盲逆断层震后变形耦合机制研究——以2017年伊朗MW7.3地震为例

震后变形是地震周期中一个重要阶段,深入研究其产生机制有助于提高对地震演化过程、断层性质及地震危险性评估的认识.2017年伊朗M_W7.3地震InSAR观测资料丰富,为研究扎格罗斯造山带山前褶皱带盲逆冲断层震后变形机制提供了切入点.合理详细的震源模型及高精度的形变观测是开展震后余滑或黏弹松弛研究的首要前提,本文采用多视角InSAR资料联合远场波形数据反演该地震的破裂滑动分布,并解算得到伪三维地表位移,利用InSAR时序分析提取震源区主震后一年半内变形特征,显示震源区震后形变特征与同震位移场类似,LOS向形变速率最大值约8 cm·a^-1,震后变形预示震源区可能存在明显的震后应力调整现象.利用震后半年内形变资料约束的纯运动学余滑模型表明同时期释放能量为矩震级M_W6.7,进一步探讨应力驱动震后余滑及下地壳黏弹性松弛对震后变形的贡献,基于分层黏弹模型的模拟计算表明震后余滑和黏弹松弛效应的耦合模型可以更好地解释地表震后变形特征,其中震后余滑主要分布在同震破裂区的上方浅部,对主震后一年半内震后地表变形起主导作用,震源区壳下黏滞系数量级下...     

2021年青海玛多MW7.4地震GNSS同震形变场及其断层滑动分布

2021年5月22日青海玛多M_W7.4地震作为发生在巴颜喀拉块体内部的一次强震,再次引起了人们对该地区地震活动性的强烈关注.本文基于震后GNSS流动观测和区域连续GNSS站资料,解算了106个站点的同震形变及其中17个站点的高频形变波形.同震形变场显示玛多地震具有典型的左旋走滑特征,GNSS观测到的最大同震位移达到1.2 m.GNSS与InSAR数据相符度较高,GNSS提供了准确的近场形变信息.基于GNSS同震形变场,本文反演了断层滑动分布,并计算了发震断层上产生的库仑应力变化.结果表明,发震断层的滑动破裂存在多个凹凸体,破裂分段特征明显且出露地表,与野外地表破裂考察和余震分布吻合,主体破裂位于断层面0~10 km的浅部区域,最大滑动量达到4.6 m,地震矩1.63×10²⁰N·m,矩震级为M_W7.4;发震断层上静态库仑应力增加区域与余震分布具有一致性,说明余震主要是由静态库仑应力加载而触发的.     

2021年青海玛多MW7.3地震同震和早期震后断层滑动模型及发震构造摩擦属性

地震同震和早期震后断层滑动是研究发震断层深浅部孕震形态及摩擦性质的重要手段.本文基于雷达干涉测量(InSAR)数据获得了玛多地震同震和早期震后形变场,并反演得到了发震断层的滑动分布模型.研究结果表明同震滑动主要分布在上地壳浅部,并且存在多个滑动亏损区域.发震断层在东端分叉处的倾向与主断裂和西端倾向相反.基于N-SBAS方法获得的震后4.5个月形变场显示,断层近场震中区域的累积形变量达5 cm,远场区域累积形变达2 cm.震后早期余滑分布在断层浅部和深部以及两侧的横向延展区域;部分余滑区域与同震区域重叠.其中,上地壳浅部的余滑达20 cm且填充了同震滑动亏损.时序地震矩显示上地壳浅部区域在震后快速余滑而深部稳定滑动,表明了发震断层区域的复杂摩擦属性.     

2008年10月西藏当雄MW6.3地震震后形变提取与余滑反演

2008年10月6日西藏当雄发生M_W6.3地震.本文利用震后2008年10月26日至2010年8月22日的16期ENVISAT ASAR数据,通过小基线集干涉测量、误差校正与MInTS（Multiscale InSAR Time Series）技术提取高精度的震后形变场,利用SDM（Steepest Descent Method）方法反演断层震后余滑演化过程,并分析震后余滑与同震滑动的关系.结果表明：当雄M_W6.3地震的近场震后形变场主要位于断层西侧,在时间演化上具有明显的对数函数衰减规律;震后余滑主要集中于断层中南段深0~15 km区间,最大的余滑量约0.07 m,位于断层深约9.28 km处,滑动角约-103°;震后余滑引起的地震矩能量M₀与矩震级M_W在时间演化上具有指数函数递增规律;当剪切模量μ=32 GPa,震后665天余滑释放的地震矩能量约为1.92×10¹⁷N·m,约占同震滑动释放地震矩的4.8%,相当于矩震级M_W5.46;虽然震后余滑已经延伸到断层浅部0~5 km区间,但由于余滑量相对较小,没有改变同震滑动在断层浅部区域的滑动亏损现象,这可能是2010年11月30日该区域又发生M_W5.3级余震的主要原因之一.     

2011年日本MW9.0地震震后形变机制与震源区总体构造特征

本文利用较为完备的球体位错理论,结合4.5年的震后位移数据,优化了2011年日本M_W9.0地震震源区岩石圈弹性层厚度与地幔黏滞性因子,更新了该强震断层余滑时空演化过程.首先,基于日本列岛215个均匀分布的GPS连续观测站震前2年与震后4.5年的观测数据,提取了2011年日本M_W9.0地震引起的震后位移时空变化;接着,依据断层余滑衰减相对较快的特点,利用黏弹性球体位错理论对震后3~4.5年的GPS观测数据进行反复拟合,确定2011年日本M_W9.0地震震源区地幔黏滞性系数和岩石圈弹性层厚度的最优解分别为6×10¹⁸ Pa·s和30 km;然后,从震后3年内GPS观测数据中剔除地幔黏滞性松弛效应,获取了断层余滑对应的震后位移场;最后,利用基于球体位错理论的反演算法,反演了2011年日本M_W9.0地震断层余滑的时空演化过程.结果表明,2011年日本M_W9.0地震引起的断层余滑在震后半年内变化显著,震后2年主震区域余滑基本停止,断层的两端存在一定的余滑效应,断层余滑的累计矩震级达到8.59;地震后4年,地幔黏滞性松弛效应对震后位移场的贡献在总体上超过断层余滑的贡献.     

2020年伽师MS6.4地震InSAR同震形变与滑动分布特征分析

利用Sentinel-1A升轨和降轨数据,基于D-InSAR技术,获取2020年1月19日伽师M_S6.4地震同震形变场,并结合其他研究机构给出的震源机制解参数和已有研究成果,反演得到伽师地震的发震断层几何特征和滑动分布。研究结果表明,伽师地震同震形变在地表有明显差异;升轨同震形变在卫星视线方向北侧抬升55 mm,南侧下降42 mm;降轨同震形变在卫星视线方面北侧抬升63 mm,南侧下降23 mm。通过反演得到发震断层走向为275°,倾角为20°,地震滑动主要分布在地下5 km处,最大滑动量约为0.32 m,平均滑动角为89.3°,累积地震矩为1.46×1018 N·m,合矩震级M_W6.1,发震构造为具有少量走滑性质的逆冲断裂。从发震构造特征、同震滑动分布推测,伽师地震发震构造是柯坪塔格褶皱带滑脱面以上沉积盖层内的逆冲断裂,支持了柯坪推覆体的薄皮构造模型观点。     

2021年5月22日玛多MW7.4级地震后气象异常的物理机制

2021年5月22日青海玛多M_W 7.4地震后数小时,在震中周边地区出现了气压快速上升、气温快速下降和甘肃景泰山区突降雨雪的气象异常.对青海德令哈等地震台的形变仪、水位仪、地震仪、气压计和温度计的记录作分析后发现：在此期间,在景泰附近地区3种不同学科的观测仪器分别记录到了同震止滑震相XsQ、无震余滑震相Xa和震颤震相Tp.该结果表明,在震中周边地块,震时发生了同震粘滑,在震后发生了余滑,在发生同震粘滑和震后余滑前后还伴有震颤现象.根据粘滑和震颤的物理机制推测,这种气象异常可能是震时和震后,各台所处地块发生同震粘滑和震后余滑错动后,地下裂隙张开,气体溢出.导致气压上升、气温下降的结果.破坏性地震后的气象异常是值得关注的一种次生灾害.     

利用GPS和InSAR数据反演2011年日本东北MW9.0地震断层的同震滑动分布

本文首先对Envisat/ASAR数据进行干涉处理, 获取2011年日本东北M_W9.0地震的地表InSAR同震形变场; 然后通过对InSAR同震形变数据重采样方法的深入分析, 选择条纹率法结合干涉图的空间相干性对InSAR同震形变数据进行重采样; 最后基于弹性半空间位错模型, 联合InSAR与GPS形变数据, 采用最小二乘法反演发震断层的滑动分布. 研究结果表明: 考虑相干性的条纹率重采样方法, 更适用于形变场中存在除断层外的有限边界、 且形变场范围较大的InSAR数据重采样处理; 断层滑动主要发生在地表以下50 km范围内, 最大滑动量为49.9 m, 矩张量为4.89×1022 N·m, 所对应的矩震级为M_W9.1, 与地震学反演的结果比较吻合.      

2017年9月8日墨西哥MW8.2地震对后续地震的触发作用

使用coulmb3程序研究在墨西哥地区板块间俯冲带巨震对后续余震的静态库仑应力触发作用。2017年9月8日墨西哥M_W8.2地震后,在主震震中所在区域选取38个M_W>4.0地震作为研究对象,分别设定有效摩擦系数μ′为0.2、0.4、0.6时,触发比例为39.47%、31.58%和28.95%,触发效果不佳,随着有效摩擦系数μ′取值的增大,墨西哥M_W8.2地震对余震的触发比例在降低但对主要余震的触发效果在加强。     

基于Sentinel-1A数据的四川长宁MS6.0地震同震形变场分析及断层滑动分布反演

利用大地测量数据研究2019年6月17日四川长宁M_S6.0地震同震形变场特征和发震断层参数, 基于DInSAR技术处理升降轨Sentinel-1A数据获取干涉相位图, 并考虑大气折射效应和余震形变误差实现同震形变场改正。四叉树采样后的形变数据作为反演数据源, 采用弹性半空间分层模型反演发震断层几何面滑动分布。结果表明本次地震发震机制为兼具逆冲和左旋走滑, 矩震级为M_W5.9, 断层破裂尺度达28 km×20 km, 震源深度约9.4 km。升降轨视线向同震形变场在断层两侧呈现形变特征差异, 最大沉降量分别是8.34 cm(升轨)和4.23 cm(降轨), 最大抬升量分别是5.5 cm(升轨)和7.5 cm(降轨); 发震断层走向为302°, 倾角为43°, 平均滑动角为50°, 断层面最大滑动量达到0.28 m。     

基于Sentinel-1A数据的2017年伊拉克哈莱卜杰MW7.3地震同震形变场分析及断层滑动分布反演

本文首先利用二轨法对欧洲空间局Sentinel-1A雷达卫星影像进行差分干涉处理,获取了覆盖2017年伊拉克哈莱卜杰（Halabjah）M_W7.3地震震区的同震形变场,结果表明:哈莱卜杰地震造成的地表形变影响范围约为60 km×70 km,形变场基本沿扎格罗斯主前缘断层展布;形变场的西南盘呈现隆升趋势,最大视线向形变值为88 cm,东北盘呈现下降趋势,最大视线向形变值为37 cm;隆升形变值远大于沉降值,反映出发震断层以逆冲运动为主的特征。然后基于弹性半平面空间矩形位错模型,分别采用多峰值粒子群算法和最速下降法确定了发震断层的几何参数和滑动分布结果。反演结果显示发震断层以逆冲运动为主,兼少量右旋走滑运动,最大滑动量为3.34 m,释放的地震矩为1.68×1020 N·m （M_W7.4）,与地震学的研究结果一致。      

联合GPS和GRACE观测研究日本MW9.0地震震后变形机制

利用GPS和GRACE观测数据研究了日本M_W9.0地震的震后变形特征.GPS观测显示,区域震后位移呈现随指数函数变化特征,变化速率符合大森公式的衰减特性;近五年的震后水平位移累积已达到东向60~165 cm,南向20~65 cm的量值,距震中较远站点已超过同震变化量,且震后变形仍然持续.GRACE观测到显著的震后重力变化,地震破裂两侧的重力变化总体均呈上升趋势,但海洋侧的变化速率较快.联合震后余滑和黏弹性位错理论对震后变形进行了模拟,探索了GPS和GRACE观测的综合应用方法.研究发现,综合考虑震后余滑和黏滞性松弛效应可以对日本地震的震后变形做出较合理的解释,震后初期余滑起主要作用,1至2年以后逐渐减弱,黏滞性松弛作用逐渐增强.在震后变形模拟和区域黏滞性结构反演中形成GPS和GRACE观测结合应用的方法,先基于震后GPS形变估算区域黏滞性结构,而后利用GRACE观测修正深部的黏滞系数,并综合利用这两种观测微调浅层黏滞系数,最终确定区域黏滞性结构.基于该方法反演了日本震源区的地幔黏滞性结构,地震断层破裂两侧的流变参数存在差异,大陆侧的地幔顶层黏滞系数在1.0×10¹⁹ Pa·s量级,而海洋侧的则略小于大陆的,在6.0×10¹⁸ Pa·s量级.     

2014年新疆于田MS7.3地震同震位移及位错反演研究

利用于田震中300 km范围内的1个GPS连续站和12个GPS流动站数据,解算得到了2014年新疆于田M_S7.3地震地表同震位移,并反演了发震断层滑动分布,探讨此次地震对周边断裂的影响.地表同震位移结果显示,GPS观测到的同震位移范围在平行发震断裂带的北东-南西向约210 km,垂直发震断裂带的北西-南东方向约为120 km,同震位移量大于10 mm的测站位于震中距约120 km以内;同震位移特征整体表现为北东-南西方向的左旋走滑和北西-南东方向的拉张特征,其中在北东-南西方向,I069测站位移最大,约为32.1 mm,在北西-南东方向,XJYT测站位移最大,约为28.1 mm;位错反演结果表明,最大滑动位于北纬36.05°,东经82.60°,位于深部约16.6 km,最大错动量为2.75 m,反演震级为M_W7.0,同震错动呈椭圆形分布,以左旋走滑为主并具有正倾滑分量,两者最大比值约为2.5：1,同震错动延伸至地表,并向北东方向延伸,总破裂长度约50 km,地表最大错动约1.0 m;同震水平位移场模拟结果显示贡嘎错断裂、康西瓦断裂和普鲁断裂等不同位置主应变特征具有差异性,这种差异特征是否影响断裂带以及周围区域的应力构造特征,值得关注.     

日本MW9.0地震震区及其周缘2002—2015年卫星重力变化时空特征

本文在考虑全球陆面数据同化系统陆地水储量变化影响后,利用2002年4月—2015年4月GRACE卫星RL05月重力场模型获取了2011年日本M_W9.0地震震中及其周边区域的重力场信息;然后给出了日本及其周边2003—2015年的年度累积重力变化和差分重力变化,并且利用经验正态函数方法深入分析了该地震过程中同震重力变化对区域重力场的贡献. 结果显示:日本M_W9.0地震前研究区域出现了幅值高达2×10-8 m/s2的异常重力变化,其同震效应的时间和空间特征均出现在第一模态,且同震重力变化和震后区域重力场变化特征显著,这充分表明该地震对区域重力场的影响显著.      

2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震InSAR同震形变场及断层滑动分布反演

基于InSAR技术,利用欧空局升降轨Sentinel-1A/IW宽幅数据,获取了2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震InSAR同震形变场,并以升降轨InSAR观测结果为约束,反演了断层滑动分布,基于三种不同接收断层计算了同震库仑应力变化.结果表明,同震形变场发生在塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂交汇的三角地带,升降轨干涉位移均显示本次地震的形变场影响范围约为50 km×50 km,形变场长轴方向为NW向,升降轨观测的形变量相反,反映断层运动性质以走滑运动为主,升降轨数据观测得到的最大LOS （Line of Sight,视线向）形变量分别为~22 cm和~14 cm.非对称形变场反映出断层两侧的运动差异.反演结果显示,最大滑动量约为1 m,平均滑动角为-9°,矩震级为M_W6.5,地震破裂主要集中在地下1~15 km深度范围内,但整体而言本次地震破裂较为充分,基本将该区域1973年及1976年4次 > M_W6.0地震的破裂空区完全破裂.考虑到塔藏断裂和虎牙断裂的运动性质,可初步判定发震断层为虎牙断裂北侧延伸分支.基于三种不同接收断层模型的同震库仑应力变化计算结果反映出该区域以应力释放为主,进一步触发较大走滑型余震的可能性不大.     

九寨沟M_s7.0地震的InSAR观测及发震构造分析

2017年8月8日四川省九寨沟县发生M_s7.0地震.本文基于Sentinel-1 SAR影像,利用InSAR技术获取了此次地震的同震形变场,反演获得同震滑动分布,计算了同震位错对余震分布和周边断层的静态库仑应力变化,并对发震构造进行了分析讨论.结果表明:①InSAR同震形变场显示,九寨沟地震造成地表形变最大量级约为20 cm(雷达视线方向),同震形变存在非对称性分布特征.②同震位错以左旋走滑为主,主要发生在4~16 km深度,最大滑动量约为77 cm,位于9 km深处.反演得到的矩震级为Mw6.46.同震错动未破裂到地表.③大部分余震发生在库仑应力增加区.此次地震增加了震中周边地区一些断裂的库仑应力,如东昆仑断裂带东段、龙日坝断裂、虎牙断裂等.④东昆仑断裂东段的未来地震危险性值得关注.⑤九寨沟地震的发震断层为树正断裂,可能是虎牙断裂的北西延伸隐伏部分,此次地震是巴颜喀拉块体南东向运动受到华南块体的强烈阻挡过程中发生的一次典型构造事件.     

基于GPS观测研究2010年青海玉树MS7.1地震震后地壳形变特征及其机制

2010年4月14日青海玉树M_S7.1地震发生在青藏高原东南部甘孜-玉树地震带,在震后7~10天内,我们快速建立了由15个GPS测站组成的跨地震破裂带观测剖面,包括1个连续站,3个半连续站和11个流动站,对所有站进行了240多天的观测,获取了该次地震的震后形变时空特征.采用欧拉矢量和位错模型解算了背景速度场,并从GPS观测的形变场中扣除该分量.采用分层黏弹性位错模型计算余震引起的地表形变,结果表明余震对部分测站的位移造成不可忽视的影响.采用对数模型拟合位移时间序列,表明特征衰减时间为6.7±1.2天.利用最速下降法反演震后余滑时空分布,反演结果表明震后断层活动以左旋滑动为主,断层南盘具有少量的抬升.在空间分布上,余滑主要位于同震破裂区的两侧,西北侧的余滑几乎达到地表,而东南区的余滑基本在同震破裂区的下方,余滑最大的区域位于结古镇东南下方10~20 km的深度范围.随着震后离逝时间的增加,2个余滑区在空间上保持不变,余滑区的面积逐渐扩大.余滑的矩释放为（1.5~5.1）×10¹⁸Nm,相当于1个M_W6.1~6.4地震释放的能量.分层岩石圈黏弹性模型计算的地壳孔隙弹性反弹形变与地表观测值相差较大,不能解释观测到的震后变形.采用麦克斯维尔流变体模型计算下地壳和上地幔松弛引起的地表形变,显示出其对地表形变的贡献较小.GPS观测得到的震后形变所具有的快速衰减特征,以及余滑模型能够较好地拟合GPS地表形变,表明2010年玉树M_S7.1地震后早期阶段的地壳形变主要是由余滑机制决定的.     

2015年尼泊尔M_W7.9地震对青藏高原活动断裂同震、震后应力影响

2015年尼泊尔MW7.9地震重烈度区从震中向东延伸,致灾范围包括尼泊尔、印度北部、巴基斯坦、孟加拉和中国藏南地区,其应力调整对邻区和周边活动断裂可能产生重要影响.本文基于地震应力触发理论,采用岩石圈地壳分层黏弹性位错模型,计算了尼泊尔MW7.9地震引起的周边断裂,特别是青藏高原活动断裂的同震和震后库仑应力变化.结果显示,尼泊尔地震同震效应引起大部分震区库仑应力升高,余震主要分布在最大同震滑动等值线外部库仑应力升高区域;少量余震靠近最大滑动量区域,可能该区域积累的地震能量在主震期间没有完全释放.尼泊尔地震同震库仑应力对青藏高原,特别是中尼边境区域活动断裂有一定影响.亚东—谷露地堑南段、北喜马拉雅断裂西段、当惹雍错—定日断裂和甲岗—定结断裂同震库仑应力升高,其中当惹雍错—定日断裂南端,北喜马拉雅断裂西段同震库仑应力变化峰值超过0.01 MPa;帕龙错断裂、班公错断裂、改则—洞措断裂库仑应力降低,其地震发生概率有所降低.震后应力影响方面,未来40年内黏弹性松弛作用导致北喜马拉雅断裂、改则—洞措断裂和喀喇昆仑断裂整体应力卸载;藏南一系列正断层震后应力持续上升,其中帕龙错断裂南段受到震后黏弹性库仑应力影响,由应力阴影区逐渐转化为应力增强区,当惹雍错—定日断裂南段应力进一步加强,震后40年其南端应力变化峰值达到0.1345 MPa,亚东—谷露断裂南段应力亦持续增强.藏南正断层的地震活动性值得进一步关注.     

基于形变观测分析2011年日本9.0级地震与断层运动间关系

2011年3月11日日本发生9.0级地震,本文以此次地震的震间、同震和震后形变观测为约束,依据不同时段断层运动空间分布特征分析日本海沟地区强震与断层运动间关系.震间日本海沟地区,断层运动闭锁线深度约为60km,闭锁线以上从深到浅依次为断层运动强闭锁段、无震滑移段和弱闭锁段.由同震位错反演结果,2011年日本9.0级地震同震存在深浅两个滑移极值区,同震较浅的滑移极值区(同震位错量10~50m,深度小于30km)震间为断层弱闭锁段;同震较深的滑移极值区(同震位错量10~20m,深度在40km左右)震间为断层强闭锁段;而在两者之间的过渡带同震位错相对较小,震间断层运动表现为无震滑移.震后初期断层运动主要分布在在闭锁线以上的同震较深滑移极值区,而同震较浅的滑移极值区能量释放比较彻底,断层震后余滑量相对较小.依据本文同震和震间断层运动反演结果,震间强闭锁段积累10m同震位错需要100多年时间,与该区域历史上7级地震活动复发周期相当;震间弱闭锁段积累30~50m同震位错约需要300~600年时间,与相关研究给出的日本海沟9级左右地震复发周期比较一致.在实际孕震能力判定的工作中,由于不同性质的断层段在同震过程中会表现更多的组合形式,断层发震能力判定结果存在更多的不确定性,但利用区域形变观测等资料给出震间断层运动特征的研究工作对于断层强震发震能力的判定具有非常重要的实际意义.