汶川Mw7.9与日本Mw9.0地震同震电离层扰动研究

通过分析研究2008年的汶川Mw7.9地震、2011年的日本Mw9.0地震,发现伴随强震的发生,存在明显的同震电离层扰动现象。这种现象持续时间较短,一般在震前30～40min出现,并在震后大约10min达到极值,然后逐渐消失。持续时间及强度和震级存在着密切的关系,具体来说,震级越大其异常值也越大,持续时间也越长。另外一个值得注意的现象是,在震中附近出现较为明显的正异常的同时,距离震中较远的地区出现了负异常。     

GPS测定的2011年日本9.0级地震的中国大陆地区同震位移场

利用陆态网络东北地区的6个GPS基准站地震期间的观测数据反演了日本本州东海岸9.0级强震区域地表的瞬时形变过程,应用160多个陆态网络基准站以及IGS跟踪站的GPS观测数据解算获得中国大陆地区的远场同震位移。将测站按照中国大陆主要构造带(区)进行分配统计可知,东北地区同震位移最大,平均接近20mm;首都圈与郯-庐带及周围地区平均同震位移也在10mm左右;距离震中比较远的鄂尔多斯及周围、阿尔金-祁连山-阿拉善、新疆等地区也受到了该地震的影响,在东方向发生了5mm左右的位移,并且以上地区的优势方向都为东方向;而本次地震对中国的华南(包括南海)以及青藏等地区基本没有影响。这些解算结果对进一步研究地震动力学特征及判定未来地震趋势提供了详实的实测依据。     

单历元PPP分析日本Mw9.0地震引起的我国东部沿海同震地表形变

通过对高频GPS观测数据的单历元PPP进行解算,并对定位结果进行恒星日滤波,详细分析了日本Mw9.0地震引起的我国东部沿海的同震地表形变过程。结果显示,震时我国东部沿海基准站发生了显著的水平方向和垂直方向的瞬时形变,幅度约为10cm,震后没有产生大于1cm的永久性位移,与国内外相关研究结果基本一致,验证了PPP技术用于同震地表形变分析的有效性。     

利用GRACE数据检测日本Mw9.0地震同震和震后重力变化

基于德国地学中心（GFZ）发布的GRACE RL05月重力场模型数据,考虑全球陆地同化系统陆地水储量的影响,采用300 km的扇形滤波,利用叠积法提取了日本Mw9.0地震的同震和震后重力时变信号,并利用最小二乘拟合的方法计算了两个同震重力变化极值点在地震前后85个月的重力年变率。结果表明：土壤水分和雪水引起的重力变化为-0.34~0.09 μgal;利用GRACE数据检测到的同震重力变化为-5.3~4.2 μgal,与基于PSGRN/PSCMP模型计算的结果在空间分布和量级上具有较好的一致性;震后5 a震中附近区域的重力整体上呈现增加趋势,断层上盘所在的日本海域与下盘所在的太平洋区域重力增加的最大值分别为2.6、4.5 μgal,下盘重力增加较大,可能与断层下盘所在地层的黏滞性相对较低有关。     

日本2011 Tohoku-Oki Mw 9.0级地震的同震形变及其滑动分布反演:GPS和InSAR约束

利用覆盖整个日本东北部的3个条带的Envisat/ASAR降轨数据和6个条带的ALOS/PALSAR升轨数据,通过二通差分干涉处理,首先得到了2011年日本Tohoku-Oki Mw 9.0级地震的初步同震形变干涉结果,然后,利用GPS同震观测值对InSAR结果进行校正和基准统一。在此基础上,采用弹性半空间矩形位错模型,联合GPS和InSAR观测结果对同震滑动分布进行反演,获取了发震断层的断层滑动分布。结果显示,此次地震的滑动分布主要发生在40～50km深度范围内,最大滑移量为50.3m,释放的能量为3.20×1022 N·m(相当于Mw 8.94级)。     

2010年Mw 6.9级玉树地震同震库仑应力变化研究

2010-04-14我国青海玉树附近发生Mw 6.9级地震。具体研究了该地震的前震-主震-余震序列应力触发模式及主震对周边断层的应力扰动。结果表明,大部分余震分布在同震库仑应力正区且余震触发率达76.4%;Mw 4.9级前震对Mw 6.9级主震的触发作用不甚明显,而后者对Mw 6.1级余震有明显触发作用;甘孜-玉树断层几乎都处于同震库仑应力加载状态,该断层上的历史破裂段如1738年M7.5级地震的当江段、哈秀段以及1896年M 7.3级地震的邓柯段未来更倾向于再次错动,造成强烈地震。     

利用GPS和海底基准点观测形变反演日本大地震(Mw 9.0)同震断层滑动分布

收集了国际上发布的通过日本区域密集的地表观测数据获得的高精度同震形变位移,同时收集了靠近震中的5个海底基准点观测到的同震变形。基于以上结果采用分断层滑动模型,基于分层弹性半空间位错理论,采用二阶拉普拉斯平滑算子方法约束断层面上的滑动量,利用最速下降法求解模型的最优解,以期精化该地震断层的滑动分布,进而研究其地震活动机制。研究结果表明,日本地震断层的平均滑动为6.95m,最大滑动量为58.70m,位于东经143.17°,北纬38.25°,地震所释放的能量为4.48×10²² N.m(等效震级为Mw9.07),地震断裂主要集中于东经142°~143.8°,北纬37.2°~39.5°,海平面以下10~30km之间区域。     

全球陆地水储量对检测同震重力变化的影响

以2011年日本Mw9.0地震为例,探讨了同震重力变化理论模拟计算所涉及到的几个关键问题,并利用GLDAS全球陆地水储量模型对GRACE卫星检测到的同震重力变化进行了修正。结果表明,水文效应变化振幅达4μGal,该影响不可忽略。     

东日本Mw9.0大地震前、同震及震后地壳水平运动

利用“中国地壳运动观测网络(二期)”245个GPS连续观测站及其他站的大量观测结果,采用离震中很远的7个GPS站作为位错参考框架,得到2011年3月11日东日本Mw9.0大地震的同震水平位移和应变。此种参考框架的位移场解,符合弹性位错模型离震中很远且水平位移接近于0的要求,不仅有利于位错模型反演,也有利于合理分析此次大地震同震水平位移的影响范围。地震前后区域参考框架下远场GPS连续观测位移时间序列和同震位移弹性位错模型反演结果表明,东日本大地震同震水平位移既是地震断层破裂的结果,也是远场震前数月或数年水平位移的弹性回跳,据此可以进一步确认这些站震前水平位移前兆异常。由于这些震前异常位移中亦包含了同震位移量(方向相反),因此,弹性位错模型为定量研究大地震前远场地壳运动异常提供了一种理论模型。位错参考框架中的同震位移及其位错模型和区域参考框架的位移时间系列的综合研究有助于对此次大地震地壳运动异常的认识。这种持续时间为数月至数年的弹性形变异常,可以为大地震的中短期预测提供依据。     

同震地表位移的单站时间基线模型解算

针对强震时GPS双差相对定位精度受参考站位移的影响,而精密单点定位数据处理过程又相对复杂等问题,该文采用单站时间基线模型解算实时同震地表位移。依据短时间内对流层延迟等误差强相关和模糊度固定不变的特性,利用消电离层星间单差观测值,并对卫星钟差进行改正,建立时间基线差分解算模型。实验结果表明,本文方法所得测站位移结果与SOPAC解的互差的均方根误差在N、E、U这3个方向上分别为5.4、4.1和12.2mm,基于单站的处理方法,该文所得结果比SOPAC解更准确地反映地震期间地表运动。     

2008年大柴旦M_w6.3级地震的InSAR同震形变观测及断层参数反演

2008年11月10日,青海省大柴旦地区发生了Mw6.3级地震。本文利用EnviSat卫星升降轨SAR数据和差分干涉测量技术提取了同震形变场,基于均匀位错模型反演确定了地震断层参数,然后利用格网迭代搜索法确定了较优断层倾角,同时基于非均匀位错模型获得了精细滑动分布。结果表明,地震使得上盘区域沿降轨、升轨视线向分别产生最大约8.5cm、10cm的抬升;较优断层倾角为47.9°;地震滑动未延伸至地表,主要发生在地下8.2~23.7km深度范围内,最大和平均滑动量为0.5m和0.19m,平均滑动角为104.9°。反演的地震矩为3.74×1018 N·m,矩震级为Mw6.35。     

利用InSAR数据的汶川地震形变场提取及分析

以2008年5月12日发生在中国四川的Mw 7.9级汶川地震为研究对象,由于汶川地震发生在植被覆盖茂密、地形起伏大的龙门山山区,常规的C波段雷达在这些区域几乎得不到任何有意义的信号,采用日本JAXA的L波段ALOS/PALSAR覆盖震区的震前和震后6个条带的卫星数据,以SRTM-DEM数据作为外部DEM,利用GAMMA软件进行二通差分干涉测量处理,获取了覆盖震区的同震形变场;并使用国家重大科学工程“中国地壳运动观测网络”项目组公布的震区GPS同震观测结果,与InSAR观测结果进行了比较分析,表明两者之间具有很好的一致性,通过传统差分干涉获取到的形变量精度可以达到cm级。     

汶川地震GPS形变约束的破裂分段特征及滑移

为了解2008年汶川地震破裂分段特征及滑移,采用弹性位错模型和模拟退火算法,数值模拟汶川震区密集的GPS同震形变。结果表明,GPS同震形变场至少需要用铲状的映秀-北川五断裂加上灌县－江油断裂来模拟,该模型对GPS数据的符合程度与汶川地震滑动分布模型相当,基本反映了汶川地震破裂特征。映秀－北川断裂总长255~294km。南段以逆冲为主,分上下两层,最深达30km。中段右旋走滑和逆冲都很大,而北段以右旋走滑为主。映秀段地震周期最短为3000年。破裂上层深度14km可能是龙门山中央断裂的闭锁深度。汶川地震可能源于相邻块体的相对运动和挤压、深部滑脱或浅部闭锁,在薄弱构造处首先爆发地震。