GPS技术监测地壳运动的新进展

回顾了GPS观测技术应用于地壳运动与形变中的相关理论与方法,重点介绍了水平应变的计算方法与描述地壳运动与形变场的各种数学物理方法,讨论了提取地壳运动与形变信息过程中存在的问题.     

汶川大震时福建四种观测系统的体应变响应分析

采用福建省有关观测点的井水位、地震仪、体应变仪与伸缩仪的分钟值观测资料对福建地区对2008年5月12日四川汶川8．0级大震的体应变响应进行了计算．计算结果表明．由井水位、体应变仪与伸缩仪所得到的对汶川大震的体应变响应的振幅为10^-7～10^-8,而由地震仪所得到的体应变响应要比前者大1个数量级;并对此差异进行了分析。     

循环荷载下南京片状细砂的动应力——应变关系

以片状颗粒成分为主的片状结构砂与常用的圆形颗粒标准石英砂相比,在物理力学特性上有显著的差异。循环荷载作用下,饱和砂土振动孔压上升会导致土体刚度发生软化,当振动孔压累积达到一定水平时,会产生液化现象,从而引起土体结构发生破坏。采用英国WFI动三轴仪,研究了南京片状细砂在循环荷载作用下,静偏应力水平、循环应力比水平和循环次数对其动应力一应变关系的影响,考虑每一次循环过程中动应力—应变关系滞回曲线的卸载及再加载割线动剪切模量Gsec和最大割线模量Gmax的变化特性,建立了动剪模量软化的经验公式;静偏应力水平对动剪模量软化有显著影响,随着循环次数的增加,动应力—应变滞回圈逐渐向应变累积方向滑移和向应变轴方向倾斜,且彼此分离;考虑循环软化特性,采用修正的Masing准则,描述了循环荷载下南京片状细砂的动应力—应变关系。     

中国大陆现今水平形变动态特征

2001~2004大陆水平应变场大致沿玉树、阿尼玛沁、鲜水河、小江等断裂带形成一条由东西走向转为南北走向的应变高值带.2004~2007高值带向局部收缩,并维持前期高值.新疆于田M_S7.3、四川汶川M_S8.0分别位于该高值带的东段、西段剪应变梯度带上,具备大尺度形变背景.分析认为昆仑山M_S8.1对青藏高原内部块体、川滇块体的相对运动产生重大影响,导致震中两侧一系列断裂带附近区域水平差异运动处于较高水平,印尼M_S8.7地震则有利于上述区域应变能进一步积累.此外,2001~2004、2004~2007应变分布特征总体从无序趋向有序,体现构造应力场经历调整与再积累过程.现阶段太平洋板块、菲律宾板块俯冲作用可能有所增强.     

汶川Ms8．0地震孕育发生的机制与动力学问题

2008年5月12日四川省汶川县发生了Ms8.0强烈地震.发震断层是龙门山断裂带的映秀-北川断裂.分析震前的GPS速度场发现,从巴颜喀拉块体西部到龙门山断裂带沿大约N103°E方向的缩短速率为13.0 mm/a,龙门山断裂带的右旋走滑速率1.1 mm/a,断裂带处于闭锁状态.四川盆地沿大约N103°E方向有少量的压缩变形,而沿SW方向有少量的拉张变形.同震位移场显示,这次地震可能是巴颜喀拉块体SE向逆冲与四川盆地NW向俯冲同时发生的.应变场分析发现,震前震中区的主压与主张应变率分别为-30.840×10-9/a与13.956×10-9/a,主压应变轴N105.4°E与震源机制解得到的主压应力轴的方向N103°E一致.由本文提出的应力-应变机制得到的断层滑动方向和走向与地表破裂调查和震源机制解得到的结果一致.印度、太平洋和菲律宾海板块与欧洲板块的相互作用足龙门山断裂带积累弹性应变能和孕育汶川地震的长期作用力.苏门达腊大地震使青藏高原和华南块体的相互作用加强,促进了汶川地震的发生.     

渤海盆地的现今扩张运动

关于渤海盆地的扩张,前人已有很多研究成果.但是,对渤海盆地现今扩张的主方向,扩张的速率和笵围迄今还不清楚,本文试图探讨之.根据中国地壳运动观测网络GPS网1998~2004年的观测结果,建立了渤海盆地周围地区相对于欧亚板块的速度场.将该区划分为8个块体,建立了各块体的速度模型,得到该区的水平形变速度场和应变场.分析形变速度场和应变场的空间变化,发现渤海及周围地区呈现明显的NW-SE方向的双向扩张运动,扩张速率为2.5±1.8 mm/a.NW-SE与NE-SW方向扩张范围分别为310 km与 410 km.渤海盆地扩张的范围与华北地壳最薄的区域基本一致,这表明上地壳的扩张变形与上地幔的隆升密切相关,岩石圈减薄和岩浆上涌使上地壳发生拉张变形,使渤海地区发育成一个拉张盆地.     

汶川MS8.0地震孕育发生的机制与动力学问题

2008年5月12日四川省汶川县发生了MS8.0强烈地震.发震断层是龙门山断裂带的映秀—北川断裂.分析震前的GPS速度场发现,从巴颜喀拉块体西部到龙门山断裂带沿大约N103°E方向的缩短速率为13.0 mm/a,龙门山断裂带的右旋走滑速率1.1 mm/a,断裂带处于闭锁状态.四川盆地沿大约N103°E方向有少量的压缩变形,而沿SW方向有少量的拉张变形.同震位移场显示,这次地震可能是巴颜喀拉块体SE向逆冲与四川盆地NW向俯冲同时发生的.应变场分析发现,震前震中区的主压与主张应变率分别为-30.840×10^-9/a与13.956×10^-9/a,主压应变轴N105.4°E与震源机制解得到的主压应力轴的方向N103°E一致.由本文提出的应力-应变机制得到的断层滑动方向和走向与地表破裂调查和震源机制解得到的结果一致.印度、太平洋和菲律宾海板块与欧洲板块的相互作用是龙门山断裂带积累弹性应变能和孕育汶川地震的长期作用力.苏门达腊大地震使青藏高原和华南块体的相互作用加强,促进了汶川地震的发生.     

利用最小二乘配置在球面上整体解算GPS应变场的方法及应用

通过对位移与应变微分公式的分析,给出了球坐标系下应用最小二乘配置法由GPS数据整体解算应变场的方法.首先,对模拟数据的理论应变场与采用全部采样数据和随机抽取50%限定采样数据的应变场结果的对比分析,初步验证了最小二乘配置球面整体解应变场方法的有效性.然后,利用1999~2001和2001~2004两期中国大陆区域网GPS速度场数据给出了基于最小二乘配置球面解获得的应变率场结果,概要分析了此期间中国大陆应变率场的动态变化.最后,讨论了最小二乘配置在球面上计算应变场需要注意的问题和建议.     

2013年芦山地震序列震源机制与震源区构造变形特征分析

基于四川区域地震台网记录的波形资料,利用CAP波形反演方法,同时获取了2013年4月20日芦山M7.0级地震序列中88个M≥3.0级地震的震源机制解、震源矩心深度与矩震级,进而利用应变花（strain rosette）和面应变（areal strain）As值,分析了芦山地震序列震源机制和震源区构造运动与变形特征.获得的主要结果有：（1）芦山M7.0级主震破裂面参数为走向219°/倾角43°/滑动角101°,矩震级为M_W6.55,震源矩心深度15 km.芦山地震余震区沿龙门山断裂带走向长约37 km、垂直断裂带走向宽约16 km.主震两侧余震呈不对称分布,主震南西侧余震区长约27 km、北东侧长约10 km.余震分布在7~22 km深度区间,优势分布深度为9~14 km,序列平均深度约13 km,多数余震分布在主震上部.粗略估计的芦山地震震源体体积为37 km×16 km×16 km.（2）面应变As值统计显示,芦山地震序列以逆冲型地震占绝对优势,所占比例超过93%.序列主要受倾向NW、倾角约45°的近NE-SW向逆冲断层控制;部分余震发生在与上述主发震断层近乎垂直的倾向SE的反冲断层上;龙门山断裂带前山断裂可能参与了部分余震活动.P轴近水平且优势方位单一,呈NW-SE向,与龙门山断裂带南段所处区域构造应力场方向一致,反映芦山地震震源区主要受区域构造应力场控制,芦山地震是近NE-SW向断层在近水平的NW-SE向主压应力挤压作用下发生逆冲运动的结果.序列中6次非逆冲型地震均发生在主震震中附近,且主震震中附近P轴仰角变化明显,表明主震对其震中附近局部区域存在明显的应力扰动.（3）序列整体及不同震级段的应变花均呈NW向挤压白瓣形态,显示芦山地震震源区深部构造呈逆冲运动、NW向纯挤压变形.各震级段的应变花方位与形状一致,具有震级自相似性特征,揭示震源区深部构造运动和变形模式与震级无关.（4）不同深度的应变花形态以NW-NWW向挤压白瓣为优势,显示震源区构造无论是总体还是分段均以NW-NWW向挤压变形为特征.但应变花方位与形状随深度仍具有较明显的变化,可能反映了震源区构造变形在深度方向上存在分段差异.（5）芦山地震震源体尺度较小,且主震未发生在龙门山断裂带南段主干断裂上,南段长期积累的应变能未能得到充分释放,南段仍存在发生强震的危险.