GPS测得的汶川大地震同震位移

2008年汶川8.0级地震是建国以来破坏最惨重的大地震,是发生在地震前后GPS观测资料最多,震中在连续观测网中部及非连续观测站相当密集的地区.许多GPS连续观测站测得汶川地震同震位移.同震位移具有突变性和时间上的同步性以及变化幅度的显著性,是最确凿的与地震直接相关的地壳运动现象.震区外GPS连续观测站位移时间序列表明,此次大地震同震水平位移范围大,远离震中的许多地区观测到同震水平位移,与震前位移对比表现为弹性回跳.GPS连续观测站震前水平位移和同震水平位移过程揭示了此次地震震前大范围有显著变化的观测站水平位移与地震孕育过程的联系.但华北及邻近地区无明显同震水平位移.震中区外均未观测到明显的同震垂直位移.震区GPS站观测到的同震位移则主要为永久形变,不仅有大幅度的水平位移,也有幅度相对较小的垂直位移.本文研究了汶川地震同震位移的特点与机制,并由此进一步讨论此次大地震的成因、前兆地壳运动特征及其复杂性.     

GPS观测得到的大地震前兆地壳形变震例

综合介绍2008年汶川大地震以来,GPS观测得到的国内外10多次6—9级,不同构造、不同类型的大地震前兆地壳形变震例:2008年汶川8级大地震、2011年东日本9级巨震、2013年芦山7级,直至2020年6月墨西哥7.4级地震和7月美国阿拉斯加州以南海域7.8级地震等。利用GPS连续观测站区域参考框架水平位移时间序列和水平位移场,特别是水平位移向量时间序列的研究证明,同震水平位移是研究地震前兆形变存在的关键;利用垂直位移和水平位移向量时间序列、同震垂直位移及同震水平位移向量的分解,揭示地震弹性回跳真实方式;提出了符合GPS观测和岩石破裂试验结果的地震压-剪弹性回跳模型;根据已有震例,提出预报不同震级地震的可能性和监测临震前兆形变的GNSS站布设设想。      

GPS观测到的智利及其邻区多次大地震前后地壳运动

2001年以来,智利及其邻区发生了3次7.1—7.7级和4次8级以上大地震,其震中附近至少有一个甚至多个GPS连续观测站观测到地震前后的地壳运动。从http://geodesy.unr.edu网站可获得GeoffreyBlewitt教授用GIPSY软件处理得到的南美大量GPS连续观测站南美板块（SA）区域参考框架位移时间序列,获得的这些大地震同震、震前位移积累和震后位移,特别是同震水平位移和震前水平位移积累,为探索地震预测,增添了更多有意义的震例。研究表明,这些大地震的同震水平位移也是震前水平位移积累的回跳或弹性回跳,同样也证明了震前存在前兆地壳形变;这些大地震前震中及其附近也无明显的垂直位移积累,由此证明了板块运动或地壳水平运动就是地震成因。尽管东日本和智利近海大地震的构造环境不同,日本2011年9级和智利2010年8.8级巨大地震前的地壳运动都清楚显示太平洋海底扩张。这些地震的同震水平位移回跳或弹性回跳的规律一致,地震成因都是水平挤压。智利多次大地震GPS观测到的最特殊现象是,在2015年8.3级地震震中以北,2010年8.8级地震的同震水平位移量值偏小,且方向异常一致向北,可认为是8.3级地震的前兆形变现象。临近智利的南美地区应是全球最利于地震预测探索的地区之一。      

芦山MS7.0地震前水平位移和同震水平位移研究

本文利用“中国地壳运动观测网络（二期）”多个GPS连续观测站观测数据处理结果,将2013年4月20日四川芦山MS7.0地震区域参考框架同震水平位移与全球参考框架同震水平位移进行比较,结果表明两组框架解一致,说明两种参考框架均可当作位错参考框架,也即全球参考框架同震水平位移也可视为区域参考框架同震水平位移．区域参考框架下GPS连续观测站地震前的水平位移和同震水平位移结果表明,震前数年,SCTQ站西侧的GPS站构造运动十分显著,而该站水平位移却很小,即出现反常的闭锁．但该站的同震水平位移使其弹性回跳至正常构造水平位移水平,因此SCTQ站震前的位移闭锁是水平位移空间分布中的异常,是芦山MS7.0地震的前兆．水平位移时空变化表明,该站震前和震时位移完全符合里德的弹性回跳理论．区域参考框架中位移时间系列和同震水平位移的综合研究有助于对芦山地震地壳运动前兆的认识和解释．尽管本文未能直接采用其它GPS连续观测站的资料,但结合本文和其它研究结果可以证实,震中附近其它站地震前后的变化与SCTQ站类似．基于芦山地震前水平位移和同震水平位移及其与前兆关系的研究,本文进一步讨论了GPS监测网的布设、 数据处理和分析等问题．      

利用GPS观测资料分析2008年于田Ms7.3地震的同震位移及震后形变

2008年3月21日新疆于田发生Ms7.3级地震.本文通过处理、分析GPS数据,得到破裂断层北侧100 km附近的同震位移及震后形变信息.在观测区域GPS点监测到10 mm左右的同震位移,其中最大为南向14 mm,东向5 mm.同震位移呈现一致性的东南向运动特征,证实于田地震存在显著的左旋走滑分量.震后台站向西南方向运...     

中国大陆GPS连续观测站测得的日本9.0级地震同震位移与震前变化

利用中国大陆GPS连续观测站资料, 获取了2011年3月11日日本9.0级地震造成的连续站同震位移。 计算结果表明, 位于我国东部尤其是东北地区的台站在水平方向都有明显的同震位移, 且离震中越近同震位移量越大, 其中绥阳站的水平同震位移量最大, 达到33 mm。 通过对时间序列分析发现, 有明显同震位移的连续站, 震前水平方向的运动速度都有放缓的趋势, 可能是一种形变前兆现象。 这些GPS观测到的同震位移及震前运动速度异常, 对于进一步研究前兆地壳运动、 地震动力学特征以及精化中国大陆地壳运动速度场都有重要意义。     

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。     

基准站GPS连续观测得到的垂直位移时间序列

利用1998年9月至2004年3月上旬中国地壳运动观测网络基准站GPS连续观测结果所获得的垂直位移时间序列,讨论了基准的选择,分析了基准站垂直位移的特点。取中国东部一组垂直位移变化形态基本一致、年速率较小的6个基准站作为垂直位移时间序列的基准。计算结果表明,每周的垂直位移解的精度可达3mm。与基准站的水平位移年速率相比,垂直位移年速率普遍较低;而与基准站的水平位移时间序列相比,一些基准站的垂直位移时间序列有非常显著的年周期变化,幅度达20～50mm。中国大陆西部基准站的年周期变化与地球自转有明显的相关性,并且符合地球自转守恒。基准站垂直位移的变化值得多方面深入研究     

2016年8月24日意大利佩鲁贾MW 6.2级地震同震位移场估计和震源滑动模型反演

利用改进的自动经验基线校正方法SMBLOC,对2016年8月24日意大利佩鲁贾MW 6.2级地震震中周围约60 km内的近场强震记录进行基线校正并尝试给出同震位移场,与GPS观测结果进行对比分析,分别独立和联合两种资料反演震源滑动模型,并根据震源模型进一步给出全空间预测位移场分布.研究结果表明:(1)两种不同的资料给出的水平位移场幅值均为cm级,且均表明断层的错动以正断为主.(2)两种同震位移场分别独立和联合反演所得的震源静态滑动范围基本一致,最大滑动均发生在震中东北侧,强震模型表现出明显的双事件特征,较大滑动分布在震中东北侧和东南侧,GPS模型在震中东南侧的滑动相对较小,其双事件特征不明显.两种模型的最大滑动量分别为0.96 m和0.86 m,较为一致,反演的矩震级均在MW 6.3左右.(3)根据震源滑动模型计算所得的佩鲁贾地震全空间预测的水平同震位移场中最大位移分布区域与震后报告中受灾严重的地区基本一致.表明在一定的条件下,利用SMBLOC方法解算震级较小的MW 6.0左右地震强震记录的同震位移场,并反演震源滑动模型具有一定的可行性,且其同震位移场和滑动模型可为震后灾害快速评估、救援力量分配、余震趋势判定等快速应急响应工作提供参考依据.     

关于2001年昆仑山8.1级大地震前后中国大陆地壳水平运动的讨论s

中国地壳运动观测网络基准网GPS连续观测，获得了2001年11月14日昆仑山8.1级大地震前后中国大陆，特别是西部地区的地壳水平运动信息．以东部长期相互间相对水平位移很小的几个站组成的一组稳定点作为基准， 据此获得水平位移分量时间序列．2000年11月上旬起中国西部的GPS基准站开始出现显著的异常位移，此后在云南及四川发生多次6级左右的地震．自2001年4月中旬开始，中国西部GPS基准站向北的水平位移速率明显减小，甚至反向，临震前及震后略有恢复，但震后向北的水平位移速率仍减小，并有明显的向西运动．近几年中国大陆西部（相对东部）的地壳运动过程表明，印度板块的向北挤压是昆仑山8.1级大地震的主要力源，大地震释放了大量的能量，印度板块对中国大陆的作用力明显降低，大震后至2002年底中国大陆的地震活动也明显降低．      

芦山7级地震的同震位移估计和震源滑动模型反演尝试

利用自动经验基线校正方法,分析2013年4月20日芦山M_S7.0级地震13个近场强震动台的观测资料,以估算同震位移场分布,并据此反演了震源滑动模型.经与GPS结果比较,两种不同方法给出的芦山7级地震的水平近场同震位移场幅度都不超过cm级,均显示为典型的逆冲型地震（兼有少量左旋走滑错动）.强震最大水平和垂直永久位移分别为4.9 cm和4.4 cm,分别出现在51YAM台和51QLY 台.两种资料反演的震源滑动模型虽显示多事件特征,但主要滑动均集中在第一次事件,即初始滑动点两侧的走向长约30 km、倾向长约25 km的相对集中的较小范围内,强震和GPS模型的最大滑动量分别为1.14 m和1.09 m,较为一致.其余子事件滑动量小且分布零散,不能排除其数值效应的因素.反演矩震级均在M_w6.7左右,地表破裂应该不明显.文章还讨论了目前在我国利用近场强震动记录估计M_w6~7级地震同震位移场存在的困难和问题,为今后类似工作提供参考.     

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.     

Horizontal crustal movement in Chinese mainland from 1999 to 2001

The paper introduces the horizontal crustal movement obtained from GPS observations in the regional networks (including the basic network and the fiducial network) of the Crustal Movement Observation Network of China (CMONOC) carried out in 1999 and 2001. This paper is characterized by the acquisition of the horizontal displacement velocities during the period from 1999 to 2001 at the observation stations in the regional networks with datum definition of a group of stable stations with small mutual displacements in east China. Based on the most detailed map of horizontal crustal movement in Chinese mainland, the division of blocks, their displacements and deformations are studied. An approach to analysis of the intensity of the horizontal crustal deformation is proposed. The general characteristics of the recent horizontal crustal movement in Chinese mainland and that before the Kunlunshan earthquake of M=8.1 on November 14, 2001 are analyzed. Foundation item: The National Development and Programming Project for Key Basic Research (95-13-03-07).     

2021年青海玛多MS7.4地震同震应力场与形变台站同震阶变分布关系探讨

利用基于升、降轨InSAR形变场及余震精定位结果反演得到的同震滑动模型,通过PSGRN/PSCMP程序获得同震水平形变场及应力场分布特征,结合玛多M_S7.4地震周边形变同震阶变台站分布特征,探讨同震应力场变化与同震阶变台站分布间的关系。模拟得到的水平形变场结果显示,此次玛多地震为左旋走滑运动特征,水平形变量主要集中在巴颜喀拉块体内,其次是北部的柴达木块体;羌塘块体以及祁连块体同震水平位移量较小;昆仑山口-江错断裂作为一条NE倾向的走滑型断裂,断层上盘区域滑动量明显大于下盘,模拟得到的最大水平形变量达1380mm;形变同震阶变的台站主要集中分布在祁连山断裂带中东段以及西秦岭等地区,祁连山断裂带中东段位于此次玛多地震同震正应力变化正值区域,而西秦岭等地区则处于玛多地震同震剪切应力变化的正值区域,即出现同震阶变的台站与同震应力场变化的正值区域具有较好的一致性。