GPS测得的汶川大地震同震位移

2008年汶川8.0级地震是建国以来破坏最惨重的大地震,是发生在地震前后GPS观测资料最多,震中在连续观测网中部及非连续观测站相当密集的地区.许多GPS连续观测站测得汶川地震同震位移.同震位移具有突变性和时间上的同步性以及变化幅度的显著性,是最确凿的与地震直接相关的地壳运动现象.震区外GPS连续观测站位移时间序列表明,此次大地震同震水平位移范围大,远离震中的许多地区观测到同震水平位移,与震前位移对比表现为弹性回跳.GPS连续观测站震前水平位移和同震水平位移过程揭示了此次地震震前大范围有显著变化的观测站水平位移与地震孕育过程的联系.但华北及邻近地区无明显同震水平位移.震中区外均未观测到明显的同震垂直位移.震区GPS站观测到的同震位移则主要为永久形变,不仅有大幅度的水平位移,也有幅度相对较小的垂直位移.本文研究了汶川地震同震位移的特点与机制,并由此进一步讨论此次大地震的成因、前兆地壳运动特征及其复杂性.     

GPS观测到的智利及其邻区多次大地震前后地壳运动

2001年以来,智利及其邻区发生了3次7.1—7.7级和4次8级以上大地震,其震中附近至少有一个甚至多个GPS连续观测站观测到地震前后的地壳运动。从http://geodesy.unr.edu网站可获得GeoffreyBlewitt教授用GIPSY软件处理得到的南美大量GPS连续观测站南美板块（SA）区域参考框架位移时间序列,获得的这些大地震同震、震前位移积累和震后位移,特别是同震水平位移和震前水平位移积累,为探索地震预测,增添了更多有意义的震例。研究表明,这些大地震的同震水平位移也是震前水平位移积累的回跳或弹性回跳,同样也证明了震前存在前兆地壳形变;这些大地震前震中及其附近也无明显的垂直位移积累,由此证明了板块运动或地壳水平运动就是地震成因。尽管东日本和智利近海大地震的构造环境不同,日本2011年9级和智利2010年8.8级巨大地震前的地壳运动都清楚显示太平洋海底扩张。这些地震的同震水平位移回跳或弹性回跳的规律一致,地震成因都是水平挤压。智利多次大地震GPS观测到的最特殊现象是,在2015年8.3级地震震中以北,2010年8.8级地震的同震水平位移量值偏小,且方向异常一致向北,可认为是8.3级地震的前兆形变现象。临近智利的南美地区应是全球最利于地震预测探索的地区之一。      

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。     

中国大陆GPS连续观测站测得的日本9.0级地震同震位移与震前变化

利用中国大陆GPS连续观测站资料, 获取了2011年3月11日日本9.0级地震造成的连续站同震位移。 计算结果表明, 位于我国东部尤其是东北地区的台站在水平方向都有明显的同震位移, 且离震中越近同震位移量越大, 其中绥阳站的水平同震位移量最大, 达到33 mm。 通过对时间序列分析发现, 有明显同震位移的连续站, 震前水平方向的运动速度都有放缓的趋势, 可能是一种形变前兆现象。 这些GPS观测到的同震位移及震前运动速度异常, 对于进一步研究前兆地壳运动、 地震动力学特征以及精化中国大陆地壳运动速度场都有重要意义。     

芦山MS7.0地震前水平位移和同震水平位移研究

本文利用“中国地壳运动观测网络（二期）”多个GPS连续观测站观测数据处理结果,将2013年4月20日四川芦山MS7.0地震区域参考框架同震水平位移与全球参考框架同震水平位移进行比较,结果表明两组框架解一致,说明两种参考框架均可当作位错参考框架,也即全球参考框架同震水平位移也可视为区域参考框架同震水平位移．区域参考框架下GPS连续观测站地震前的水平位移和同震水平位移结果表明,震前数年,SCTQ站西侧的GPS站构造运动十分显著,而该站水平位移却很小,即出现反常的闭锁．但该站的同震水平位移使其弹性回跳至正常构造水平位移水平,因此SCTQ站震前的位移闭锁是水平位移空间分布中的异常,是芦山MS7.0地震的前兆．水平位移时空变化表明,该站震前和震时位移完全符合里德的弹性回跳理论．区域参考框架中位移时间系列和同震水平位移的综合研究有助于对芦山地震地壳运动前兆的认识和解释．尽管本文未能直接采用其它GPS连续观测站的资料,但结合本文和其它研究结果可以证实,震中附近其它站地震前后的变化与SCTQ站类似．基于芦山地震前水平位移和同震水平位移及其与前兆关系的研究,本文进一步讨论了GPS监测网的布设、 数据处理和分析等问题．      

GPS观测得到的大地震前兆地壳形变震例

综合介绍2008年汶川大地震以来,GPS观测得到的国内外10多次6—9级,不同构造、不同类型的大地震前兆地壳形变震例:2008年汶川8级大地震、2011年东日本9级巨震、2013年芦山7级,直至2020年6月墨西哥7.4级地震和7月美国阿拉斯加州以南海域7.8级地震等。利用GPS连续观测站区域参考框架水平位移时间序列和水平位移场,特别是水平位移向量时间序列的研究证明,同震水平位移是研究地震前兆形变存在的关键;利用垂直位移和水平位移向量时间序列、同震垂直位移及同震水平位移向量的分解,揭示地震弹性回跳真实方式;提出了符合GPS观测和岩石破裂试验结果的地震压-剪弹性回跳模型;根据已有震例,提出预报不同震级地震的可能性和监测临震前兆形变的GNSS站布设设想。      

2016年日本本州东岸近海MS7.2地震前后的地壳运动

2016年11月22日日本本州东岸近海发生东日本M_W9.0大地震的M_S7.2强余震。本文利用美国内华达大学内华达大地测量实验室网站获得此次大地震周围共30多个GPS连续观测站及其它台站的IGS08全球参考框架坐标时间序列,采用北京附近的GPS连续观测站BJSH作为区域位移参考框架的核心站,获取了此次M_S7.2强余震的同震水平位移和区域参考框架位移时间序列,得到了此次强余震前后的位移时空变化图像。结果显示:尽管本州东岸近海M_S7.2地震作为东日本M_W9.0地震的强余震,受其震后形变的影响强烈,但其地壳水平形变的前兆规律与已观测到的大地震一致;不同的是东日本M_W9.0地震前的垂直位移无积累,而本州东岸近海M_S7.2地震前后的垂直位移保持M_W9.0地震后均匀而缓慢的衰减变化;临震前震中附近的GPS连续观测站的东西分量明显减速,有的甚至减至零,是明显的短期前兆异常。此外,本文还进一步讨论了两种同震位移及其成因,并推断地壳...     

印度洋8.7级特大地震后川滇地区地震活动趋势判定

2004年12月26日发生了印尼Ms8．7特大地震,我国川滇地区震时和震后有明显响应,如小震活动加强、流体各种前兆异常突出等。为了判定我国大陆地震活动的趋势,2005年1月对川滇地区进行了紧急GPS应急加测。此前,中国地壳运动观测网络分别于1999、2001、2004年进行了三期GPS复测。在这三期复测资料的基础上,对此次紧急复测资料和相关的几个GPS连续观测站的资料进行了分析,认为：①川滇地区的地壳形变主要为机械形变所致,且在8．7级地震震时和震后呈相对松驰变化,这有利于短期内5～6级地震的发生;②若大幅度压缩与拉张反复交替出现,也不排除孕育更强地震的可能性。     

区域网GPS观测得到的2008年汶川MS8.0地震前的地壳水平运动

2008年5月12日汶川（31.0°N,103.4°E）MS8.0大地震发生在中国地壳运动观测网络区域网GPS观测站相当密集的地区．1000个站的GPS 非连续观测区域网分别在1999,2001,2004年和2007年作了4次观测．震前区域网GPS观测站得到的水平位移表明,汶川大地震主要力源是印度板块向北对中国大陆的挤压,但同时也受到东部与南部板块的挤压．与其它地区相比,震前震中附近水平位移最显著的特点是,汶川地震发生在南北地震带上位移分叉部位,即震中北部明显向东北位移,震中南部明显向东南位移,而震中附近的水平位移则明显小于其北面和南面的水平位移．简要讨论了应变计算结果的精度．为获取地震前的异常信息,分别采用趋势曲面拟合和统计方法研究了汶川地震前（1999—2007年）区域网的应变积累,寻找震中的大致区域．除了2001年昆仑山口西大地震震中及其周围地区外,1999—2007年震前区域网的应变积累的趋势曲面拟合表明,汶川地震发生在中国大陆第一剪应变积累大、范围最广的区域的东侧,且在此区域内积累较大的面压缩区的东北边缘．应变分量的统计分析表明,震前其分布在此区域及其附近同样有明显的异常,剪应变和面膨胀积累均增强．      

GNSS测得的大地震前兆水平形变

以21世纪全球各具特色且最典型的6次大地震,尤其是巨大地震前后GNSS观测得到的地壳水平形变为重点,回顾探寻前兆形变,探索地震预测预报。6次地震为:2008年汶川8.0级、2010年智利8.8级、2011年东日本9.0级、2015年尼泊尔8.1级、2016年日本九州岛7.3级地震及2023年土耳其7.8级双震。地壳形变是物理问题,区域参考框架是利用GNSS连续观测研究前兆位移物理问题的基本前提,而同震水平位移是探寻前兆形变的关键现象。大震前震中及其附近既无明显的垂直位移积累,也无明显的水平剪切位移积累。大地震震中及其附近前兆水平位移主要有两种形态,水平位移达到峰值或为闭锁;但近震中震前介质已非弹性,仅远场介质为弹性。GNSS观测结果表明震前震中主要为水平挤压,震时产生剪切破裂,这与岩石破裂实验结果一致,因此“压-剪”(弹性)回跳模型符合GNSS观测结果,但至今仅获得少数地震短临前兆形变观测结果。GNSS依然是探索地震预测的主要观测手段,但由于与地震断层破裂临界状态密切相关,利用各种观测技术探索地震断层破裂的临界现象,即地震短临前兆,是突破地震短临预报的关键,仍需要利用多学科各种观测技术...     

关于2001年昆仑山8.1级大地震前后中国大陆地壳水平运动的讨论s

中国地壳运动观测网络基准网GPS连续观测，获得了2001年11月14日昆仑山8.1级大地震前后中国大陆，特别是西部地区的地壳水平运动信息．以东部长期相互间相对水平位移很小的几个站组成的一组稳定点作为基准， 据此获得水平位移分量时间序列．2000年11月上旬起中国西部的GPS基准站开始出现显著的异常位移，此后在云南及四川发生多次6级左右的地震．自2001年4月中旬开始，中国西部GPS基准站向北的水平位移速率明显减小，甚至反向，临震前及震后略有恢复，但震后向北的水平位移速率仍减小，并有明显的向西运动．近几年中国大陆西部（相对东部）的地壳运动过程表明，印度板块的向北挤压是昆仑山8.1级大地震的主要力源，大地震释放了大量的能量，印度板块对中国大陆的作用力明显降低，大震后至2002年底中国大陆的地震活动也明显降低．      

印尼8.7级地震在河北省的震后效应初探

2004年12月26日印尼苏门答腊发生M8.7级地震时,我国大量的形变、地下水位等台站记录到了丰富的同震效应,河北省的前兆观测资料多数也出现明显的同震变化.本文通过分析河北省境内前兆资料的同震变化特征,认为印尼M8.7级地震可能使河北省中东部地区产生了断层的错动,促使一年半后发生文安M5.1级地震.     

2016年青海门源MS6.4地震震前应变积累及同震变形特征

2016年1月21日青海省门源县发生了M_S6.4地震, 发震断裂为冷龙岭北侧断裂, 震中位置与1986年门源6.4级地震相同。 本文收集了本次地震震中及其周边区域1999—2015年GPS观测资料, 解算了GPS速度场、 跨断裂连续观测站基线时间序列和应变率场。 结果显示, 祁连山断裂带为一条宽度约60 km的连续变形带。 在断裂带南侧地壳运动以顺时针旋转为主, 运动量值没有显著差异; 跨过断裂带到达其北部之后, 地壳运动量值明显减小, 显示出该断裂带的强烈活动特征。 冷龙岭断裂左旋走滑速率为6.17±0.41 mm/a, 挤压速率为1.83±0.38 mm/a, 断层闭锁深度为22.1±3.1 km。 利用GPS连续观测站数据解算的地震同震位移显示, 震中西南侧26.8 km处的青海门源(QHME)测站记录到了明显同震位移, 其水平运动方向为北东向, 与逆冲为主的震源机制解一致。     

区域网GPS观测得到的汶川大地震前后的地壳垂直运动

中国地壳运动观测网络1000个观测站的GPS非连续观测区域网分别在1999年、 2001年、 2004年、 2007年和2009年作了5次观测。 2008年5月12日汶川8.0 级地震震中(31.0°N, 103.4°E)恰好在区域网GPS观测站密集的地区。 区域网长期、 多期GPS观测可降低年周期变化影响, 有利于获取此次地震前后的垂直位移趋势变化。 简要讨论了GPS垂直位移观测的精度。 分析了垂直位移观测的主要干扰地面沉降, 特别是华北地区因大量抽取地下水产生的严重地面沉降。 为获取汶川地震前垂直运动信息, 首先剔除因大量抽取地下水产生的大幅度沉降干扰结果, 通过趋势面分析中国大陆垂直位移空间分布, 显示了3个垂直位移沉降最显著区域。 对比分析表明, 临近汶川震区的沉降区, 未见大量抽取地下水干扰影响。 汶川地震前1999—2007年区域网GPS观测站得到的垂直位移表明, 汶川地震紧临显著沉降区的西北侧, 龙门山断层北段垂直运动闭锁。 该沉降区与另两个沉降区的时空变化明显不同, 也与区域网水平应变异常区的空间分布不同, 但该沉降区与区域网水平应变异常区同时出现。 大幅度同震垂直位移集中在龙门山断层北段震前垂直位移闭锁区。 这些事实表明, 汶川地震前GPS观测到的紧临震中的沉降区及垂直运动闭锁区与汶川地震的发生存在密切关系。     

2014年于田MS7.3级地震近场地表运动和同震位移的初步分析结果

基于2014年于田Ms7.3级地震周边地区的GPS连续观测站数据,得到了此次地震的近场地表运动和同震位移,分析了此次地震的地壳形变特征.结果表明,此次地震引起的地表运动显著,GPS记录到的最大位移振幅远超过最终的同震位移,其中距离震中约60km的XJYT站记录到了西向74.7mm和北向39.9mm的最大位移振幅,同震位移为西向20.0mm和北向9.8mm.2008年于田Ms7.3级地震在一定程度上触发了此次地震.     

印尼8.6级地震甘肃地区流体观测资料同震响应分析

2012年4月11日印尼苏门答腊发生8.6级、8.2级地震,我国大量地下流体台站记录到丰富的同震响应现象,甘肃地下流体观测资料也出现不同程度的同震响应。本文分析两次大地震时甘肃地区数字化水位、水温同震变化特征和响应能力,得到大部分井水位的同震响应有较一致的变化规律,且以振荡变化为主,震后较快恢复到原有状态,响应程度也与震级密切相关,即震级越大响应能力越强;由于水温和水位有不同的响应机理,因此水温不遵循这种规律,水温观测只有2个井点记录到同震响应,且记录的幅度基本相当,变化周期较大,恢复时间也较慢。     

汶川8.0级地震前区域地壳运动与变形动态过程

利用GPS等观测资料研究了2008年汶川8.0级地震前的区域地壳运动与构造变形、应变积累,以及大区域地壳运动微动态变化过程,结合同震位移场分布等分析、讨论了汶川地震前近10年区域地壳变形的表象所反映的大震孕震最后阶段的物理过程.结果表明,发生汶川8.0级地震的龙门山断裂带1999～2004年相对稳定的华南地块无明显的相对运动,2004～2007年有一定程度的相对运动显示,以右旋活动为主,年速率为1.6mm/a.龙门山断裂带西北侧的巴颜喀拉地块东部为右旋剪切为主兼有推挤的大尺度缓慢变形状态,右旋扭动变形率为2.1±0.2(10^-8/a),地壳总体缩短变形率为-0.7±0.1(10^-8/a).由GPS基准站资料计算的基线时间序列显示,2005年以来大尺度北东向地壳缩短的相对运动明显增强,青藏块体相对华南地块的北东向运动明显增强.对汶川大地震前应变积累的特殊性等问题进行了初步讨论,分析认为,汶川大地震的发生是四川盆地西缘的龙门山断裂带受到其西侧巴颜喀拉地块推挤导致大尺度、长时期、缓慢的地壳应变积累的结果.在发震前不仅龙门山断裂带为显著闭锁状态,且孕震区域可能存在地壳弹性变形趋于极限后难以发生变形的相持阶段,大尺度地壳运动与动力环境的动态变化对汶川大地震的发生有促进影响.     

2011年日本9.0级地震的同震位错以及震后应力松弛过程对中国大陆的影响

本文基于日本GEONET的GPS观测资料, 对日本2011年9.0级地震的同震和震后形变过程进行了研究。 结果表明, 日本9.0级地震使中国大陆出现了显著的同震位移, 几乎对整个中国大陆都有影响。 位移量在中国东北地区最大, 接近甚至超过该地区的年运动速率。 震后1年观测到的形变基本上可由沿着断层面的蠕滑进行模拟, 粘弹松弛的贡献不大。 根据所得到的震后蠕滑模型, 震后1年形变所释放的能量等同于发生一个8.7级地震, 其影响主要在东部地区, 最大位移约为年运动速率的30%。 预测在未来2年, 该地震的影响范围将逐渐减小。 地震造成的粘弹松弛在未来50~100年的尺度上, 对东北地区有拉张效应。 日本9.0级地震整体上起到了卸载中国大陆在板块间挤压过程中所累积应变能的作用, 因此该地震发生后的几个月, 中国大陆东部的地震活动水平较震前明显降低。     

利用GPS观测资料分析2008年于田Ms7.3地震的同震位移及震后形变

2008年3月21日新疆于田发生Ms7.3级地震.本文通过处理、分析GPS数据,得到破裂断层北侧100 km附近的同震位移及震后形变信息.在观测区域GPS点监测到10 mm左右的同震位移,其中最大为南向14 mm,东向5 mm.同震位移呈现一致性的东南向运动特征,证实于田地震存在显著的左旋走滑分量.震后台站向西南方向运...     

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...