巴姆地震变形场和应力场：Ⅱ．用FEPG有限元方法求解

本文利用FEPG有限元程序对2003年12月的巴姆地震变形场和应力场进行了模拟计算.2003年12月26日,巴姆地区发生6.6级地震.Nakamura、Suzuki等人利用余震资料和地震破坏程度的分布图分析了余震震中的统计分布形式,得到了此次地震的发震断层是巴姆断层以西大约5km的Arg-e-Bam隐伏断层的结论.凌勇等人从差分干涉雷达(D-InSAR)出发,得到了此次地震的同震干涉条纹和雷达视线方向的位移场,并从雷达干涉的相干图上确定了发震断层的痕迹.他们还利用Okada程序模拟计算了此次地震的位移场,模拟计算的结果与D-InSAR测量的位移场比较符合.Okada程序从断层的位错为出发点进行计算,从运动学角度对此次地震变形场和应力场进行研究;本文从动力学的角度出发,研究远场区域边界的应力状态以及断层的物性参数的变化对巴姆地震形变场的影响,将各种计算结果进行对比的同时也和前人的结果相比较.本文计算中采用了凌勇等人的断层参数,即Arg-e-Bam隐伏断层为近南北走向,向东倾斜,近直立的倾角,右旋走滑,其(Strike,dip,slip)为(175°,80°,173°).断层未延伸到地表,自地面以下1km处往下延伸16km的宽度,断层长度为20km.对断层的杨氏模量、泊松比、断层附近区域的边界受力大小、两个主应力的比例以及主应力的方向的改变对计算结果的影响做了讨论.最后通过上述几组计算结果建立了一个与前人结果较为符合的巴姆地震参数模型.通过计算,一方面揭示了应力状态和物性参数的影响,另一方面也说明Arg-e-Bam隐伏断层是此次地震的发震断层这一结论是可信的.     

基于差分干涉雷达的汶川地震同震形变特点

地震同震形变场是认识震源机制、确定发震断裂、分析发震断裂活动方式、评估震害损失及揭示未来发震趋势的重要依据。但在龙门山地区复杂的自然环境中, 现有的地震同震形变场获取方法(GPS测量、构造形迹分析、震源机制解结合数值模拟计算)难以快速、全面的捕捉到这种信息, 这突显出差分干涉雷达技术(D-InSAR, Differential Interferometry SAR)在同震形变场研究中的优势。本文介绍了其观测原理, 在地震同震形变监测中的研究现状, 并重点分析了已获取的D-InSAR汶川地震同震形变场的观测结果。基于差分干涉雷达观测及相关资料, 对龙门山断裂在本次地震中活动性进行了初步分析, 结果表明干涉雷达形变图像与地表破裂范围、逆冲角度的变化、上下盘升降关系及大型余震的展布存在很强的相关性。      

于田地震同震形变场ALOS干涉雷达观测及初步分析

2008年3月21日发生在新疆于田的7.3级地震是继2001年11月昆仑山口西8.1级地震后的最大一次7级以上地震.地震是构造活动的集中反映, 会伴随着较大的地表形变及断裂的明显活动, 能够放大构造正常的活动方式, 同震变形场是这种放大作用在地表的直观反映, 对于认识发震断裂运动性质, 研究邻近构造活动性具有重要意义.青藏高原西北缘自然环境恶劣, 常规方法无法对于田地震开展及时有效的同震形变测量, 凸显出差分干涉雷达(InSAR)技术的优势.在介绍InSAR观测原理基础上, 通过地震前后ALOS干涉雷达观测获取了于田地震的同震变形场, 并结合构造背景揭示出:于田Ms 7.3级地震的宏观震中位于康西瓦断裂东南端的南北2个分支(大红柳滩断裂和慕士山南麓断裂)和阿尔金断裂西南端帚状的3个分支交汇的三角地带; 于田地震引发了阿尔金断裂一近南北向分支断裂的同震地表破裂, 破裂长度为25.6 km; 发震断层为正断层, 倾向西, 上盘的最大运动幅度在200 cm以上; 于田地震所在的两大断裂交汇处的构造应力场以近南北向挤压为主.      

利用雷达差分干涉测量技术获取汶川MS 8.0地震形变场

利用ENVISAT/ASAR和ALOS/PALSAR数据,结合两路差分干涉测量技术获得了汶川地震的同震形变信息和震前、震后地面在卫星视线(light of sight,简称LOS)方向上的形变特征。结果表明,汶川地震引起的地面形变范围广,程度大,地震形变沿断层向北北东向扩展,所形成的差分干涉条纹明显。地面的形变特征对于推断断层的性质,研究地震形变和地震发育特征具有重要的参考价值。另外,将同震雷达差分干涉测量的结果与利用USGS发布的汶川地震有限元断层模型(finite fault model)反演的LOS方向的形变进行了对比验证,发现二者在断裂带的上盘具有较好的一致性,但在下盘却有较大的误差。通过不同传感器干涉结果的对比发现,L波段的雷达干涉结果更能够反映汶川大地震在龙门山断裂带附近的地面形变信息。     

日本MW9.0级地震同震位移场和应力场的有限元模拟

根据同震位移GPS观测数据, 利用有限元法反演了2011年3月11日本MW9.0级地震的断层滑移模式。在此基础上, 计算了日本MW9.0级地震引起的同震位移场和应力场, 给出了位移和应力的分布, 分析了他们的变化规律并与实测结果进行了对比。计算结果表明: 日本MW9.0级地震的静态断层滑移量最大可达25 m。地震引起断层上盘向东位移, 最大位移在震中附近, 可达24.25 m, 日本东北地区向东位移最大可达6 m。震后地表隆起, 隆起幅度可达5.6 m, 隆起的最高点也在震中附近。日本东北地区东海岸附近有一下沉带, 下沉量可达0.8 m。同震地表位移的计算值与GPS测量结果基本一致。地震引起应力变化, 导致震后应力下降。应力变化是不均匀的, 在震中附近约为9.9 MPa, 在深处可达32 MPa, 在日本东北地区地表应力变化小于4.4 MPa。地震引起的应力变化主要是水平应力, 垂直应力基本不变。     

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)在地面形变监测中的应用

运用合成孔径雷达干涉及其差分技术(InSAR及D-InSAR)进行地面微位移监测，是近年来发展起来并得到日益重视的新方法。对不同地区地面形变的最新研究结果表明，合成孔径雷达干涉及其差分技术在地震形变、冰川运移、活动构造、地面沉降及滑坡等研究与监测中有广阔的应用前景，具有不可替代的优势。 与其它方法(如GPS监测等)相比，用InSAR及D-InSAR进行地面形变监测的主要优点在于：(1)覆盖范围大，方便迅速：(2)成本低，不需要建立监测网；(3)空间分辨率高，可以获得某一地区连续的地表形变信息；(4)可以监测或识别出潜在或未知的地面形变信息：(5)全天候，不受云层及昼夜影响。但是由于系统本身因素以及地面植被、湿度及大气条件变化的影响，精度及适用性受到一定的限制，需要在实践中不断加以完善和提高，并与地质研究及其它方法相结合。 为了弥补传统InSAR及D-InSAR方法在地面形变监测方面的不足，提高其精度，近期引入了一种称为永久散射点(PS)的方法。此方法通过选取一定时期内表现出稳定干涉行为的孤立点，克服了许多妨碍传统雷达干涉技术的分辨率、空间及时间上基线限制等问题，使InSAR在城市及岩石出露较好地区地面形变监测精度大大提高，在一定的条件下精度可达到mm级。     

现代地壳运动与地震监测预报研究的现状和发展趋势

综述了近年来美国、日本的GPS连续观测系统和INSAR空间测地技术在现代地壳运动和地震监测预报研究中的应用现状和发展趋势。     

1668年郯城8 1/2 级地震构造应力场分析

1668年郯城8 1/2 级地震,发震断层南起郯城窑上北到莒县土岭,全长为130 km,由5条北北东走向的活断层段组成。郯城地震断层南段沿沂沭断裂带内的F₂断裂分布,倾向南东东,倾角为30°～60°。北段紧邻F₁断裂分布,倾向不稳定,倾角较陡(多为70°以上)。南段表现为右行逆冲或逆右行的运动性质,北段则以右行走滑为主。郯城地震断层南、北两段均发育断层泥带、断层角砾带和碎裂带,南段总宽度为几米到十几米,北段总宽度为几十米到近百米,局部发育多条断层泥带。郯城地震断层的排列方式及其几何学特征表明:为老断层复活,而非新生断层。通过断层擦痕的反演同震应力场显示:北段为北东东-南西西向挤压应力场,南段为北东-南西向的挤压应力场,该地震是发生在区域性挤压应力场状态下。这种应力场空间变化可能是地震断层几何学空间变化导致的。其同震应力场与该地区现代区域应力场是一致的,这说明郯城地震并未造成震后应力场调整或震后应力场调整时间较短,未影响到现今应力场。     

3-D velocity structure of the 2003 Bam earthquake area (SE Iran): Existence of a low-Poisson's ratio layer and its relation to heavy damage

To understand the generation mechanism of the Bam earthquake (Mw 6.6), we studied three-dimensional V_P, V_S and Poisson's ratio (σ) structures in the Bam area by using the seismic tomography method. We inverted accurate arrival times of 19490 P waves and 19015 S waves from 2396 aftershocks recorded by a temporal high-sensitivity seismic network. The 3-D velocity structure of the seismogenic region was well resolved to a depth of 14 km with significant velocity variations of up to 5%. The general pattern of aftershock distribution was relocated by using the 3-D structure to delineate a source fault for a length of approximately 20 km along a line 4.5 km west of the known geological Bam fault; this source fault dips steeply westward and strikes a nearly north–south line. The main shallow cluster of aftershocks south of the city of Bam is distributed just under the minor surface ruptures in the desert. The 3-D velocity structure shows a thick layer of high V_S and low σ (minimum: 0.20) at a depth range of 2–6 km. The deeper layer, with a thickness of about 2 km, appears to have a low V_S and high σ (maximum: 0.28) from 6 km depth beneath Bam to a depth of 9 km south of the city. The inferred increase of Poisson's ratio from 2 to 10 km in depth may be associated with a change from rigid and SiO₂-rich rock to more mafic rock, including the probable existence of fluids. The main seismic gap of aftershock distribution at the depth range of 2 to 7 km coincides well with the large slip zone in the shallow thick layer of high V_S and low σ. The large slip propagating mainly in the shallow rigid layer may be one of the main reasons why the Bam area suffered heavy damage.     

活动断裂的变形特征及其大地震复发周期的估算

活动断裂是晚更新世10~12万年以来一直在活动, 现在正在活动, 未来一定时期内仍会发生活动的各类断裂。活动断裂控制着大地震的发生,是不同类型地震的发震构造。从活动断裂的变形特征来看,不同性质的活动断裂具有不同的发震构造模型,研究这些问题对认识强震的发震条件,划分潜在的震源区或地震危险区,评估发震构造和发震地点具有重要的意义。基于国内外对不同类型活动断裂的认识,结合近10年来在青藏高原地区对活动断裂的研究,总结了活动断裂的基本变形特征和对大地震复发周期估算的认识。研究表明,东昆仑断裂库塞湖段类似2001年Ms 8.1级大地震的强震复发周期为250～350年,阿尔金断裂康西瓦段类似Ms 7.4大地震的强震复发周期为370～500年,而在青藏高原东缘的龙门山地区,类似2008年5月12日Ms 8.0汶川大地震的强震复发周期为3000～6000年。这些结果可能暗示着走滑断裂大地震的复发周期远短于逆冲断裂大地震的长复发周期,这是值得高度重视和深入研究的新课题。     

活动断裂的变形特征及其大地震复发周期的估算

活动断裂是晚更新世10~12万年以来一直在活动, 现在正在活动, 未来一定时期内仍会发生活动的各类断裂。活动断裂控制着大地震的发生,是不同类型地震的发震构造。从活动断裂的变形特征来看,不同性质的活动断裂具有不同的发震构造模型,研究这些问题对认识强震的发震条件,划分潜在的震源区或地震危险区,评估发震构造和发震地点具有重要的意义。基于国内外对不同类型活动断裂的认识,结合近10年来在青藏高原地区对活动断裂的研究,总结了活动断裂的基本变形特征和对大地震复发周期估算的认识。研究表明,东昆仑断裂库塞湖段类似2001年Ms 8.1级大地震的强震复发周期为250～350年,阿尔金断裂康西瓦段类似Ms 7.4大地震的强震复发周期为370～500年,而在青藏高原东缘的龙门山地区,类似2008年5月12日Ms 8.0汶川大地震的强震复发周期为3000～6000年。这些结果可能暗示着走滑断裂大地震的复发周期远短于逆冲断裂大地震的长复发周期,这是值得高度重视和深入研究的新课题。     

机载InSAR数据自动生成DEM技术及其在内蒙古丰镇地区的应用

合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术是传统的合成孔径雷达技术和射电天文学中的干涉测量技术相结合而发展起来的一项新的遥感技术,这一新技术以其在大范围地表高程测量和地表变形测量方面所具有的独特优势和巨大潜力,而成为对地测量和地学科学研究的一个重要的工具。同星载InSAR相比,机载InSAR在高分辨率区域测图方面具有较大的优势,而且数据采集的时间安排及飞行方位选取方面相对较灵活。而且SAR是一种主动微波遥感技术,具有全天时全天候的工作特征,这一技术也正在成为中国西部困难地区测图的一个非常有效的工具。在详细分析应用机载InSAR数据测量地表高程的基本原理的基础上,提出了机载InSAR自动生成DEM的技术流程,并以内蒙古丰镇地区的机载InSAR数据为基础进行了试验研究,取得了较好的效果,为这一新技术的进一步实际应用奠定了基础。     

浑河断裂地球物理场特征及地震活动性

浑河断裂是辽宁省内一条重要的北东向地震构造带,断裂两侧的地球物理重磁场存在差异。通过浑河断裂的区域重力场与磁场研究,认为浑河断裂既控制了深、浅部岩石地层的发育,同时浑河断裂的重力场、磁场分布随着深、浅部地层岩性发育的差异而有所变化。浑河断裂的重力场和磁场梯度带主要位于抚顺以西至沈阳一带,浑河断裂历史以来有记录的最大破坏性地震位于重力梯度变化较大的沈阳段。综合浑河断裂地球物理场特征及区域地质资料,浑河断裂虽然活动性一般,但抚顺地区的采煤活动对断裂的活动性有一定影响。近些年抚顺地区频发的沉降、滑坡和地裂缝等地质灾害应当引起对浑河断裂活动性研究的重视。     

中国东北地区地震空间分布与主要断裂带、深部构造及应力场关系

中国东北地区在北东东向应力场控制下, 地震有其特殊性。地震空间分布和深度统计结果表明, 东北地区地震主要受岩石圈断裂(开原-赤峰断裂带) 控制, 以44°N为界, 南北具有明显差异。北部地震发生的数量少于南部, 震源深度主要集中在4～6 km和8～12 km两个深度范围内; 而南部主要集中在8～12 km和28～30 km两个深度范围内。发震深度分析显示, 开原-赤峰、郯庐断裂带、大兴安岭断裂带下可能存在地温较低的区域, 使地震可以在深部孕育。地震分布的Vp和Vs剖面资料的研究暗示, 断裂与速度变化带、断裂与断裂的相交区域是地震易发生区域。