地球横向不均匀结构对地表以及空间固定点同震重力变化的影响

本文提出一个新算法,用来高精度计算三维不均匀地球模型中地震位错引起的地表以及空间固定点同震重力变化.具体地说,我们首先把实际三维不均匀地球分解成球对称地球模型和对应的横向不均匀增量,分别进行计算,二者对应的计算结果分别称为球对称解和三维响应.由于球对称解可直接利用球对称地球模型位错理论计算得到,本文的目标是计算三维响应即地球的横向不均匀结构对同震重力变化的影响.然后,我们把三维响应再分为震源的响应和地球横向不均匀结构的响应,它们可分别借助对震源函数的扰动以及对平衡方程式的变分求解.本文推导出六个特殊点源位错引起的地表以及空间固定点同震重力变化计算公式(一个垂直走滑位错,两个相互垂直的倾滑位错,三个开裂位错),对这些公式进行适当组合就可以计算任意位置任意类型位错产生的同震重力变化,对应的计算公式同步给出.接着,依据36阶P波速度模型,我们利用岩石试验经验关系式推导出三维S波速度模型,密度模型,位场模型以及重力模型.最后,利用上述三维模型,本文计算出三种典型类型的点源位错产生的同震重力变化,结果显示三维响应与位错类型,震源深度都有关系,其最大响应占球对称解的0.5%左右,且在所有影响因素中S波速度模型影响最大.数值结果同时表明,三维响应中震源的响应与地球横向不均匀构造的响应处于同一量级.本文给出的地表和空间固定点同震重力变化计算公式可分别高精度解析地表重力和卫星重力观测数据(GRACE、GOCE等),提高大地测量数据理论解析水平.     

地球横向不均匀结构对地表以及空间固定点同震重力变化的影响

本文提出一个新算法,用来高精度计算三维不均匀地球模型中地震位错引起的地表以及空间固定点同震重力变化.具体地说,我们首先把实际三维不均匀地球分解成球对称地球模型和对应的横向不均匀增量,分别进行计算,二者对应的计算结果分别称为球对称解和三维响应.由于球对称解可直接利用球对称地球模型位错理论计算得到,本文的目标是计算三维响应即地球的横向不均匀结构对同震重力变化的影响.然后,我们把三维响应再分为震源的响应和地球横向不均匀结构的响应,它们可分别借助对震源函数的扰动以及对平衡方程式的变分求解.本文推导出六个特殊点源位错引起的地表以及空间固定点同震重力变化计算公式(一个垂直走滑位错,两个相互垂直的倾滑位错,三个开裂位错),对这些公式进行适当组合就可以计算任意位置任意类型位错产生的同震重力变化,对应的计算公式同步给出.接着,依据36阶P波速度模型,我们利用岩石试验经验关系式推导出三维S波速度模型,密度模型,位场模型以及重力模型.最后,利用上述三维模型,本文计算出三种典型类型的点源位错产生的同震重力变化,结果显示三维响应与位错类型,震源深度都有关系,其最大响应占球对称解的0.5%左右,且在所有影响因素中S波速度模型影响最大.数值结果同时表明,三维响应中震源的响应与地球横向不均匀构造的响应处于同一量级.本文给出的地表和空间固定点同震重力变化计算公式可分别高精度解析地表重力和卫星重力观测数据(GRACE、GOCE等),提高大地测量数据理论解析水平.     

基于三维不均匀球形地球模型的同震位移新算法

以Molodenskiy的三维不均匀球形地球模型潮汐理论以及孙文科等的球对称地球模型位错理论为基础,本研究借助互换定律和扰动方法,推导出一整套计算公式,用来高精度计算三维不均匀地球模型中地震位错引起的地表同震位移.     

基于连续重力台观测的玛多MS7.4地震的同震重力变化特征

同震重力变化可为位错模型的检验和约束提供新数据.文中利用指数函数和阶跃函数法分析了玛多MS 7.4地震震中距≤800km的5个重力台的同震重力信号.结果显示:观测和位错模型模拟结果的方向一致性好,只是量级存在差异.通过对同震重力变化精度的讨论,同震重力变化和GNSS垂直位移的比较,九寨沟MS7.0、玛多MS7.4同震重...     

横向不均匀介质中的面波及地球内部速度结构研究

近十年中地震面波的理论和应用研究有很大进展。由于资料增加、反演方法的改进及利用了振幅和波形等更多的面波信息，对于全球及区域上地幔速度结构及各向异性有了进一步的认识。同时对于显著不均匀三维介质中面波的传播特征，在理论探讨和实际观测方面取得了较多成果。本文对于面波研究的最新成果作了介绍。     

在侧向不均匀球形地球模型中环型解产生的重力场扰动

通常认为环形解不引起地球重力场的变化,这个结论其实只对球对称模型才严格成立.这个观念的广泛流传与1960年8月在Helsinky 召开的地震学与地球内部物理学联合会上的一段地球物理史上的佳话不无关联.当时,由于自从1952年Benioff 用他的应变仪记录到了Kamchatkan 大地震激发的地球自     

重力卫星GRACE检测出2010年智利Mw8.8地震的同震重力变化

本研究通过对重力卫星GRACE观测数据的处理,采用去相关加300 km半径的高斯平滑,成功地提取了2010智利M_w8.8地震所产生的重力变化信号,最大变化幅度达到7 μGal,并且与位错理论计算结果具有较好的一致性.这是继GRACE检测出2004苏门答腊M9.3地震重力变化后的又一个卫星观测地震的例证,说明GRACE具有检测出M<9.0量级地震的能力,为利用GRACE研究地震以及其更广泛的应用提供了可靠的依据.     

横向不均匀性对视电阻率各向异性变化的影响和地震前电阻率的变化深度

采用对称四级装置的直流视电阻率地表观测,其深度探测范围与供电极距AB大致相当。测区地下介质可能存在电性横向不均匀性,即同一深度范围内介质电阻率在水平方向存在变化。地层的横向不均匀性会引起不同方向的视电阻率观测值出现差异,但是否会引起各向异性变化还没有定论;大地震前构造应力对地下分层电阻率的影响能上升到距离地表的深度范围也未得到充分讨论。文中采用有限元数值分析方法,分别计算横向均匀、横向不均匀模型中不同深度范围内介质电阻率变化时视电阻率的各向异性变化,认为:对于供电极距AB=1 000m的观测,距离地表约300m以下的地层其电阻率的各向异性变化所产生的视电阻率各向异性变化与实验和震例中的实际观测结果不符;地层电阻率的变化深度需要上升至近地表的浅层范围,视电阻率的变化幅度和各向异性变化特征才与实验和观测相吻合。对于横向不均匀地层,同一深度以下的地层电阻率发生相同幅度的各向同性变化,视电阻率并不出现各向异性变化,仅当电阻率出现各向异性变化时视电阻率才出现各向异性变化,但地层横向不均匀性对各向异性变化特征的影响较小。     

地震层析地球内部密度分布横向不均匀研究

本文使用Woodhouse和Dziewonski等分别用S波和P波层析分析提供的,以670km深度为分界的上地幔和下地幔地震波传播所反映出的横向不均匀的球谐函数系数,假定地幔内部密度与正常水平的偏离分别与P波和S波的速度Vp和Vs成比例（下地幔δρ=γδVp,上地幔δρ=σδVS2）,并用一组新的球谐函数系数表示全地幔密度分布模型.计算结果表明:1.比例系数γ=0.199,σ=3.13×10-5时,该全地幔密度模型可以70％恢复Dziewonski提供的下地幔密度模型,50％恢复Woodhouse提供的上地幔密度模型.合成密度分布基本上反映了分别由P波和S波速度异常所提供的地幔密度分布特征;2.所有穿过太平洋中部的剖面均明显地显示出一个低密度异常从地表一直延伸到核-幔边界;3.所有大陆下部均存在一个高密度异常区,而且深入到1200—1300km深度处;4.由密度异常的正、负交替基本上将部分地区地幔分成为3层,其深度依次为:第1层25—1300km左右,第2...     

2010智利Maule特大地震的同震效应

2010年智利Maule大地震是人类有观测记录以来第六大地震,基于高性能并行有限元方法,建立含地表地形和Moho面起伏的大规模非均匀椭球地球模型,计算了该地震同震效应,并根据库仑应力变化分析周围断层地震活动性和主震对余震的触发关系.结果表明：对于2010年Maule地震,地球曲率和层状结构对同震水平位移影响不可忽略,如果不采用球面分层模型,在低纬度远场可能会造成位移和应变量值均被低估,在高纬度远场可能会造成位移被夸大而应变被低估.如果不考虑介质横向不均匀和地形,同震应力降被显著低估,近场同震东西向应力变化误差最高95.4%,南北向应力变化误差最高90.8%.Illapel地区库仑应力变化约10 kPa,相当于15年构造积累,Maule地震加速了2015年Illapel地震发生.以最优破裂方向投影得到库仑应力变化,经统计70.9%余震落在库仑应力变化量值大于10 kPa区域.本次特大地震触发了Pichilemu附近M_W6.9和M_W7.0两次正断型余震.

     

同震重力变化对震源滑动参数的敏感性研究：以2004年苏门答腊地震为例

在地震孕育和发生过程中,常伴有地表重力变化.通过同震重力变化反演震源参数,可以为认识地震活动特征奠定基础.为了有效提高同震重力变化反演滑动参数的精度,本文设计了一套定量化表征同震重力变化对震源不同滑动参数敏感性的方法.首先,基于位错理论,通过正演得到震源不同滑动参数下的同震重力变化;随后,利用无量纲化的敏感性分析方法,计算同震重力变化对不同滑动参数的敏感度因子.以2004年苏门答腊地震的断层模型为参考,定量评估了该地震同震重力变化对断层深度、断层倾角、滑移量和滑动角四个独立震源滑动参数的敏感性.评估结果显示,2004年苏门答腊地震同震重力变化对滑移量、滑动角、断层深度和断层倾角这四个独立震源滑动参数的敏感性依次降低.因对滑移量的敏感性远高于对断层倾角的敏感性,滑移量较小的反演偏差可以造成断层倾角较大的反演偏差.所以,在反演过程中,需要更加重视排序靠前的滑移量和滑动角.本文设计的方法虽然适用于其他震例,但在不同震例中,同震重力变化对各滑动参数的敏感性将有所差别.

     

都兰台深井地温的同震变化研究

通过对2013年6月1日以来全球M_S≥7.0、国内M_S≥5.0地震时都兰台深井地温观测数据的变化进行研究发现,8次中强以上地震时有明显的同震变化反应。其中,地温同震变化的幅度与地震波的最大振幅,特别是与水平向合成最大振幅有较好的正相关关系。地温同震变化的形态与地震发生所处的构造位置有关,当地震与井孔所处位置有直接的构造联系且震级较大时,同震变化形态为下降—转平,其他地区的地震则为下降—回升形态。同时,对地温的同震变化机理进行了探讨,认为地温的同震变化可能是由地震波携带的能量引起井孔周边热力场变化所致。     

地震层析地球内部密度分布横向不均匀研究

本文使用Woodhouse和Dziewonski等分别用S波和P波层析分析提供的,以670km深度为分界的上地幔和下地幔地震波传播所反映出的横向不均匀的球谐函数系数,假定地幔内部密度与正常水平的偏离分别与P波和S波的速度V_p和V_s成比例（下地幔δρ=γδV_p,上地幔δρ=σδV_S²）,并用一组新的球谐函数系数表示全地幔密度分布模型.计算结果表明:1.比例系数γ=0.199,σ=3.13×10^-5时,该全地幔密度模型可以70％恢复Dziewonski提供的下地幔密度模型,50％恢复Woodhouse提供的上地幔密度模型.合成密度分布基本上反映了分别由P波和S波速度异常所提供的地幔密度分布特征;2.所有穿过太平洋中部的剖面均明显地显示出一个低密度异常从地表一直延伸到核-幔边界;3.所有大陆下部均存在一个高密度异常区,而且深入到1200-1300km深度处;4.由密度异常的正、负交替基本上将部分地区地幔分成为3层,其深度依次为:第1层25-1300km左右,第2...     

建筑物不均匀震陷影响因素研究

利用以往提出的建筑物不均匀震陷简化分析方法对不均匀震陷的几种影响因素进行了综合分析,考虑土层分布、建筑物荷载分配以及输入地震波波形和大小的不同组合,得到了一些有益的结果。     

同震垂线偏差变化的计算方法及其在大地震研究中的应用

本研究提出一种计算同震垂线偏差变化的方法,给出关于四种独立震源的格林函数,并将其应用于重力卫星GRACE观测数据的解析研究. 方法:针对球形地球模型,依据目前为止作者提出的球形地球位错理论的基本研究思路,计算四种独立震源产生的位错Love数并组成相应的格林函数.     

泸定M6.8地震同震重力与形变效应模拟研究——闭锁剪力孕震模式的新证据

2022年泸定M6.8地震为近期川滇地区显著强震。本文基于Okubo平面矩形弹性位错理论,采用已有的由地震波反演获得的同震破裂模型,模拟研究了泸定M6.8地震产生的地表同震重力变化、垂直位移和水平位移。结果表明:(1)同震重力变化图像具有以发震断层为界,呈正、负四象限对称分布特征,与震前(2019年9月—2020年9月)实测重力变化图像和发震断层左旋走滑特征具有一致性,说明其孕震过程可用闭锁剪力模型来解释;(2)在远场区域,同震垂直位移图像与重力变化图像类似,位错引起的介质密度变化效应大于地表垂直位移效应,而近场地表垂直位移效应大于介质密度变化效应,显示出负相关性;(3)同震水平位移图像具有对称的四象限特征,与GNSS实测结果显示的变形特性一致。该结果可为地震前后重力、形变观测结果的解释提供依据,同时为强震孕育的机理研究提供线索,尤其为闭锁剪力孕震模式的进一步完善提供了新的实例依据。     

地震波引起的井水位水温同震变化及其机理研究

地下水是地球系统的重要组成部分,地下水的运动变化与人类的生存环境息息相关。地震是地球活动的突发常发事件。地震与地下水动态的关系是近几十年来人们努力研究的内容,地震引起的井水位水温同震效应是当前大家非常关注的热点问题。     

耗散大气中水平不均匀风场对内重力波传播的影响

采用包括耗散的射线跟踪方法,计算了在水平不均匀风场作用下,不同尺度重力波从对流层直至220km观测高度的传播,结果表明,垂直于重力波传播方向的风以及风剪切能够引起波射线的折射,从而导致重力波明显偏离初始传播方向.在强顺风场作用下,由于风场引起的捕获,大量重力波不能传播到观测高度.由于风场引起的多普勒频移,小周期的重力波在弱顺风条件下能够传播到观测高度.由于反射作用,强逆风场不支持周期低于约18min的较高频重力波的传播.而在弱逆风作用下,大部分中尺度范围重力波都能够传播到观测高度.本文统计了武汉电离层观象台的TID观测数据随热层风场的分布,统计结果与模拟结果符合较好.     

耗散大气中水平不均匀风场对内重力波传播的影响

采用包括耗散的射线跟踪方法，计算了在水平不均匀风场作用下，不同尺度重力波从对流层直至220km观测高度的传播，结果表明，垂直于重力波传播方向的风以及风剪切能够引起波射线的折射，从而导致重力波明显偏离初始传播方向.在强顺风场作用下，由于风场引起的捕获，大量重力波不能传播到观测高度.由于风场引起的多普勒频移，小周期的重力波在弱顺风条件下能够传播到观测高度.由于反射作用，强逆风场不支持周期低于约18min的较高频重力波的传播.而在弱逆风作用下，大部分中尺度范围重力波都能够传播到观测高度.本文统计了武汉电离层观象台的TID观测数据随热层风场的分布，统计结果与模拟结果符合较好.