美国的地壳形变测量及其在地震预报中的应用

本文介绍了美国在地震预报研究中所采用的各种观测地壳形变的技术(包括常规大地测量技术、空间技术及连续观测技术)、形变网的布设与观测结果的分析、皮农弗拉特观测台站、与地震有关的地壳形变理论方面的研究结果及通过观测地壳形变预报地震的现状。     

地壳形变与地震前兆探索回顾和展望

本文回顾了我国地震预报中地壳形变观测技术、 数据处理方法和软件及地壳形变前兆观测研究进展。 1966年邢台地震后, 我国地震预报工作经历了难得的成功、 更多惨痛失败和“地震不可预报论”等干扰, 发展曲折。 尽管2008年汶川和2011年东日本大地震预报失败,但这两次和其他大地震前后GPS和其他观测得到的地壳形变表明, 大地震是有前兆的, 是可以预报的。 比较了我国地震预报所采用的主要的地形变观测技术和分析方法, 讨论了观测和数据处理方法的特点, 简要介绍了地壳形变地震前兆新近的研究结果, 重点阐述了GPS观测技术多方面的优势。 事实证明, GPS观测得到的汶川大地震前的形变异常或前兆, 是我国地壳形变观测与地震前兆探索最突出的成果。     

安第斯山脉的地壳缩短－为什么GPS速率与地质速率不同？

GPS数据表明，跨安第斯山脉的现代地壳缩短为30－40mm/a，而地质资料证明集中在安第斯山下冲断带的地壳缩短要小得多（＜15mm/a)。我们使用地球动力学模型（包含随时间尺度变化的地壳形变）协调了大地测量与地质方法测得的地壳缩短之间的不一致。GPS速度反映安第斯山脉的瞬时形变，它既包括永久形变也包括弹性形变，后者在将来的地震中会得到恢复，而较小的地质速率则只反映永久性形变，三维粘弹性模型预测，跨安第斯山脉的近乎均匀的短期速度梯度与GPS结果相似，集中在安第斯山下冲断带的长期地壳缩短则与地质观测结果一致。     

安第斯山脉的地壳缩短：为什么GPS速率与地质速率不同？

GPS数据表明，跨安地斯山脉的现代地壳缩短为30－40mm/a，而地质资料证明集中在安地斯山脉下冲断带的壳缩短要小得多（＜15mm/a)，我们使用地球动力学模型（包含随时间尺度变化的地壳形变）对大地测量与地质方法测得的地壳缩短进行了平差，GPS速度反映安地斯山脉的永久形变也包括弹性形变，后者在将来的地震中会得到恢复，而较小的地质速率则只反映永久性形变。三维粘弹性模型预测，跨安地斯山脉的近乎均匀的短期速度梯度与GPS结果相似，集中在安地斯山脉下冲断带的长期地壳与地质观测结果一致。     

中国地壳形变连续观测的发展与展望

简述了我国地壳形变连续观测的由来与发以及在地震预报中的实际贡献，同时展望了未来潮汐形变、GPS与断层形变连续观测三结合，绘制大陆地壳应变图，实现地震物理预报的好途径。     

GPS测定的四川九寨沟MW6.6地震同震形变

2017年8月8日四川阿坝州九寨沟发生M_W6.6地震,震源机制解显示该地震为左旋走滑型地震。对震中周围的GPS连续站观测资料进行处理,获得高频GPS动态形变和静态同震水平位移。震中100km范围内四川松潘和甘肃武都站观测到1 Hz动态形变。距离震中约69km的松潘站观测的同震水平位移为7.4mm。根据少量的GPS静态同震位移反演的同震破裂模型显示本次地震的最大滑动量为376mm,地震矩为7.25×1018 N·m,等效矩震级为M_W6.6。正演计算的同震三维形变场显示本次地震的最大水平位移可达4~5cm,垂直位移呈四象限分布,最大可达1.5cm,区域内10个流动GPS站可观测到同震形变。     

基于区域水准和跨断层资料分析云南地区地壳形变

为了获取云南地区现今地壳形变和断层活动特征,收集了云南地区1992—2016年的2期精密水准观测资料,采用基于GNSS连续站垂直形变资料约束的平差方法,对区域整体地壳垂直形变特征进行了分析,结果显示滇西北区域地壳整体表现为隆升,垂向速率为2—3mm/a,滇南区域显示地壳沉降速率为-1—-2mm/a,并在下关—永胜和思茅—景谷一带存在地壳形变高梯度带。收集了该地区30多年的跨断层场地观测资料,计算了所跨断层的三维活动量,得出了断层现今活动状态和异常特征,认为滇西北和滇中南地区的场地多数表现出异常活动的现象,其中楚雄、剑川和永胜的监测断层现今表现出与地质背景相反的走滑和拉张特征,峨山、建水和通海场地所处断层在张压性质上与地质背景相反。结合区域水准和跨断层观测分析结果,从“面”和“线”上得出滇西北和滇中南地区存在地壳形变和断层活动异常,构造应力积累较高的结果,加之缺震背景显著,认为应关注该区域中强地震的危险性。     

基于GNSS和定点形变观测分析日本Mw 9.0地震对黑龙江地区地壳形变的影响

结合GNSS和黑龙江地区定点形变观测,分析日本2011年3月11日Mw9.0地震对黑龙江地区地壳形变的影响.结果显示:日本Mw9.0地震引起哈尔滨站、绥阳站震后2年内运动速率明显增加(哈尔滨站增大4 mm/a,绥阳站速率增大6 mm/a);定点形变与GPS观测到的同震效应至少在4个台站多种仪器均具有较好的一致性;日本Mw 9.0地震不仅引起区域水平向应变变化,对垂直向也产生一定影响;长基线变化反映出日本Mw9.0地震引起的大空间尺度应变变化与黑龙江地区长期构造应力场背景一致,该地震对黑龙江地区地表应变积累可能有增强影响.     

上海及邻区的地壳形变速率与地震活动

对上海佘山地震台伸缩仪的数字记录资料进行去趋势以及地壳形变速率的分析表明：伸缩仪EW向在200l年5～7月存在破年变趋势异常，并且该测项的形变速率在2001年3～8月存在高于正常背景值的异常。结合GPS资料、应力场、地震活动性的情况分析后认为，佘山台的形变速率异常可反映上海及邻区应力场的部分信息，该信息对地震活动具有一定前兆意义。因此，应用形变数字化资料计算地壳形变速率，可作为对地层活动以及日常地震预测的一种分析方法。     

基于InSAR技术的喀什-乌恰交汇区地壳垂直形变特征分析

利用喀什-乌恰交汇区2004—2010年间的ENVISAT ASAR数据,采用层叠InSAR技术获得了喀什-乌恰交汇区地壳垂直形变速度场,并结合研究区GPS观测数据结果,分析了喀什-乌恰交汇区地壳形变特征。结果显示,喀什-乌恰交汇区地壳垂直形变速率约为?1—2mm/a,其中,乌恰南边的山区形变量最大,形变速率达到2mm/a,是整个研究区中隆升最明显的区域;而喀什、阿图什一带形变量比较小,基本在0—1mm/a。卡兹克阿尔特和阿图什南翼断裂为乌恰以南的隆升区域到喀什、阿图什垂直形变平稳区域的梯度带,这个区域吸收了1—2mm/a的垂直形变能量和7—9mm/a的水平形变能量,是喀什-乌恰交汇区中主要的地壳形变能量消耗地带。     

基于GPS技术研究新疆巴楚—伽师6.8级地震的地壳形变特征

利用多期流动GPS观测成果及乌什、塔什库尔干GPS站连续观测资料结果,对2003年2月24日巴楚-伽师6.8级地震前后的地壳形变特征进行了讨论.认为震前震中附近各点以15～20 mm左右的速率向NNW或NNE方向运动并在震中及邻近地区产生高剪应变值集中区,震后震中附近各点运动速率却减为几毫米;震前出现的高剪应变值集中区震后消失.同时乌什、塔什库尔干GPS连续观测站时间序列在震前2～3月也表现出大幅度突跳.     

日本设置伸缩仪进行地震预报

日本东海地区是指定的加强地震防灾对策地区。建设省国土地理院在静冈县的配合下,决定利用静冈县榛原町的供水隧道的空间,设置高精度的远距离光波伸缩仪,以加强地震预报的有力手段——地壳形变的观测。这种方法与以前利用石英棒反复进行短期观测不同,是应用氙灯作为光源,以大约1公里0.3毫米的极小误差监视地壳形变。通过它能够连续观测骏河海槽正在俯冲的东海地区的地壳形变,希望能对地震预报的实际应用发挥作用。一般认为,通过反复进行大地测量检测地壳形变是捕捉地震前兆的重要手段之一。从明     

北天山流动水准重复测量资料的前兆异常特征初析

通过对北天山地区跨断层流动水准观测资料的分析,可以看出,北天山地区跨断层流动水准观测值的变化较好地反映了各断裂带、地震前后的地壳垂直形变运动特征.由于各断裂带、各测线与震中的距离不同,它们所反映出的地壳垂直形变运动特征和变化量也不相同.流动水准观测资料对北天山中西部地区5～6级以上地震有较好的震前反映,前兆信息明显.     

山西中北部地区地壳垂直形变时空演化特征及与强震的关系

采用山西中北部地区2006期和2015期一等精密水准测量资料,利用经典动态平差方法,对区域近期地壳垂直形变时空演化特征进行了研究。结果表明:(1)山西中北部地区近期整体表现为山地隆升,盆地下沉的特点,以继承性运动为主,但局部也存在差异性。吕梁断块和太行断块表现为隆升,活动速率分别为2～8 mm/a和2～6 mm/a;山西断陷带的系列盆地表现出相对下沉,沉降速率为-3～-10 mm/a;(2)汶川地震显著影响了区域地壳垂直运动形变场。震前区域地壳运动表现为显著拉张特点,震后张性减弱,挤压增强;(3)大同—化稍营、呼和浩特和榆次—石家庄一带存在地壳垂直形变高梯度带,中长期尺度上存在地震危险性背景。     

GPS与PS-InSAR联网监测的台湾屏东地区三维地表形变场

联合高精度的GPS水平位移观测和高密度的PS-InSAR雷达视线位移测量,实现地表三维形变的精确反演.本文在准确计算卫星轨道方位角基础上,使用GPS观测位移与星载雷达LOS方向形变的投影转换模型,将雷达LOS方向形变转换为垂直方向位移,并基于地面GPS与SAR影像PS目标联合构建形变监测网,采用参数平差算法估计区域地表形变场.以地质构造活动极其活跃的台湾岛及其西南屏东高雄地区为例,联合屏东地区48个GPS监测台站与雷达PS目标,监测该地区从1995-1999年间由于板块构造挤压运动和地下水抽取导致的三维地表形变.结果表明,该地区年均水平位移量为向西30~50 mm/a,高雄沿海地区发生明显的逆时针西偏南的逐渐增大的水平位移;垂直位移为屏东平原南部呈现-10 mm/a~-15 mm/a的地面沉降,而平原北部和高雄地区呈现约+5 mm/a~+10 mm/a的地面抬升.     

利用InSAR技术研究滇西南镇康—永德地区现今地壳形变特征

基于12景ALOS PALSAR卫星影像,利用InSAR的前沿技术,提取了2007~2010年滇西南镇康—永德一带的平均地壳形变速率和形变时间序列,并结合不同时段的水准和GPS监测结果,从三维角度研究了该区域现今的地壳运动特征。研究结果表明,水准资料显示的镇康—永德一带异常隆起区位于南汀河断裂带附近,范围沿北东—南西方向呈近椭圆形展布。这一地壳形变异常区在数十年尺度上表现为隆升(速率约2~3 mm/a),表明区域具备中强地震孕育的地壳形变背景。而在2007~2013的数年尺度上表现为大幅垂向形变波动,可能反映区域近年来地壳垂直运动比较活跃,应加强跟踪与监视。     

福建省地壳形变观测网建设进展与展望

简述了建设中的福建地壳形变台网的概况，福建地壳形变台网，以GPS观测为主，结合精密重力、水准和流动地磁测量，将三者观测重合到CPS基准站，形成有特色的观测网络。通过福建省5个基准站、16个基本站及一个数据处理中心，动态监测东南沿海地区地壳运动，为地震预测预报提供背景信息。     

应用GPS研究现今地壳运动的一些新特点

介绍了第3代GPS卫星的基本特征以及国际全球导航卫星系统(IGS)目前提供的各种星历、卫星时钟和追踪站时钟的精度、地球极移参数、日长及其变化等,同时阐述了国内外GPS地壳形变观测网的最新发展状态,重点介绍了川西地壳形变科研观测网。讨论了GPS瞬时定位方法的特点及其应用,评述了利用GPS观测数据研究慢地震取得的成果及其动态。     

基于GPS观测的张渤带形变

收集整理了研究区内近年来5期的GPS区域观测站和27个GPS连续观测站数据,在解算站坐标的基础上,计算得到了GPS区域站水平形变和GPS连续站垂直形变。分析研究了张家口-渤海地震构造带(张渤带)近期形变状态,得出张渤带在2011—2013年时段内形变相对较大且区别于以前的形变形态。结果显示:张渤带近期受到明显挤压,呈应力应变能积累增强的趋势,表明张渤带地壳形变差异活动增强,具有地震孕育的形变背景。     

2010年智利马乌莱地震后的区域重力减小表明有大规模质量重新分布

2010年2月27日智利马乌莱M8.8地震后,我们认为监测到的GRACE卫星相对轨道的微小变化量足以用于描述震后重力场变化。地震后在震中以东500km空间区域内观测到-5μGal的重力异常。同震模型认为,长波长尺度的重力负异常主要是地壳扩张和大陆地表沉陷的结果。有限断层同震模型认为,近海地区重力变化取决于地表抬升和内部形变,由于这两种因素对重力场影响相反,因而由此计算的重力异常相当微小。我们的研究目标是利用大尺度重力观测数据来解释大地震期间的地球内部变化,研究方法是将极难获得的地震形变长波长观测值与大地测量数据和地震数据相结合进行分析研究。