尼泊尔Mw 7.9级地震同震垂直位移与断层运动模型

2015年4月25日尼泊尔地区发生了Mw 7.9级地震,发震断层位于印度板块与欧亚板块碰撞边界带,此次地震是一次典型的板块逆冲型事件。利用中国境内加密的GPS同震观测资料,融合ALOS-2卫星L波段的InSAR（interferometric synthetic aperture radar）同震形变数据,基于最小二乘方法获得了此次地震的同震垂直位移场。同震垂直位移结果表明,此次地震造成尼泊尔加德满都地区抬升约0.95 m,珠穆朗玛峰地区受地震的影响有所下降,其主峰的沉降量为2~3 cm,中国境内的希夏邦马主峰沉降约为20 cm。地区利用改进的二维弹性半空间位错模型反演了发震断层运动参数,本文模型显示此次地震的断层面破裂宽度约为60 km,平均滑动量达到4 m,相当于Mw 7.89级。     

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。     

2022年泸定Mw 6.6地震InSAR同震形变与滑动分布

2022-09-05,青藏高原东缘的鲜水河断裂上发生了泸定Mw 6.6地震,该地震是鲜水河断裂上40年来发生的最大地震,研究该地震的运动学和同震破裂模式对理解青藏高原东缘构造形变机制和评估鲜水河断裂以及安宁河断裂的地震危险性具有重要意义。利用Sentinel-1和ALOS-2卫星雷达影像,采用合成孔径雷达干涉技术获取了泸定地震的同震形变场,进而基于弹性半空间的位错模型,确定了本次地震发震断层的几何参数和滑动分布。结果表明,泸定地震是一次典型的左旋走滑事件,发震断层西倾,倾角约为72°,走向沿NNW-SSE方向,约为167°;断层破裂主要集中在0~10 km深度,最大滑动发生在约5.8 km深度,约为2.23 m;同震释放的地震矩约为8.74×1018 N·m,相当于矩震级Mw 6.59。通过对震后光学影像解译,发现此次地震诱发的滑坡多集中分布在发震断层西侧,该现象与余震主要集中在断层西侧的结果相一致,可认为是地震上盘效应的体现。     

利用GPS资料反演汶川Mw7.9级地震滑动分布

2008年5月12日,青藏高原东缘龙门山断裂带发生Mw 7.9级汶川地震,该地震使得北川-映秀断裂、灌县-江油断裂和汉旺-白鹿断裂带发生了同震破裂。本文主要利用“中国地壳运动观测网络”项目组提供的GPS同震位移资料,采用基于敏感度迭代拟合法(SBIF)及分段发震断层模型,分别应用均匀半空间和分层地壳结构两种方法反演分析了该次地震的精细同震滑动分布。结果表明：（1）SBIF反演方法应用于相对较小的GPS数据集仍然可以获得理想的同震滑动分布;（2）采用考虑分层地壳结构模型的反演结果整体上要优于均匀半空间模型的结果;（3）同震滑动主要发生在10-19千米深度以上,且存在五个滑动峰值区域及北川断裂南西端存在明显的深部滑动区,与震后野外考察结果及余震分布相吻合,同时能够较好地解释GPS观测数据;（4）青川断裂存在明显的右旋走滑分量,其平均滑动量为1.99米,北川断裂主要发生逆冲滑动,平均滑动量为3.35米,灌县断裂的平均滑动量为0.65米;（5）反演得到的地震矩为8.74×1020Nm(Mw 7.90),与地震学结果吻合。     

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。     

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)。     

门源Mw5.9级地震形变InSAR观测及区域断裂带深部几何形态

利用Sentinel-1A卫星升轨、降轨合成孔径雷达影像数据,提取了2016年门源Mw5.9级地震的高精度合成孔径雷达干涉同震形变场,利用单纯形法和非负最小二乘法反演确定了地震断层几何和滑动分布,并构建了区域断裂带的深部几何形态模型。结果表明,门源Mw5.9级地震同震形变以地表抬升为主,沿升轨、降轨视线向的最大值分别为5.3 cm、7.1 cm;地震断层走向、倾角分别为133°、43°;地震滑动以逆冲为主,主要发生在地下6.14~12.28 km处,最大滑动量约0.5 m,平均滑动角为66.85°,地震矩为1.0×1018 N·m（Mw5.94）;形变观测拟合残差均方根为0.36 cm;区域断裂带的深部几何形态以花状构造为特征,整体倾向南西,门源地震发震断裂为花状构造中未出露地表的盲断层。相关成果能够为研究区域地壳运动与变形、活动断裂与地震孕育发生等提供参考。     

唐山7.8级地震三维地表形变和断层运动特征

通过系统收集整理1976年唐山7.8级地震前后区域水准和边角网观测资料,在研究发展动态平差程序的基础上,解算得到了唐山地震震前和同震三维形变定量结果与误差分布,并反演得到了断层面同震滑动分布。结果显示,震前阶段丰润-唐山-唐海-昌黎-迁安一带整体隆升,隆升高值区位于唐山附近,震中区的水平形变量不大,唐山菱形地块相对于周围地块逆时针扭转;同震阶段唐山断裂以右旋错动为主,并呈现西升东降的垂向变形特征;反演结果表明多段断层参与了唐山7.8级地震的应变释放,主震发震断层的南段破裂主要发生在深度约6~18 km、长轴约50 km范围,北段破裂主要发生在深度约7~17 km、长轴约30 km范围,滦县地震断层也发生了少量滑动;主震断层最大水平位错为7.82 m、最大垂直位错为2.04 m,等效震级为Mw 7.58。挖掘得到的唐山震前和同震三维形变场定量结果为深入研究该地震的孕育发生机制及地震影响提供了珍贵资料。     

利用断层自动剖分技术的2008年青海大柴旦Mw6．3级地震InSAR反演研究

2008-11-10青海大柴旦地区发生了Mw6．3级地震,其发震断层位于青藏高原东北缘的大柴旦一宗务隆山断裂带。利用欧空局Envisat／ASAR卫星雷达影像数据,采用二通差分干涉技术获得了地震的同震地表形变场,基于1D协方差函数估计InSAR同震形变场的中误差为0．52cm,方差一协方差衰减距离为5．9km。在此基础上,采用弹性半空间矩形位错模型进行断层几何参数反演,并利用断层自动剖分技术确定了地震的最佳同震滑动分布模型。结果表明,该地震的震源机制解为走向107．19°,倾角56．57°,以逆冲为主兼具少量右旋走滑分量;滑动分布主要发生在10-20km深度范围内,最大滑动量为0．51m,释放的能量为4．3×10^18Nm。     

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。     

基于多源SAR数据的2022年门源Ms 6.9地震同震破裂模型反演研究

2022年1月8日青海省海北州门源县发生Ms 6.9地震,震中位于青藏高原东北缘祁连-海原断裂中段,属历史地震空区,基于多源合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）遥感数据研究该地震的破裂模式对理解青藏高原东北缘构造变形机制、应变释放过程以及地震危险性评估具有重要意义。首先利用Sentinel-1数据和合成孔径雷达差分干涉测量（differential interferometry synthetic aperture radar,D-InSAR）技术获取了门源地震的同震形变场,视线（line of sight,LOS）向形变场显示此次地震造成了约20 km长的地表破裂,最大形变约0.75 m;然后基于Sentinel-2卫星数据,利用光学影像配准和相关技术获取了本次地震的东西向同震形变场,最大同震位移达2.5 m;最后基于均匀弹性半无限位错模型,以LOS向形变场为约束反演了断层的滑动分布模型。结果显示,门源地震是一次典型的左旋走滑型地震,地震破裂主要集中在0~10 km深度范围,最大滑动量3.25 m,滑动角10.44°,对应深度4.89 km;反演给出的矩震量为1.07×1019 N·m,对应矩震级Mw 6.6。结合野外考察和地质资料,初步判定发震断裂为冷龙岭断裂,并引起托莱山断裂发生同震滑动。同震库仑应力结果显示,冷龙岭断裂东段和托莱山断裂西段应力状态为加载,未来具有发生强震的风险。     

多视线向InSAR形变场约束的改则地震滑动分布反演

利用3种不同视线向LOS(Line Of Sight)的ENVISAT ASAR数据进行干涉处理,提取多视线向(Multi-LOS)的同震形变场;结合同震形变场特征与震源机制解,构建了改则地震双断层破裂模型;利用四叉树采样后的多视线向同震形变场进行约束,通过梯度下降法(Steepest Descent Method,SDM)与Crust2.0地壳分层模型反演了改则地震的同震滑动分布特征。结果表明:反演的形变残差得到有效控制,基本介于0±10 cm之间;主震断层的滑动量主要位于断层面2—16 km深部,最大滑动量可达1.34 m,位于断层面6.4 km深处;余震断层滑动量主要位于断层面2—6 km深部,最大滑动量可达0.90 m,位于断层面3.52 km深处;主震断层与余震断层均以正断为主,但主震断层还具有一定的左旋走滑分量,而余震断层的左旋走滑不明显;当剪切模量μ取3.2×1010Pa时,反演获得的主震与余震地震矩M0分别为6.34×1018N·M与1.20×1018N·M,分别相当于矩震级MW6.47与MW5.98。     

2013年Ms 7.0级中国芦山地震断层曲面模型的构建及其滑动分布的大地测量反演

根据中国芦山地震的余震序列分布和地质构造情况,联合GPS同震位移和水准测量数据,采用格网搜索法和方差分量估计（variance covariance component,VCE）方法建立了芦山地震的断层曲面模型。以建立的断层曲面模型为基础进行滑动分布反演,反演结果表明此次地震以明显的逆冲滑动为主,存在左旋趋势,断层的滑动主要发生在4.56~18.25 km深度范围内,最大滑动量为0.70 m,在深度12.64 km附近,释放的能量为8.77×1018 N/m（相当于Mw 6.57级）。对曲面模型进行棋盘检验,结果表明其能够较好地分辨出断层深度浅于13 km的凹凸体,其面积最小为8 km×8 km。     

喜马拉雅主逆冲断层闭锁程度与滑动亏损特征研究

基于融合的GPS速度场结果,使用DEFNODE负位错反演程序估算了喜马拉雅主逆冲断层（the main Himalayan thrust,MHT）的闭锁程度和滑动亏损空间分布,并结合剖面结果分析了断层远、近场的运动特征。结果表明,MHT的闭锁深度基本达到18~24 km,断层面闭锁宽度达到102~136 km,两次历史大地震破裂区域之间的未破裂段落和未发生大地震的段落闭锁深度更深,闭锁断层面更宽,2015年尼泊尔Mw7.8大地震就发生在两次大地震破裂区域之间的段落;MHT总滑动亏损速率和垂直断层挤压滑动亏损速率自东向西逐渐减小,平行断层右旋滑动亏损速率则基本上自东向西逐渐增加;MHT 3条剖面拟合结果也反映出其存在很强的闭锁。根据估算的此次Mw7.8地震的复发周期230年和最近500多年发生的大地震分布,认为MHT整条段落尤其是尼泊尔西部与印度接壤处和可能还没有破裂的不丹地区依然有发生8级大地震的危险。     

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。     

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。