球体位错理论在2011年日本强震中的应用研究

利用球体位错理论计算了2011年日本强震产生的远场同震位移与应变,并利用GPS远场数据修正了该强震的总地震矩。结果表明：1）利用球体位错理论计算得到的理论水平位移场显示,垂直于发震断层的广大区域同震位移较大,位移矢量总体都指向震中地区,震中距约5 000千米的地方亦产生了3 mm以上的同震水平位移。理论位移与远场GPS观测结果具有良好的一致性;2）比较两个独立断层模型对应的理论同震位移场发现,震源西部地区远场位移总体上只有1%～4%的微小差异,而东部广大海域的差异则达到同震信号的6%～15%,震中周围差异更大。该差异表明,相对于震源仅局域覆盖的日本本土GPS观测数据对2011年日本强震的断层滑动分布模型的约束能力有限;3）依据中国及邻区的远场GPS同震观测数据修正2011年日本强震的总地震矩,把该地震释放的总能量约束在(3.24～4.96)×10 ²² Nm,相应的矩震级为Mw8.97～9.10;4）2011年日本强震在华北地区产生的同震应变与该区的长期应力变化背景场大体相反,表明该强震使华北地区的地壳产生了松弛效应。     

远场GPS同震位移的变形特征分析——以2011年日本东北大地震为例

利用2011日本东北大地震的亚洲东部GPS远场水平位移数据,通过计算及比较分析4个独立震源解和倾/滑角效应,研究了远场地震变形的空间分布特征和规律。结果表明,对于低角度逆冲型地震来说,水平位移格林函数在远场位移场中占主导作用。基于此确定了远场GPS水平位移场能在反演中有效利用的空间范围,为联合远场GPS数据和近场GPS数据反演断层滑动分布作理论准备,并为远场数据反演位错Love数（h、l）提供理论依据。     

高频GPS测定的尼泊尔MW7.8和MW7.3地震震时地表动态变形过程

以陆态网络和尼泊尔境内高频（1 Hz）GPS观测数据为基础,采用动态双差相对定位方法,获取2015年尼泊尔M_W7.8和M_W7.3地震震时近场地表动态变形过程。结果表明,M_W7.8地震震中东侧高频GPS站动态位移幅度明显大于震中西侧;各高频GPS站动态位移幅度不仅与测站震中距有关,而且与地震破裂传播方向有关;M_W7.3地震引起的水平动态位移相对较小。将高频GPS与邻近强震仪动态位移时序进行对比发现,二者在振幅和相位上具有较好的一致性。     

日本Mw9.0强震的高频GPS形变波特征初探

利用高频GPS数据长基线双差精密定位技术,获取2011年3月日本Mw9.0强震近场和远场GPS连续参考站的瞬时动态形变。分析表明：距震源较近的IGS站（USUD）的同震动态形变水平方向幅度超过60 cm,震后水平形变达到30 cm;位于远场的GPS连续参考站（JLYJ）的动态形变,清晰地给出了地震面波引起的地表形变波形。对JLYJ站的谱分析表明,地震面波引起的动态形变周期为10～17 s,并出现了两次峰值,东西向和垂向上的动态位移量远大于北南向,说明JLYJ站的形变主要由Rayleigh波及其谐波所主导,Rayleigh波的传播速度为3.5 km/s,波长约50 km。     

基于GPS观测值研究日本M_W9.0地震震后形变机制

基于GPS观测的震后水平位移对2011年日本MW9.0地震的震后形变特征进行研究。震后近5a(截至2015-12),震后水平位移累积达到东向60~165cm,南向20~65cm,距离震中较远处的G104、G105及J192站点观测到的震后位移累积变化已超过同震位移,且震后形变还在持续。联合震后余滑和粘弹性位错理论模拟震后形变,利用这2种作用机制对震后GPS水平形变进行解释。研究表明,震后余滑在震后形变最初阶段起主要作用,但随着时间增长而逐渐衰减,粘滞性松弛作用的贡献随着时间增长而变大,GPS观测到的震后地表形变可由这2种机制结合得到较合理的解释。利用震后GPS形变模拟估算地震区域的地幔粘滞系数在1.5×1019 Pa·s量级。     

俯冲带地震循环的数值模拟——以日本Tohoku MW9.0地震为例

基于滑移弱化摩擦准则,以日本2011年Tohoku MW9.0地震为例,建立一个以物理规律控制地震循环过程的二维有限元数值模型。结果显示,参考模型在1 000 a间的6次大地震表现出特征地震的规律,地震重复周期约161 a,单位破裂长度地震矩为1.13×1020 Nm/km,在两次大地震中间会发生一次5.62×1018 Nm/km的小地震。参考模型的数值结果与地表同震GPS位移、震间GPS速度分布具有较好的一致性。模型弹性参数的不确定性对同震以及震间形变的影响有限,模型粘性参数主要影响震间形变场。数值计算也显示,假设震间形变仅由断层运动规律所决定,那么在一个地震周期内,模型空间重力异常基本上随时间均匀变化,在大陆一侧距海沟100 km处可达-370 μGal;速度场的变化主要发生在震后约5 a的时间内,此后基本保持稳定增加。     

2021年青海玛多MW7.4地震震后余滑研究

构建应力驱动震后余滑模型,对2021年青海玛多M_W7.4地震的震后余滑效应进行数值模拟,得到震后160 d的GPS形变时间序列。结果表明,余滑主要分布在同震断层显著滑动的下倾和两侧区域,最大滑动量达1.24 m,累积释放地震矩1.08×10¹⁹ Nm,相当于M_W6.62地震,5～15 km深度的震后余滑约占总量的80%。最优拟合模型显示,以13 km深度为界,断层上部和下部的参考滑动速率参数V₀分别为6.50 m/a和0.15 m/a,表明玛多地震震后余滑界面的摩擦属性在深度上存在明显差异。     

利用InSAR技术研究2016年西藏定结Mw5.3地震发震构造

利用Sentinel-1A卫星数据和D-InSAR技术,获得2016-05-22西藏日喀则市定结县M_W5.3地震LOS方向的同震形变场图像,分析InSAR形变结果的变化特征,并以此为约束反演该地震的断层几何参数和同震滑动分布特征。结果表明,定结M_W5.3地震发震断层走向近SN,断面倾向E,倾角约43°,破裂长度约9 km,同震滑动主要集中在2~5 km深度范围内,以正断倾滑为主,最大滑动量为0.24 m,矩震级为5.3级。2016年定结地震发震构造是定结-申扎伸展断裂系中的一条新生盲断层。     

基于粘弹性球体地球模型的震后位移与重力变化计算软件

在考虑地球曲率、成层结构、可压缩性与自重的前提下,Tanaka等［1-2］提出一套较为完备的粘弹性球体位错理论,可计算全球任意位置由地震产生的同震与震后形变（含位移、重力变化、大地水准面变化）。Gao等［3］给出了与上述理论相匹配、界面友好的计算软件,能计算30个震后时间点对应的震后形变。本研究针对Gao等的软件进行改进,可计算震后任意时间点对应的震后形变。新软件由3个部分组成：1）与32个震后时间点相对应的32套离散格林函数数值框架;2）格林函数插值计算程序,可针对上述32套格林函数数值框架进行插值运算,输出任意震后时间点对应的格林函数数值结果;3）积分计算程序,调用上述格林函数数值结果,计算任意类型地震在地表任意位置产生的同震与震后形变。一般情况下,使用者只需按要求准备辅助文件,提供发震断层模型和观测站位置信息,以及震中周围地区地幔粘滞性因子,先后运行格林函数插值计算程序和积分计算程序,即可计算出目标地震在地表任意位置产生的同震与震后形变。本文基于粘弹球体位错理论与弹性球体位错理论,分别计算2011年日本MW9.0地震引起的远场同震位移,2套结果的高度一致性证明了新程序的正确性。最后,介绍需要注意的若干事项,便于使用者掌握该软件。     

重力卫星观测俯冲带特大地震同震重力场变化

利用去相关的DDK3滤波器对得克萨斯空间中心（CSR）发布的GRACE RL06月重力场模型数据进行处理,采用多项式拟合时间序列分析方法成功提取了2004年苏门答腊M_W9.3、2010年智利M_W8.8和2011年日本东北M_W9.0三个地震事件的同震重力变化、大地水准面变化、垂线偏差变化及重力梯度变化。结果表明,3个震例的同震重力变化范围分别为-15.5~6.5 μGal、-9.1~2.1 μGal和-11.1~4.2 μGal;同震大地水准面变化范围为-5.9~0.8 mm、-3.0~0.8 mm 和 -3.2~0.5 mm;垂线偏差NS向变化范围为 -1.2~2.2 mas、-0.9~1.0 mas 和 -1.1~1.4 mas,EW向变化范围为 -1.8~1.0 mas、-0.8~0.8 mas和 -0.7~1.0 mas;重力梯度各分量数值中,rr分量同震变化最大,其次是rθ分量。3次地震的同震信号空间分布均表现为：同震大地水准面和重力变化信号呈非对称两极分布;垂线偏差呈负-正-负或正-负-正三极分布;重力梯度变化信号呈较复杂的多极分布。观测结果与现有的球体位错理论计算结果较一致,可作为重力卫星数据约束震源机制和地球粘度结构的可靠信号来源。     

昆仑山口西Ms8.1地震的地壳变形特征

利用全球定位系统1991－2001年及震后4期GPS观测数据。获得了2001年11月14日昆仑山口西地震（Ms8.1)的同震和震后形变运动图像，跨破裂带GPS网最近两点测得的最大同震形变为1.9m左右，而震后4个月断层蠕滑引起的变形约为80mm，破裂带两侧震后变形幅度具有非对称性。南侧震后变形基本是北侧的2－3倍。研究结果显示破裂带南盘在震后向偏东方向有明显移动，预示本次地震后能量的重新分配与积累，根据近几十年以来东昆仑断裂带的大地震由西向东扩展的特点，未来地震有向东迁移的可能。     

基于GNSS观测研究2015年尼泊尔MW7.8地震震后地壳形变特征及其机制

收集及处理尼泊尔境内的GPS连续观测站和中国藏南地区的GPS基准站数据,获得2015年尼泊尔MW7.8地震震后3 a的GPS水平形变场。结果显示,尼泊尔地震的震后形变主要分布于尼泊尔北部及中尼边境区域,且东西方向形变较小,南北方向形变较大,整体继续向南运动,最大震后位移约为10.93 cm。采用孔隙弹性回弹模型计算的理论地表位移远小于GPS观测值,无法解释GPS观测到的震后形变。采用震后余滑模型反演的结果表明,震后余滑主要集中在断层的下倾延伸部分,且空间分布较广,余滑释放的地震矩为1.09×1020 Nm。采用PSGRN/PSCMP程序计算粘弹性引起的理论地表形变结果显示,粘弹性松弛模型不能解释近场GPS观测值,但在远场区域的运动方向与GPS观测值一致。采用粘弹性松弛和震后余滑组合机制模型进行反演,余滑释放的地震矩降为1.08×1020 Nm,且空间分布更加集中。研究结果表明,组合机制模型在保证了模型拟合精度的基础上,反演结果与应力驱动模型反演结果更接近。     

玛多MW7.3地震同震滑动分布的三维有限元模拟分析

首次构建2021年玛多M_W7.3地震三维有限元模型,分析同震滑动分布特征。首先解算高精度GNSS同震形变观测数据;然后建立玛多地震三维有限元模型,并用弹性半空间Okada模型验证其准确性;最后以40个近场和远场GNSS同震形变观测数据为约束,利用最小二乘法反演玛多地震同震滑动分布模型,从而模拟同震位移。结果表明,玛多地震引起的破裂主要分布在野马滩和黄河乡附近,最大滑动值约为3.4 m。该结果与现场考察结果一致,能够很好地解释GNSS同震形变观测数据。     

新疆于田MS7.3地震同震与震后形变机制研究

利用InSAR技术获取2008-03-21新疆于田MS7.3地震的同震和震后形变场。同震分布式滑动反演结果表明,同震断层最大滑动量达5.4 m,主要分布在南部断层的0~5 km深度附近,地震以正断错动为主,兼有左旋走滑分量。震后形变结果表明,发震断层北段两侧存在差异性运动,最大累积差异形变在震后782 d达15 cm。进一步分析表明,震后断层余滑可能是震后形变的主要机制。余滑反演结果表明,震后2 a断层余滑量相对较小,滑移区范围明显减小且均位于浅部区域,北部断层能量释放较彻底,南部仍存有少量能量,整体能量基本释放完。     

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震后形变的解析模型和时空分布特征

利用3种可能震后效应（震后余滑、孔隙弹性回弹、震后粘弹性松弛）的数学解析模型，分析了各种震后形变的时空分布特征，并且以1931年富蕴8级地震的震后粘弹性松弛反演为算例，说明震后粘弹性松弛解析模型的应用。分析与计算表明：震后1～2年，3种因素都发挥着很大作用：震后余滑和孔隙弹性回弹主要影响近场，粘弹性松弛影响范围较宽广；此后，震后粘弹性松弛则成为构造活动稳定地区震间形变的重要因素。     

使用ALOS DInSAR提取汶川地震同震地表形变场

为探测汶川Ms8.0地震引起的地表形变,用ALOS卫星PALSAR L波段SAR数据与GPS观测数据,采用两轨雷达差分干涉方法,计算出了地震影响区约83 194 km ² 范围内的同震干涉图与形变场。此外,以16个GPS点的形变数据为参考,对干涉形变的精度进行分析,结果表明：除近断层区域两类数据存在较大差异外,整体吻合程度较高。