汶川地震同震模型新解及震后InSAR观测和初步分析

汶川地震的形变观测在一定程度上来说,取得了前所未有的成功,特别是在龙门山这样一个特殊的地质构造单元上。通过干涉雷达(InSAR)手段获得断层上盘的形变观测,用C波段雷达观测几乎是不可能的,因为剧烈的地面起伏和致密的植被覆盖会使得雷达后向散射信号在观测期间变得完全不相干。同时超厚的水汽分布,使得大气对雷达波的延迟作用变强,造成显著的观测误差。然而,利用L波段雷达观测,前面一个问题得到部分解决;同时,日本宇航机构JAXA在震后紧急调整卫星轨道,获得了相当一部分覆盖汶川地震的小基线干涉像对,进一步降低了干涉去相干作用,最终使得我们得到了比较全面的InSAR形变观测结果。     

基于新一代雷达卫星InSAR数据检测2015年尼泊尔M_W 7.8级地震的同震形变场

2015年4月25日尼泊尔MW7.8级大震是自1934年尼泊尔~M 8.0+级地震发生以来,又一次发生在喜马拉雅俯冲带上的逆冲型地震.尼泊尔大部分处于喜马拉雅山南麓强烈起伏的高山地区,首都加德满都虽位于一个小型的断陷盆地之上,但整体上仍然在喜马拉雅断裂带的上盘.其特殊地形和地质地貌条件造成雷达相干信号能量损失,非常不利于InSAR形变观测.本次地震的发生恰逢欧洲空间局(ESA)和日本宇航局(JAXA)新一代合成孔径雷达(SAR)卫星成功运行初期,其快速的重访周期,为成功获取该地震的同震形变场提供了良好的条件.本研究尝试使用JAXA ALOS-2L波段雷达数据,处理获得高精度同震形变场.结果表明,在较短重访周期条件下,InSAR技术在该地区发挥重要作用,为本次地震提供高信噪比的形变信息.InSAR结果揭示了加德满都地区在此次地震中强烈抬升,为形变极大值区,而其北侧则大幅沉降,形变场符合纯逆冲型地震的特点.InSAR观测结果与布设于加德满都地区的近场3分量GPS观测结果相一致.     

联合GNSS和InSAR观测位移反演2008年汶川大地震断层位错模型参数

利用现代空间大地测量技术,尤其是卫星合成孔径雷达干涉测量,能够获取高精度、高空间分辨率的同震和孕震形变,为地震断层形变和破裂机制研究提供了前所未有的机遇。本文介绍了利用大地测量观测数据反演地震断层位错模型参数的贝叶斯反演方法。联合运用2008汶川大地震前后GNSS和InSAR技术观测获得的同震位移,反演了地震断层的几何参数和滑动位错分布。研究结果表明,汶川地震的断层滑动主要集中在倾角较陡的浅部,同时包含逆冲和右旋走滑,其中最大逆冲6.1m,最大右旋6.5m。根据断层滑动分布正演计算得到的上盘同震位移明显小于下盘,预示该断层两侧孕震形变可能存在较大的不对称性。     

亚像素相位相关法在获取汶川地震近场形变中的应用

震后地表实际破裂带的分布及其近场的形变特征,是理解块体运动学特性、断层破裂特征、地震发生机制等科学问题的十分重要的约束条件。基于InSAR获取的汶川地震同震形变场,由于发震断层附近同震形变梯度巨大,沿断层带出现了非相干条带,以致于无法获得断层附近的形变量。而基于亚像素级的光学影像偏移量法为获取断层附近大形变分布提供了可能。文中以SPOT卫星影像为数据源,采用光学影像偏移量法获得了什邡及茂县地区的水平位移形变场。结果显示龙门山断裂带上至少2条断裂同时发生破裂,形成了主要地表破裂带(龙门山镇-高川破裂带)和次级地表破裂带(汉旺破裂带),沿龙门山镇-高川破裂带平均位移量为4～6m,在高川附近伴随的平均右旋水平位移为1～3m; 汉旺破裂带因逆冲导致水平缩短,平均位移量一般为1～2m。汶川-茂县断裂带没有明显的地表破裂带。研究表明,利用光学影像相位相关法能够获得近断层位错量,可以成为InSAR手段的重要补充。     

汶川地震前刘家峡台地应力短临异常分析

地应力观测是目前我国进行地震前兆观测的重要手段之一。利用汶川地震前刘家峡台地应力观测资料,通过分析,获得汶川地震前刘家峡台地应力观测资料的异常特征,解释了汶川地震的震源机制。对现有地震预测方法中存在的一些问题进行了讨论并提出了一些解决办法。     

GRACE卫星观测到的与汶川Ms8.0地震有关的重力变化

利用GRACE卫星重力资料,计算了中国大陆及周边的卫星重力时变场和地表密度变化分布,获取了具有代表性的点位区域的每月重力变化时间序列.同时获得了WUSH、LHAS、KUNM、LUZH站相对于区域参考框架的GPS位移时间序列.卫星重力观测结果显示喜马拉雅弧形带的重力在2004年苏门答腊M_w9.3地震后快速下降, 2006~2008年尤为明显,西域地块西北边界带上震后重力下降也较为显著;而沿青藏高原北至东边界2007年出现明显的重力上升沿构造边界的弧形分布,且2008年南北地震带中南段重力上升变化显著.这些苏门答腊地震后的重力变化趋势到汶川地震发生后才开始改变.GPS位移结果显示四个台站均记录到苏门答腊大地震的同震信号,震后WUSH、LHAS、KUNM站水平位移向量出现明显的运动趋势改变,且一直持续到2008年汶川M_s8.0地震的发生.GRACE卫星揭示的青藏高原及周边地表质量的变化为解释汶川地震的动力机制提供了新的观测途径和资料.本文结合区域构造运动的特点和GPS位移,对GRACE观测的时变重力场特征及汶川地震的动力机制进行了初步解释和讨论.     

DEMETER卫星观测到的与汶川地震有关的LF电场异常

本文利用法国DEMETER卫星观测的电场数据,获得了汶川地震前后约一个半月以16天为周期的LF频段(在本文定义为10～18 kHz)的平均功率谱密度准动态分布图像.发现昼侧10～14 kHz、夜侧10～18 kHz的电场平均功率谱密度的幅度在2008年5月12日发生的汶川地震前后存在明显变化:震前先明显增大,随后减小,...     

汶川强余震流动观测与典型余震记录分析

2008年5月12日汶川大地震发生后,我国大陆的固定强震动台网获得了大批的主震加速度记录,中国地震局同时迅速组织开展了余震强震动流动观测任务.通过结合汶川地震余震趋势及其空间分布特征,此次流动观测沿龙门山断裂附近布设了59台强震动仪器,观测期间发生了超过万余次的余震,并获得了3000多组3分量的强余震记录.本文选取了4次震级为6.0左右的较强余震中获取的强震动记录进行简要谱分析及衰减关系对比,旨在为进一步结合主震记录,研究近场地震动特性、地震动衰减规律等地震工程相关的科研工作提供宝贵的基础资料.最后本文针对此次流动观测部分记录出现的异常现象进行初步探讨,给出了两种解释原因.汶川地震的流动观测充分表明,在大地震发生后,及时有效地开展强震动流动观测是十分必要的.     

汶川M_S8.0地震前DEMETER卫星探测的离子温度变化分析

2008年5月12日汶川MS8.0地震的发生给我国带来巨大的人民生命财产和经济损失, 这次沉痛的事件再次表明, 地震的预测预报是非常困难的. 同时, 地震的预测预报又具有非常重大的意义. 地震后, 研究人员在研究总结反思现有观测手段(钱复业等, 2009; 余涛等, 2009)的同时, 也开展了近些年国外发展起来的空间观测研究(曾中超等, 2009; 何宇飞等, 2009). 对空间观测手段, 在已公开发表的研究成果中, 大多利用的是2004年法国发射的DEMETER(Detection of Electro-Magnetic Emissions Transmitted from Earthquake Regions)地震电磁卫星所探测的电磁场信号进行分析研究, 而对卫星所探测到的电离层离子温度则没有较为详细的讨论. 例如, 曾中超等(2009)对DEMETER地震电磁卫星探测到的电离层电子的温度、 密度以及电场和磁场进行了分析研究, 得到了可能与汶川地震有关的疑似异常; 何宇飞等(2009)利用DEMETER卫星对中国周边多个导航VLF发射站信号的研究, 得到了震中上空区域不同频率对应的信噪比在地震前后发生明显变化的结果.     

DEMETER卫星磁场波形数据分析方法初探

为充分利用法国DEMETER地震电磁卫星中心提供的磁场波形数据对地震事件进行分析研究,详细介绍了峰度演化方法,并对峰度演化方法的有效性进行了检验.最后将峰度演化方法应用于汶川地震前后DEMETER卫星所记录到的实际数据.分析研究发现.所采用的方法能够较好的处理DEMETER卫星记录到的磁场波形数据:汶川地震发生之前较长...     

基于InSAR同震形变场反演汶川M_w7.9地震断层滑动分布

通过综合分析2008年5月12日汶川地震野外地震地质考察的地表破裂带空间分布及分段资料,结合InSAR干涉形变场资料,构建了五段断层儿何结构模型,该模型与野外地震地质考察结果在多数分段上基本一致;基于此五段断层模型,运用敏感性迭代拟合算法反演了汶川地震InSAR同震形变场,获得了断层滑动分布及部分震源参数.结果表明,基于余震精定他获得的地震断层倾角模型模拟的同震形变场与InSAR形变场吻合较好,且残差较小;反演的滑动分布主要集中于地下0～20 km,最大滑动量分别位于北川及青川等地区,最大可达到10 m;沿SW-NE走向,断层面的滑动方向主要以右旋兼逆冲形式为主,在汶川及都江堰地区以强烈的逆冲为主兼有一定右旋走滑分量,在北川及映秀地区以逆冲兼右旋运动为主,在平武及青川等地区则逐渐过渡为以右旋运动为主兼有一定的逆冲分量,其中汶川地区的平均滑动角为97°,北川地区的平均滑动角为119°,青川地区平均滑动角为138°.反演矩张量为7.7×10~(20)N·m,矩震级达M_w7.9.     

世界上最快回应大地震的汶川地震断裂带科学钻探

2008年5月12日汶川大地震之后,在青藏高原东缘龙门山地区实施了汶川地震断裂带科学钻探,这是目前世界上最快回应大地震的科学钻探,为地学家探索地震成因机制提供了极好的机遇.汶川地震断裂带科学钻探工程（WFSD）沿产生同震地表破裂的两条断裂带——龙门山的映秀—北川断裂和灌县—安县断裂共实施了6口科学群钻.其目标在于对钻孔的岩心、岩屑和流体样品进行多学科观察、测试和研究,揭示汶川地震断裂带的深部物质组成、结构、产出以及构造属性;探索地震过程中的岩石物理和化学行为、能量状态与破裂演化过程;认识汶川地震发生的应力环境、巨大的地震破裂产生及传播原因、地下流体在地震的孕育、发生、停止过程中的作用,从而检验和深入理解地震断裂发震机理.目前,汶川科钻项目已取得的部分重要成果如下：（1）查明了汶川地震断裂带结构、组成;（2）揭示了汶川地震过程中"热增压"为重要断裂弱化机制,提出断裂带内石墨可作为判断大地震发生的标志;（3）发现目前世界上最低的断层摩擦系数,并首次记录到大震后断裂带快速愈合信息;（4）重建龙门山的构造格架,提出汶川大地震发生的新的成因模式;（5）通过对汶川地震余震的精确定位、钻孔附近的地震台阵观测,确定了地震活动与龙门山断裂带不同区段的空间关系;揭示断裂带深部流体特征与地震活动的关系,为确定大震孕育过程提供深部流体活动行为的科学依据.     

2008年汶川地震近断裂区域变形场的空间分布

应用Yoshimitsu Okada及Steketee静态断裂位错模型及目前汶川地震研究成果,理论上反演龙门山近断裂区域在汶川地震中从震源深处至地表的变形(应变)场分布.通过矢量合成及坐标变换方法将Yoshimitsu Okada单一静态断裂位错模型应用于龙门山断裂带错裂研究中,重点研究汶川地震中因龙门山中央主断裂中、北段和山前断裂中段共同错动形成的应变场.模拟揭示了应变场平面和垂直分量的空间分布特征.研究发现:应变场垂直分量的幅值在震源深处大于地表,但在地表分布范围较大;应变场沿断裂走向分量的幅值和影响范围由震源深度至地表均逐渐增加;应变场垂直于断裂走向分量的变化情况类似于垂直向应变场;震源深度附近的大变形可能为龙门山断裂在地震中强烈挤压形成的塑性变形.研究表明从震源至地表,所有应变场分量从断裂两侧附近位置至远离断裂,幅值均迅速衰减;其中地表部分的最大变形与现有计算成果近似,变形场的变化特征与地表科考近似,断裂两盘变形方向与震后InSAR资料揭示的情况一致.     

The Longnan MS5.5 Earthquake on September 12, 2008: A Very Shallow Event Probably Triggered by the Wenchuan Earthquake

The 2008 Wenchuan earthquake has a significant impact on the seismicity of nearby regions. The Longnan earthquake which occurred on September 12,2008 in Gansu Province was out of the aftershock zone. Reliable source parameters are essential for understanding the seismogenic process of this earthquake. Therefore,three approaches are adopted to study the source parameters of this event. The focal mechanism is obtained with the g CAP method that takes non-Double-Couple(non-DC)component into account. The two fault planes are NP1:150°/45°/81° and NP2:342°/45°/98°,while the non-DC component is about 53%. The focal depth is 1. 6 km,which indicates the Longnan earthquake is a shallow event. Furthermore,this result is also in good agreement with results obtained with two other approaches:amplitude spectra of Rayleigh wave and surface displacement from In SAR measurement. To analyze the cause of the event,coulomb failure stress change caused by the Wenchuan earthquake on the Longnan earthquake fault plane is calculated. The result shows that coulomb stress change is 30 k Pa around the Longnan earthquake hypocenter,which exceeds the typical triggering threshold of 10 k Pa. The research indicates that the Wenchuan earthquake probably promote the happening of the Longnan earthquake.     

基于InSAR同震形变场反演汶川Mw7.9地震断层滑动分布

通过综合分析2008年5月12日汶川地震野外地震地质考察的地表破裂带空间分布及分段资料,结合InSAR干涉形变场资料,构建了五段断层几何结构模型,该模型与野外地震地质考察结果在多数分段上基本一致;基于此五段断层模型,运用敏感性迭代拟合算法反演了汶川地震InSAR同震形变场,获得了断层滑动分布及部分震源参数.结果表明,基于余震精定位获得的地震断层倾角模型模拟的同震形变场与InSAR形变场吻合较好,且残差较小;反演的滑动分布主要集中于地下0～20 km,最大滑动量分别位于北川及青川等地区,最大可达到10 m;沿SW-NE走向,断层面的滑动方向主要以右旋兼逆冲形式为主,在汶川及都江堰地区以强烈的逆冲为主兼有一定右旋走滑分量,在北川及映秀地区以逆冲兼右旋运动为主,在平武及青川等地区则逐渐过渡为以右旋运动为主兼有一定的逆冲分量,其中汶川地区的平均滑动角为97°,北川地区的平均滑动角为119°,青川地区平均滑动角为138°.反演矩张量为7.7×10²⁰ N·m,矩震级达M_w7.9.     

基于ASAR影像亚像元匹配技术研究汶川地震同震形变特征

利用汶川地震前后的ENVISAT ASAR影像,采用交叉相关性方法对影像进行了亚像元级别的配准,获取了沿卫星斜距向和方位向上的同震形变图,对地震地表破裂带的分布及断层运动特性进行了分析.提取了沿北川-映秀断裂分布的长230 km的地震地表破裂带,以及沿灌县-江油断裂分布的长约65 km的地震地表破裂带.通过对两个方向地...     

基于GIS的当雄同震InSAR形变场分析

InSAR技术对同震形变的量测达到了厘米级的精度,但在数据后处理和结果分析方面仍然存在明显的不足。采用可对空间信息进行存储、管理及分析等功能的GIS,对InSAR数据获取的2008年10月6日16时30分西藏自治区当雄县MW6.3地震的同震形变场进行分析。结果表明:(1)GIS可对多源数据进行有效管理;(2)可以确定当雄地震的震中位置;(3)可获取沉降区的最大形变量;(4)可确定主要的形变区间;(5)可将形变结果进行三维展示。GIS可有效地弥补InSAR数据后处理、数据分析及成果展示方面的不足。     

COSEISMIC DISPLACEMENT FIELD OF THE WENCHUAN EARTHQUAKE DERIVED FROM STRONG MOTION RECORDS AND APPLICATION IN SLIP INVERSION

The development of high-rate GNSS seismology and seismic observation methods has provided technical support for acquiring the near-field real-time displacement time series during earthquake. But in practice, the limited number of GNSS continuous stations hardly meets the requirement of near-field quasi-real-time coseismic displacement observation, while the macroseismographs could be an important complement. Compared with high-rate GNSS, macroseismograph has better sensitivity, higher resolution(100~200Hz)and larger dynamic range, and the most importantly, lower cost. However, baseline drift exists in strong-motion data, which limits its widespread use. This paper aims to prove the feasibility and reliability of strong motion data in acquiring seismic displacement sequences, as a supplement to high-rate GNSS. In this study, we have analyzed the strong-motion data of Wenchuan M_S8.0 earthquake in Longmenshan fault zone, based on the automatic scheme for empirical baseline correction proposed by Wang et al., which fits the uncorrected displacement by polynomial to obtain the fitting parameters, and then the baseline correction is completed in the velocity sequence. Through correction processing and quadratic integration, the static coseismic displacement field and displacement time series are obtained. Comparison of the displacement time series from the strong motions with the result of high-rate GPS shows a good coincidence. We have worked out the coseismic displacement field in the large area of Wenchuan earthquake using GPS data and strong motion data. The coseismic displacement fields calculated from GPS and strong motions are consistent with each other in terms of magnitude, direction and distribution patterns. High-precision coseismic deformation can provide better data constraint for fault slip inversion. To verify the influence of strong-motion data on slip distribution in Wenchuan earthquake, we used strong motion, GPS and InSAR data to estimate the stress drop, moment magnitude and coseismic slip model, and our results agreed with those of the previous studies. In addition, the inversion results of different data are different and complementary to some extent. The use of strong-motion data supplements the slip of the fault in the 180km segment and the 270~300km segment, thus making the inversion results of fault slip more comprehensive. From this result, we can draw the following conclusions:1)Based on the robust baseline correction method, the use of strong motion data, as an important complement to high-rate GNSS, can obtain reliable surface displacement after the earthquake. 2)The strong motion data provide an effective method to study the coseismic displacement sequence, the surface rupture process and quick seismogenic parameters acquisition. 3)The combination of multiple data can significantly improve the data coverage and give play to the advantages of different data. Therefore, it is suggested to combine multiple data(GPS, strong motion, InSAR, etc.)for joint inversion to improve the stability of fault slip model.     

汶川M_S8.0地震的地质科学考察数据库简介

汶川MS8.0地震科学考察数据库存储了大量的野外调查数据,主要包括野外地质观测点、地表破裂带、震区第四纪断层的展布及其活动性地质观测点、古地震探槽、断错地貌测量等数据,以及搜集来的地层数据、汶川地震及其余震、重新定位余震、历史强震等数据。文中利用ArcGis将这些野外数据进行了录入、编辑、分析和制图输出,初步构建了一个包含基础地震地质信息的汶川地震科学考察数据库,实现了数据的空间位置和属性特征的综合管理,可根据需要对相关专题的数据进行查询、分析和处理,并绘制了汶川地震构造图及地表破裂分布图,为灾后重建避让带的确定提供了依据,为进一步构建汶川地震地理信息系统奠定了数据基础