利用GPS数据反演中国红河断裂带活动特性

为了研究中国红河断裂带近年的活动特性，利用块体模型对红河断裂带周围块体内1999-2014年的GPS水平速度场进行建模，反演得到块体的刚体旋转、内部应变率以及断层的滑动速率与三维闭锁程度。结果表明，考虑内部应变的块体模型可以显著提升速度场的拟合效果，反演得到的红河断裂带滑动速率与二维速度剖面的结果吻合较好。红河断裂带的闭锁程度大致呈现中段闭锁较强、南段与北段闭锁较弱的对称分布，南段、中段与北段在地表以下15 km深度范围内的断层闭锁程度分别约为0.34~0.52、0.67~0.75、0.26~0.53，右旋滑动亏损速率分别为1.7、3.0、1.4 mm/a。利用最小二乘配置方法计算了研究区域的应变场分布，发现红河断裂带从南至北由压缩转换为拉张，中段处于压缩与拉张的交界带，剪应变率低于南北两段，这可能是由于中段闭锁较强、断层错动量较小造成的。     

南北地震带北段近期地壳变形特征研究

利用1999～2007期和2007～2009期GPS速度场、应变率场、断层滑动速率和GPS速度剖面等数据,识别出了南北地震带北段主要断裂带及其邻近地区的显著变形差异。结果表明,庄浪河断裂带左旋剪切变形明显增强,祁连地块北边界左旋剪切变形明显增强;2007～2009期六盘山断裂和海原断裂带挤压变形也有所增强,但量值不大。上述特征表明,庄浪河以东地区存在较高的应变积累背景。     

红河断裂带闭锁程度和滑动亏损分布特征研究

利用1999~2013年青藏高原东南缘的GPS速度场观测数据,采用DEFNODE程序反演红河断裂带走滑速率、三维闭锁程度和滑动亏损分布。反演结果表明:红河断裂带北、中、南段右旋走滑速率分别约为(5.9±1.2)mm/a,(4.8±0.6)mm/a和(4.3±0.4)mm/a,在地表以下6km的闭锁程度分别为0.43,0.22和0.25,其滑动亏损速率分别为3.3mm/a,2.6mm/a和2.3mm/a,红河断裂带闭锁程度和应变积累程度都比较低,与近年来红河断裂带整体活动微弱的现状相吻合。     

汶川地震后龙门山断层中段愈合过程的GPS时间序列反演

利用汶川地震后、芦山地震前3年时间(2010.30—2013.30)的GPS连续站时间序列结果,采用TDEFNODE负位错反演程序,对龙门山断层中南段闭锁程度和滑动亏损速率动态演化进行了反演计算与分析,并讨论了汶川地震后断层中段的愈合过程和西南段的大震背景。结果表明:①汶川地震震中周边破裂区域的闭锁程度逐渐增强,由2010年基本处于蠕滑状态,至2013年处于较强闭锁状态;闭锁范围也逐渐增大,由汶川震中西南方向逐渐趋近震中位置,表明该部分断层正在快速愈合。汶川震中北东方向的大部分破裂区域依然处于蠕滑状态,表明该部分断层还未开始愈合。②芦山地震震中附近及其西南方向断层一直处于强闭锁状态,且完全闭锁区域的滑动亏损速率逐年减小,可能表明愈合区域分担了部分巴颜喀拉块体对四川盆地的挤压作用。以上结果表明,龙门山破裂断层不同段震后愈合过程和活动特征都有显著差异;处于强闭锁状态的龙门山断层西南段,在挤压弹性应变快速积累的情况下,发生大震的背景有所增强。     

青藏东北缘水平速率场构建及运动特征分析

基于GAMIT/GLOBK软件,对青藏东北缘地区的中国地壳运动观测网络点数据进行精确解算,构建了青藏东北缘地区水平速率场。重点研究青藏块体东北缘地区的祁连山断裂、海原断裂和六盘山断裂的水平形变。分别作出平行于断裂带和垂直于断裂带的速率图,并详细分析了每个断层的挤压与走滑特征。分析结果表明,祁连山断裂以左旋、逆冲为主,走滑速率约为4 mm/a,地壳缩短率为6 mm/a;海原断裂左旋走滑速率为4 mm/a,地壳缩短率为5 mm/a;六盘山断裂地壳缩短率为6 mm/a,走滑速率不明显。     

利用GPS资料反演汶川Mw7.9级地震滑动分布

2008年5月12日，青藏高原东缘龙门山断裂带发生Mw 7.9级汶川地震，该地震使得北川-映秀断裂、灌县-江油断裂和汉旺-白鹿断裂带发生了同震破裂。本文主要利用“中国地壳运动观测网络”项目组提供的GPS同震位移资料，采用基于敏感度迭代拟合法(SBIF)及分段发震断层模型，分别应用均匀半空间和分层地壳结构两种方法反演分析了该次地震的精细同震滑动分布。结果表明：（1）SBIF反演方法应用于相对较小的GPS数据集仍然可以获得理想的同震滑动分布;（2）采用考虑分层地壳结构模型的反演结果整体上要优于均匀半空间模型的结果；（3）同震滑动主要发生在10-19千米深度以上，且存在五个滑动峰值区域及北川断裂南西端存在明显的深部滑动区，与震后野外考察结果及余震分布相吻合，同时能够较好地解释GPS观测数据；（4）青川断裂存在明显的右旋走滑分量，其平均滑动量为1.99米，北川断裂主要发生逆冲滑动，平均滑动量为3.35米，灌县断裂的平均滑动量为0.65米；（5）反演得到的地震矩为8.74×1020Nm(Mw 7.90)，与地震学结果吻合。     

喜马拉雅主逆冲断层闭锁程度与滑动亏损特征研究

基于融合的GPS速度场结果,使用DEFNODE负位错反演程序估算了喜马拉雅主逆冲断层（the main Himalayan thrust,MHT）的闭锁程度和滑动亏损空间分布,并结合剖面结果分析了断层远、近场的运动特征。结果表明,MHT的闭锁深度基本达到18~24 km,断层面闭锁宽度达到102~136 km,两次历史大地震破裂区域之间的未破裂段落和未发生大地震的段落闭锁深度更深,闭锁断层面更宽,2015年尼泊尔Mw7.8大地震就发生在两次大地震破裂区域之间的段落;MHT总滑动亏损速率和垂直断层挤压滑动亏损速率自东向西逐渐减小,平行断层右旋滑动亏损速率则基本上自东向西逐渐增加;MHT 3条剖面拟合结果也反映出其存在很强的闭锁。根据估算的此次Mw7.8地震的复发周期230年和最近500多年发生的大地震分布,认为MHT整条段落尤其是尼泊尔西部与印度接壤处和可能还没有破裂的不丹地区依然有发生8级大地震的危险。     

小江断裂带地壳运动特征及地震危险性研究

利用1999~2013年间川滇地区的GPS速度场观测数据和块体模型研究小江断裂带地壳运动特征及地震危险性。结果表明:小江断裂带闭锁程度较高,应变量积累较大,在地表以下6km的闭锁程度约为0.94,滑动亏损速率约为(9.2±0.4)mm/a,整条断裂带左旋走滑速率约为(10.8~12.1)mm/a。结合小江断裂带上的历史地震数据估算,小江断裂带未来地震最大震级为7.3级,与近年来断裂带活动较为活跃相吻合。     

利用GPS数据研究川滇块体东边界主要断裂带运动特性

利用1999～2007时段的GPS速度场,对块体刚体旋转模型、块体整体旋转与均匀应变模型及块体整体旋转与线性应变模型的速度残差及无偏性进行估计;针对川滇块体东边界主要断裂带变形的复杂性,结合3种块体变形模型,求得各断裂带的平均滑动速率,并给出了该研究区域断裂带的近场滑动速率。在确定各断裂带可能变形宽度的基础上,利用断裂带构造变形定量分析方法确定了鲜水河-安宁河-则木河-小江断裂带的相对闭锁且剪切应变积累速度较高的异常区域为安宁河断裂带。     

川滇地区近期地壳变形动态特征研究

基于1999年以来的GPS观测数据,重点分析了川滇地区近期的变形特征,计算给出了该区域主要断裂带的滑动速率,并结合GPS剖面初步识别了断裂带所处的孕震阶段。结果表明,红河断裂带始终处于弱形变区域,值得进一步关注;汶川地震后,由于研究区域应力场的调整和应变的重新分配,使得安宁河断裂带的活动变化较小,逐步趋缓,走滑分量存在明显趋缓现象,并且安宁河断裂带的闭锁深度在一定程度上有所增加;小江断裂带的走滑分量存在明显趋缓现象,显示存在强闭锁现象,小江断裂带平行于断层方向GPS速度剖面显示断裂带两侧变形平缓且变形范围较大;昭通、莲峰断裂的挤压和剪切变形积累均存在弱化现象,可能预示该区域挤压应变积累背景较高。     

基于GPS观测数据的云南地区地壳形变特征研究

利用1999~2013年间多期GPS观测数据,将云南地区分为5个活动块体,研究区域现今水平运动特征、应变特征以及各块体的运动特征,反演主要活动断裂带的走滑速率。结果表明,区域水平运动具有北强南弱的特征,小江断裂带、红河断裂带对云南地区构造活动具有明显控制作用,改变了断裂带两侧的运动特征;区域应变具有明显的差异,西部以拉张应变为主,东部小江断裂带周边地区拉张和挤压应变均衡且为强应变区,滇东地区应变较小;各块体运动方向与速率存在差异,滇东块体为逆时针旋转,其余块体顺时针旋转;基于块体模型反演的主要断裂带的走滑速率与地质方法获取的走滑速率具有较好的一致性。     

南北地震带北段近期地壳形变运动特征分析

利用2009~2011期和2012~2014期观测的GPS连续和流动观测数据,经过统一处理并扣除研究区域典型强震影响,获取了稳定、可靠的GPS时间序列及速度场结果。在此基础上,通过GPS速度场分析、GPS剖面分析、基线时间序列分析来获取南北地震带北段地区地壳变形运动特征。结果表明,庄浪河断裂两侧的运动差异逐渐变小,断裂带两侧的右旋减小;西秦岭北缘断裂和海原断裂维持较稳定的左旋剪切变形特征,其中,海原断裂带在2012~2014期的左旋剪切变形有所增强。     

利用带倾角断层形变公式研究川滇块体东边界断裂带形变特征

在经典的走滑位移公式的基础上进行改进, 引入断层倾角信息, 使其反映了走滑断层倾角对地表形变的影响。由于断层倾角的存在使得震间位移曲线的中心是以断层面闭锁-滑动分界在地表的投影为中心, 并且此处形变变化最大; 公式中的倾角项表示拟合的断层倾角, 体现了断层出露地表处与断层闭锁-滑动分界的整体偏移, 其值往往小于近地表倾角测量值。以改进的公式作为断层剖面分析的拟合公式, 应用于汶川地震前后川滇块体东边界主要走滑断裂形变特征的剖面分析研究中, 得到的拟合结果与其他方法得到的结果具有较好的一致性。改进公式比原公式更客观地反映了断层的形变状态, 但由于针对单条断层的剖面拟合受多种因素的影响, 拟合结果需结合实际情况作进一步分析。     

基于多源SAR数据的2022年门源Ms 6.9地震同震破裂模型反演研究

2022年1月8日青海省海北州门源县发生Ms 6.9地震,震中位于青藏高原东北缘祁连-海原断裂中段,属历史地震空区,基于多源合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）遥感数据研究该地震的破裂模式对理解青藏高原东北缘构造变形机制、应变释放过程以及地震危险性评估具有重要意义。首先利用Sentinel-1数据和合成孔径雷达差分干涉测量（differential interferometry synthetic aperture radar,D-InSAR）技术获取了门源地震的同震形变场,视线（line of sight,LOS）向形变场显示此次地震造成了约20 km长的地表破裂,最大形变约0.75 m;然后基于Sentinel-2卫星数据,利用光学影像配准和相关技术获取了本次地震的东西向同震形变场,最大同震位移达2.5 m;最后基于均匀弹性半无限位错模型,以LOS向形变场为约束反演了断层的滑动分布模型。结果显示,门源地震是一次典型的左旋走滑型地震,地震破裂主要集中在0~10 km深度范围,最大滑动量3.25 m,滑动角10.44°,对应深度4.89 km;反演给出的矩震量为1.07×1019 N·m,对应矩震级Mw 6.6。结合野外考察和地质资料,初步判定发震断裂为冷龙岭断裂,并引起托莱山断裂发生同震滑动。同震库仑应力结果显示,冷龙岭断裂东段和托莱山断裂西段应力状态为加载,未来具有发生强震的风险。     

门源Mw5.9级地震形变InSAR观测及区域断裂带深部几何形态

利用Sentinel-1A卫星升轨、降轨合成孔径雷达影像数据，提取了2016年门源Mw5.9级地震的高精度合成孔径雷达干涉同震形变场，利用单纯形法和非负最小二乘法反演确定了地震断层几何和滑动分布，并构建了区域断裂带的深部几何形态模型。结果表明，门源Mw5.9级地震同震形变以地表抬升为主，沿升轨、降轨视线向的最大值分别为5.3 cm、7.1 cm；地震断层走向、倾角分别为133°、43°；地震滑动以逆冲为主，主要发生在地下6.14~12.28 km处，最大滑动量约0.5 m，平均滑动角为66.85°，地震矩为1.0×1018 N·m（Mw5.94）；形变观测拟合残差均方根为0.36 cm；区域断裂带的深部几何形态以花状构造为特征，整体倾向南西，门源地震发震断裂为花状构造中未出露地表的盲断层。相关成果能够为研究区域地壳运动与变形、活动断裂与地震孕育发生等提供参考。     

汶川地震GPS形变约束的破裂分段特征及滑移

为了解2008年汶川地震破裂分段特征及滑移,采用弹性位错模型和模拟退火算法,数值模拟汶川震区密集的GPS同震形变。结果表明,GPS同震形变场至少需要用铲状的映秀-北川五断裂加上灌县－江油断裂来模拟,该模型对GPS数据的符合程度与汶川地震滑动分布模型相当,基本反映了汶川地震破裂特征。映秀－北川断裂总长255~294km。南段以逆冲为主,分上下两层,最深达30km。中段右旋走滑和逆冲都很大,而北段以右旋走滑为主。映秀段地震周期最短为3000年。破裂上层深度14km可能是龙门山中央断裂的闭锁深度。汶川地震可能源于相邻块体的相对运动和挤压、深部滑脱或浅部闭锁,在薄弱构造处首先爆发地震。     

基于GPS观测数据的汶川地震断层形变反演分析

通过高精度数据处理方法获取了2008年5月12日汶川地震(Mw=8.O)可靠的同震形变位移,较大形变主要在汶川、青川和北川县,其中最大同震形变不在震源处,而在北川县,水平方向达到2.3 m,垂向为0.7 m.并进一步采用分布滑动模型,利用弹性半空间均匀位错理论反演得到同震断层滑动分布.研究结果表明,不约束断层滑动特性的反演结果显示汶川地震断层不仅仅是右旋、逆断层,还伴随着少许左旋走滑及正断层变化.其地震矩张量为2.38X1021N·M,基于反演的断层滑动分布正演的区域同震形变场主要变形区域分别在都江堰-汶川县,北川县,青川县等一带,地表最大变形达到东方向4.5m,北方向0.8m,具有极强的右旋走势,均与野外地质调查结果相符合.     

基于GPS速度场研究中国大陆块体运动

针对中国大陆区域全球定位系统监测网点的加密,采用高精度全球定位系统数据处理方法处理了中国大陆约2 000站的3期GPS观测,获得相对ITRF2008框架的中国大陆高精度、高密度全球定位系统水平速度场。基于此处理结果,对中国大陆6个一级块体及22个二级块体的刚体运动进行了重新分析,求解了各块体上相对可靠的刚体运动参数。进一步利用各块体的刚性参数,分析了块体边界带的相对运动。基于全球框架下的全球定位系统观测结果表明,喀喇昆仑—嘉黎、阿尔金、小江、红河等4个断层近期相对滑动速率较大,预示着这些区域近期发生地震的可能性较大;祁连山、富蕴、山西地堑、大秦岭、张家口—蓬莱、秦岭—大别山、郯庐南段等区域滑动速率较小一般低于5mm/a,与地质调查的结果基本一致。     

2013年芦山Ms 7.0级地震断层参数模型反演

2013年4月20日四川芦山地区发生了Ms 7.0级地震。利用GPS三维同震形变数据获取地表形变场，基于位错模型反演芦山地震的断层几何参数及滑动分布。首先采用多峰值颗粒群算法（multiple peak particle swarm optimization，MPSO）得到断层几何参数，其中断层走向206.47°，倾角44.11°，长度21.94 km，离地表最浅处为7.66 km，最深处为17.84 km。为了反演断层面的精细滑动分布，分析地震所在的龙门山断裂西南段破裂面具有的铲状型特征，将芦山地震破裂面确立为铲状模型，即将断层的倾角预设为上陡下缓，倾角变化范围为21°~50°。结果显示，断层破裂面在不同深度区域出现了两个滑动峰值，其中最大滑动量为0.68 m，深度位于13 km。地震释放的能量为1.47×1019 N·m，对应的矩震级为Mw 6.74，与地震学的研究结果一致。     

基于InSAR数据的西藏玛尼Ms7．9级地震的地壳不均匀性研究

基于InSAR观测结果,考虑到发震区域南、北两盘地壳介质的横向不均匀性,结合更为真实的地表断层位置,采用三维半解析粘弹性模型和遗传算法,反演了发震断层滑动分布及南北两盘的地壳介质参数(泊松比).反演结果显示,考虑介质横向不均匀性的模型能较好地拟合地表形变场;南北盘的横向介质差异性也可认为是玛尼地震同震形变的非对称性的影响因素之一.