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。     

介质横向不均匀对震后地表位移场的影响

利用三维有限元模拟两层地球模型(包括弹性层和粘弹性层)介质的横向不均匀和断层错动的复杂性对震后地表位移场的影响，其数值结果包括弹性解和粘弹性解。结果表明，震后位移场的分布特征不仅与粘弹性层的流变特性有关，还与弹性层介质的剪切模量以及断层的同震错动有关。     

介质不均匀性和断层倾角对同震位移场影响的数值模拟

利用三维有限元数值模拟方法,定量研究了介质不均匀性和断层倾角变化对同震位移场的影响。模拟结果显示：1）在均匀及纵向分层介质模型中,对于垂直走滑断层地震,水平位移场分量与介质的泊松比呈较弱的负相关,垂直位移场与介质的泊松比呈正相关,水平位移场与剪切模量呈正相关,垂直位移场与剪切模量呈负相关;2）模型介质的横向变化对同震位移场有较大影响,剪切模量的横向变化对地震位移场影响最大,且两者呈负相关,在垂直走滑断层地震中,保持断层一侧块体的介质参数不变、减半另一侧块体的剪切模量,剪切模量减半的块体中的最大垂直位移分量增大55.6%;3）倾角对同震位移场有重要影响。断层附近,倾角对位移场起控制作用,对于高倾角逆冲断层(60°~90°),上盘断层附近区域的水平位移场出现反向,反向区域的范围随倾角的增大而增大,当倾角为90°时,上盘水平位移场全部反向;断层倾角增大时,断层附近下盘的水平位移场的增大幅度较大。     

局部形变地球表面的重力垂直位移梯度

本文给出了几种地球物理现象的简单源模型所产生的局部形变地球表面的真重力垂直位移梯度,着重讨论了静态位错源的真重力垂直位移梯度的分布特征。在考虑大地水准面的高随时间变化的条件下,讨论了真重力垂直位移梯度与视重力垂直位移梯度的关系。     

活动断层运动的重力场反演

阐述了断层错动引起地表重力变化的基本原理 ,给出了弹性半无限空间点源位错到矩形位错引起的重力变化的基本解析式 ,并将结论推广到多个断层。介绍了利用重力变化反演断层运动的基本思路。以滇西实验场作为应用实例 ,对 1996年 2月丽江 7.1级地震发生前后场区内的活动断层运动进行了演算 ,给出了断层位移解 ,并与已有资料相比较 ,结果基本一致 ,但误差分析结果表明本文位错模型还有待于改善。     

北京大灰厂试验场重力变化特征及其解释

介绍了北京大灰厂试验场（简称京西试验场）的概况，对１９９３年３月以来重力重复观测资料进行了处理。计算了各期重力观测精度，结果显示１９９３年３月～１９９５年５月京西试验场存在一定重力变化。采用给定的模型反演了八宝山断层介质的密度变化，认为断层破碎带介质密度的变化可能是引起地表重力变化的主要因素     

蓟县基准站长期重力变化特征研究

基于蓟县GNSS基准站1998~2018年近20 a的绝对重力长期变化资料，联合地面大地测量（绝对重力、GNSS）、地表及地下水文数据和GRACE卫星重力数据，计算并分析由地表垂直位移、地下水及地表水负荷等不同物理信号产生的重力效应，获取各影响因素的长期重力变化特征，并对结果进行深入分析研究，得出以下结论：1）蓟县基准站绝对重力近20 a的长期变化总体呈下降趋势，变化率为－1.64±0.53 μGal/a；2）2004~2017年井水位数据显示，蓟县GNSS基准站所在地区地下水水位呈现明显的下降趋势，变化率为－0.66±0.07 m/a，产生的重力效应为－1.94±0.22 μGal/a，是影响该点重力变化的最主要因素；3）综合分析蓟县基准站地面绝对重力和其他各因素重力效应的长期变化特征认为，该点存在每年0.43±0.58 μGal的重力上升变化，可能与首都圈地区上地幔顶部高密度物质的上涌有一定关系。     

水汽对大气重力和倾斜格林函数的影响

建立用相对湿度表示的大气比气体常数模型，利用地面温度和空间垂直温度梯度与压力变化的规律估算大气水汽组分变化对比气体常数的影响。结果表明：在自然温度条件下，水汽变化对大气比气体常数影响不大。进一步将此结果应用于大气重力和倾斜格林函数，得到了水汽对大气重力和倾斜格林函数的影响估计。     

不同区域地震前重力变化与垂直形变关系的差异性及其可能机制

为了探讨不同区域地震前重力变化及其与地壳垂直形变关系差异性的可能机制，本文首先研究了地震前膨胀体在不同应力状态下四种性质不同的徽裂隙所引起的重力变化及其与垂直位移的关系，给出了相应的一些数值结果。分析了震源体处在不同力学和构造环境下，重力变化可能存在的差异以及唐山地震前重力变化的可能机制。研究结果表明，不同区域地震前重力变化与垂直位移关系的差异的一种可能机制是由于震源体所处的力学和构造环境不同，造成膨胀体内微裂隙破裂方式不同所引起；唐山地震前重力变化则可能是震前在震源区内丛集了大量垂直向张性微裂隙以及深部物质迁移至微裂隙中。     

变形地球表面重力变化与垂直位移的转换关系

为了实现用重力测量来监测地壳垂直运动,本文研究了地球内部各向挤压,拉张应力源、膨胀源、热应力源等激发引起的地球表面重力和高程变化及相互关系。导出了重力、高程变化及相互关系在球坐标系中的理论和数值计算公式。给出了1066A地球模型的地表重力一高程变化的转换因子。并对由于源的深度不同,大地水准面高的变化对转换因子的影响做了讨论。     

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断层向错引起的地表重力变化研究

利用三维角点法以及空间物体旋转的几何变换理论,建立断层向错与地表重力变化的关系,并进行数值模拟计算。选取断层下盘左端点为旋转基点,分析断层埋深和倾角对其向错引起的重力变化的影响。结果表明,断层向错引起的重力变化与断层埋深有明显的相关性,在W1、W2、W3向错模式下,重力变化均表现为随断层深度增加而逐渐衰减;重力变化对断层倾角有着不同的响应。断层运动产生的重力变化空间分布特征与断层的向错模式以及旋转基点的选择有关。     

大地水准面起伏对重力归算的影响研究

针对目前重力探测中重力改正时常用的两个高程参考系统存在偏差这一事实,选取两个大地水准面起伏变化较大的剖面区域,分析大地水准面起伏对重力归算的影响。结果表明,剖面跨度和剖面大地水准面起伏梯度都会对布格重力异常产生影响,所以当重力探测区域大地水准面起伏差距较大时,大地水准面与参考椭球面之间的差异对重力归算的影响比较突出,在利用布格重力异常反演、解释地壳密度结构时,大地水准面起伏的影响必须考虑。     

铅垂断层向错引起的地表重力变化

利用直立长方体组合模型以及坐标旋转理论,对铅垂断层向错引起的重力变化进行数值模拟,分别计算深度为1、5、10 km的铅垂断层在单一方向上、两个方向上向错引起的地面重力变化。结果表明,当断层在单一方向产生向错时,以左端点为基点的W1、W2向错引起的地面重力变化场均呈现以断层为轴线的对称分布|以中点为基点的W3向错引起的地面重力变化场构成四象限反对称分布。当断层在两个方向上同时产生向错时,以左端点为基点的W1W2向错引起的地面重力变化场呈现以断层为轴线的对称分布,整体显示W2向错起主导作用|以中点为基点的W2W3向错引起的地面重力变化场呈现非对称分布,整体也显示出W2向错起主导作用,断层附近的扭错现象为W3向错的作用。随着断层深度的增加,断层向错引起的地面重力变化值递减,但影响范围逐渐扩大。