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。     

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。     

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。     

利用GPS资料反演海原-六盘山断裂带闭锁程度与滑动亏损分布

利用中国大陆GPS水平速度场数据,基于块体旋转与块体边界断层闭锁模型,反演了海原-六盘山断裂带中各断裂的闭锁程度与滑动亏损分布,并结合反演结果对该断裂系统的强震危险性进行了分析。结果显示:海原-六盘山断裂带中的金强河断裂、毛毛山断裂和六盘山南段闭锁程度最强;滑动亏损高值出现在金强河断裂、毛毛山断裂和老虎山断裂,而六盘山断裂整段滑动亏损均较小,应变积累缓慢;其他断裂闭锁程度与滑动亏损均相对较小,其中,海原断裂(狭义)闭锁程度最弱,滑动亏损也仅分布于断层浅部。结合历史地震情况,分析认为金强河断裂、毛毛山断裂以及六盘山南段在未来一段时间内强震危险要高于其他断层段。     

芦山Ms 7.0级地震震前及同震地表形变

对四川地区GNSS观测数据进行处理,获得如下结果:①汶川Ms8.0级地震之前龙门山断裂带及其以北近150km的范围内几乎不存在可分辨的右旋走滑活动和压性形变,四川盆地以西-鲜水河安宁河断裂带以东约100km的范围内几乎也不存在可辨的形变;②汶川Ms8.0级地震之后芦山Ms7.0级地震之前,龙门山断裂带中、北段存在约5mm/a右旋走滑活动,芦山震源及附近地区的三维形变一直处在闭锁状态,鲜水河安宁河断裂带及其以东的左旋形变有所增强;③芦山地震可变的同震形变场基本分布于以震源为中心的数十km范围内,大致以震中为界东侧呈右旋形变,西侧呈左旋形变;④距震中较近约12km的LS05震时"永久性"垂向位移量约7cm,水平向逆冲量约4cm,走滑量约5cm。     

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.     

汶川地震震后GNSS形变分析

采用国际通用高精度数据处理软件对1999—2015年汶川地震震后龙门山断裂两侧分布的109个GNSS连续站和区域站资料进行数据处理与分析,得到各测站点水平向坐标时间序列。考虑2013年芦山地震同震位移影响,通过时间序列分析,获取震后该区域109个测站在2010—2015年间累计震后形变场,断裂带上盘靠近震中的近场区域,水平向最大震后位移达到5~7 cm。基于震后黏弹性松弛模型,通过格网搜索,根据3种不同破裂模型分别反演龙门山断裂上盘中上地壳最佳弹性层厚度估值与下地壳/上地幔黏弹性层最佳黏滞系数,获取3种不同破裂模型在2010—2015年间震后形变观测值与模拟值分布。根据模型二反演得到的模型参数,推估汶川地震在未来几十年内对周边区域地壳形变影响,其中仅2018—2058年40年尺度累计震后位移最大能达到19 cm。     

GNSS观测的2021年青海玛多地震（Mw 7.4）同震形变及其滑动分布

北京时间2020年5月22日2时,中国青海省果洛州玛多县发生Mw 7.4地震。收集震中附近9个连续运行卫星定位基准站(continuously operating reference stations,CORS)观测数据,基于模糊度解算的精密单点定位(precise point positioning with ambiguity resolution,PPP-AR)技术处理了2 h时段的高频(1 Hz采样)全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)数据,快速确定本次地震的近场同震位移,其中水平方向最大约为0.6 m。结合远场12个CORS震前、震后各3 d低频(30 s采样)数据的非差PPP解算同震形变场,基于弹性位错模型反演了玛多地震断层几何参数和滑动分布。结果显示:玛多地震属于典型走滑事件,发震断层走向278.49°,倾角为64.38°,滑动角为-10.90°,破裂长度约为138.72 km,宽度为4.82 km;滑动量超过3 m的滑移主要集中在东部小于18 km深度的区域,最大破裂可达4.2 m。反演的地震矩为1.85×1020Nm,相当于矩震级7.45,比美国地质调查局利用地震波的反演结果略大。     

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。     

芦山地震前后川滇地区地壳水平形变特征研究

为获取芦山地震前后川滇地区地壳的形变特征,利用陆态网2009—2013年和2014—2016年两期全球卫星导航系统(GNSS)水平速度场资料分别计算并对比分析了地震发生前后主应变率场、最大剪应变率场、面膨胀率场及基线长度的变化情况。结果显示芦山地震之前龙门山断裂带主要以压缩应变为主,面压缩应变和最大剪应变均处于高值区,震后能量部分释放,压缩形变程度减弱,但其西南方向的安宁河断裂带和鲜水河断裂带南段出现明显的压缩应变高值区,同时南汀河断裂带附近也呈现较明显的压缩应变。岷江断裂带附近区域的压缩应变虽然减弱,但仍然没有改变它的应变状态,这可能促使了2017年九寨沟Ms7.0地震的发生。     

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。     

汶川大震前扰动异常的震源区定位探索

利用2008年5月12日汶川8.0级地震发生前,震区及周围数百km范围内青海、四川地区定点前兆观测获得的、类似前驱波特征的扰动异常,根据其异常分量、幅度、出现时间、空间位置与所处构造断裂展布等信息,构建＂源兆信号＂传播函数,借助拟牛顿最小二乘法反演可能的＂未来震源区＂。所得模拟震源位于龙门山断裂北段,距实际震中约134km,传播起始时间为震前近13h。     

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。     

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。     

SAR interferometry and optical remote sensing for analysis of co-seismic deformation,source characteristics and mass wasting pattern of Lushan (China,April 2013) earthquake

Co-seismic deformation associated with the Lushan (China) earthquake that occurred along the south-western segment of the Longmenshan Fault Zone (LFZ) on the 20th April 2013 has been estimated by differential interferometric SAR (DInSAR) technique using Radarsat-2 data. The Lushan earthquake resulted in the deformation of the Sichuan basin and the Longmenshan ranges in proximity to the LFZ. The line of sight (LOS) displacement values obtained from DInSAR technique mainly range between −4.0 cm to +3.0 cm. The western Sichuan basin shows oblique westward movement with predominant downward component in areas farther from LFZ and predominant westward component over the downward movement in areas closer to the source fault. Inversion modelling has been used to derive the seismic source characteristics from DInSAR derived deformation values using elastic dislocation source type. The linear inversion model converged at a double-fault source solution consisting of a deeper, steep, NW dipping fault plane-1 of 60 km × 16 km dimension and a shallower, gentle, NW dipping fault plane-2 of 60 km × 15 km dimension, with distributed slip values varying between 0 to 2.26 m. These fault planes (fault planes-1 and -2) coincide with the Dachuan-Shuangshi fault and the buried Range Front Fault, respectively. The inversion model gives a moment magnitude of 6.81 and the geodetic moment of 2.07 × 10¹⁹ Nm, comparable to those given in literature, derived using teleseismic body wave data. Thus DInSAR technique helped to quantify the co-seismic deformation and to retrieve the source characteristics from the estimated deformation values. The study also evaluated the distribution pattern of earthquake induced landslides (EIL) triggered fresh or re-activated during the Lushan earthquake and found that they show spatial association with the seismic source zone and also with various pre-conditioning factors of slope instability.