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。     

同震变形分析中不同地球结构模型差异性研究

顾及地球结构的非均匀性、分层和球体特性，定量研究了球体分层模型、球体均匀模型、半空间均匀模型分别作用于地震断层（走滑断层，逆冲断层）产生的地表同震变形的差异。计算结果显示，相对实际地球模型，利用半空间均匀位错模型计算的同震变形差异很大，大大超出现有高精度测量技术的精度。如果利用实测资料（例如GPS，VIBL，InSAR等高精度测量数据）进行反演研究，必须根据实际地壳构造情况考虑地壳分层结构的影响。     

汶川、芦山和康定地震造成的鲜水河断裂带库仑应力变化及对地震危险性的影响

通过估算汶川、芦山和康定地震造成的鲜水河断裂带库仑应力变化,并与其长期构造应力加载速率进行比较,分析3次地震对鲜水河断裂带未来地震危险性的影响。结果显示,汶川和芦山地震对康定地震的发生分别起到促进和推迟作用;3次地震造成的总应力扰动主要来自汶川和康定地震。在线性应力加载条件下,当断层面等效摩擦系数μ′=0时,3次地震的相继发生会使鲜水河断裂带八美至磨西(除康定地震破裂带外)的地震提前0~5a,其余地区推迟0~4a;当μ′=0.4时,3次地震会使道孚至猪腰子海子(康定地震破裂带除外)的地震提前0~6a,其余地区推迟0~2a。考察了不同流变学结构对计算结果的影响,发现下地壳上地幔粘滞性系数越低,介质粘滞性响应造成的库仑应力变化越大,沿走向的变化越剧烈,其贡献基本与同震相当,对地震提前/延迟时间估计结果的影响最大可达3a。     

中下扬子地区的壳幔结构及其与地震相关性的研究

针对中下扬子地区人口稠密、经济建设蓬勃发展、而其地壳构造十分复杂、天然地震比较活跃的现实情况，以实测的地球物理资料与卫星重力异常等相结合，分析了该地区地壳构造和上地幔深部构造的基本特征，指出该地区中强震的形成和发生既有可能与地壳层中存在的低速带和高导层有关，还可能与更深部上地幔内部构造的背景因素有关。文中还提出了一些值得进一步探讨的问题。     

鄂豫皖毗邻区的某些地震地质特征

鄂豫皖毗邻区属中强地震区,主要构造为东大别断块。其边界断裂(郯城—庐江断裂带和麻城—团风断裂带等)控制了块内英山—霍山北东向对角线多闭锁点右旋剪切破裂带的强震活动,它是研究区的主要强震构造带。根据地壳形变测量,东大别断块相对东西两大断块均呈右旋,这与中国东部晚新生代地壳扭动的方式一致。然而郯城—庐江断裂带中南段里剪压性,麻城—团风断裂为剪张性。其构造力学性质的差异,很可能是由于前者为二级断块的边界构造;而后者是该二级断块内的三级断块的边界断裂。此二级断块内的深部上地幔隆起导致了麻城—团风断裂带的剪切扩张运动。1913年以来麻城、商城地区的强震活动或许与此有关;而霍山地区的较强地震活动,则与英山、罗田上地幔凹陷北缘莫氏面急剧变化有联系。此外,1917年霍山 6~(1/4)级地震和1932年麻城6级地震的孕震构造系统的分析表明:断块内次级闭锁断裂发震和受主干断裂控制的次级断裂发震,是我国板块内部现代强震的一种普遍构造模型。     

新疆精河2017年6.6级地震对2018年5.4级地震的应力影响分析

基于2017-08-09新疆精河6.6级地震同震破裂位错模型和区域地壳速度结构,利用粘弹性模型计算其地表位移、同震及震后应力场扰动变化,分析其对2018-10-16精河5.4级地震的应力触发关系。结果表明,精河6.6级地震造成的同震位移主要为地表垂向位移,最大位移量为84 mm,地表水平位移最大位移量为25 mm;地震引起发震断裂及其与博阿断裂交会区、库松木楔克断裂东段及分支断裂、喀什河断裂东段库仑应力增加,这些断裂靠近精河6.6级地震震中部分库仑应力增加超过10 kPa,但5~10 a尺度内的应力扰动基本为弹性响应,并未随时间显著变化。精河6.6级地震造成的精河5.4级地震震中位置同震库仑应力变化显著低于10 kPa的触发阈值,两者不存在同震或震后应力触发关系。     

2012年苏门答腊MW8.6级地震震后效应模拟

基于弹性-粘弹性分层半空间中矩形位错理论和地震波反演的断层模型，结合研究区地壳-上地幔平均波速分层结构，利用PSGRN/PSCMP软件模拟计算2012年苏门答腊MW8.6地震产生的同震效应以及考虑2004年MW9.1地震效应的震后地表形变和重力变化，同时给出震后形变和重力的年变化率。结果表明，同震形变和重力变化显示发震断层左旋走滑特征，其变化主要集中于断层附近；海水质量的重新分布对同震垂直位移和重力变化影响显著；震后50 a年均变化率揭示了地表形变和重力变化的过程, 其图像明显受2004年MW9.1地震震后效应影响，呈现复杂的正负6区域分布；震后50 a近场年均形变量达10 mm/a，年均重力变化量达1.2 μGal/a，而远场年均形变量低于1 mm/a，年均重力变化量低于0.1 μGal /a；水平形变在震后400 a内变化明显，变化率逐步减小，800 a后基本稳定；垂直位移和重力变化在震后100 a内变化尤为显著，变化率快速衰减，400 a后基本稳定不变。     

俄罗斯的人工地震探测研究进展

介绍了俄罗斯利用原子弹爆炸获得的长地震剖面资料和利用这些资料对地球的起源和演化的研究成果，以及对不同构造带，如乌拉尔造山带、西伯利亚盆地、科拉半岛、图拉地台和巴仑支海等地区的地壳和上地幔结构及地球动力学过程等方面的研究成果。     

地壳重力均衡的定量研究——以湖南地区为例

本文根据现代地壳测深的成果,重新研究了地壳重力均衡的理论和计算方法,提出了地壳与上地幔间实际存在的莫霍界面作为均衡补偿面的均衡原理和计算方法,对湖南地区的地壳重力均衡状态进行了计算,发现本区的历史地震分布与重力均衡异常有明显的关系。     

2011年日本东北大地震对中国东部地壳形变场的影响

2011年日本东北M_W9.0大地震不仅造成日本境内地表产生超过5 m的同震位移和显著的震后变形,在中国大陆东部地区也引起明显的远场同震及震后变形。本文利用1999~2017年GPS连续站和流动站观测资料,计算高空间分辨率的远场同震和震后变形位移场。结果表明,2011年日本东北M_W9.0地震对中国105°E以东区域产生了E向运动的同震变形,对中国东北和山东半岛产生了可观的震后变形,且GPS震后变形的累积量已超过相应台站的同震位移量。利用日本大地震在中国东部地区产生的远场同震和震后变形位移场,可为维护区域大地参考基准和反演岩石圈及上地幔的流变性质提供定量约束。     

1970年通海Ms7.7地震后青藏高原东南部小江断裂带和红河断裂带的库仑应力变化研究

基于1970年通海MS7.7地震的破裂参数，利用模型对不同岩石圈流变特性下库仑破裂应力的变化进行研究，探讨通海地震的静态同震变形和短期震后变形对小江断裂带和红河断裂带上潜在地震活动的影响。结果表明，这2条断裂带的一些断裂段在深度7.5 km处库仑破裂应力增量(ΔCFS)的震时变化达到0.12~0.50 bar，48 a后由于下地壳和上地幔的应力松弛，相同位置的库仑破裂应力增量高达0.22~0.90 bar。说明1970年通海MS7.7地震增强了小江断裂带和红河断裂带上潜在的地震活动性，在将来的地震工作中应加强对其的研究，并通过增加野外观测的方式监测其地震活动与地壳运动模式。     

弹性地球的静态负荷响应

本文主要研究了弹性地球在表面负荷作用下的静态响应问题。首先利用向量和张量的表示定理推导了工作方程和边界条件,然后提出了一种简便的方程解算方法,最后计算了G—D1066 A地球模型n至10000阶的负荷勒夫数,并组成了重力和位移格林函数。由于负荷潮对地球模型的敏感性,为地球模型的选择或由负荷来研究地壳构造的反演工作提出了可能性。     

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。     

青藏高原东南缘壳幔耦合强震孕育模型研究

结合青藏高原东南缘软弱带的分布及地震活动性的深度空间特征，提出强震孕育的壳幔耦合模型。利用中国国家数字地震台网和四川云南区域数字地震台网及布设在青藏高原东南缘的地震台站所记录的远震SKS波形资料，通过剪切波分裂得出上地幔各向异性结果数据，描绘出青藏高原东南缘的上地幔各向异性图像；再分别同该地区GPS观测的速度场数据、区域构造应力场数据和13 km深度的介质密度数据进行相关性处理与分析，并针对本文提出的孕震模型进行一定程度的验证。对形变场和应力场耦合特征的研究表明，各向异性的快慢波时间延迟、快波偏振方向总体分别与GPS 测量的地壳运动速度场方向变化和水平最大应力方向相关性较大，壳幔各圈层相互作用及软流圈的流动所展示的地震各向异性都与应力传递机制息息相关。通过相关分析可以得到壳内软弱带（低速高导体）在壳幔耦合运动研究中的关键作用，而该类耦合运动与地震孕育息息相关。     

中国南方区域地球物理及深部构造的若干特征

本文在分析区域重磁场的基础上，由重磁资料结合深部地震和大地电磁测深资料所得的莫霍面、居里面、磁性体顶面及上地幔低阻层顶面深度，探讨我国南方地区的岩石圈和地壳厚度变化以及地热构造和基底构造特征，从而阐述了全区各层次的深部地质构造特征。     

海潮模型和格林函数对海潮位移改正的影响

根据海洋负荷潮理论，海潮位移改正的计算取决于海潮模型和格林函数的选取，因此，针对不同的海潮模型和不同的格林函数分别计算了海潮位移改正，并且比较和分析了它们对海潮位移改正所带来的影响。结果表明，不同海潮模型和不同格林函数对海潮改正的计算值有一定的影响，而且相对来说，不同海潮模型所引起的差别较大，但是这种差别对GPS数据处理的最终结果影响不大。     

华北地区强震前地壳垂直形变和重力异常

分析总结了唐山、大同和张北3次强震前地壳垂直形变异常和重力异常的相似特征，即震前均表现为地壳垂直形变正异常和重力正异常。大陆动力学的解释是由于深部上地幔的隆起造成的，大同地震与唐山地震、张北地震具有相似的孕震机理。华北强震的孕育与发生可能都与地幔热物质上涌有关，这可能是板内地震最主要的成因。要特别注意地幔隆起区内的高导层与深大断裂的交叉部位，延怀地区可能是未来强震发育的危险地区。     

横断层作用下汶川地震与芦山地震发震机制新探

在分析龙门山断裂带区域构造背景、青藏高原东缘新构造运动特征的基础上,阐述龙门山断裂带的构造格局,并利用横断层对龙门山断裂带进行分段;同时,对汶川地震与芦山地震的发震机制及其相互关系进行探讨,并对未来强震危险区进行预测。结果表明:汶川地震具有深部构造的控震作用,其深部孕震机制十分复杂,而芦山地震没有明显的地表破裂带,为一次盲逆断层型地震;卧龙—怀远一线为地壳物质运动方向和主断裂走滑方向发生反向的转换带,发生在其两侧的地震是各自独立的,即汶川地震与芦山地震相互独立;汶川地震与芦山地震发震时,龙门山断裂带中未活动的区域存在较高的地震危险性,尤其是卧龙—怀远和小金横断层之间的断块为强震危险区,虎牙断裂与主断裂交汇处也是强震较危险区。     

地球膨胀可能是地壳水平挤压应力的成因

本文从地球膨胀观点出发,通过分析海陆两大类岩石圈差别,探讨地球膨胀方式,推导出地壳中如何产生水平挤压应力。文中阐述了地壳和上地幔的应力场特征,得出了两个水平主应力的构成式。再通过分析应力场中各向应力的作用,讨论了大陆地壳表面褶皱运动的发生、发展过程,断裂带、地震的可能成因以及各大陆在膨胀中被解体、分离的方式。应力构成式的计算结果表明:理论值与实际测量平均值基本一致。     

松辽盆地地壳热结构与深部热源条件

松辽盆地是中国中低温地热能的重点地热资源区。利用最新地震成像资料,结合重、磁、地热观测数据及盆地构造演化与地幔热流关系,计算分析了松辽盆地深、浅地层热量配分比例,莫霍面与居里面深度,盆地生热率结构。结果表明：(1)松辽盆地浅部地壳的地温场以传导传热为主;(2)盆地中心莫霍面上隆,但上地幔热流处于衰减回落状态,上地幔供热不足导致莫霍面温度相对周缘要低;(3)盆地中心居里面较深,与上地幔热松弛相关;居里面之上,受花岗岩较高放射性生热率影响,地温梯度较高;居里面之下,受地幔热流衰减回落影响,地温梯度下降。综上所述,中央坳陷区上地幔处于热流衰减的热松弛阶段,其对地表热流贡献小于上地壳放射性生热对地表热流的贡献,松辽盆地中部地表热异常成因主要是地壳上部的花岗岩放射性生热。