcut obiectul mai multor studii geofizice și geologice efectuate atât de oameni de știință chinezi, cât și de străini (Liu și colab., 2007; Li, 1986; Guo și colab., 1977; Jiang, 2007a, b; Patricia și colab., 2006; Jian și colab., 1998; Rhett și colab., 1979). Acesta poate fi unul cu cel mai mare număr de studii de orice eveniment seismic singur până în prezent. Au existat 530 de studii până în 2006 despre diferite caracteristici ale cutremurului din Tangshan (Yao și Jiang, 2006). După acest eveniment, a fost efectuată o investigație cuprinzătoare asupra cutremurului din Tangshan, incluzând precursorii seismici, distribuția intensității, mecanismul sursei, replici (Fig. 1a, b), precum și structurile adânci și superficiale de sub Tangshan și regiunile adiacente (Fig. 2a, b, 3a, b). Cu toate acestea, pana acum, cercetatorii incearca tot posibilul pentru a da o identificare perfectă cu privire la Geneza seismică a cutremurului Tangshan, mai mult de 30 de ani a trecut încă, unele cercetări sunt încă pe cauza (Liu și colab., 2007; Jiang, 2007a, B; Wang, 2001), este departe de sfârșit. Merită luat în considerare faptul că un astfel de eveniment într-o zonă tectonică intens activă nu a putut fi suprimat, dar de ce cutremur de o magnitudine atât de mare în zona Paleo-Craton din nordul Chinei, departe de limita plăcii, aceasta a fost una dintre problemele de neînțeles. Există diverse idei despre geneza cutremurului din Tangshan în studiile timpurii. Cu toate acestea, potrivit lui Liu și colab. (2007), ele pot fi atribuite practic a două opinii diferite: una este accentul pus pe interacțiunile orizontale dintre diferitele blocuri crustale (Fig. 4) și altul este accentul pus pe deformarea crustală verticală cauzată de schimbul materialelor crustă-manta. Fostele studii privind geologia cutremurului au demonstrat că cutremurul din Tangshan a fost localizat pe zona de ocluzie compusă din defectul Tangshan și alte defecte ascunse (Guo și colab., 1977) și geneza sa tectonică a fost atribuită activității defectelor profunde cu diferite greve (Li, 1986). Folosind metode de modelare numerică, mai mulți cercetători au investigat procesul de fabricare a berii și geneza cutremurului din Tangshan, de exemplu folosind metoda elementului finit 2-D (FEM), Zheng și colab. (1984) a investigat procesul de fabricare a berii cutremurului din Tangshan sub compresia orizontală între diferite blocuri. Pe baza modelului Viscoelastic 2-D Maxwell, Mei și Liang (1989) au efectuat simulări numerice ale procesului de fabricare a cutremurului din Tangshan și au propus așa-numitul model de corp dur seismogen. Pe baza reinterpretării datelor obținute din studiul de sondare seismică profundă din zona Tangshan, Zeng și colab. (1985) a propus ca cutremurul din Tangshan să poată fi cauzat prin transferul materialelor superioare ale mantalei în crusta inferioară.

prin utilizarea fem, Song și colab. (1982) a investigat câmpul de stres pe vina sursă a cutremurului din Tangshan și a propus că cutremurul din Tangshan a fost cauzat de efectele comune ale forțelor verticale și orizontale. Aici, introducem trei modele celebre despre geneza seismică sau cauza cutremurului din Tangshan.

modelul termo-seismic cu magmă tectonică de Li (1986): Se bazează pe analiza sintetică a fundalului geologic, caracteristicile unor anomalii precursoare, distribuția fisurilor seismice și mecanismul focal. Li (1986) a sugerat că cutremurul din Tangshan să fie rezultatul efectului combinat al stresului compresiv orizontal datorat subducției spre vest a plăcii Pacificului și a stresului compresiv ascendent datorat ridicării mantalei și intruziunii magmei. A dus la răsucirea în sens invers acelor de ceasornic a masivului Tangshan, care este limitat de mai multe defecte (Fig. 5).

există câteva puncte de suspiciuni cu privire la acest model: modelul se bazează pe activitatea de eroare și nu oferă dovezi convingătoare despre dinamica cutremurului din Tangshan (Liu și colab., 2007). Cât de diferite defecte de scară cu adâncimi variate taie regiunea pentru a forma blocul? Cealaltă este că, dacă există un astfel de bloc, pare mai mic decât nu numai întinderea zonei de densitate seismică a Ml = 4, ci și mai mică decât zona de replici (Wang, 2001). Li (1986) a atribuit stresul care a declanșat cutremurul din Tangshan ridicării mantalei, intruziunii magmei și subducției spre vest a plăcii Pacificului. De fapt, câmpul de stres înainte de cutremurul din Tangshan a venit dintr-un alt fenomen, cum ar fi o alunecare seismică la defectul Jiyunhe în perioada 1972-1973 (Shao și Shuzo, 1999), forțele de maree (Kai, 1988) și interacțiunea diferitelor blocuri din nordul Chinei (Zhang și colab., 2003).

procese multi-dinamice și slăbirea locală a modelului crustei de Wang (2001): conținutul principal al proceselor multi-dinamice și slăbirea locală a modelului crustei este: chiar înainte de cutremurul din Tangshan din 1976, plăcile din jurul continentului chinez au experimentat mișcări puternice în aproape același interval de timp, ceea ce a adus procese multi-dinamice și a suferit mișcări de stres foarte complexe și concentrare de stres. Afectată de procese multi-dinamice în direcții diferite, creșterea stresului în Tangshan a fost echilibrată; în acest caz, micro-cranny în toate direcțiile nu s-a putut dezvolta cu ușurință, deci nu au existat foreshocks proeminente. Sub stresul crescut, structura inerentă a crustei din regiunea Tangshan a fost slăbită treptat însoțită de densitatea seismică Ml = 4. Deoarece crusta era relativ fragilă în regiunea Tangshan. Pe măsură ce stresul acumulat gradul de slăbire locală a fost îmbunătățită, rezultând în destrămare grele în zona centrală de mai sus și apariția cutremurului Tangshan, în cele din urmă, epicentrele a două șocuri principale ale cutremurelor Tangshan au fost doar situate în zona centrală. Deoarece adâncimea stratului fragil era relativ superficială, hipocentrele celor două șocuri principale erau, de asemenea, superficiale, Centrul rupt corespundea zonei de aftershock. Wang (2001) a crezut că, prin utilizarea acestui model de procese multi-dinamice și slăbirea locală a crustei pentru a explica cauza cutremurului din Tangshan, putem conecta sursa dinamică a cutremurelor din Tangshan cu circumstanțele dinamice ale continentului chinez. Și a explicat motivul apariției și regiunile de apariție a Ml = 4 densitate seismică din 1973 până în 1975; de asemenea, putem explica complexitatea secvenței cutremurului din Tangshan și fără șocuri; putem explica de ce cele două șocuri principale au avut loc la o adâncime relativ mică. Cu toate acestea, Există unele comentarii cu privire la acest model, Wang (2001) nu a luat în considerare o mulțime de precursori care pot ajuta la obținerea unor dovezi fiabile despre geneza seismotectonică a cutremurului din Tangshan, cum ar fi precursorii anomaliei gravitaționale (Rui și colab., 1997; Wei și colab., 1985), deformarea zonei de defect Tangshan și creșterea activității de defect în afara acestei zone (Xie și Ren, 1987), nivelul apei subterane în regiunea blocului de defect Tangshan (Mei, 1985), anomalii de tendință ale radonului înainte de cutremurul Tangshan, variație anormală în hidrochimie în regiunea epicentrală a cutremurului Tangshan și anomală a rezistivității pământului (Qian și colab., 1983). Wang (2001) a introdus termenul de procese multi-dinamice și a sugerat că aceste procese au fost aduse de mișcarea puternică a plăcilor din jurul continentului chinez, dar în opinia noastră. Wang (2001) nu a clarificat în mod adecvat natura acestor procese multi-dinamice, explicația părea foarte generală și permite mai multe ipoteze despre aceste procese multi-dinamice. Așa cum am discutat în primul model, Wang (2001) a trecut cu vederea, de asemenea, o mulțime de surse de câmp de stres care furnizau Regiunea cutremurului Tangshan înainte de apariția cutremurului.

dilatarea creep model de Niu (1985): dilatarea creep modelul de dezvoltare sursă cutremur este de obicei abreviat DC. Dilatarea volumetrică inelastică a maselor de rocă și fluajul de eroare sunt considerate ca două procese fizice de bază în modelul DC. Mecanismul fizic al precursorilor cutremurului ml = 7.8 Tangshan a fost, de asemenea, analizat și discutat în acest model. Rezultatele au arătat că precursorii cutremurului din Tangshan nu au fost cauzați de un singur factor, iar precursorii observați în și în jurul zonei epicentrale înainte de acest cutremur pot fi grupați în 3 tipuri:

Niu (1985) a sugerat că dilatarea repetată și fluajul discontinuu a avut loc în timpul procesului de dezvoltare sursă a cutremurului Tangshan pot fi împărțite în următoarele 6 faze:

Niu (1985) a crezut că procesul pregătitor al cutremurului din Tangshan, ca unul dintre evenimentele intraplate, poate fi controlat în comun prin migrarea ascendentă a masei profunde și a câmpului de stres Intraplate pe scară largă. Această caracteristică este probabil diferită de cea a cutremurului de-a lungul limitei plăcii. Modelul DC a fost publicat în Chineză (Niu și Gang, 1976; Niu, 1978) și este slab înțeles în afara Chinei. Credem că modelul de dilatare a fluajului este un model foarte bun pentru a explica mecanismul cutremurului din Tangshan, deoarece combină cinematica cu caracteristicile dinamice ale acestui cutremur. În acest model au fost luați în considerare mai mulți precursori, cu toate acestea, Niu (1985 ) mulțumit să le explice în conformitate cu conceptele teoretice ale modelului său. Cutremurul din Tangshan prezintă o mare complexitate în ceea ce privește mecanismul, deci este cel mai bun exemplu pentru cercetătorii care doresc să-și extindă cunoștințele în mecanismul cutremurului. Tangshan cutremur ar fi fost prezis, în cazul în care previziunile scurte și iminente nu au fost neglijate, astfel, este foarte util studiu de caz în domeniul de predicție cutremur (Bouasla, 2009).

noul MODEL al diferitelor surse de stres, crusta fragilă superficială locală și efectul de declanșare a forței mareelor

în ultimul deceniu, am învățat multe despre procesele care provoacă 90% din cutremurele lumii folosind modelul tectonicii plăcilor, înțelegerea activităților geologice care au loc la limitele plăcilor crustale majore ale Pământului a crescut enorm. Cu toate acestea, se știe puțin despre procesele care funcționează în interiorul plăcilor, în special în țări. Cele mai simple teorii despre tectonica plăcilor presupun absența oricărei deformări în interiorul plăcilor. Acest lucru nu este cu siguranță adevărat atunci când luăm în considerare cutremurele istorice mari și dăunătoare care au avut loc în zone departe de limitele reale ale plăcilor (Lynn, 1978), cel mai bun exemplu al acestora este cutremurul din Tangshan din 28 iulie 1976.

autorul a propus modelul diferitelor surse de stres, crusta fragilă superficială locală și efectul de declanșare a forței de maree pentru a explica cauza cutremurului din Tangshan; acest model este determinat de mai multe studii și poate fi împărțit în trei părți (Bouasla, 2009).

diverse surse de stres: toate modelele care tratează problema mecanismului cutremurului din Tangshan au menționat că au existat diverse focalizări ale câmpului de stres care furnizează Regiunea cutremurului din Tangshan înainte de apariția cutremurului. Aceste surse sunt în principal: ridicarea mantalei superioare sub regiunea Tangshan (Liu și colab., 2007; Li, 1986; Wang, 2001) (Fig. 2, 3), stresul termic (Zhang, 1987), omul de știință chinez Zhang a crezut că existența unei zone de temperatură ridicată, care rezultă din penajul termic superior al mantalei din zona Xialiaohe-Bohai-Huanghua, cu centrul său în mijlocul golfului Bohai și gradientul termic orizontal din vecinătatea faliei Cangdong a dus la concentrarea stresului geotermal în zona Tangshan, intruziunea magmei în crusta de sub regiunea Tangshan (Liu și colab., 2007; Niu, 1985; Wang, 2001), efectul interacțiunii în principal între plăcile pacific și Indian împotriva plăcii Eurasiatice care alimentează nordul Chinei printr-o cantitate imensă de stres (Mian și colab., 2007; Peter și Tapponier, 1977; Clyde și colab., 1995), interacțiunea dintre diferite blocuri din nordul Chinei (Zhang și colab., 2003; Shou, 1995) (Fig. 4) și mișcările aseismice înainte de apariția cutremurului din Tangshan (Shao și Shuzo, 1999).

crustă fragilă superficială locală: această parte a fost încheiată pe baza studiilor lui Liu și colab. (2007), Wang (2001), Li (1986) și Guo și colab. (1977) și observațiile în timpul lucrărilor de teren pe care le-am făcut în zona Tangshan.

potrivit lui Liu (2007), evenimentele din zona Tangshan au fost distribuite în principal pe partea intersectată a mediului cu viteză mare și mică, adâncimea focală maximă atinsă până la scoarța inferioară, ceea ce a presupus că cutremurele au loc în general în interiorul corpului dur fragil al crustei, inclusiv partea inferioară a acesteia (Fig. 2, 3).

din modelul Wang (2001), procese multi-dinamice și slăbirea locală a crustei, acest fapt poate fi, de asemenea, dovedit, deoarece, Wang (2001) a sugerat o slăbire locală a crustei pentru zona Tangshan, în plus, Wang (2001) sa bazat, de asemenea, pe mai multe studii anterioare, în principal pe Leland și Zelt (1991) model.

Li (1986) și Guo și colab. (1977) au dat un fundal geostructural cuprinzător al zonei Tangshan, au crezut că fundalul structural regional al cutremurului Tangshan poate fi privit ca o intersecție în districtul Tangshan a direcției EW Wuyuan-Changcjiakuo (Kalgan)-zona Tectonoseismică Tangshan cu direcția NE Hebei-Shandong zona seismică a depresiunii blocului de defecțiune (în special zona seismică de defect Cangzhou de Est). Concluzia lucrărilor lor dă o idee că zona cutremurului Tangshan este semnificativă tectonic.

efect de declanșare a forței de maree: Această parte este determinată de următoarele studii realizate de Kai (1988), Sachiko și colab. (2004) și Amy (1980) și raportul Universității din California – Los Angeles (UCLA).

conform raportului realizat de UCLA, cutremurele pot fi declanșate de mareele Pământului. Mareele pământului sunt produse de atracția gravitațională a lunii și a soarelui pe Pământ, provocând apele Oceanului să se prăbușească, ceea ce, la rândul său, ridică și reduce stresul asupra defectelor aproximativ de două ori pe zi. Oamenii de știință s-au întrebat despre efectele mareelor Pământului de mai bine de 100 de ani. Mareele mari au un efect semnificativ în declanșarea cutremurelor; cutremurele s-ar fi întâmplat oricum, ele pot fi împinse mai devreme sau mai târziu de fluctuația de stres a mareelor (Sir și Turcaud, 2004).

în modelul actual, nu înseamnă că forțele de maree ale soarelui și ale lunii au jucat rolul de capital pentru apariția cutremurului din Tangshan, dar credem că forțele de maree au adus vina cutremurului din Tangshan la limita pragului de a rezista cantității uriașe de stres. Cu alte cuvinte, au participat doar la declanșarea cutremurului din Tangshan.

Sachiko și colab. (2004) a observat o corelație între valul pământului și apariția cutremurului, care este strâns legată de stresul tectonic regional. Ei au investigat direcția stresului compresional al mareelor folosind cutremure superficiale care au avut loc în 100 de subregiuni din Japonia timp de aproape cinci ani. Distribuția azimutală a stresului compresional obținut pentru datele cutremurului observat este comparată cu cea sintetizată pentru apariția aleatorie a cutremurului. Analiza statistică a confirmat o diferență semnificativă între cataloagele observate și cele aleatorii pentru 13 subregiuni, care au inclus zonele în care au avut loc recent activități seismice neobișnuite și unde a fost argumentată posibilitatea unui viitor cutremur mare. Pentru aceste subregiuni, cutremurele au avut loc preferențial atunci când stresul compresional al mareelor a fost aproape de direcția dominantă a axei P a mecanismelor focale obținute în subregiunile corespunzătoare. Acest lucru a sugerat că stresul de maree poate încuraja apariția cutremurului atunci când acționează în direcția creșterii stresului tectonic regional.

Amy (1980) a comparat timpii de origine a peste 4.700 de replici ale cutremurului din iunie-iulie 1976 din Susanville (California) pentru perioada cuprinsă între 20 iunie și 1 iulie cu faza componentelor de maree din pământ solid adecvate pentru stresul normal și de forfecare pe avioanele de defecțiune la tendințe nord-est și nord-vest. Pe baza acestei comparații, aproximativ 20% mai multe cutremure au avut loc în momentele în care stresul compresiv normal pe planul defectului scădea și stresul de forfecare creștea în sensul alunecării pe planul defectului. Acest lucru poate fi explicat prin două explozii mari de replici care au avut loc în momentele în care tensiunile de maree au fost favorabile mișcării pe planul defectului, mai degrabă decât declanșarea continuă a evenimentelor mici pe întreaga secvență.

Kai (1988) a sugerat că apariția cutremurului din Tangshan sa datorat forței de maree a soarelui și a lunii. El a confirmat că Hebei (China de Nord) este o zonă cu o corelație puternică între forța mareelor și aparițiile cutremurelor majore, cutremurul Xingtai 1966, cutremurul Hejian din 1967 și cutremurul Tangshan din 1976 au fost declanșate de forța mareelor, Kai (1988) a sugerat că caracteristicile comune ale timpilor lor de apariție au confirmat aceste fapte. Timpii calculați ai forței de maree orizontale maxime a mareei solide semi-diurne au arătat că timpii de apariție a cutremurelor menționate mai sus au fost apropiați de timpii forței de maree orizontale maxime a mareei solide semi-diurne la Lună nouă sau lună plină (Fig. 6, 7).

cutremurul Longyao de M = 6,8, cutremurul Ningjin de M = 7,2 și cutremurul Hejian de M = 6,3 au avut loc la zeci de minute după forța maximă de maree orizontală a mareelor solide semi diurne și cutremurul Tangshan de m = 7,8 a avut loc cu 16 minute înainte de forța maximă de maree orizontală. Forțele de maree au fost îndreptate spre vest. Caracteristicile temporale ale cutremurelor au indicat că aparițiile acestor evenimente nu au fost aleatorii, ci au fost controlate de forța mareelor de la soare și Lună (Fig. 8).

aici, unele cutremure din țări îndepărtate au fost luate ca exemplu, acest lucru nu provoacă probleme, deoarece corelația spațiu-timp a cutremurelor a fost deja dovedită (Patrizia și colab., 2008).

conținutul principal al diferitelor surse de stres, crusta fragilă superficială locală și efectul de declanșare a forței de maree este că, înainte de apariția cutremurului din Tangshan, Regiunea cutremurului din Tangshan care are un fundal geologic și seismotectonic caracterizat de o crustă fragilă locală superficială și în care se află defecțiunea cutremurului din Tangshan (Fig. 9). Defecțiunea Tangshan a primit câmp de stres din diverse surse, iar acumularea de stres părea să fie considerabilă din 1972 însoțită de alunecarea aseismică la defectul Jiyunhe (Fig. 1) care a indus o concentrație semnificativă de stres de forfecare la o adâncime de 20 km aproape de conjuncția defectelor Tangshan și Jiyunhe și că Hipocentrul cutremurului din Tangshan a primit un stres de eșec coulomb de aproximativ 4,5 bar. Forțele de maree au jucat rolul de a declanșa cutremurul prin aducerea defecțiunii Tangshan la limita pragului de a rezista acumulării uriașe de stres, deoarece provincia Hebei (nord-estul Chinei) este o zonă cu o corelație puternică între forța mareelor și apariția cutremurelor majore, iar cutremurul Tangshan s-a întâmplat cu 16 minute înainte de forța maximă orizontală de maree (Bouasla, 2009).

folosind modelul diferitelor surse de stres, crusta fragilă superficială locală și efectul de declanșare a forței mareelor, putem răspunde de ce cutremurul Tangshan a fost de o magnitudine uriașă? Se poate datora faptului că vina seismogenă a cutremurului din Tangshan a primit de-a lungul timpului un stres imens din diverse surse și s-a întâmplat la adâncime mică poate fi din cauza crustei fragile de adâncime mică (Bouasla, 2009).

discuție

în acest studiu, au fost evidențiate lipsurile de explicații privind cauza cutremurului din Tangshan. S-a anticipat că noul model dedus al diferitelor surse de stres, crusta fragilă superficială locală și efectul de declanșare a forței mareelor ar oferi răspunsuri rezonabile pentru întrebările de neînțeles legate de apariția cutremurului din Tangshan, în special magnitudinea uriașă, adâncimea focală și apariția temporală. Sa constatat că acest model este modelul cel mai inteligibil pentru a explica cauza cutremurului Tangshan. Există diferiți hipocentri pentru cutremurele Tangshan din 1976 (Departamentul de prevenire a dezastrelor cutremurelor, Biroul Seismologic din China, 1999). Structura superficială a crustei locale de lângă Tangshan ar trebui investigată în continuare, pentru a înțelege în mod clar fundalul tectonic al acestui cutremur puternic, inclusiv înțelegerea caracteristicilor zonei de fractură de suprafață a acestui cutremur, istoria activității sale în timpul cuaternarului târziu și a activității paleoearthquake în Holocen.

următoarele cercetări sunt propice studiului de față:

Gao și colab. (1995) a realizat analiza privind divizarea undelor de forfecare folosind date digitale în regiunea Tangshan din 1982 până în 1984, iar rezultatele lor au arătat că stresul din regiunea Tangshan a fost foarte complex. Folosind structura 3D s-velocity și metoda funcției receptorului crustei și mantalei superioare sub zona Tangshan. Liu și colab. (2007) a arătat că cutremurele din zona Tangshan au fost distribuite în principal între scoarța superioară și cea inferioară. Hu și colab. (1993) a subliniat că secvențele cutremurului din Tangshan au fost controlate în principal de două centuri tectonice: una este principala defecțiune de șoc în direcția NNE; cealaltă este defecțiunea situată în partea de sud-vest a zonei aftershock în direcția NW, cu excepția aftershock-ului de magnitudine 7.1, alte 3 replici de magnitudine mai mari de 6 au fost toate preocupate de defectul NW (Bouasla, 2009).

concluzie

după apariția cutremurului Ta ngshan, seismologii au fost nedumeriți de multe întrebări: de ce a avut loc cutremurul Tangshan în locul în care se văd doar rupturi la scară mică la suprafața pământului și unde mișcarea Neotectonică nu este activă și nu au fost înregistrate cutremure puternice în istorie? De ce sunt atât de multe cutremure puternice în secvența cutremurului din Tangshan? De ce anomaliile de tendință și izbucnire sunt distribuite atât de larg? Și de ce unele variații anormale după cutremurul din Tangshan sunt chiar mai intense și mai complexe decât cele anterioare cutremurului (compilați grupul pentru cutremurul din Tangshan în 1976, Biroul Seismologic de Stat, 1982)? Prin urmare, acest model este util în înțelegerea acestor întrebări (Bouasla, 2009).

recunoaștere

aș dori să mulțumesc profesorilor Jin Zhenmin și Qu Guosheng pentru direcția și ajutorul lor.