芦山7级地震的同震位移估计和震源滑动模型反演尝试

利用自动经验基线校正方法,分析2013年4月20日芦山M_S7.0级地震13个近场强震动台的观测资料,以估算同震位移场分布,并据此反演了震源滑动模型.经与GPS结果比较,两种不同方法给出的芦山7级地震的水平近场同震位移场幅度都不超过cm级,均显示为典型的逆冲型地震（兼有少量左旋走滑错动）.强震最大水平和垂直永久位移分别为4.9 cm和4.4 cm,分别出现在51YAM台和51QLY 台.两种资料反演的震源滑动模型虽显示多事件特征,但主要滑动均集中在第一次事件,即初始滑动点两侧的走向长约30 km、倾向长约25 km的相对集中的较小范围内,强震和GPS模型的最大滑动量分别为1.14 m和1.09 m,较为一致.其余子事件滑动量小且分布零散,不能排除其数值效应的因素.反演矩震级均在M_w6.7左右,地表破裂应该不明显.文章还讨论了目前在我国利用近场强震动记录估计M_w6~7级地震同震位移场存在的困难和问题,为今后类似工作提供参考.     

2016年8月24日意大利佩鲁贾MW 6.2级地震同震位移场估计和震源滑动模型反演

利用改进的自动经验基线校正方法SMBLOC,对2016年8月24日意大利佩鲁贾MW 6.2级地震震中周围约60 km内的近场强震记录进行基线校正并尝试给出同震位移场,与GPS观测结果进行对比分析,分别独立和联合两种资料反演震源滑动模型,并根据震源模型进一步给出全空间预测位移场分布.研究结果表明:(1)两种不同的资料给出的水平位移场幅值均为cm级,且均表明断层的错动以正断为主.(2)两种同震位移场分别独立和联合反演所得的震源静态滑动范围基本一致,最大滑动均发生在震中东北侧,强震模型表现出明显的双事件特征,较大滑动分布在震中东北侧和东南侧,GPS模型在震中东南侧的滑动相对较小,其双事件特征不明显.两种模型的最大滑动量分别为0.96 m和0.86 m,较为一致,反演的矩震级均在MW 6.3左右.(3)根据震源滑动模型计算所得的佩鲁贾地震全空间预测的水平同震位移场中最大位移分布区域与震后报告中受灾严重的地区基本一致.表明在一定的条件下,利用SMBLOC方法解算震级较小的MW 6.0左右地震强震记录的同震位移场,并反演震源滑动模型具有一定的可行性,且其同震位移场和滑动模型可为震后灾害快速评估、救援力量分配、余震趋势判定等快速应急响应工作提供参考依据.     

利用Yabuki & Matsu'ura反演方法计算 2011年日本东北地区太平洋海域Mw9.0级地震同震滑动分布

Yabuki & Matsu'ura反演方法是利用ABIC最佳模型参数选取方法和平滑的滑动分布作为约束条件,由形变观测数据计算发震断层滑动分布.本文基于日本列岛同震GPS观测数据和发震断层曲面构造模型,利用Yabuki & Matsu'ura反演方法计算2011年日本东北地区太平洋海域M_w9.0级地震的发震断层同震滑动分布.反演结果表明,断层面上的最大滑动量为35 m,较大滑动分布在浅于30 km的震源中心上部,最大破裂集中在20 km深度的地方.其地震矩约为3.63×10²²N·m,对应的矩震级为M_w9.0.模拟结果显示Yabuki & Matsu'ura反演方法更适用于倾角低于40°的断层模型反演.最后,本文基于上述方法获得的发震断层滑动模型,利用地球体位错理论正演计算该地震在中国及其邻区产生的远场形变,正演计算结果基本可以解释由中国GPS陆态网络观测到的同震形变.     

日本熊本MW7.0地震同震位移场和震源滑动模型反演

利用2016年4月16日日本熊本M_W7.0地震震中周围94个近场强震动台的观测资料和新近改进的强震经验基线校正方法SMBLOC,尝试解算并绘制了一个内陆M7左右走滑型地震的同震位移场全貌,并反演了其震源滑动模型.与日本国土地理院(GSI)公布的该地震57个GPS同震位移结果的比较显示,两种完全不同资料、不同解算方法给出的水平同震位移场的最大幅值均为100 cm左右,均呈右旋走滑为主兼具部分正断分量的震源机制.强震最大水平和垂直永久位移分别为104.5 cm和58.0 cm, 分别出现在震中东北侧的KMMH162台和KMM005台.两种资料单独以及联合反演的震源滑动模型均表明,此次地震为北东侧破裂为主并呈双事件特征,且主要滑动均不在初始破裂点附近, 而是集中于第二次事件周围,即距离初始破裂点东北侧约20 km处的走向长约40 km、倾向宽约20 km的范围内.基于强震和GPS模型所得的最大滑动量分别为5.10 m和5.87 m,量级一致,反演矩震级均为M_W7.1左右;主破裂区近地表滑动量比野外调查结果略微偏大,可能与数值效应有关.此外,还利用不同方法得到的解算结果比较了熊本地震特有的12组台间距在3 km以内的GPS-强震台站对各自的三分量同震位移,其结果表明对于M7左右的地震而言,SMBLOC方法解算同震位移时方向和幅值的可靠性下限约为2 cm.      

芦山MS7.0级地震InSAR形变观测及震源参数反演

2013年4月20四川省芦山县发生M_S7.0级地震,目前的研究资料表明地震发生在龙门山断裂南段,但地表未发现明显破裂.本研究利用InSAR技术与Radarsat-2雷达数据,获取了芦山地震同震的部分形变场,结果表明,近场区域的LOS位移发生视线向隆升,量值在7 cm左右.随后利用弹性半空间的位错模型反演了断层面参数,综合反演结果及震源机制解最终确定了发震断层的初始模型,以形变场观测数据为约束,基于梯度下降法反演获得了断层面上的滑动分布,反演得到的矩震级为M_w6.45级,断层走向213°,倾角39°~43°,最大滑动位于地表以下约13 km深度位置,最大滑动量0.91 m,平均滑动角71°,整体上仍以逆冲滑动为主,兼具左旋走滑.推测在双石-大川断裂以东12 km处展布一条隐伏断裂,为本次的发震断裂.     

芦山7级地震的同震位移估计和震源滑动模型反演尝试

利用自动经验基线校正方法,分析2013年4月20日芦山MS7.0级地震13个近场强震动台的观测资料,以估算同震位移场分布,并据此反演了震源滑动模型.经与GPS结果比较,两种不同方法给出的芦山7级地震的水平近场同震位移场幅度都不超过cm级,均显示为典型的逆冲型地震(兼有少量左旋走滑错动).强震最大水平和垂直永久位移分别为4.9cm和4.4cm,分别出现在51YAM台和51QLY台.两种资料反演的震源滑动模型虽显示多事件特征,但主要滑动均集中在第一次事件,即初始滑动点两侧的走向长约30km、倾向长约25km的相对集中的较小范围内,强震和GPS模型的最大滑动量分别为1.14m和1.09m,较为一致.其余子事件滑动量小且分布零散,不能排除其数值效应的因素.反演矩震级均在Mw6.7左右,地表破裂应该不明显.文章还讨论了目前在我国利用近场强震动记录估计Mw6~7级地震同震位移场存在的困难和问题,为今后类似工作提供参考.     

利用InSAR资料反演缅甸Mw6.8地震断层滑动分布

2011年3月24日缅甸东北部发生M_w6.8级地震.本文利用覆盖该地区的升降轨ALOS PALSAR数据,获取了该次地震的同震形变场,并采用灰度配准技术获取了其地表破裂位移.针对影像中因轨道不精确造成的非线性长波长误差,本文采用二次多项式曲面法予以去除,获取了更为精确的同震形变场.最后,基于弹性半空间形变模型反演了该地震的断层滑动分布.结果表明,该地震断层滑动以左旋走滑为主,兼具少许的倾滑运动分量,断层滑动主要集中分布在断层面0~10 km深度范围,最大滑动量达5 m,位于地表以下5 km深处.反演获得的地震标量矩为2.49×10¹⁹N·m,震级约为M_w6.8级.     

利用InSAR技术研究2003年西藏班戈MS6.1地震发震构造

2003年7月7日发生在西藏与青海交界处的班戈M_S6.1地震, 由于缺乏余震分布等可靠资料, 其发震构造及其活动性质等问题一直认识不清。 几家机构利用远场波动资料给出的震源机制解差异很大。 本文利用ENVISAT卫星ASAR数据和D-InSAR技术, 计算获得了该地震LOS方向的同震形变场图像, 并以此为约束反演获得了该地震的断层几何参数和同震滑动分布。 结果表明, 班戈M_S6.1地震的发震构造为控制唐古拉山西边界的波涛湖—土门断裂, 其发震断层为走向161°的高角度右旋斜滑正断层, 破裂长度约10 km, 滑动量主要集中在3~7 km深度范围, 最大滑动量0.26 m, 矩震级M_W5.6。     

2008年于田MW7.2地震滑动分布反演及三维同震形变场解算

基于ENVISAT ASAR升降轨数据, 利用InSAR获取2008年于田M_W7.2地震同震形变场; 采用SDM反演本次地震断层滑动分布; 使用PSCMP正演获取于田M_W7.2地震南北向模拟形变量, 并结合升降轨同震形变场, 解算三维同震形变场。 同震形变场分析表明, 2008年于田M_W7.2地震以正断为主, 且带有走滑运动特征, 破裂带走向为NNE向。 同震滑动分布反演结果显示, 断层沿走向被分为4段F1、 F2、 F3、 F4, 其滑动分布集中在0~14 km区间, 以F2、 F3段为主, 最大滑动量约5.31 m, 位于F2段深部2.76 km处; 沿破裂带走向, 左旋走滑位移与垂直位移比值有增大的趋势; 反演获得的地震矩M₀=5.58×10¹⁹N·m, 相当于矩震级M_W7.1。 三维同震形变场解算结果显示, 断层上盘整体表现为沉降, 断层下盘整体表现为隆升, 且沉降量明显大于隆升量, 表明地震以正断破裂为主; 除靠近断裂带中上部表现为向东南运动外, 上盘整体上表现为向西南运动; 断层下盘则整体表现为向东北运动, 证明破裂兼有左旋走滑运动。 滑动分布反演、 正演与三维同震形变场解算结果皆表明, 于田M_W7.2地震破裂以正断为主, 且带有一定的左旋走滑。     

联合Envisat和ALOS卫星影像确定 L'Aquila地震震源机制

2009年4月6日意大利L'Aquila地区发生了M_w6.3级地震,该地震造成了300余人的人员死亡. 本文联合不同波长、不同入射倾角的升降轨Envisat和ALOS卫星的差分干涉数据对该地震进行震源机制解的反演研究. 研究首先对卫星雷达影像进行二通差分干涉处理,获取了覆盖L'Aquila地震震区的完整InSAR同震形变场,然后结合四叉树和均匀采样方法对原始观测数据进行降采样. 在此基础上,联合GPS形变观测数据,利用弹性半空间矩形和三角位错模型,以及断层自动剖分技术对断层面进行最优离散剖分,反演获取了发震断层的精确几何参数和最优断层滑动分布,结果显示分布式三角位错滑动模型能够很好地解释观测到的地表形变场. 反演结果表明发震断层是一个以正倾滑为主兼有少量右旋走滑的盲断层;基于观测数据最优确定的断层单元的最短边长为0.4 km,最长边长为6.3 km;此次地震的滑动分布主要发生在5～14 km深度的范围内,最大滑移量为1.07 m,释放的能量为3.43×10¹⁸ N·m(M_w6.32),与地震学的研究结果非常一致.     

GPS测定的四川九寨沟MW6.6地震同震形变

2017年8月8日四川阿坝州九寨沟发生M_W6.6地震,震源机制解显示该地震为左旋走滑型地震。对震中周围的GPS连续站观测资料进行处理,获得高频GPS动态形变和静态同震水平位移。震中100km范围内四川松潘和甘肃武都站观测到1 Hz动态形变。距离震中约69km的松潘站观测的同震水平位移为7.4mm。根据少量的GPS静态同震位移反演的同震破裂模型显示本次地震的最大滑动量为376mm,地震矩为7.25×1018 N·m,等效矩震级为M_W6.6。正演计算的同震三维形变场显示本次地震的最大水平位移可达4~5cm,垂直位移呈四象限分布,最大可达1.5cm,区域内10个流动GPS站可观测到同震形变。     

COSEISMIC DISPLACEMENT FIELD OF THE WENCHUAN EARTHQUAKE DERIVED FROM STRONG MOTION RECORDS AND APPLICATION IN SLIP INVERSION

The development of high-rate GNSS seismology and seismic observation methods has provided technical support for acquiring the near-field real-time displacement time series during earthquake. But in practice, the limited number of GNSS continuous stations hardly meets the requirement of near-field quasi-real-time coseismic displacement observation, while the macroseismographs could be an important complement. Compared with high-rate GNSS, macroseismograph has better sensitivity, higher resolution(100~200Hz)and larger dynamic range, and the most importantly, lower cost. However, baseline drift exists in strong-motion data, which limits its widespread use. This paper aims to prove the feasibility and reliability of strong motion data in acquiring seismic displacement sequences, as a supplement to high-rate GNSS. In this study, we have analyzed the strong-motion data of Wenchuan M_S8.0 earthquake in Longmenshan fault zone, based on the automatic scheme for empirical baseline correction proposed by Wang et al., which fits the uncorrected displacement by polynomial to obtain the fitting parameters, and then the baseline correction is completed in the velocity sequence. Through correction processing and quadratic integration, the static coseismic displacement field and displacement time series are obtained. Comparison of the displacement time series from the strong motions with the result of high-rate GPS shows a good coincidence. We have worked out the coseismic displacement field in the large area of Wenchuan earthquake using GPS data and strong motion data. The coseismic displacement fields calculated from GPS and strong motions are consistent with each other in terms of magnitude, direction and distribution patterns. High-precision coseismic deformation can provide better data constraint for fault slip inversion. To verify the influence of strong-motion data on slip distribution in Wenchuan earthquake, we used strong motion, GPS and InSAR data to estimate the stress drop, moment magnitude and coseismic slip model, and our results agreed with those of the previous studies. In addition, the inversion results of different data are different and complementary to some extent. The use of strong-motion data supplements the slip of the fault in the 180km segment and the 270~300km segment, thus making the inversion results of fault slip more comprehensive. From this result, we can draw the following conclusions:1)Based on the robust baseline correction method, the use of strong motion data, as an important complement to high-rate GNSS, can obtain reliable surface displacement after the earthquake. 2)The strong motion data provide an effective method to study the coseismic displacement sequence, the surface rupture process and quick seismogenic parameters acquisition. 3)The combination of multiple data can significantly improve the data coverage and give play to the advantages of different data. Therefore, it is suggested to combine multiple data(GPS, strong motion, InSAR, etc.)for joint inversion to improve the stability of fault slip model.     

利用同震和震后位移数据联合反演2011年日本MW9.0地震同震断层滑动

基于黏弹性球体位错理论,联合陆地和海底同震GPS数据以及日本本岛330个陆地GPS站点5～10年的震后数据,反演了日本Mw9.0地震的断层滑动模型,提升了断层滑动分布在细节上的合理性.首先,基于日本本岛330个陆地GPS站点震前2年和震后10年的连续观测数据,获取了日本Mw9.0地震震后5～10年的年平均位移,该时段的...     

Approximate recovery of coseismic deformation from Taiwan strong-motion records

Since 1990, digital strong-motion accelerographs and global positioning system (GPS) instruments have been widely deployed in the Taiwan region (Shin et al. 2003; Yu et al. 2001). The 1999 Chi-Chi, Mw 7.6 earthquake and the 2003 Chengkung, Mw 6.8 earthquake were well recorded by both digital accelerographs and GPS instruments. These data offer a good opportunity to determine coseismic displacements from strong-motion records and to compare the results with those derived from GPS measurements. As noted by Boore (2001), a double integration of the acceleration data often leads to unreasonable results, and baseline corrections are therefore required in most cases before the integration. Based on the works of Iwan et al. (1985) and Boore (2001), we developed an improved method for baseline correction and validated it using an extensive set of data from shake-table tests of a known “step” displacement on 249 accelerographs. Our baseline correction method recovered about 97% of the actual displacement from the shake-table data. We then applied this baseline correction method to compute coseismic displacements from the strong-motion data of the Chi-Chi and Chengkung earthquakes. Our results agree favorably with the coseismic displacements determined by the GPS measurements at nearby sites. The ratio of seismic to geodetic displacement varies from 0.78 to 1.41, with an average of about 1.05.     

日本M9.0级巨震对山东地区地壳活动的影响研究

以山东地壳运动GPS观测网为基础,结合周边IGS提供的全球GPS观测资料,计算了2011年3月11日发生的日本9.0级巨震对山东所处地块产生的影响,并给出了该地区站点的真实运动轨迹和运动方式.结果显示:山东各GPS基准站受地震波影响产生的震时最大振幅超过0.2 m,持续时间约160 s;同震位移方向为东东南向,位移量最大超过10 mm.日本9.0级地震对山东所在地块的影响主要是在水平方向,对垂直方向影响不大,它对山东主要断裂带-沂沭断裂带起到了拉张的作用,且N段幅度明显大于S段.根据地震前后站点时间序列的发展趋势来看,近期山东所处地块处于向西回调运动状态,推测震后3～5个月左右将恢复到震前的轨迹,为本地区的震情判定提供了可靠依据.     

印尼8.7级大震前后GPS观测站的地壳水平与垂直位移时间序列结果

利用IGS及中国地壳运动观测网络GPS连续观测站6年多时间的观测结果, 以中国大陆东部的稳定点组作为水平位移与垂直位移解的参考基准, 得到了2004年12月26日印尼苏门答腊8.7级与2005年3月28日8.5级大震前后GPS观测站的地壳水平及垂直位移时间序列的结果。 尽管所采用的GPS站点少, 且分布范围大, 但仍可看到在如此大的地震震前、 同震与震后地壳运动的特征, 为今后观测研究提供了十分有意义的结果。 文中所采用稳定点组基准有效消除水平位移场的平移与旋转, 而局部椭球面的不平性对计算区域地壳运动结果, 特别是对垂直位移的影响很小, 说明了位移解所描述的大范围区域位移场是合理的。 这两次地震的同震水平位移及震后的垂直位移影响量级达数厘米, 范围达远离8.7级地震震中4500 km之外, 甚至更远。     

2004年苏门答腊地震粘滞性松弛效应对华南地区地壳水平活动的影响

2004年苏门答腊地震后, 不同学者根据不同观测数据(地震波、 GPS), 得到了此次地震的断层滑动模型。 反演过程中使用半无限空间模型时, 无法利用远场观测数据进行约束, 势必影响远场形变的解释。 基于Hoechner等使用的断层几何模型和GPS同震位移数据, 本研究利用球体位错理论反演方法反演了2004年苏门答腊地震断层滑动模型, 得到的矩震级为9.24, 最大滑移量为30.4 m, 由于考虑了曲率的效应, 该模型在远场同震位移的计算结果与GPS数据吻合较好。 然后, 选取了2001—2004年和2004—2007年两期的GPS水平位移速度场, 研究2004年苏门答腊地震对华南地区地壳水平活动的影响, 从两期的GPS水平位移速度场差异可以看出地震后华南块体有向西南方向的运动趋势, 华南块体受到此次地震明显的震后影响。 最后, 基于反演得到的断层模型, 利用Tanaka等提出的粘弹性球体位错理论对华南块体两期GPS水平位移速度场差异进行模拟, 得到华南块体内部粘滞性系数为2×10¹⁹ Pa·s, 当考虑地幔粘滞性松弛效应后, 两期的速度场差异的均方根值由3.2 mm减少为1.9 mm。 可见在研究2004年前后中国大陆GPS水平位移速度场时, 若继续以华南块体为基准, 需考虑此次地震的地幔粘滞性松弛效应。     

2014年新疆于田MS7.3地震同震位移及位错反演研究

利用于田震中300 km范围内的1个GPS连续站和12个GPS流动站数据,解算得到了2014年新疆于田M_S7.3地震地表同震位移,并反演了发震断层滑动分布,探讨此次地震对周边断裂的影响.地表同震位移结果显示,GPS观测到的同震位移范围在平行发震断裂带的北东-南西向约210 km,垂直发震断裂带的北西-南东方向约为120 km,同震位移量大于10 mm的测站位于震中距约120 km以内;同震位移特征整体表现为北东-南西方向的左旋走滑和北西-南东方向的拉张特征,其中在北东-南西方向,I069测站位移最大,约为32.1 mm,在北西-南东方向,XJYT测站位移最大,约为28.1 mm;位错反演结果表明,最大滑动位于北纬36.05°,东经82.60°,位于深部约16.6 km,最大错动量为2.75 m,反演震级为M_W7.0,同震错动呈椭圆形分布,以左旋走滑为主并具有正倾滑分量,两者最大比值约为2.5：1,同震错动延伸至地表,并向北东方向延伸,总破裂长度约50 km,地表最大错动约1.0 m;同震水平位移场模拟结果显示贡嘎错断裂、康西瓦断裂和普鲁断裂等不同位置主应变特征具有差异性,这种差异特征是否影响断裂带以及周围区域的应力构造特征,值得关注.