基于地壳分层的地震断层同震变形反演分析

顾及地球结构的非均匀性、分层和球体特性,发展了顾及地壳分层结构的地震断层同震位错模型的反演模式,建立了非线性反演方程,对主要的两类地震断层分别进行了模拟反演分析。反演结果显示,该反演模式可很好地将断层位错参数反演出来,利用该模式可较好地解决实际地震断层同震变形的反演问题。     

总体最小二乘方法在地震位错模型中的应用探讨

分析了目前基于位错模型反演地震断层参数的研究现状,尝试利用总体最小二乘方法反演地震断层问题,通过探讨总体最小二乘方法在非线性反演震源参数和线性反演震源滑动分布两个方面的应用,进一步促进位错模型下地震断层参数反演的理论和应用的研究。     

基于DInSAR技术与断层自动剖分方法反演断层滑动参数

以合成孔径雷达差分干涉测量(DIn SAR)技术获得的同震形变数据为约束,基于弹性位错模型反演获得发震断层的几何、运动参数(也称滑动参数),对于了解震区断层活动特征和评估潜在灾害风险具有重要意义。现有的断层滑动参数反演多是基于矩形位错元的均匀剖分或人为设定剖分,所得结果易出现"伪滑动"和滑动分布过于平滑的问题,不足以精确地反映断层面上的滑动细节。为此,引入断层自动剖分方法。该方法兼顾了模型残差最小化与平滑最优原则,在形变数据的有效约束下获得可靠解。以巴姆地震为例反演获得断层的几何参数与滑动参数。实验结果表明,对于单断层的滑动参数反演,应用断层自动剖分方法可获得较可靠的结果。     

活断层形变数据反演

本文主要讨论了利用形变数据反演断层运动位错模型参数的贝叶斯方法。利用现代大地测量方法,尤其是空间大地测量方法获得的地壳形变数据,可以用来反演活动断层的位错模型参数,并且利用反演得到的结果,确定断层运动的闭锁区。作为应用,给出了运用地表观测站观测到的速度值反演圣安德烈斯断层运动位错模型参数的结果,并且据此预测了沿圣安德烈斯断层未来最可能发生地震的断层分段。     

大地震同震影响的位错理论模型分析

位错理论对于应用大地测量以及地球物理信息研究震源机制,进行地震预报、断层反演以及火山活动等研究都有一定的重要性。针对地震对框架的影响,该文通过使用OKADA模型对3个等级的地震断层破裂面进行了模拟,分析了在理想数据下地震对框架的影响范围,这样有助于地震后各方面的应急恢复;同时运用OKADA模型对2011年日本宫城Mw9.0级地震数据进行了计算分析,得出我国距离日本较近的东北地区的框架点受到一些影响,但不会对区域的地震活动产生大的影响。     

基于InSAR数据的西藏玛尼Ms7．9级地震的地壳不均匀性研究

基于InSAR观测结果,考虑到发震区域南、北两盘地壳介质的横向不均匀性,结合更为真实的地表断层位置,采用三维半解析粘弹性模型和遗传算法,反演了发震断层滑动分布及南北两盘的地壳介质参数(泊松比).反演结果显示,考虑介质横向不均匀性的模型能较好地拟合地表形变场;南北盘的横向介质差异性也可认为是玛尼地震同震形变的非对称性的影响因素之一.     

地壳形变数据反演

本论文旨在研究利用地壳形变数据来研究地壳形变和地震的物理机制。受到板块构造运动的驱使,全球地壳形变最大和地震发生最频繁的区域位于板块的边界处。参照地震孕育的过程,地壳形变可以划分为4个阶段：震间形变、震前形变、同震形变和震后形变。本论文主要研究震间和同震形变,提出了一种刚体运动加断层位错的板块边界断层运动模型。该模型假定板块间的相对运动长期（数千年到数百万年）不变,其大小可以通过数年的VLBI测量和全球板块运动模型来确定。板块间的相对运动在其边界的断层面上受到阻碍,从而引起周围地壳的形变,产生应变和应力累积。当累积的应力超过断层岩石的强度时,就会产生破裂和滑动,即地震。传统的边角测量方法和现代的空间大地测量方法,如GPS、VLBI等,都可以用来监测地壳形变。利用观测到的形变数据可以反演地震时地下断层面上的滑动分布,以便进一步研究地震的物理机制;也可以反演震间形变所对应的断层带上的应变和应力累积速率（通过反演负位错模型参数求得）,从而给出活动断层中长期地震预报。所涉及的形变数据反演一般都是非线性反演问题,其解不惟一。为此论文详细讨论了顾及模型参数先验信息的贝叶斯反演方法,针对大地测量数据反演提出了两种构造先验信息矩阵的方法,经验统计法和物理约束法,较好地克服了反演问题的不惟一性。运用上述刚体运动加位错模型和贝叶     

利用PALSAR数据反演2010年玉树地震断层的同震滑动分布

为深入了解2010年玉树地震引起的地表位移及发震断层的细节情况,对玉树地震震前、震后的PALSAR数据进行干涉处理,并针对轨道不精确引起的相位残差问题,采用最小二乘多项式模型拟合的方法对其进行去除,得到玉树地震地表的同震形变场.结果显示,形变最大地区发生在33.06°N、96.83°E附近,雷达视线方向形变最大值为-0.442 m.通过地质调查结果及合成孔径雷达干涉测量(InSAR)形变场的分析,对断层进行分段,基于弹性半空间位错模型对分段后的断层进行了同震滑动分布反演,并对反演结果的可靠性进行分析.结果表明,断层的最大位移为2.084 m,位于隆宝滩地表以下14 km处,反演结果对应的矩震级为Mw7.0,与地震学和地质调查的情况较吻合,且反演的结果较可靠.     

基于地壳分层的震后变形分析

基于球体粘弹性地球模型,研究走滑断层、逆断层、张裂断层。顾及不同地壳分层结构的震后变形影响,定量分析了实际地壳分层模型与模拟均匀模型之间的地表变形差异。计算结果显示,地壳结构的不同对震后地表变形的差异影响很大,超过现有高精度测量技术的精度。     

利用组合算法反演球体分层模型的断层参数

随着空间大地测量观测精度的提高,大地测量反演模型也更加精确细化,对反演算法也提出了更高的要求。针对球体分层位错模型断层参数反演问题,从反演参数的敏感性与相关性两个方面入手,分析了遗传算法在反演中的缺陷,提出了迭代最小二乘算法与遗传算法相结合的组合算法,利用模拟数据反演验证了算法的有效性。在遗传算法的断层参数反演中,断层的深度和滑距往往难以得到良好的结果,主要原因首先是上深度与下深度之间以及深度与滑距之间具有很强的相关性,其次是深度和滑距的敏感性相对来说也比较低。组合算法在各种倾角的断层上都取得了理想的反演结果,具有实用性。     

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。     

九寨沟Ms7.0地震的同震形变场误差研究及断层滑动分布反演

北京时间2017年8月8日四川省九寨沟发生Ms7.0级地震。为了提高断层滑动分布反演的可靠性,本文利用升降轨InSAR数据联合反演断层滑动分布,再根据模拟形变值二次反演,对比反演结果来探讨升降轨形变场误差和确定断层滑动分布的结果。结果表明,九寨沟升轨同震形变场的质量较好,降轨形变场受余震、震后粘弹性松弛效应影响明显,利用模拟形变值二次反演确定的断层滑动分布可靠性更高。     

利用InSAR研究西藏拉孜地震同震形变

采用欧空局ERS—1卫星雷达数据获取了1993年Mw 6.2级西藏拉孜地震同震形变场,并采用弹性位错模型反演了该地震的断层参数。结果显示该地震产生的最大地表位移约为12 cm,断层倾角为42°,不支持该断层为低角度正断层的论断。     

联合卫星重力和GNSS观测反演地震断层参数的研究EI北大核心CSCD

地震的发生会造成巨大的破坏和损失,大地测量技术能观测地震形变和反演地震断层的错动情况,对于减少地震灾害具有非常重要的现实意义。GNSS技术已广泛用于震源参数的反演工作,但对于发生在海域的地震,由于GNSS站点往往位于陆地一侧,导致对断层的约束 能力有限。卫星重力技术因其全天候、全球覆盖、连续性,以及不受地域地形限制等诸多特点,可弥补海洋一侧常规观测不足。联合GNSS和GRACE两种观测手段反演震源机制,可进一步提高反演海域地震的震源参数。为此,论文基于GRACE和GNSS观测的同震和震后形变,联合反演了断层参数和地幔黏滞性系数等,主要成果如下。     

利用剖面重力测量数据反演深圳市地下断层参数

目的 探测深圳市地下断层参数对该地区的规划建设、抗震设防和可持续发展具有重要意义。利用人机联作选择法反演了深圳市两条测线的断层参数,反演结果表明:两条测线的正演模型与观测值之间相对误差分别为4.51%和4.26%,计算结果可靠;断层从地下4km 附近开始出现破裂信号,至17km 附近消失,倾角约为70°,属于倾角较大的正断层;断层位置与深圳市地形起伏可能存在一定相关性。研究结果与地质及地球物理勘探结果具有较好的一致性,验证了剖面重力测量数据反演深圳市地下断层参数的可行性和有效性。     

2013年芦山Ms 7.0级地震断层参数模型反演

2013年4月20日四川芦山地区发生了Ms 7.0级地震。利用GPS三维同震形变数据获取地表形变场,基于位错模型反演芦山地震的断层几何参数及滑动分布。首先采用多峰值颗粒群算法（multiple peak particle swarm optimization,MPSO）得到断层几何参数,其中断层走向206.47°,倾角44.11°,长度21.94 km,离地表最浅处为7.66 km,最深处为17.84 km。为了反演断层面的精细滑动分布,分析地震所在的龙门山断裂西南段破裂面具有的铲状型特征,将芦山地震破裂面确立为铲状模型,即将断层的倾角预设为上陡下缓,倾角变化范围为21°~50°。结果显示,断层破裂面在不同深度区域出现了两个滑动峰值,其中最大滑动量为0.68 m,深度位于13 km。地震释放的能量为1.47×1019 N·m,对应的矩震级为Mw 6.74,与地震学的研究结果一致。     

昆仑8.1级地震对青藏块体东北缘地壳水平运动的影响初探

为了探讨昆仑8.1级地震引起的同震形变是否影响了青藏块体东北缘的地壳水平运动,以震后GPS观测资料为数据源,依Okada位错模型原理,计算了地震引起的同震水平位移场,分析了地震对区域地壳水平运动的影响。结果表明:垂直于断层沿震中方向的GPS点受地震影响大,远离断层的测点的同震位移受断层位错的影响小。     

基于单历元方法研究汶川8.0级地震对中国大陆的同震变形

北京时间2020年5月22日2时,中国青海省果洛州玛多县发生Mw 7.4地震。收集震中附近9个连续运行卫星定位基准站(continuously operating reference stations,CORS)观测数据,基于模糊度解算的精密单点定位(precise point positioning with ambiguity resolution,PPP-AR)技术处理了2 h时段的高频(1 Hz采样)全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)数据,快速确定本次地震的近场同震位移,其中水平方向最大约为0.6 m。结合远场12个CORS震前、震后各3 d低频(30 s采样)数据的非差PPP解算同震形变场,基于弹性位错模型反演了玛多地震断层几何参数和滑动分布。结果显示：玛多地震属于典型走滑事件,发震断层走向278.49°,倾角为64.38°,滑动角为-10.90°,破裂长度约为138.72 km,宽度为4.82 km;滑动量超过3 m的滑移主要集中在东部小于18 km深度的区域,最大破裂可达4.2 m。反演的地震矩为1.85×10²⁰ Nm,相当于矩震级7.45,比美国地质调查局利用地震波的反演结果略大。     

GNSS观测的2021年青海玛多地震（Mw 7.4）同震形变及其滑动分布

北京时间2020年5月22日2时,中国青海省果洛州玛多县发生Mw 7.4地震。收集震中附近9个连续运行卫星定位基准站(continuously operating reference stations,CORS)观测数据,基于模糊度解算的精密单点定位(precise point positioning with ambiguity resolution,PPP-AR)技术处理了2 h时段的高频(1 Hz采样)全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)数据,快速确定本次地震的近场同震位移,其中水平方向最大约为0.6 m。结合远场12个CORS震前、震后各3 d低频(30 s采样)数据的非差PPP解算同震形变场,基于弹性位错模型反演了玛多地震断层几何参数和滑动分布。结果显示:玛多地震属于典型走滑事件,发震断层走向278.49°,倾角为64.38°,滑动角为-10.90°,破裂长度约为138.72 km,宽度为4.82 km;滑动量超过3 m的滑移主要集中在东部小于18 km深度的区域,最大破裂可达4.2 m。反演的地震矩为1.85×1020Nm,相当于矩震级7.45,比美国地质调查局利用地震波的反演结果略大。     

2016年意大利阿马特里切Mw 6.2地震震源机制InSAR反演

2016年8月24日,意大利中部阿马特里切（Amatrice）地区发生Mw 6.2地震。采用ALOS-2条带模式和SENTINEL-1A宽幅模式的合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）数据分别进行SAR差分干涉测量处理,获取了该地震的同震形变场。结果显示,本次地震造成意大利中部地区发生明显的地壳形变,在雷达视线向最大沉降量达19.6 cm。基于合成孔径雷达干涉测量（interferometry synthetic aperture radar,InSAR）和GPS同震形变场数据对此次地震的发震断层进行联合反演,通过改进倾角和平滑系数获取方法,得到了最优滑动分布模型。通过使用单断层模型和双断层模型进行反演可知,双断层模型反演结果优于单断层反演结果,两种模型下反演模型相关系数分别为0.85和0.89,发震断层走向分别为160°和158°,倾角分别为44°和46°,倾滑分布主要位于地下5~7 km,平均倾滑角为-80°,最大倾滑量0.9 m位于地壳深度5 km处,该发震断层是亚平宁冲断带的一部分,为NW-SE向延伸的正断层,断层长约20 km。综合使用地震同震形变场和GPS数据对震源机制进行反演、模拟和分析,获取了高精度的震源参数,可以为分析地震危险性和断层破裂参数等提供数据支持。