即将迈入新千年的大地测量学--第22届IUGG大会有关大地测量部分的技术总结(下)

较系统地介绍了 1999年 7月在英国伯明翰举行的第 2 2届 IUGG大会反映出来的大地测量的最新进展情况。共分 4个部分 :卫星定位技术的新进展 ,地球重力场的研究新进展 ,地球动力学的新进展及大地测量理论与方法新进展。对其中若干领域 ,还提出我国今后发展的建议。     

活断层形变数据反演

本文主要讨论了利用形变数据反演断层运动位错模型参数的贝叶斯方法。利用现代大地测量方法,尤其是空间大地测量方法获得的地壳形变数据,可以用来反演活动断层的位错模型参数,并且利用反演得到的结果,确定断层运动的闭锁区。作为应用,给出了运用地表观测站观测到的速度值反演圣安德烈斯断层运动位错模型参数的结果,并且据此预测了沿圣安德烈斯断层未来最可能发生地震的断层分段。     

2017年MW6.5九寨沟地震激发的同震库仑应力变化及其对周边断层的影响

2017年8月8日21时19分在我国四川省北部阿坝州九寨沟县发生了M_W6.5左旋走滑型地震.该地震发生在青藏高原巴颜喀拉块体东北缘,东昆仑断裂南东段的塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂的交汇地带.包括此次地震,近年来在巴颜喀拉块体周缘已发生了九次6级以上强震,表明巴颜喀拉块体周缘主要活动断裂上的应力水平仍处于不断调整之中.本文采用库仑应力模型研究2017年M_W6.5九寨沟地震激发的库仑应力变化、该地震与周边地震的应力触发关系以及强震对周边主要活动断裂的应力扰动.强震序列包括周边区域1536-1975年M≥6历史强震和1976-2017年的M_W≥ 6 gCMT地震目录中的强震,共计32个.研究结果表明：（1）2017年M_W6.5九寨沟地震激发的同震库仑应力变化仅在局部范围内超过0.1×10⁵Pa,且75%的余震（~12.7天）受到该地震明显的同震应力触发作用,而其余25%的余震落在应力影区,采用最优破裂面可以进一步提高同震库仑应力变化与余震分布的空间相关性;（2）2008年M_W7.9汶川地震对2017年M_W6.5九寨沟地震的发生有一定的促进作用,在后者震源处激发的同震库仑应力变化为（0.026~0.263）×10⁵Pa,震后黏弹性库仑应力变化为（0.010~0.032）×10⁵Pa.该库仑应力的变化范围取决于汶川地震源断层参数和九寨沟地震接收断层参数.2013年M_W6.6芦山地震对九寨沟地震的发生几乎没有影响（< 0.001×10⁵Pa）;（3）1654年M8.0甘肃天水南地震对九寨沟地震的发生有明显的促进作用,在九寨沟地震震源处激发的同震库仑应力变化为（0.410~1.266）×10⁵Pa,震后库仑应力变化为（0.147~0.490）×10⁵Pa.1879年M8.0甘肃武都地震可能有比1654年M8.0甘肃天水南地震更强的应力触发作用,但也有可能对九寨沟地震的发生起到抑制作用.在选取的8个九寨沟地震接收断层面上,其中6个接收断层面上该地震所激发的同震库仑应力变化为（0.913~2.364）×10⁵Pa,2个接收断层面上该地震所激发的同震库仑应力变化为（－1.326~－0.454 ）×10⁵Pa;在4个接收断层面上震后库仑应力变化为（0.094~1.072）×10⁵Pa,在另外4个接收断层面上震后库仑应力变化为（－1.593~－0.106）×10⁵Pa.1933年四川叠溪地震对九寨沟地震的发生影响较弱,其所激发的同震库仑应力变化为（0.015~0.080）×10⁵Pa,震后库仑应力变化为（－0.029~0.025）×10⁵Pa;（4）九寨沟地震仅在其附近的岷江断裂北段、塔藏断裂和虎牙断裂南段造成较明显的同震库仑应力变化,其分别为0.09×10⁵Pa、（0.14~2.03）×10⁵Pa和0.25×10⁵Pa.而进一步顾及其余31个强震的库仑应力作用则发现,同震库仑应力增加非常显著的主要活动断裂分段为：岷江断裂北段南侧和岷江断裂南段的库仑应力变化分别升高5.6×10⁵Pa和9.8×10⁵Pa.鲜水河断裂北段南侧库仑应力升高23.0×10⁵Pa,鲜水河断裂南段道孚-康定段的北侧库仑应力升高9.0×10⁵Pa,而最南端库仑应力升高3.0×10⁵Pa;龙门山断裂带中段的北侧库仑应力变化为（6.1~7.4）×10⁵Pa,中段库仑应力增加（2.1~11.5）×10⁵Pa;西秦岭北缘断裂东段库仑应力变化为4.4×10⁵Pa;龙日坝断裂北段最北侧的库仑应力变化为2.0×10⁵Pa;小金河断裂北段库仑应力变化为1.7×10⁵Pa;安宁河断裂北段库仑应力变化为1.6×10⁵Pa;（5）由于下地壳和上地幔的黏弹性松弛作用,所有强震在九寨沟地震震后20年造成的黏弹性库仑应力变化在鲜水河断裂、龙门山断裂中段、塔藏断裂以及秦岭南缘断裂西段比较显著,其分别为：（1.0~3.0）×10⁵Pa、2.8×10⁵Pa、（2.3~2.7）×10⁵Pa和0.9×10⁵Pa.但总体上黏弹性库仑应力变化没有改变各断裂上的同震库仑应力变化空间分布.总的库仑应力变化在鲜水河断裂北段南侧和南段的道孚至康定段北侧、龙门山断裂中段北侧、岷江断裂南段和北段南侧、虎牙断裂、塔藏断裂以及西秦岭北缘东段很显著（均超过4×10⁵Pa）.由于库仑应力明显升高可能预示着地震潜在危险性增强,因此这些断裂分段可能将来需要重点加以关注.     

历史强震对2017九寨沟M_W6.5地震的应力影响及区域地震危险性

松潘—甘孜块体东北端断裂分布复杂,地震活动活跃,1654年以来,该地区孕育了至少9次M6.5地震.2017年8月8日发生的九寨沟M_W 6.5地震与历史强震活动的关联性,以及九寨沟震后周边区域未来地震趋势如何,均是亟待研究的问题.基于历史地震资料和岩石圈黏弹性分层介质模型,我们计算了1654年以来研究区历史地震序列同震、震后效应对九寨沟地震的影响,获取了九寨沟地震震源处应力状态的演化过程,并分析了历史地震活动对研究区主要活动断裂的应力影响.结果显示1654—2008年历史地震序列同震及震后效应使2017年九寨沟地震震源位置应力升高.基于不同的有效摩擦系数取值的计算结果显示:九寨沟地震震源位置累积库仑应力变化量为正且超过0.01 MPa.当有效摩擦系数取值为0.4时,累积库仑应力变化量为0.2009 MPa.九寨沟地震的发生受到历史地震同震及震后效应所导致累积库仑应力变化的促进作用.1654年天水M 8.0地震和1879年武都南M 8.0地震的同震及震后效应所导致的累积库仑应力变化量超过九寨沟震源处应力累积量的50%,这两次M 8.0地震在九寨沟地震震中应力演化过程中占据主导地位.1654—2017年历史强震活动使东昆仑断裂玛沁—玛曲段、塔藏断裂马家磨段和岷江断裂松潘—叠溪段应力明显上升.以上三处断层段均存在第四纪活动性,且近期均未有强震活动,历史强震活动提升了这些区域未来的地震危险性.历史地震使塔藏断裂西段、虎牙断裂北段、岷江断裂北段应力卸载,降低了这些区域未来的地震发生概率.     

综合InSAR和应变张量估计2016年MW7.0熊本地震同震三维形变场

利用合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)影像提取与地质活动相关的三维地表形变场,对深入理解地质灾害的形成机制及其潜在灾害风险评估非常重要.目前,利用SAR影像的同震三维形变场提取主要利用单个像素点的多次观测构建观测方程,然后基于加权最小二乘(Weighted Least Squares,WLS)方法分解从而获得同震三维形变场,因此该方法缺乏对相邻像素点空间相关性的约束.考虑相邻同震位移点的应力连续性,研究学者提出了顾及大地测量应变张量和卫星形变观测的SAR同震三维形变场方法(Extended Simultaneous and Integrated Strain Tensor Estimation from geodetic and satellite deformation Measurements,ESISTEM).本文以2016年MW7.0熊本地震为例,收集了覆盖此次地震的ALOS-2卫星升降轨影像,利用传统差分InSAR(DInSAR)方法和子孔径雷达干涉测量(Multiple Aperture InSAR,MAI)方法分别对升降轨SAR影像对进行处理,得到视线向(LOS)形变和方位向形变,最后利用ESISTEM方法获取此次地震的三维同震形变场.此外,利用GPS和野外考察观测对本文的三维形变场结果进行结果精度分析.研究结果表明,与传统WLS方法相比,ESISTEM方法不仅能有效抑制奇异像素点对形变结果的干扰,同时对近断层的失相干信号能进行较好的恢复,更有助于解释地表破裂区的地震形变特征和掌握地震发生机制.本文确定的三维同震形变场结果显示主形变区发生在Futagawa断层中部和Hinagu断层最北端,最大水平位移为2m,抬升为0.55m.断层破裂以NE-SW走向的右旋走滑为主兼有部分正断成分.应变张量分析表明发震断层处受到了明显的收缩力和剪切力的作用.     

附有病态约束矩阵的等式约束反演问题研究

讨论等式约束反演问题的求解方法,给出约束矩阵的病态性的定义及相应的评价方法,推导约束矩阵病态对反演结果的影响公式,通过简单的例子说明约束矩阵病态对反演结果的影响;采用处理约束矩阵病态的SVD方法.有效解决约束矩阵病态造成反演结果极不稳定的问题.最后设计多个反演方案进行计算,验证方法的有效性和可行性.     

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利用GPS数据反演中国红河断裂带活动特性

为了研究中国红河断裂带近年的活动特性,利用块体模型对红河断裂带周围块体内1999-2014年的GPS水平速度场进行建模,反演得到块体的刚体旋转、内部应变率以及断层的滑动速率与三维闭锁程度。结果表明,考虑内部应变的块体模型可以显著提升速度场的拟合效果,反演得到的红河断裂带滑动速率与二维速度剖面的结果吻合较好。红河断裂带的闭锁程度大致呈现中段闭锁较强、南段与北段闭锁较弱的对称分布,南段、中段与北段在地表以下15 km深度范围内的断层闭锁程度分别约为0.34~0.52、0.67~0.75、0.26~0.53,右旋滑动亏损速率分别为1.7、3.0、1.4 mm/a。利用最小二乘配置方法计算了研究区域的应变场分布,发现红河断裂带从南至北由压缩转换为拉张,中段处于压缩与拉张的交界带,剪应变率低于南北两段,这可能是由于中段闭锁较强、断层错动量较小造成的。     

川滇地区GPS速度场聚类分析

以川滇地区GPS水平速度场为研究对象,首先采用层次聚类法对其进行直接聚类,然后对在地理空间中出现错分的GPS站点利用F统计检验来纠正分类。在此基础上,考虑DB指标以及层次聚类的不可逆性,对分类结果进行二次聚类,最终将川滇地区划分为6个块体：藏东块体（BYw）、阿坝块体（BYe）、川滇菱形块体（CD）、华南块体（SC）、腾冲-保山块体（DSw）和印支块体（DSe）。其中,CD块体的西、北边界分别是“三江并流”三江断裂区域和巴塘地区的一条速度阶跃线,且巴颜喀拉主峰断裂将巴颜喀拉块体（BY）分为BYw和BYe两个块体。本文给出的川滇地区块体划分模型是数学意义上的一种合理方案,与基于地质资料的结果相吻合,可为该地区的块体划分提供另一维度的解释。