断层活动的重力效应

本文对介质变形造成的重力变化作了定量分析,通过质点位移法(拉格朗日法)导出了介质位移场和由它产生的附加重力场之间的积分关系式.应用已有的弹性和粘弹性半空间任意倾角断层位错的位移表达式,本文通过三维空间数值积分,计算了弹性介质和广义开尔文介质中断层不同的运动方式所产生的地表附加重力场,以及介质流变性导致的重力随时间的变化趋势.参考唐山地震前沧东断裂的活动和震时断层错动,计算了震前震后相应的重力变化,其结果与实测重力资料有一定程度的符合.     

据断层附近布格重力异常分布反推地质时期断层运动的探讨

本文应用变形介质位移场产生的附加重力场的积分表达式,对麦克斯威尔介质半空间中断层长期活动引起的永久变形与现今布格重力异常分布的关系作了定量分析,并提出了由断层附近布格异常分布特征反推地质时期断层运动趋势的一般方法。其主要应用于平原地区断层运动(特别是扭动方式)的判别。文中以滦南断裂为实例,通过数值积分,计算了几种断层运动可能产生的地表重力异常。经理论计算与实测重力资料相对比,该断层曾发生过下盘上升的正倾滑运动,并具有顺扭走滑运动分量     

鲁甸地震同震与震后形变、重力时空分布的理论模拟

基于位错理论,考虑重力和黏弹性的影响,在分层介质模型下计算鲁甸地震引起的同震、震后形变和重力变化.结果表明形变和重力的显著变化主要发生于断层在地表投影附近区域.同震形变场显示发震断层有明显的走滑性质.考虑黏弹松弛效应,随着时间的推移,震后形变和重力有了明显改变,同震效应为正的区域得到加强,为负区域进一步减弱.震后松弛效应的影响范围相比同震明显增加.在靠近断层的GPS观测台站处,计算了由黏弹松弛效应引起的震后形变和重力时间序列.震后松弛效应引起的重力变化在50年之后均达到同震水平,除了NJ13的纬向、垂直位移,NJ16的垂直位移,NJ15的径向位移,其余台站的所有震后形变都超过1mm.观测台站的震后重力和垂直位移时间序列在震后100年趋于稳定,纬向位移和经向位移在震后50年趋于稳定.     

2011年新疆伽师M_S5.8地震重力场前兆异常特征

利用2011年8月11日新疆伽师MS5.8地震前喀什—伽师流动重力网2009年4月至2011年7月的重力复测数据,绘制区域重力场差分和累计动态变化图像。分析表明:(1)地震发生在断裂带重力变化正、负异常密集区的零等值线附近和重力场的反向恢复变化过程中;地震发生前一年出现"闭锁"的重力变化特征;(2)区域重力场差分变化反映出震前伽师—西克尔地区地壳物质运动信息;区域重力场的"平静—活跃"过程,反映出伽师—西克尔区域重力场短期局部构造运动;区域重力场累计动态变化反映出地壳运动的背景特征;(3)地震震前重力变化等值线平行于断层分布,临震时重力变化等值线近垂直于断层,是一个显著的重力特征。     

新西兰M_W 7.8地震同震和震后效应模拟

根据地球分层模型CRUST1.0和USGS发布的断层模型,考虑自重的影响,本文利用PSGRN/PSCMP模型计算了黏弹性分层介质中新西兰M_W7.8地震同震及震后位移和重力变化,结合GPS同震位移和模拟值,得到研究区域58个点位3个位移分量的均方根.结果表明:同震位移和重力变化在近场比较明显,远离断层的区域基本为零值;同震位移显示,新西兰M_W7.8地震震源机制在南部以逆冲为主,北部以右旋走滑为主;震后50年水平位移、垂直位移和重力的变化趋势与同震变化基本一致,水平位移在断层投影区以内减小,而在远场增加,垂直位移整体上呈现抬升趋势,重力变化幅度下降,反映了震后壳幔物质黏滞性调整;模拟值和GPS观测值在运动趋势和量级上具有较好的一致性,研究区域南北向位移、东西向位移和垂直位移的均方根分别为0.21 m、0.12 m和0.11 m,整体上模拟效果较好.     

基于卫星重力的青藏高原东缘多尺度时变重力场研究

利用经过去相关滤波处理的GRACE时变重力场模型获得了青藏高原东缘2003—2012年的卫星年重力变化图像,并针对该区域近年发生的三次特大地震,结合震前及震后月重力场变化图像,分析与强震有关的卫星重力场变化特征。从区域年重力变化图像可以看出,三次大震均发生在年重力变化较低的时段内,震前小幅值变化可能是地震发生的中短期前兆;从汶川地震和玉树地震发生前后的月重力场变化图像可以发现,发震前后断层附近的重力变化模式发生变化,这可能印证了震后位场变化恢复理论;从汶川地震前后的龙门山断层附近点上的周重力变化趋势可以明显发现,汶川地震发生（第20周）后近9周的时间,断层东西侧呈现了相反的重力变化特征,这可能是对震后壳幔物质调整过程的反映。     

应用GPS连续观测和流动重力资料分析新疆洛浦MS6.0地震的前兆特征

对2012年3月9日新疆洛浦Ms6.0地震前陆态网络GPS连续跟踪站数据与喀什—伽师2010年7月～2012年3月期间重力复测数据进行计算分析.结果表明：（1）断层两端运动速率不同,为应力积累创造了条件;（2）地震发生前监测区出现区域性的重力异常变化高值区,区域重力场等值线与发震断裂走向平行;震前区域重力场出现增强—减弱—增强过程.     

玉树M_S7.1地震同震效应模拟与绝对重力检验

利用玉树震后地质调查获取的地表破裂位移,参考余震精定位结论以及地震波和InSAR反演结果,构建了玉树Ms7.1地震发震断层模型.基于弹性-粘弹分层介质模型中平面矩形位错理论,考虑介质自重的影响,模拟了玉树地震同震形变和重力变化.图像显示,玉树绝对重力点刚好位于同震重力变化极值附近,变化量达到25.02 ×10-8 m·s-2.通过对震前重力变化以及对两台FG-5绝对重力仪的一致性进行讨论,认为实测玉树台27.2 ×10-8 m·s-2为同震重力变化,这与基于位错理论的同震模拟结果一致,是对位错理论近场变化的1次很好的验证.     

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。     

2012年宁蒗—盐源5.7级地震前的重力变化

利用2010年7月~2012年3月四川省和云南省的流动重力观测数据,对2012年6月24日宁蒗—盐源5.7级地震孕育和发生过程中的重力场动态演化情况进行分析。结果显示:地震孕育阶段震中区域重力场出现大面积的重力正值变化高值异常区域,并形成密集的正值变化梯度带;震前震中区域呈重力正变化低值状态,处于重力变化0值线附近且等值线稀疏;震前与发震有关的断裂带的跨断层重力测段段差值变化明显。     

2013年芦山Ms7.0地震前重力场源变化分析

陆地重力观测获取的时变重力信号是研究地壳内部孕震区介质变化的重要依据。利用贝叶斯平差方法处理了川西地区2010—2012年的流动重力观测资料,发现相对重力仪的格值系数在两年内变化可达2×10^-4,而且仪器存在较小的非线性漂移率;重力场累积动态变化图像显示,2013年芦山MS7.0地震发生在重力梯度带零值线与龙门山断裂带交会部位附近。进一步采用等效源方法划定了测网内以雅安、康定和石棉为中心的场源分辨能力较高的区域,并反演了地震前的地壳视密度变化。场源视密度动态变化结果表明:2013年芦山MS7.0地震前2年,在龙门山断裂带的南侧和鲜水河断裂南段的东侧区域形成了范围较大的等效视密度增加区,而在小金至康定一带和都江堰周边地区也存在小规模的视密度增加。本文基于陆地时变重力测量结果反演得到芦山地震前的地壳内部等效视密度变化,可为研究壳内深部孕震环境变化特征提供参考。     

CHARACTERISTICS OF SATELLITE GRAVITY FIELD AND SEISMOGENIC MECHANISM IN THE LONGMENSHAN FAULT ZONE

Longmenshan fault zone is a famous orogenic belt and seismic zone in the southeastern Tibetan plateau of China. The Wenchuan M_S8.0 earthquake on May 12, 2008 and the Ya'an M_S7.0 earthquake on April 20, 2013 occurred in the central-southern part of Longmenshan fault zone. Because of its complex geological structures, frequent earthquakes and special geographical locations, it has attracted the attention of many scholars around the world. Satellite gravity field has advantages in studying gravity field and gravity anomaly changes before and after earthquake. It covers wide range, can be updated regularly, without difficulty in terms of geographical restrictions, and is not affected by environmental factors such as weather, terrain and traffic. Therefore, the use of high-precision Earth satellite gravity field data inversion and interpretation of seismic phenomena has become a hot topic in earth science research. In order to understand satellite gravity field characteristics of the Longmenshan earthquake zone in the southeastern Tibetan plateau and its seismogenic mechanism of earthquake disasters, the satellite gravity data was used to present the terrain information of the study area. Then, by solving the regional gravity anomaly of the Moho surface, the crustal thickness of the study area was inverted, and the GPS velocity field data was used to detect the crustal deformation rate and direction of the study area. Combining the tectonic setting of the Longmenshan fault zone and the existing deep seismic sounding results of the previous researchers, the dynamic characteristics of the gravity time-varying field after the earthquake in the Longmenshan earthquake zone was analyzed and the mechanism of the earthquake was explored. The results show that the eastward flow of deep materials in the eastern Tibetan plateau is strongly blocked at the Longmenshan fault zone. The continuous collision and extrusion process result in a "deep drop zone" in the Moho surface, and the long-term stress effect is conducive to the formation of thrust-nappe and strike-slip structures. The Longmenshan earthquake zone was in the large-scale gradient zone of gravity change before the earthquake, the deep plastic fluid material transport velocity differed greatly, the fluid pressure was enhanced, and the rock mechanical strength in the seismic source region was weakened, which contributed to the intrusion of crustal fluid and the upwelling of the asthenosphere. As a result, the continuous accumulation of material and energy eventually led to continuous stress imbalance in the deep part and shear rupture of the deep weak structure, causing the occurrence of the thrust-nappe and strike-slip earthquake.     

2017年四川九寨沟MS7.0地震前区域重力场变化

利用南北地震带2014-2017年期间的流动重力观测资料,系统分析了区域重力场变化及其与2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震发生的关系.结果表明：①区域重力场异常变化与北西西向塔藏断裂和南北向岷江断裂带在空间上关系密切,反映了沿控震断裂在2013-2017年期间发生了引起地表重力变化效应的地壳变形和构造活动.②九寨沟地震前,测区内出现了大空间范围的区域性重力异常,而震源区附近产生了局部重力异常,沿塔藏断裂带形成了重力变化高梯度带,其中,甘肃玛曲、迭部、青海河南蒙古族自治县、四川若尔盖、九寨沟一带重力差异变化达100×10^-8m·s^-2以上;这些可能反映九寨沟地震前,区域及震源区附近均产生与该地震孕育、发生有关的构造运动或应力增强作用.③九寨沟地震震中位于重力差异运动剧烈的鞍部等值线附近,与断裂走向基本一致的重力变化高梯度带零值线上,这一观测事实进一步佐证了重力场动态变化图像对强震地点预测具有重要的指示意义.     

STUDY ON DYNAMIC CHANGE OF GRAVITY FIELD IN XIANSHUIHE FAULT ZONE AND THEIR RELATION TO THE OCCURRENCE OF MS ≥ 5.0 EARTHQUAKES

Xianshuihe Fault, a main strong earthquake activity belt in southwest China, begins from Ganzi in the northwest, passes through Luhuo, Daofu, and Kangding, and then extents along the Dadu River valley. The fault is divided into two parts at Shimian, one part turns to south and converses to Anninghe Fault extending further to south, the other part, continuing to extend to southeast, cutting through Xiaoxiangling and then changing to Daliangshan Faults in the north of the Yuexi Basin, has the length of about 400km. Since 1700AD, there have happened 22 earthquakes larger than magnitude 6.0 and 8 earthquakes larger than magnitude 7.0. In this paper, we systematically collated and computed the gravity repetition measurement data along the Xianshuihe fault zone since 1988, and by referring to the anomaly index of gravity field of the predecessor achievements, analyzed the spatial-temporal variation of the regional gravity field and the relation to the occurrence of ≥ M_S5.0 earthquakes. The mechanism of the regional gravity changes is further studied, and also the implication of strong earthquake risk because of the dynamic variation of gravity field in the near future is discussed.The results show that:1)The mobile gravity observation has the ability to detect crustal activity and M_S ≥ 5.0 earthquake events. 2)There is definite correspondence between interannual gravitational field change and the 8 earthquakes among the 13 M_S ≥ 5.0 earthquakes occurring in the surveying area since 1988, which can be determined according to the change of interannual gravitational field. Three M ≥ 6.0 earthquakes occurred 3~4 years after the abnormal image was developed, 4 earthquakes that occurred in the region of no data available were not determined. 3)A significant feature of the spatial-temporal variation of the regional gravity is a north-south run-through image before 2004, and characterized by the alternatively positive or negative variation in different year, the earthquakes of M_S ≥ 5.0 occurring in this period were not distributed along the fault. Gravity variation magnitude indicates that there were two similar crustal material movement waves before 2004, corresponding to the course of earthquake space-time distribution from strong to weak in the study area. After 2010, the variation image shows that the local positive and negative zones are concurrent within a year, different from the image before 2004, and earthquakes of M_S ≥ 5.0 basically occurred on the fault. It is believed that the variation of gravity field since 1988 and the seismic distribution fit with the geodynamic mode of strong and weak stages of the northeast motion of Indian plate. According to the conclusion we can try to optimize gravity anomaly index. After the Kangding earthquake in 2014, the north segment of Moxi Fault was still subject to negative high value changes till 2017 and then the gravity variation was further developed to a four quadrant distribution image. Based on the analysis of this paper and the previous variation trend of gravity field, we believe that the north segment of Moxi Fault has the background of medium-long term, strong or large earthquake risk.     

2003年民乐MS6.1级地震前的重力变化研究

以河西地区的流动重力监测资料为基础,分析了2003年10月25日民乐Ms6．1级地震前的重力场变化,认为在空间分布上,地震发生前观测区出现了区域性的重力异常变化及与构造活动断裂走向基本一致的重力变化高梯度带,并在震中或邻区产生局部重力变化异常区。在时间序列上,地震发生前,重力段差和重力测点先是增强,然后反向减弱,并在反向过程中发震。     

像力及其在震源过程中的作用

本文应用固体物理学中位错所受自由面的像力的概念来讨论调整单元(自由面或软弱介质)对孕震震源地区断层的蠕裂、临震前锁住段断层中预位移的传播以及地震发生时裂缝的失稳传播的影响。推导了几种不同形状的自由边界对螺型位错和刃型位错作用的像力的表达式。以直立倾滑断层为例求出了震源地方断层某一段发生相对位移时由于自由面的像力作用而在断层上引起的附加应力场。估算了实际断裂情况下此附加应力场的数量级。认为像力的作用在震源过程中尤其是在研究对大震的触发作用时是不可忽视的。从像力的观点出发解释了地震发生时的一些现象。     

两相饱和介质半无限空间位错位移场

弹性位错理论是研究地震震源正演和反演的重要工具之一. 单相介质位错理论求得的地面变形场是稳定的、不变的，而实际地震后的地面变形场是变化的. 本文利用集中力作用下无限空间中两相饱和介质Green函数的柱函数表达式，通过弹性运动方程积分解的Helmholtz方程的Hansen矢量变换，再叠加自由表面影响场的方法求得两相饱和介质半无限空间位错位移场. 本文结果结合Nur的DD模式，在进水排水的假说下能解释地震后地面变形场的变化.     

从地震折射和反射剖面结果讨论唐山地震成因

通过唐山震中的地震测深以及深反射剖面,揭示了唐山震源区的浅部及深部构造图象,它与以往的推测很不相同。 唐山东面的开平向斜属中生代构造,探测的结果表明,向斜轴是一近于直立的地壳断裂。唐山地震时的水平地形变主要是由开平地壳断裂的位移引起的,它是北北东-南南西向右旋走滑断裂。开平地壳断裂西面的陡河断层是一自地表向南东方向下插的正断层,断层倾角为26°,延伸至5km深处。陡河正断层刚好插到唐山市震中区的正下方。唐山地震时的垂直地形变主要是由陡河正断层的滑动引起的。 野鸡坨-丰台断层通过震源区的西部边缘,断层以西的第四纪沉积层,在过去一百万年间曾经沿北北东方向水平滑移15km,表明它也是一个右旋的走滑断层。但是它在近代数百年间并无地震活动,唐山地震时该断层的滑动亦不明显。 开平地壳断裂和陡河正断层在唐山地震时同时滑动,说明地震的作用力除区域水平构造力外,地壳上方还存在一个附加的引张力。在开平断裂处,上部地壳的反射面倾角杂乱,而且在它的正下方,莫霍界面明显错断,因此,地幔顶部的热物质可能自开平地壳断裂中上升。热物质产生的热应力在地壳上方可表现为张应力,而在地壳下方却表现为压应力,这与反射地震剖面图的现象相符合。开平地壳断裂中热物质的上升对地震的产生有     

2016年青海门源MS6.4地震前重力变化

利用青藏高原东北缘2011-2015年期间的流动重力观测资料,系统分析了区域重力场变化及其与2016年1月21日青海门源M_S6.4地震发生的关系,结合GNSS、水准观测成果和区域地质构造动力环境,进一步研究了区域重力场变化的时空分布特征及其机理.结果表明：（1）测区内重力场异常变化与祁连山断裂带在空间上关系密切,反映沿祁连山断裂带（段）在2011-2015年期间发生了引起地表重力变化效应的构造活动或变形.（2）门源M_S6.4地震前,测区内先出现了较大空间范围的区域性重力异常,到临近发震前显示出相对闭锁的现象,且围绕震中区周围出现四象限分布特征的局部重力变化,地震发生在重力反向变化过程中,并出现显著的四象限分布特征的重力异常变化,其中,青海门源与甘肃天祝一带重力差异变化达100×10^-8m·s^-2以上.（3）区域重力场动态演化大体反映了青藏高原东北缘物质北东流的动态效应,门源震中附近区域地壳受挤压变形显著、面压缩率和重力剧烈变化的特征最为显著.（4）重力场的空间分布及其随时间变化与地壳垂直与水平运动及地质构造活动等观测结果有一定的对应关系,强震易发生在重力变化四象限分布中心地带或正、负异常区过渡的高梯度带上.     

流动重力结果与河南范县ML4．7级地震

讨论了2006年4月9日范县ML4．7级地震前后重力场的变化和预测过程。震前2005年9月-2005年12月重力场表现为趋势下降,在2006年3月重力场转折上升,表现为变化加速,地震发生在重力场加速变化过程中。部分测点点值、测段段差值存在异常,点值和段差值的变化幅值在（30-60）×10^-8m·s^-2之间。震后该区的重力异常没有恢复。重力变化可能是由该区地壳形变、地壳深部质量迁移和断层蠕动共同作用引起的。