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.     

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.     

利用同震和震后位移数据联合反演2011年日本MW9.0地震同震断层滑动

基于黏弹性球体位错理论, 联合陆地和海底同震GPS数据以及日本本岛330个陆地GPS站点5~10年的震后数据, 反演了日本M_W9.0地震的断层滑动模型, 提升了断层滑动分布在细节上的合理性。 首先, 基于日本本岛330个陆地GPS站点震前2年和震后10年的连续观测数据, 获取了日本M_W9.0地震震后5~10年的年平均位移, 该时段的位移几乎完全由地幔黏弹性松弛效应引起; 接着, 利用黏弹性球体位错理论对震后5~10年的位移进行反复拟合, 确定了日本M_W9.0地震震源及周边地区的地幔黏滞性系数最优解(9.0×10¹⁸ Pa·s)。 然后, 联合同震和震后位移数据, 引入黏弹性位错格林函数, 反演了2011年日本M_W9.0地震的断层滑动分布。 结果表明, 该地震同震破裂的最大值达到了62.72 m, 同震滑动的总地震矩为4.48×10²² Nm, 相应的矩震级为M_W9.03。 由于黏弹性松弛效应引起的震后位移中包含了同震破裂的信息, 基于黏弹性球体地震位错理论, 联合同震和震后位移数据反演断层同震破裂, 有效提高了日本M_W9.0地震断层滑动分布的可靠性。 最后, 本文提出的反演方法为同震观测结果缺乏的大地震震后科考提供了理论支撑: 在大地震发生之后, 即使在同震期间没有足够的观测数据, 也可以在震后通过对震源区的加密观测积累的震后数据, 使用本文提出的反演方法优化同震断层滑动模型。     

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...     

岩石圈结构对大地震震后形变的影响——以1976年唐山大地震和2001年昆仑山大地震为例

大地震发生之后通常会诱发一系列的余震序列,对比1976年M_S7.8唐山大地震和2001年M_S8.1昆仑山大地震周边区域的地震事件可以看出,唐山大地震余震活动时间要明显长于昆仑山大地震余震活动时间.余震序列往往与震后形变密切相关,而影响震后形变的因素不仅与地震发震断层和震级有关,同时与岩石圈的结构有关.考虑到唐山大地震的发震区华北地块和昆仑山大地震的发震区青藏高原有着较大的岩石圈结构差异,本文采用PSGRN/PSCMP软件计算了岩石圈分层模型的大地震同震和震后形变,分析了地壳弹性模量、弹性厚度以及黏滞性系数对同震和震后形变的影响,进而讨论了影响唐山地震和昆仑山地震余震序列差异的原因.计算结果显示,震后形变会在黏弹性效应的作用下逐渐调整,震后形变的持续时间与地壳弹性模量、地壳弹性厚度和下地壳黏滞性系数有关.上地壳和下地壳弹性模量越大,震后形变达到稳定值的时间越短,弹性模量对震后形变稳定值影响很小.地壳弹性厚度越大,震后形变达到稳定值的时间越短,当断层面底端深度小于地壳弹性厚度时,地壳弹性厚度的增加会引起震后形变稳定值的减小;下地壳厚度对震后形变达到稳定值的时间和稳定值基本无影响.下地壳黏滞性系数越大,震后形变达到稳定值的时间越长,反之亦然.结合唐山地震区的华北地块和昆仑山地震的青藏高原深部结构发现,两者之间的上地壳弹性模型差别不大,唐山地震区地壳弹性厚度略大于昆仑山地震区,但昆仑山地震区下地壳黏滞性系数明显低于唐山地震区.这些因素均决定了昆仑山地震的震后形变持续时间短（余震时间序列短）而唐山地震的震后形变持续时间长（余震时间序列长）.由此可见,岩石圈结构差异可能是导致唐山地震和昆仑山地震余震序列差异的主要因素之一.     

2021年9月4日新疆皮山MS 5.1和9月5日叶城MS 5.0地震总结

系统梳理2021年9月4日新疆皮山M_S 5.1和9月5日叶城M_S 5.0地震发生前地震活动异常特征、地球物理观测异常以及区域构造情况,结果如下：①地震活动异常：皮山M_S 5.1地震前出现前兆震群活动、阿图什至皮山4级地震平静、库车—沙雅4级地震窗口以及地震发生率指数异常;②地球物理观测异常：2项异常,其中形变1项,电磁1项,但与此次地震活动相关性较低;③震源机制：泽普断裂距皮山M_S 5.1和叶城M_S 5.0地震最近,间距分别约15 km和3 km,震源机制解显示2次地震均为逆冲型破裂;④序列分析：此次地震活动序列类型为震群型,主震前存在明显的前震活动,余震较为丰富,余震活动呈阶段性衰减特征。综合分析认为,2021年9月皮山M_S 5.1和叶城M_S 5.0地震组成震群型地震序列,震前地球物理观测异常较少,地震活动异常主要对发震地点具有预测意义。     

基于PSInSAR的2008年汶川MS8.0地震震后形变场特征

2008年5月12日汶川M_S8.0地震造成了巨大的同震形变, 地表破裂带分布广泛。 为了研究汶川地震震后形变的分布特征, 收集了震后2008年5月28日至2010年9月15日的多时相ENVISAT ASAR数据, 该数据包括两个相邻条带, 能够覆盖震后形变区域。 使用基于单一主图像的PSInSAR处理技术分别对两个条带进行处理并拼接, 获得了震后时序形变图和年平均形变速率图。 研究结果显示, 龙门山断裂带两侧的震后形变分布特征明显不同, 断裂带西北盘形变量表现为LOS向隆升, 最大累积形变约为26 mm, 最大形变速率约为17±7 mm/a; 断裂带东南盘形变表现为LOS向沉降, 形变量较小, 最大累积形变约为-10 mm, 最大形变速率约为-5 mm/a。 汶川地震后的形变特征反映了龙门山断裂在此段具有逆冲为主兼有走滑分量的活动性质, 本文研究结果与震后GPS观测结果在形变趋势和量级方面具有较好的一致性。     

2021年3月24日新疆拜城MS 5.4地震总结

系统梳理2021年3月24日新疆拜城M_S 5.4地震前地震活动异常特征、地球物理观测异常以及区域构造情况,结果如下：①地震活动：震前存在地震平静、高频、带状分布等异常;②地球物理观测：出现5项异常,其中形变3项,电磁2项,且形变异常对于该地震具有预测意义;③综合方法：地震发生前,震中附近存在多参数概率谱异常。拜城M_S 5.4地震发生在库车坳陷西南部,震源机制解显示为走滑型破裂。该序列类型为前震—主震—余震型,主震前存在前震活动,余震较少,序列活动呈持续衰减特征。综合分析认为,拜城M_S 5.4地震前异常较多,其中地震活动相关异常为后续中强地震的预测提供了有效依据。     

利用高频GPS资料研究2016年新西兰凯库拉地震的地表形变及预警震级

2016年11月13日,新西兰凯库拉地区发生了M_W7.8级地震.本文利用1 Hz高频GPS观测数据,基于GAMIT track解算模块,采用主分量分析（PCA）空间滤波方法获取了地震地表形变.同时从trackRTr模拟实时解算的动态位移中,提取P波5秒峰值位移（P_d）和地面峰值位移（PGD）,并根据震级统计回归模型计算预警震级.结果表明：测站的动态形变时间长达2 min,距震源最近的HANM和KAIK站出现二次剧烈形变,震源北部测站的形变幅度大于南部,而高频GPS静态同震形变场表现出先逆冲后走滑的震源机制特征.不同GPS台站的P_d预警震级相差较大,最大震级差为M_W2.5.综合考虑预警震级发布的时效性和可靠性,采用顾及空间分布的四台站PGD联合预警方法,其预警震级在震后23 s达到初始稳定（M_W7.56）,在震后110 s达到最终稳定（M_W7.78）,该震级与USGS矩张量反演震级（M_W7.8）基本一致.     

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.     

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...     

GPS measurements of postseismic deformation due to October 8, 2005 Kashmir earthquake

Relaxation of the coseismic stresses following an earthquake causes postseismic crustal deformation, which can last for days to years. Continuous monitoring of postseismic deformation facilitates the understanding of the mechanism of deformation and postseismic relaxation and viscous rheology. After the October 8, 2005 Kashmir earthquake, global positioning system data for 8 months, starting from October, 2005 have been analyzed from three continuous sites located at Gulmarg, Amritsar, and Jaipur. The average velocity during the observation period at Gulmarg (8.6 cm/year) is significantly higher than the Indian plate velocity exhibiting postseismic crustal deformation. The velocity at Amritsar (5.9 cm/year) and Jaipur (5.1 cm/year) is comparable to the Indian plate velocity. At Gulmarg, the logarithmic function fits well to the north–south component of postseismic transients (~in the coseismic slip direction). The nature of decay in these transients suggests that the deformation is mainly due to an afterslip, and the second possible contribution may be from the viscous relaxation process. This paper presents the characteristics of postseismic transients and possible contributions from various postseismic mechanisms subsequent to the Kashmir earthquake.     

1999年台湾集集地震震后地表变形的力学机制

1999年台湾集集地震震后450天的GPS观测资料显示了几十到几百毫米的地表位移.下地壳的震后黏性松弛和断层无震蠕变产生的震后滑动是用来解释地表震后变形的两个主要机制.本文利用接触问题的黏弹性有限元(LDDA)方法,以GPS观测数据作为约束,分别考察了黏性松弛和震后滑动机制对地表震后变形的影响.计算结果表明,黏性松弛机制产生的地表位移与观测数据吻合较好,通过试错法由震后GPS观测约束得到的下地壳黏度为10¹⁷Pa·s,而上地幔黏度对计算结果影响不大.考察震后滑动机制对地表变形的影响时,在LDDA方法中结合了速率状态摩擦定律,结果显示震后滑动机制不能很好地解释震后450天的观测数据,它产生的地表变形只在震后50天内与观测大致吻合,之后位移值基本不随时间变化.这些结果有助于增进对集集地震震后变形机制的认识.     

基于2001年MW7.8可可西里地震震后形变模拟研究藏北地区岩石圈流变学结构

青藏高原岩石圈的流变学结构和形变机制是地学界长期争论的重大科学问题.2001年发生在东昆仑断裂带的M_W7.8可可西里地震造成青藏高原北部地区岩石圈构造应力场的很大改变,引起下地壳与上地幔的快速弛豫形变,从而为研究这一问题提供了难得的机会.本研究采用该区域的GPS震后观测,反演这一地区岩石圈的流变学参数并探讨其形变机制.反演所采用的数据来自45个GPS观测点,其中包括一个中国地壳运动观测网络的基准站,数据最长时间跨度达6.4年.大地震震后形变场主要来源于地壳、上地幔的黏弹性松弛与断层面上的震后余滑,因此本研究同时反演介质的黏滞系数和断层的震后余滑.考虑到东昆仑断层南侧的巴颜喀拉-羌塘地区与北侧的柴达木盆地地区具有明显不同的地壳结构,断层南北两侧采用不同的Burgers体流变学结构,其下地壳-上地幔的短期和长期黏滞系数采用网格搜索法获得;断层震后余滑反演则同时施加近似正比于库仑应力的约束.最终结果显示：东昆仑断层北侧柴达木盆地地区下地壳-上地幔短期和长期黏滞系数分别为5×10¹⁸ Pa·s和1.5×10²⁰ Pa·s;东昆仑断层南侧巴颜喀拉-羌塘地区下地壳-上地幔短期和长期黏滞系数分别为1.5×10¹⁸ Pa·s和1.5×10¹⁹ Pa·s.这一结果表明：巴颜喀拉-羌塘地区下地壳-上地幔黏滞系数显著低于柴达木盆地,意味着巴颜喀拉-羌塘地区下地壳可能存在部分熔融,其地壳形变模式更趋近于连续形变,而柴达木盆地形变模式更趋近于块体运动.研究区下地壳长期黏滞系数比下地壳流模型所主张的黏滞系数高2~3个数量级,表明下地壳流在本地区可能不存在.     

Mechanisms of Transient Postseismic Deformation Following the 2001 Mw 7.8 Kunlun (China) Earthquake

Using global positioning system (GPS) technology, significant postseismic surface displacements were observed within the first 4 months after the 2001 Mw 7.8 Kunlun earthquake which occurred in China. In this study, we investigated the mechanisms that may have possibly contributed to the postseismic deformations that have been observed. Based on the modeling results, we find that an afterslip model can interpret postseismic displacements in the near field even when the fault plane is extended to the bottom of the crust (~70 km). Models based on the viscoelastic relaxation theory showed a large discrepancy in the spatial pattern of the deformation compared with what has been observed. Thus, we infer that both mechanisms cannot interpret the observed postseismic deformation independently. A combination of afterslip and viscoelastic relaxation can further improve the data fit, especially at sites far from the fault. With maximum afterslip of ~0.4 m occurring at a depth of 10 km in the central section, the combined model shows that the estimated afterslip occurred mostly on and below the coseismic rupture plane, as well as on its eastern extension. The estimated moment released by the afterslip in the first 4 months is almost 40% of that released by the coseismic slip. The best-fitting viscoelastic relaxation model shows a “weak” upper mantle with a viscosity of ~1.0 × 10¹⁸ Pa s. The combined model also suggests the existence of a lower crust with viscosity larger than 1.0 × 10¹⁸ Pa s, although it cannot be constrained accurately.     

2008年汶川地震同震-震后应力演化及其对2017年九寨沟M_S 7.0地震的影响

2017年8月8日四川九寨沟发生了MS7.0地震,距离汶川地震震中约为140km.地震的发生会调整区域应力分布和影响区域地震活动性变化.那么,汶川地震的发生对此次九寨沟地震有何影响?区域应力如何演化?为回答这些问题,本研究基于高性能并行有限元方法和网格自适应加密技术,采用含地形起伏的黏弹非均匀椭球型地球模型,分别计算了汶川地震引起的同震-震后应力时空动态演化及其对此次九寨沟地震的影响.同时,考虑同震静态应力和震后黏弹性应力调整,计算了汶川、芦山和九寨沟地震的发生对周边断层应力积累的影响.计算结果显示汶川地震对九寨沟发震断层的同震库仑应力加载约为0.008 MPa,震后9年的黏弹性应力加载约为0.012~0.016 MPa,可能会使九寨沟地震提前发生.此外,汶川、芦山和九寨沟地震的发生引起龙门山断裂映秀以南段、东昆仑断裂、龙日坝断裂东段和岷江断裂北段及鲜水河断裂康定段应力加载大于0.01 MPa,增加了这些断裂带发生地震的危险性.     

Viscoelastic relaxation of the upper mantle and afterslip following the 2014 MW8.1 Iquique earthquake

An improved understanding of postseismic crustal deformation following large subduction earthquakes may help to better understand the rheological properties of upper mantle and the slip behavior of subduction interface. Here we construct a three-dimensional viscoelastic finite element model to study the postseismic deformation of the 2014 M_W8.1 Iquique, Chile earthquake. Elastic units in the model include the subducting slab, continental and oceanic lithospheres. Rheological units include the mantle wedge, the oceanic asthenosphere and upper mantle. We use a 2 ​km thick weak shear zone attached to the subduction fault to simulate the time-dependent stress-driven afterslip. The viscoelastic relaxation in the rheological units is represented by the Burgers rheology. We carry out grid-searches on the shear zone viscosity, thickness and viscosity of the asthenosphere, and they are determined to be 10¹⁷ ​Pa ​s, 110 ​km and 2 ​× ​10¹⁸ ​Pa ​s, respectively. The stress-driven afterlsip within the first two years is up to ~47 ​cm and becomes negligible after two years (no more than 5 ​cm/yr). Our results suggest that a thin, low-viscosity oceanic asthenosphere together with a weak shear zone attached to the fault are required to better reproduce the observed postseismic deformation.     

Rapid afterslip and short-term viscoelastic relaxation following the 2008 M_W7.9 Wenchuan earthquake

Significant postseismic deformation of the 2008 M W 7.9 Wenchuan earthquake has been observed from GPS data of the first 14 days after the earthquake. The possible mechanisms for the rapid postseismic deformation are assumed to be afterslip on the earthquake rupture plane and viscoelastic relaxation of coseismiclly stress change in the lower crust or upper mantle. We firstly use the constrained least squares method to find an afterslip model which can fit the GPS data best. The afterslip model can explain n...     

2011年日本9.0级地震的同震位错以及震后应力松弛过程对中国大陆的影响

本文基于日本GEONET的GPS观测资料, 对日本2011年9.0级地震的同震和震后形变过程进行了研究。 结果表明, 日本9.0级地震使中国大陆出现了显著的同震位移, 几乎对整个中国大陆都有影响。 位移量在中国东北地区最大, 接近甚至超过该地区的年运动速率。 震后1年观测到的形变基本上可由沿着断层面的蠕滑进行模拟, 粘弹松弛的贡献不大。 根据所得到的震后蠕滑模型, 震后1年形变所释放的能量等同于发生一个8.7级地震, 其影响主要在东部地区, 最大位移约为年运动速率的30%。 预测在未来2年, 该地震的影响范围将逐渐减小。 地震造成的粘弹松弛在未来50~100年的尺度上, 对东北地区有拉张效应。 日本9.0级地震整体上起到了卸载中国大陆在板块间挤压过程中所累积应变能的作用, 因此该地震发生后的几个月, 中国大陆东部的地震活动水平较震前明显降低。