智利MW8.8地震重力变化的GRACE观测与构造活动分析

利用GRACE重力卫星数据获取智利地区长期重力变化，提取特征点重力变化时间序列，分析2010 年智利MW8.8地震震前、同震及震后的重力变化，并将GRACE观测到的同震重力变化与球体位错理论模拟结果进行对比分析。结果表明，地震造成发震断层上、下盘显著的重力正负变化；特征点重力变化时序均清晰地揭示出地震造成的重力变化跃迁现象及震后3个强余震的异常信号，特别是震源域特征点重力在地震前2007~2010年呈现出“减小-增加-减小-增加-发震”的变化特征；GRACE观测到的同震重力变化与球体位错理论模拟结果在量级和分布形态上具有较好的一致性；地震不同阶段发震断层两盘重力变化亦有所差异，且受震后地层粘滞性效应影响，发震断层邻域重力变化呈持续性正负变化趋势。     

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。     

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。     

原平地震的地面重力变化特征

利用山西地区的流动重力观测资料,分析2009年和2016年原平2次地震不同时间尺度的重力场演变特征。结果表明：1）0.5 a尺度重力场变化图像较好地反映了这2次地震震前变化较小→反向变化→在重力变化高梯度带零等值线附近发震→震后调整的演化过程;2）不同时间尺度重力场均显示,地震发生在重力变化梯度带零等值线附近,地震前重力变化量约为40～50 μGal。     

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。     

东北地区重力场动态变化特征与前郭5.8级震群关系研究

利用2010~2016年东北地区的流动重力观测数据，分析该地区区域重力场动态演化和2013年前郭5.8级震群前后的变化特征。结果表明，差分和累积重力变化整体呈北西向和近南北向，与北东和北北东向构造格局不一致，重力变化受构造控制作用较弱；近期整体重力变化较平缓，基本没有超过60 μGal的梯级带，反映出地下构造活动和物质运移水平相对平稳；前郭5.8级震群和通辽5.3级地震震前存在明显的能量积累，有利于破裂的产生，震后震荡恢复调整的时间需2~3 a甚至更长。     

青海门源M6.4地震前重力场变化特征及其动力机制分析

利用河西地区2011~2015年相对重力资料,研究2016-01-21青海门源M6.4地震前区域重力场时空演变特征及其动力机制。结果表明,河西重力场持续多年正、负交替变化,地震前震中区域负异常持续增强并形成重力变化高梯度带,重力正负差异变化最大达到110 μGal。地震发生在重力变化零等值线附近,该等值线分布与祁连山北缘断裂、冷龙岭断裂走向基本一致。     

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。     

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。     

青藏高原大尺度地表流体的重力效应特征分析

基于2002~2017年三维大气再分析模型、水文模式及GRACE卫星重力数据,采用负荷格林函数和卫星重力反演方法分析青藏高原大尺度地表流体的重力效应特征。结果表明,青藏高原地区大气扣除季节项前后的重力效应峰对峰变化介于1.9~10.7 μGal和1.1~4.6 μGal,其负荷效应呈现出显著的季节性特征;土壤水和积雪扣除季节项前后的重力效应峰对峰变化介于0.9~9.9 μGal和0.7~8.3 μGal,其负荷效应呈现出显著的季节性和年际变化特征;GRACE时变重力场扣除季节项前后的重力变化峰对峰变化介于4.4~24.1 μGal和3.4~18.3 μGal,考虑观测误差、构造运动和信号泄漏误差的影响,其显著的季节性和年际变化反映了多种地表流体的综合影响。     

地震前后相对重力测量信息熵的演化特征

本文给出了确定相对重力观测点“稳定’概率PT的方法,提出了相对重力复测网信息熵的计算方法。计算了1975年海城7.3级地震,1976年唐山7.8级地震和1983年菏泽5.9级地震前后的相对重力复测网的信息熵,并对其变化特征进行了讨论。结果表明,中、强地震前,相对重力复测网信息熵逐渐降低,震后恢复;相对重力场由震前的无序状态逐步演化为有序状态,直至发震,而震后又迅速恢复到无序状态。     

利用EOF分析方法研究康定MS6.3地震前后重力时空分布异常特征

对康定MS6.3地震前后的流动重力观测数据采用正交经验函数(EOF)分析方法进行处理,分析主要模式与资料时段的MS5.0以上地震震中位置的关系,探讨主要模式代表的物理含义。结果表明,川滇地区7期累积重力观测资料中大于200 μGal的数据是偶然误差的概率大于95%。第二模式规格向量和累积重力变化均具有相似的分区特征,2013~2014年6次MS6.0以上地震和第二模式规格向量正负转换带有超过83.3%的对应率,具备重力长期变化模式。第一模式地震前后规格值序列明显的同震信号、空间相似的4象限分布以及2014年4次MS6.0以上地震和第二模式规格向量正负转换带100%的对应率表明,该模式代表重力短期变化模式。康定MS6.3地震前第一模式包含4象限特点,震中位置规格值不断增大,且地震前后变化从负转为正。     

零漂改正对中国地壳运动观测网络重力数据处理的影响

基于中国地壳运动观测网络2000年流动重力观测数据,分析18台LCR-G型相对重力仪的零漂特性。结果显示,重力仪零漂率在某些时段变化较大,最大达10 μGal/h以上。根据重力仪零漂改正的不同处理方法,利用传统平差模型与改进模型对观测数据进行平差计算,并对结果进行比较。在相同先验中误差的情况下,传统平差模型的后验中误差为39 μGal,重力值平均精度为26.5 μGal,而改进模型的后验中误差为16.5 μGal,重力值平均精度为11.2 μGal,远高于传统平差模型。在数据预处理阶段按闭合观测分段进行零漂改正,可以有效消除重力仪零漂剧烈变化的影响,明显优于将仪器零漂率当作固定参数的计算方法。     

深部场源变化微重力观测系统设计与模型研究

基于陆地μGal级精度的重力重复测量可以获取高精度区域重力场时变信号，实现对地壳内部介质物性变化的监测能力。提出一种基于现有地震重力监测网络，通过优化场地观测条件，联合应用高精度绝对重力、相对重力，联合水准、GNSS系统和水文等观测手段，设计一种新型的场地重力阵列式观测系统，有助于分离不同深部场源引起的微重力变化信号。该观测系统除可以提高地壳深部场源信号的信噪比外，还可以通过调整阵列间距来监控敏感区场源变化，有助于探测地壳深部地震孕育和发生阶段的场源介质物理变化过程。     

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。     

高精度重复相对重力观测量提取

采用RANSAC算法剔除观测数据中的离群值,再使用线性内插法进行补全,利用整体投影计算的思想提取两点间的相对重力值,并对其精度和标准差进行检验。结果表明,动态重力观测的残差最大值为4.641 μGal,重复性标准差最大值为4.384 μGal,均优于5 μGal。该方法可获得较高精度的重力观测数据,为在复杂环境下获取相对重力值提供一种新方法。     

汶川地震断层滑动模型反演及地震区域构造的大地测量约束

以汶川地震前后GPS观测得到的同震形变场为约束,利用带约束的最小二乘反演方法,分别反演考虑与不考虑滑脱层的最优同震断层滑动模型,并在此基础上正演了同震重力变化。结果表明,含滑脱层的断层滑动模型模拟的GPS台站的同震水平形变和重力台站的同震重力变化都更接近实际的观测结果,证实龙门山的中央断裂带南段存在大规模的近水平的滑脱层参与了汶川地震的同震滑动。     

LCR-G型相对重力仪周期项参数的确定方法

基于国家重力基准网观测数据,采用正则化方法对LCR-G型相对重力仪周期项参数进行筛选,并分析平差解算的结果。结果表明,当惩罚因子λ取80时,正则化方法筛选相对重力仪周期项的效果良好,正则化参数α值的变化对周期项筛选结果影响甚微;周期项振幅量级最大超过10 μGal,且对重力基准网平差重力值结果的影响达到μGal量级;相对重力仪的周期会随着观测环境或者时间变化,导致解算结果不一致,这是由于周期函数模型与实际周期变化有差异,模型只能近似而不能真正模拟周期的变化。     

同沉积逆断层的发育特点及油气聚集条件分析

发育在压性、压扭性盆地中的同沉积逆断层上盘地层比下盘地层相应地要薄。上盘可缺失某些层段或一直未接受沉积,上盘发育的不对称背斜可为同生、部分同生或后生;下盘地层有时呈楔状向断层处加厚,凹陷内的断层两侧岩性差异小,盆缘或凹陷边界断层岩性差异明显。断面形态有铲形和平直形,前者主要与逆冲推覆有关,后者主要受基底断块控制。断层活动方式有连续和间歇性活动两种。断层发育阶段分为同生冲断期、褶皱发育期和消亡期。 同沉积逆断层具有良好的聚油条件。圈闭形式主要有上盘背斜、断层遮挡、浅层压实背科、基岩潜山及地层尖灭等,并可叠合连片。聚油方式以“新生古储”为主,并有“古生新储”;油气主要通过接触式或顺断层运移。     

荣县地震InSAR同震与时间序列形变初步分析

借助Sentinel-1A卫星升降轨数据，利用合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)和Okada均匀滑动模型反演获得四川荣县地区三维同震形变场及荣县地震震源参数。结果表明，此次地震造成的断裂现象大体沿NS向，两侧沉降区域中间伴随抬升现象，最大垂直形变量约18 mm；荣县地震发震断层符合逆断层特性，断层长约9.5 km，宽约2.1 km。采用时间序列分析技术获取该地区2018-11～2019-03各时间段的累计形变，结果发现，该区域在震前形变波动较小，地震是造成累计形变较大的主要原因，震后地表变化趋于稳定。