表面垂直位移和重力变化引起的大地水准面形变

在涉及表面垂直位移的地球物理正演和反演问题的研究中,表面真垂直位移等于表面视垂直位移和大地水准面高变化的和.本文从广义Bruns公式、广义stokes公式和广义Ve-ning-Meinesz公式出发,导出了用表面垂直位移和重力变化确定大地水准面形变的公式.讨论了表面垂直位移和重力变化对大地水准面高变化的影响.在此基础上,给出了表面荷载源、几种不同充填介质的膨胀源和位错源所引起的大地水准面高变化对视垂直位移影响的数值结果,分析了局部地球物理事件引起的大地水准面高变化的特点.最后给出了使用辽南地区的实际观测资料确定的局部大地水准面高变化以及对视垂直位移影响的计算结果.     

表面垂直位移和重力变化引起的大地水准面形变

在涉及表面垂直位移的地球物理正演和反演问题的研究中,表面真垂直位移等于表面视垂直位移和大地水准面高变化的和.本文从广义Bruns公式、广义stokes公式和广义Ve-ning-Meinesz公式出发,导出了用表面垂直位移和重力变化确定大地水准面形变的公式.讨论了表面垂直位移和重力变化对大地水准面高变化的影响.在此基础上,给出了表面荷载源、几种不同充填介质的膨胀源和位错源所引起的大地水准面高变化对视垂直位移影响的数值结果,分析了局部地球物理事件引起的大地水准面高变化的特点.最后给出了使用辽南地区的实际观测资料确定的局部大地水准面高变化以及对视垂直位移影响的计算结果.     

我国海域大地水准面的计算及其与大陆大地水准面拼接的研究和实施

研究和实施了由卫星测高数据计算垂线偏差，用莫洛 金斯基（Molodensky）公式反演 大地水准面高，由此求得我国海域大地水准面高. 为了检核，将测高垂线偏差利用逆维宁迈 纳斯（Vening Meinesz）公式反演重力异常，与海上船测重力值进行了外部检核；同时还用 司托克斯（Stokes）公式，将上述反演的重力异常计算大地水准面高，与莫洛金斯基公式直 接解得的相应结果进行比较作为内部检核. 在积分计算中充分应用了FFT的严格公式.由重力和GPS水准数据确定的陆地大地水准面，和主要由卫星测高数据确定的海洋大地水准 面，二者之间一般都存在以系统误差为主的拼接差，本文分析了产生这一现象的主要原因, 并结合我国在陆海大地水准面拼接区重力资料稀疏的实际，提出了新的拼接技术，最后将拟 合参数校正中国全部海域的重 力大地水准面，以最大限度地削弱拼接点和制约测高海洋大地水准面可能存在的系统误差.     

试论地形在我国大地水准面精化中的作用

与地形(水深)以及相应的均衡补偿相联系的质量是引起重力变化的主要原因,尤其是短波长变化,此时直接地或间接地考虑地形影响都是必要的。因此,本文综合国内外有关资料全面论述了地形在我国未来大地水准面精化中的作用。最后指出,GPS与经典水准测量的结合将会大幅度提高我国大地水准面的精度,如果在广大地区辅以高分辨率的数字地面模型DTM,我国未来大地水准面将跨越米级,有可能达到分米级或厘米级。     

位错引起的大地水准面变化

从动态的观点介绍了大地水准的物理意义。用数值分析方法计算了常见的几种断层位错导致的大地水准面局部变化的分布图像,并着 断层位错的倾角与大地水疰同变化 之间的关系。     

基于多种方法构建似大地水准面模型推估特性分析

针对构建似大地水准面中采用的重力水准法、EGM2008水准法、GPS水准法,结合地形复杂程度、面积大小、重力似大地水准面分辨率与精度等特点,首次评价了基于多种方法构建的似大地水准面模型的外推性与真实性.采用地形复杂区域S、平原区域N以及沿海区域Q构建区域似大地水准面模型.通过时各方法得到的似大地水准面模型推估特性分析比较,结果表明:就反应似大地水准面起伏的真实情况而言,重力水准法精度最高且外推能力最强;EGM2008水准法精度次之,外推能力较强外推范围在10 km左右;GPS水准法精度最弱,外推能力最差.构建高精度高分率1 cm级似大地水准面时须采用基于grave/level法.     

基于有限元方法的陆海大地水准面衔接

大陆上用重力数据和GPS水准数据确定(似)大地水准面,海洋上用卫星测高数据确定(似)大地水准面.由于沿海地区和近岸海域往往缺少完好的重力数据,近岸海域卫星测高数据质量相对较差,两类大地水准面在陆海相接区域精度偏低且存在拼合差.纯几何方法拟合陆海局部区域大地水准面,不能顾及大地水准面的物理特性,拟合结果不稳定.顾及到大地水准面的物理特性,依据其在局部所应满足的数学物理方程,拟合陆海局部区域大地水准面问题,转化为Laplace第一边值问题.讨论了有限元法衔接陆海局部区域大地水准面的数学思想,给出了相应的数学模型.     

精化大地水准面的一种间接方法——异常及其梯度在其中的应用

随着GPS/水准及全球重力测量的加密和扩展,获取高精度的似大地水准面或高程异常(ξ)已比较容易,如何进一步研究它和大地水准面或大地水准面高(N)之间的关系(即所谓间接的方法)使大地水准面得到精化,这就是本文的目的,文中对已推导的公式在模型作了验证,对如何利用地形等数据确定扰动重力垂直梯度也作了研究,结果表明:在海拔4000 m的高山地区,当似大地水准面的精度达到cm级时,大地水准面的精度也与之比较接近.     

基于GPS观测的汶川地震参数反演与库仑应力变化分析

利用汶川MS8.0地震前后的GPS观测资料,借助Okada矩形位错模型反演汶川地震参数,进而应用反演所得地震参数,计算地震在其周围GPS资料负位错反演所得震前应变积累断层段上可能造成的库仑破裂静应力变化,分析地震对其周围构造断裂应变积累的影响。结果表明,汶川震区呈显著逆冲兼右旋走滑同震变化,对甘川交界东段—甘川陕交界区、鲜水河断裂南段与安宁河断裂北端应变积累有一定程度影响,可能以增强作用为主。     

中国及邻区岩石层大地水准面正演模拟

依据地震层析成像、地震测深和大地电磁测深结果的地球内部结构和物性分布,模拟了中国及邻区岩石圈中短波长大地水准面起伏,正演模拟结果显示：地形起伏引起的大地水准成异常巨大,幅值变化可达２１０ｍ,最大值在青藏高原,达１５０余ｍ,沉积层底面起伏产生的大地水准面异常非常小,幅值只有６．５ｍ,表现出短波长特征,岩石层底面志伏生产的大地水准面异常极为平缓,约为２０ｍ。莫霍面产生的大地水准面异常形态与地形起伏引起的大地水准面异常形态相异,异常幅值只有后者的２／３,在青藏高原只有后者一半,岩石层内密度不均匀引起的大地水准面异常的幅值约为７５ｍ。     

InSAR数据约束的2020年西藏定日Mw5.7地震源模型及构造意义

2020年3月20日,处在北喜马拉雅断裂与申扎一定结断裂交会区的西藏定日发生Mw5.7地震,此次地震发震断层源模型的研究对于认识该地区的复杂地质构造具有重要意义.本文利用升、降轨Sentinel-1A星载SAR数据,通过合成孔径雷达干涉测量(InSAR)处理获得了地震引起的地表位移场,其中,雷达视线方向(LOS)最大地...     

震源参数反演及精度评定的Bootstrap方法

在震源参数反演理论研究中,地表形变与震源参数之间为复杂多维的非线性关系,针对传统泰勒级数展开的精度评定方法可能无法适用于震源参数的精度评定问题,本文将Bootstrap方法引入到震源参数非线性反演及精度评定研究中.通过对GPS地表形变观测数据实施Bootstrap重采样获取自助样本,使用遗传算法（Genetic Algorithm,GA）搜索震源参数,设计并给出了震源参数精度评定的Bootstrap方法计算流程.将本文方法用于6个模拟地震、Amatrice地震及Visso地震实验中,通过反演震源参数、获取参数的置信区间及中误差,并与Jackknife方法、Monte Carlo方法进行对比分析.实验结果表明,通过执行本文精度评定方法能够获取比Jackknife方法更加可靠的震源参数置信区间以及更加精确的精度信息.实验验证了将Bootstrap方法用于震源参数精度评定的有效性和可靠性,为研究震源参数精度评定理论研究提供了一种新的采样思路.

     

利用考虑地形起伏的反演方法获取2017年伊拉克MW7.3地震的断层参数及滑动分布

2017年11月13日伊拉克北部地区苏莱曼尼亚省发生了M_W7.3地震, 造成了重大的人员和经济损失。 本文利用升降轨的Sentinel-1和降轨的ALOS-2卫星的SAR数据, 通过差分干涉测量技术获取了该地震的同震形变场, 联合DInSAR和MAI技术, 采用抗差最小二乘法求解该地震的同震三维形变场。 基于改进的考虑地形起伏的均匀位错模型反演确定了发震断层的断层参数, 最后基于非均匀位错模型得到了发震断层的分布式滑动分布模型。 结果显示: ALOS-2卫星降轨轨道观测到的伊拉克地震引起的LOS向地表形变最大为55.8 cm抬升和47.9 cm下沉; Sentinel-1卫星观测到的伊拉克地震引起的LOS向地表形变为: 升轨轨道最大为87.9 cm抬升和17.1 cm下沉; 降轨轨道最大为55.6 cm抬升和38 cm下沉; 相对于前人的研究成果, 本文利用改进的考虑地形起伏的反演方法得到的发震断层几何参数表明发震断层为NNW走向, 倾向角为352°, 同震破裂以逆冲为主, 同时兼有一定的左旋走滑分量。 基于均匀位错模型反演得到的断层滑动分布结果表明, 同震破裂未延伸至地表, 主要滑动量集中在12~18 km, 最大滑动量位于15 km深度, 达到4.3m, 反演得到的矩震级为M_W7.35, 与UGSG、 GCMT等机构给出的结果一致。     

Deformation datum in source mechanism inversion

ＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｄａｔｕｍｉｎｓｏｕｒｃｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｎｖｅｒｓｉｏｎＳＨＯＵ－ＷＥＮＧＯＮＧ（巩守文，ＱＩＮＧ－ＬＩＡＮＧＷＡＮＧ（王庆良），ＹＩ－ＱＩＮＧＺＨＵ（祝意青）ａｎｄＢＩＮＧＣＨＥＮ（陈兵）（ＳｅｃｏｎｄＣｒｕｓｔａｌＤｅ...     

联合GNSS和InSAR观测位移反演2008年汶川大地震断层位错模型参数

利用现代空间大地测量技术,尤其是卫星合成孔径雷达干涉测量,能够获取高精度、高空间分辨率的同震和孕震形变,为地震断层形变和破裂机制研究提供了前所未有的机遇。本文介绍了利用大地测量观测数据反演地震断层位错模型参数的贝叶斯反演方法。联合运用2008汶川大地震前后GNSS和InSAR技术观测获得的同震位移,反演了地震断层的几何参数和滑动位错分布。研究结果表明,汶川地震的断层滑动主要集中在倾角较陡的浅部,同时包含逆冲和右旋走滑,其中最大逆冲6.1m,最大右旋6.5m。根据断层滑动分布正演计算得到的上盘同震位移明显小于下盘,预示该断层两侧孕震形变可能存在较大的不对称性。     

基于形变观测分析2011年日本9.0级地震与断层运动间关系

2011年3月11日日本发生9.0级地震,本文以此次地震的震间、同震和震后形变观测为约束,依据不同时段断层运动空间分布特征分析日本海沟地区强震与断层运动间关系.震间日本海沟地区,断层运动闭锁线深度约为60km,闭锁线以上从深到浅依次为断层运动强闭锁段、无震滑移段和弱闭锁段.由同震位错反演结果,2011年日本9.0级地震同震存在深浅两个滑移极值区,同震较浅的滑移极值区(同震位错量10~50m,深度小于30km)震间为断层弱闭锁段;同震较深的滑移极值区(同震位错量10~20m,深度在40km左右)震间为断层强闭锁段;而在两者之间的过渡带同震位错相对较小,震间断层运动表现为无震滑移.震后初期断层运动主要分布在在闭锁线以上的同震较深滑移极值区,而同震较浅的滑移极值区能量释放比较彻底,断层震后余滑量相对较小.依据本文同震和震间断层运动反演结果,震间强闭锁段积累10m同震位错需要100多年时间,与该区域历史上7级地震活动复发周期相当;震间弱闭锁段积累30~50m同震位错约需要300~600年时间,与相关研究给出的日本海沟9级左右地震复发周期比较一致.在实际孕震能力判定的工作中,由于不同性质的断层段在同震过程中会表现更多的组合形式,断层发震能力判定结果存在更多的不确定性,但利用区域形变观测等资料给出震间断层运动特征的研究工作对于断层强震发震能力的判定具有非常重要的实际意义.     

基于线弹性位错模型反演1997年西藏玛尼Mw7.5级地震的干涉雷达同震形变场——Ⅱ滑动分布反演

1997年11月8日西藏M_w7.5级玛尼地震是干涉雷达技术应用于地震观测以来的一次重要事件.在第一部分中，我们应用广泛使用的Okada线弹性位错模型，假设断层的各个分段滑动量均匀，反演得到断层各个分段的几何参数和均匀滑动量.本部分的反演进一步去除滑动均匀假设，并利用更能反映断层真实状态的角形元位错模型（线弹性），在第一部分反演得到断层几何的基础上，反演断层面的静态位错分布.反演结果表明，线弹性滑动分布模型能够更好地解释观测数据，进一步提高反演的数据拟合程度.最终得到了断层面上的走滑和倾滑位错分布.首次得到的断层面滑动分布显示断层面滑动在浅部（0～12 km）比较集中，地震破裂长度约170 km，最大左旋走滑位移达4.8 m；反演结果还表明局部段落存在较大倾滑位移，量值达到1.9 m，这在断层模型中是不能忽略的，它可能是断层两侧形变不对称的原因之一；反演得到的标量地震矩为2.18×10²⁰ N·m，相当于矩震级M_w7.5，与Velasco等利用地震波形反演得到的结果一致.     

GPS AND LEVELING CONSTRAINED CO-SEISMIC SOURCE AND SLIP DISTRIBUTION OF THE LUSHAN MS7.0 EARTHQUAKE ON 20 APRIL 2013

Co-seismic deformation results calculated by the observations of GPS continuous sites and precise leveling are used as three-dimensional constraints for the deformation field of Lushan M_S7.0 earthquake on 20 April 2013.The inversion of seismic source parameters are calculated based on the consideration of different value-taking schemes and fault models. Seven data type selection schemes, three fault models and two data coverage selection schemes are designed in order to discuss the effect of data selection and fault model selection on the inversion results. The results show that the fault model using blind reverse fault for the inversion is superior to the model using the fault that ruptures from its upper boundary to the earth'surface, which may indicate that the Lushan earthquake fault is most likely a blind reverse fault; there are no obvious differences in the inversion results between the blind listric reverse fault models and the rectangle blind reverse fault models. The best inversion result of Lushan earthquake seismic moment is M_W6.7.And it also shows that the distribution of dislocations on the fault plane is concentrated in the range of 30km×30km, the northern flank of the seismogenic fault of Lushun earthquake is of dextral faulting and the southern flank of the fault is of sinistral faulting, the sinistral component is larger that dextral component, showing a wedge deformation mode.