汶川地震前兆观测总结研究及观测技术创新基于地壳运动与变形对汶川大地震的初步研究

利用中国地壳运动观测网络GPS资料,并结合断层形变及区域水准等观测资料,从不同时空尺度的地壳运动与变形角度对汶川大地震进行了初步研究.主要内容包括发生汶川大地震的龙门山断裂带的应变积累与构造动力背景分析,震前地壳运动、应变场和构造变形的动态过程分析,以及问题讨论与认识.主要研究结果如下.     

汶川地震前后区域地壳形变场及孕震特征研究

利用中国地壳运动观测网络GPS区域网1999、2001、2004、2007年观测资料及中国大陆构造环境监测网络区域网2009、2011年观测资料,解算了南北地震带相对华南地块的GPS速度场,并用最小二乘配置方法解算了南北地震带南、北部地区应变率场的多期次结果,通过分析汶川地震前、后地壳运动速度场和应变率场的动态变化,进一步研究了汶川地震前区域地壳形变和应变积累背景与孕震异常的形变场主要特征及其形成机制.     

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.     

中国大陆地壳运动观测研究进展

本文利用国家重大科技基础设施“中国大陆构造环境监测网络”1972个站两期GNSS观测资料绘制2009—2011年中国大陆地壳运动图。 该图反映了2011东日本大地震同震形变对我国东部地壳运动及变形状态的巨大影响, 也反映2008汶川地震和2001昆仑山口西地震震后变形对青藏高原构造应力场的调整过程, 较为完整地展示印度板块挤压下青藏高原的变形状态。     

汶川M_S8.0地震前后川滇地区地壳水平形变动态变化初探

利用中国地壳运动观测网络和中国大陆构造环境监测网络GPS区域网观测资料,解算川滇地区1999—2007年、2009—2011年相对欧亚板块的水平速度场,并借助连续应变模型获得了川滇地区应变率场。通过分析汶川地震前后地壳水平运动速度场和应变率场的动态变化,得到:(1)水平相对运动与主应变场分布反映出在巴彦喀拉地块的东向推挤与华南地块的强烈阻挡下,龙门山断裂带长期的应力应变积累并突然释放导致了汶川大地震的发生;(2)发生大地震的龙门山断裂带在地震前应变量值并不显著,处于应变亏损状态,应变高值区主要集中在川滇菱形块体的东边界与北边界;(3)大地震的发生导致震源区及其周边应力应变剧烈调整,龙门山断裂带中南段显示出明显的应变增强态势,一定程度上反映了2013年芦山7.0地震发生前的应变背景累积信息。     

汶川8.0级地震前区域地壳运动与应变场动态特征

利用中国地壳运动观测网络GPS资料, 通过获取水平相对运动、 水平应变场分布变化等, 研究了汶川8.0级地震前的区域水平运动与应变率场变化, 以及大尺度地壳运动动态特征等。 研究结果表明, 发生汶川8.0级地震的龙门山断裂带, 由于受到其西侧巴颜喀拉地块向东运动的构造动力作用, 处于缓慢的应变积累状态。 在汶川地震前龙门山断裂带相对华南地块的差异运动小于GPS观测误差。 川滇地区应变场图像显示2004-2007年面应变率负值最高区出现在汶川8.0级地震震中区及其附近, 可能反应了局部挤压增强。 GPS基准站资料反映的大尺度北东向地壳缩短的相对运动增强, 也形成了促进龙门山断裂带发生大破裂的区域构造动力增强的背景条件。     

青藏块体东北缘近期GPS水平运动特征与汶川大震影响

利用青藏块体东北缘2004～2007年、2007～2009年GPS水平运动观测资料,分析地壳运动与活动断裂带构造变形演化特征以及汶川大震对活动断裂的影响。研究表明:祁连山—海原断裂带近期仍呈现与其构造活动背景一致的左旋挤压特性,观测结果未显示汶川大震对断裂有明显影响。而汶川大震对西秦岭构造区中东部、六盘山断裂中南段、秦岭北麓与渭河断裂的西段的影响相对显著,其中对西秦岭构造区中东部的大范围区域应变积累可能呈以增强为主的影响,其它断裂段近期可能呈以调整为主的状态特征。     

基于地壳形变的强地震中长期预测的针对性探讨

地震是地壳运动过程中能量长期积累和突然释放的结果。最大限度地利用大范围、长时间尺度的地壳形变观测资料,从中获取地壳运动变形的长期背景场信息,结合地质构造和强震活动性,研究活动构造区域长时间尺度的应力应变积累分布背景及其与强震活动的关系,判断高应变积累异常区,对强震中长期预测十分重要。我国地震预报专家梅世蓉先生等认为,     

空间大地测量GPS揭示的汾渭盆地及其邻域现今地壳应变场变化特征

利用汾渭盆地及其邻域2001—2007年与2009—2011年高精度GPS监测资料,基于区域构造特点,采用块体运动应变模型结合数理统计假设检验法,建立了区域合理的地壳运动应变模型,基于此定量研究了区域现今地壳应变场及其变化特征,特别是2008年汶川强震对汾渭盆地区域变形特征的作用影响,同时从盆地整体上分析了盆地内多发的地裂缝灾害与区域整体构造变形特征之间的内在关系.研究结果表明:经统计检验判断,选择合理的区域地壳运动应变模型,对获取真实反映区域实际构造变形特性的应变参数具有重要的作用;2008年汶川强震对青藏东边缘地块及渭河盆地西侧局部地区应变场造成一定的影响,但是震后上述区域并没有出现显著的应变积累而是呈现出应变量值较震前减小的特征,分析其原因可能是因为此区域并不是强震造成的库仑应力显著增加区,在震后2009—2011年时间段内处于构造应力场的松弛调整期;汶川强震没有显著改变研究域现今整体的构造变形背景特征,区域地壳构造活动特征仍具有较好的继承性;基于研究域构造块体具有各向同性连续弹性变形的前提,初步推断整个汾渭盆地内多发的地裂缝灾害可能是区域NW—SE向拉张应力场作用下的地表破裂响应.     

GPS初步结果揭示的中国大陆水平应变场与构造变形

根据中国大陆不同来源的多个GPS区域监测网1991～1999年间的观测资料和“中国地壳运动观测网络”基本网1998～2000年的观测资料，联合处理得到中国大陆地壳水平运动速度场结果，通过最小二乘配置法建立中国大陆水平运动速度场模型，获得了基于连续介质假设的中国大陆水平应变场（或称为视应变场）初步结果. 分析了水平运动、应变场空间分布特征及其与强震的关系，并简要分析了2001年11月14日昆仑山口西8.1级大地震的区域构造变形背景. 结果表明：中国大陆中西部构造变形强烈，应变速率值高，又以青藏块体及其边缘和新疆西部最为显著. 除川滇、新疆西部外，大部分地区的近东西向断裂存在左旋剪切变形，近南北向的断裂存在右旋剪切变形. 而东部地区构造变形相对较弱. 强震通常发生在剪切应变率的高值区及其边缘，尤其是与构造变形背景相一致的剪应变率高值区. 昆仑山口西8.1级地震发生在最显著的东西向左旋剪切应变率高值区，从该区域的应变状态分析，具备近东西向断裂产生巨型走滑破裂错动的构造变形背景.     

利用GPS观测结果研究地壳运动分布动态及其与强震关系

本文简要论述了应用最小二乘配置原理、利用GPS观测资料,建立基于不同参考基准和不同运动学与几何变形含义的地壳运动模型及不同空间分辨率应变场的方法。同时,结合中国地壳运动观测网络区域网和有关GPS连续站观测资料的处理与分析,从GPS观测能够直接获取地壳相对运动和反映研究区域几何变形时空分布状态,讨论了关于地壳运动动态与强震关系的问题。     

汾渭断裂带近10年GPS观测获得的剖面变形与应变积累分析

利用1999～2009年汾渭断裂带GPS速度场观测资料,研究了跨断裂剖面变形动态演化特性、应变积累的分段差异性以及汶川大地震等的可能影响.结果表明:近10年来山西断陷带南段、渭河盆地中东部应变积累相对较快,山西断陷带北端的蔚广盆地南缘断裂、渭河断裂西段也存在一定程度应变积累.汶川大地震影响相对明显,2007～2009年...     

汶川地震前后川滇及其邻区GPS水平运动演化特征

利用川滇及其邻区2004-2007年、2007-2009年GPS水平运动观测资料,对汶川地震前、震时与震后地壳运动及主要活动断裂带构造变形演化特征、汶川地震可能的同震与震后影响进行了分析.结果表明:2007-2009年汶川震区呈现出显著的右旋逆冲同震变形;大震在一定程度上对甘川交界及其北侧的西秦岭构造区、安宁河—则木河断裂的构造运动有所促进;对鲜水河断裂构造运动总体反映调整影响但对其南段可能有促进作用.     

注重地质构造差异布局 提升地震形变监测能力

本文通过对我国西部地壳形变监测与地震预测实践的简要回顾, 结合2001年昆仑山口西8.1级、 2008年汶川8.0级大地震前区域地壳运动变形背景的已有研究结果, 分析阐述了在现今地壳形变观测技术不断向高精度、 高分辨和高效便捷发展的趋势下, 注重地质构造活动背景和构造变形模式差异布局, 提升地震形变监测能力的必要性和重要性。 进而根据鄂尔多斯西南缘区域构造动力背景和变形模式, 探讨了针对这一重点监视区优化监测布局、 有效捕捉地形变异常动态信息的一些思路和方法。     

钻孔应变观测能够告诉我们些什么?

以YRY-4型四元件钻孔应变地震仪的观测资料为基础,结合不同的震例,探讨钻孔应变观测的意义。主要研究的内容有从多年应变的长期信号看地块的稳定与活动性;从各台站潮汐玫瑰图形的时空变化中,寻找我国大陆地质构造运动的特性及力源;通过汶川8级大地震前后,距汶川最近的姑咱地震台记录到的海量应变异常记录,认识大地震的前兆;通过观测数据的自洽与失洽、震前震源区岩层进入不可逆的"亚失稳态"等多方面的深入分析,进一步明确钻孔应变观测的作用。     

2014年2月12日于田7.3级地震对青藏东北缘地震活动的影响分析

首先, 利用“中国地壳运动观测网络”和“中国构造环境观测网络”截至2013年的GPS区域站观测资料, 结合地质构造, 简要分析了2014年2月12日新疆于田7.3级地震前大区域地壳水平运动变形背景; 接着, 对青藏块体东北缘地区GPS和精密水准两种不同类型资料反映的地壳运动变形与应变积累状态进行了对比分析研究; 最后, 结合地震活动动力环境, 研究和探讨了于田7.3级地震的发生对青藏块体东北缘地震活动的可能影响。 我们认为, 此次于田7.3级地震发生在近年来中国西部边邻强构造活动环境和内陆地壳强烈差异运动显著的背景下, 同时也是青藏块体及其边缘构造应力场较强的时段; 于田7.3级地震左旋走滑错动和应力传递, 可能会加速青藏块体东北缘具有高应变积累的构造断裂部位(尤其是祁连山构造带、 西秦岭以南的甘青川交界)破裂释放。     

汶川M_S8.0地震前后的重力场动态变化

利用国家重大科学工程"中国地壳运动观测网络"1998—2008年绝对重力和相对重力的观测资料,获得了南北地震带地区的重力场及其动态变化,从动态的观点研究了2008年5月12日汶川8.0级地震前后区域重力场演化特征及其与地震活动的关系.重力场变化既具有时-空分布的不均匀性,同时又具有与活动断裂构造密切相关和与地震孕育发展有着内在联系.重力场动态变化图象较清晰地反映了汶川大地震孕育、发生过程中出现的重力前兆信息.     

青藏高原东缘现今三维地壳运动特征研究

利用国家重大科学工程"中国地壳运动观测网络"、"中国构造环境观测网络"和相关项目1999-2011年GPS区域站观测资料,获得了青藏高原东缘地区现今地壳水平运动速度场图像;结合地质构造动力环境和区内发生的特大地震事件,初步分析了GPS观测反映的水平运动空间分布的分区差异性和时间变化的阶段性;进而与本研究区1970s-2011年水准测量获得的垂直运动背景场进行综合对比,进一步研究和探讨了区域现今三维地壳运动的时空分布特征及其机理.结果认为:①青藏高原东缘不同构造地带水平运动强度和方式的差异,受控于青藏高原向北挤压、向东挤出和绕东构造结旋转作用;而运动状态随时间变化的阶段性(尤其是汶川地震发震断裂及其相关构造地带)与特大地震的孕育、发生有关.②现今三维地壳运动呈现的高原山地挤压缩短隆升、盆地伸展下沉的山、盆构造活动分异与构造动力环境和深部物质活动有关,反映了新构造活动的继承性.③龙门山汶川发震地段长期受压、闭锁积累的应变能经M_s8.0特大地震集中释放之后处于松弛调整运动状态,但与之相关联的构造部位以及外围的西秦岭、川滇菱形块体东边界等构造地带应变积累仍在持续.     

中国大陆活动地块与强震活动关系

研究了中国大陆各Ⅰ级活动地块区强震活动特点, 包括强震活动的总体水平、地震应变能释放速率、震级频度关系、震源破裂特性和地震应力场特征等, 以及由GPS资料给出的各活动地块运动变形特征, 如各地块运动的速度、地块变形的应变速率、最大主压应变方向、地块运动变形中的张、压状态等. 在此基础上, 对中国陆区Ⅰ级活动地块区的强震活动特点和地壳运动变形性状进行对比研究, 给出各活动地块的构造动力环境及其运动变形的性状决定其地震活动的总体状况, 包括: 活动地块现今地壳运动变形的应变速率与地震应变能释放呈线性相关; 由震源机制给出的各活动地块的地震应力场与由GPS观测给出的现今地壳运动应变(应力)场的同一性, 以及震源破裂类型与地壳形变张、压状态的一致性等. 这些结果显示了中国大陆活动地块及其运动性状对强震孕育发生的控制作用.     

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.