利用强震数据获取汶川地震近断层地面永久位移

利用汶川地震中得到的靠近映秀-北川主断裂的64个强震台站的三分量记录数据,对加速度记录进行基线校正的基础上获取近断层地面运动的永久形变位移,并将由强震记录获取到的地面位移结果与GPS观测到的同震位移进行对比分析,研究汶川Ms8.0地震的近断层地面运动的位移特征.结果表明:①在靠近映秀-北川主断层的上盘和下盘,东西相向的地面运动非常剧烈.下盘的51SFB,51MZQ和51JYH台东西向位移均为负(即地面运动向西),其中51SFB台位移量最大,达到1.49m;上盘的51WCW台位移向东,位移量为1.26 m.②地面运动的位移分布主要表现为以龙门山断裂带的映秀-北川断裂为核心的相向运动,东西方向上的永久位移要大于南北方向.从断层机制上来讲,断层的错动以逆冲运动为主(即逆冲位移要大于走滑分量的位移),这与震源机制反演及地质考察的结果一致.③大的地面永久位移集中分布在以龙门山断裂带为中心的狭长范围内,离开发震断裂地面位移的衰减很快.相比而言,在发震断层的下盘一侧(即四川盆地)的地面位移的衰减比上盘一侧明显要快.     

利用强震数据获取汶川地震近断层地面永久位移

利用汶川地震中得到的靠近映秀—北川主断裂的64个强震台站的三分量记录数据, 对加速度记录进行基线校正的基础上获取近断层地面运动的永久形变位移, 并将由强震记录获取到的地面位移结果与GPS观测到的同震位移进行对比分析, 研究汶川M_S8.0地震的近断层地面运动的位移特征. 结果表明: ① 在靠近映秀—北川主断层的上盘和下盘, 东西相向的地面运动非常剧烈. 下盘的51SFB, 51MZQ和51JYH台东西向位移均为负(即地面运动向西), 其中51SFB台位移量最大, 达到1.49 m; 上盘的51WCW台位移向东, 位移量为1.26 m. ② 地面运动的位移分布主要表现为以龙门山断裂带的映秀—北川断裂为核心的相向运动, 东西方向上的永久位移要大于南北方向. 从断层机制上来讲, 断层的错动以逆冲运动为主(即逆冲位移要大于走滑分量的位移), 这与震源机制反演及地质考察的结果一致. ③ 大的地面永久位移集中分布在以龙门山断裂带为中心的狭长范围内, 离开发震断裂地面位移的衰减很快. 相比而言, 在发震断层的下盘一侧(即四川盆地)的地面位移的衰减比上盘一侧明显要快.      

联合GNSS和InSAR观测位移反演2008年汶川大地震断层位错模型参数

利用现代空间大地测量技术,尤其是卫星合成孔径雷达干涉测量,能够获取高精度、高空间分辨率的同震和孕震形变,为地震断层形变和破裂机制研究提供了前所未有的机遇。本文介绍了利用大地测量观测数据反演地震断层位错模型参数的贝叶斯反演方法。联合运用2008汶川大地震前后GNSS和InSAR技术观测获得的同震位移,反演了地震断层的几何参数和滑动位错分布。研究结果表明,汶川地震的断层滑动主要集中在倾角较陡的浅部,同时包含逆冲和右旋走滑,其中最大逆冲6.1m,最大右旋6.5m。根据断层滑动分布正演计算得到的上盘同震位移明显小于下盘,预示该断层两侧孕震形变可能存在较大的不对称性。     

汶川8.0级特大地震的断裂特性与强地面运动的关系

2008年汶川8级地震的发震构造是高角度铲形逆冲断层,伴随这种类型地震的远近场强地面运动在中国是第1次被记录到。综合汶川地震发震构造、破裂过程和强地面运动峰值加速度的资料,探讨高角度铲形逆冲断裂作用与强地面运动的关系。结果显示,龙门山断裂带内强地面运动峰值加速度明显大于断裂带外的台站,前者可达后者的2倍多。同时,该地震强地面运动具有很大的垂直分量,近断层垂直分量大于水平分量。结合远场资料,发现龙门山断裂带上盘峰值加速度垂直分量总体上大于下盘,上盘垂直分量的衰减比下盘慢。不考虑远场的高值异常,水平分量似乎也存在上盘效应,但目前无证据表明这些异常应该被剔除。另外,远场地面运动特征显示,相对于反方向,沿同震断层扩展方向(NNE)的峰值加速度水平分量衰减较慢,垂直分量的这种方向效应不明显。考虑到汶川地震破裂浅、断面陡和以垂直形变为主这3个显著的同震构造特性,近场和远场地面运动记录反映出位错类型和台站的实际断层距的控制作用。正因为汶川地震高角度铲形逆冲断裂结构的特殊性,导致其地面运动与普通逆断型地震强地面运动的同震效应在某些分量上相同,其他分量存在差异。     

2008年于田MW7.2地震滑动分布反演及三维同震形变场解算

基于ENVISAT ASAR升降轨数据, 利用InSAR获取2008年于田M_W7.2地震同震形变场; 采用SDM反演本次地震断层滑动分布; 使用PSCMP正演获取于田M_W7.2地震南北向模拟形变量, 并结合升降轨同震形变场, 解算三维同震形变场。 同震形变场分析表明, 2008年于田M_W7.2地震以正断为主, 且带有走滑运动特征, 破裂带走向为NNE向。 同震滑动分布反演结果显示, 断层沿走向被分为4段F1、 F2、 F3、 F4, 其滑动分布集中在0~14 km区间, 以F2、 F3段为主, 最大滑动量约5.31 m, 位于F2段深部2.76 km处; 沿破裂带走向, 左旋走滑位移与垂直位移比值有增大的趋势; 反演获得的地震矩M₀=5.58×10¹⁹N·m, 相当于矩震级M_W7.1。 三维同震形变场解算结果显示, 断层上盘整体表现为沉降, 断层下盘整体表现为隆升, 且沉降量明显大于隆升量, 表明地震以正断破裂为主; 除靠近断裂带中上部表现为向东南运动外, 上盘整体上表现为向西南运动; 断层下盘则整体表现为向东北运动, 证明破裂兼有左旋走滑运动。 滑动分布反演、 正演与三维同震形变场解算结果皆表明, 于田M_W7.2地震破裂以正断为主, 且带有一定的左旋走滑。     

2022年1月8日门源MS6.9地震同震位移场及其发震断层形变破裂特征

利用冷龙岭—托莱山断裂及其附近震前和震后GNSS观测资料,处理获取了2022年门源M_S6.9地震同震位移场,并以此为约束反演获取了地震同震破裂滑动分布图像,基于上述结果探讨了本次地震发震断层形变破裂特征,对比了区域震间与同震变形特征,结果表明：(1)此次地震在距震中约90 km范围内产生了10 mm及以上的同震永久变形,距震中160～200 km的GNSS连续站记录到的同震变形则十分微弱,总体在毫米级以下;(2)同震位移图像呈现典型的左旋走滑型同震变形模式.在距震中约3 km破裂带南侧的测站,其同震位移为近东向,大小445.9±3.3 mm,而在破裂带远场则呈现出典型的与左旋走滑型地震匹配的“四象限”对称分布的挤压或拉张尾端变形特征;(3)同震位移量以冷龙岭断裂—托莱山断裂为界,南北两盘具有明显的非对称性,南盘变形运动大于北盘;(4)托莱山断裂西段同震位移总体表现出随震中距减小而增大的“弹性回跳”现象,但其跨断层近场测站却并不服从上述同震变形特征,指示其并未参与此次地震破裂,考虑到托莱山断裂西段显著的左旋剪切应变能积累背景,其未来强震危险性值得关注.     

汶川Ms8.0地震灾害的非对称分布与成因分析

在汶川Ms8.0地震中,地震灾害在灾区相对于发震断层,呈现各种非对称分布.断层高角度逆冲诱发的崩塌、滑坡的规模与数量在断层上盘区远远高于断层下盘区,在垂直断层方向,高烈度区断层上盘宽度往往大于下盘宽度,上述不对称性反映了逆断层型地震存在加速度峰值的上盘效应;而在破裂的传播方向存在的地震波多普勒效应则造成沿长轴方向东北部...     

断裂两盘岩性差异对汶川地震的影响

岩性差异导致层间变形差异是常见的构造变形现象.龙门山断裂带中段北川—映秀断裂虹口至清平段,断裂上盘为坚硬的前震旦系褶皱基底,下盘则为软弱的前陆盆地沉积物,两者之间具有较大的岩性差异.本文利用基于R-minimum的有限元算法对在一个地震复发间隔内的断层活动进行非线性摩擦接触模拟.计算结果显示,上下盘泊松比的差异则对断层破裂时间及快体变形影响不大,但不同的泊松比条件下断层的破裂过程略有不同,而上下盘杨氏模量的差异能够延迟断层的破裂时间,延长破裂过程,扩大地震复发间隔,且扩大了下盘深度10 km以上和10 km以下地层变形的差异.双断坡构造能够通过深部的应力分解来削弱断层下盘深度10 km以上的变形,但是在上下盘岩性一致的情况下,双断坡构造推迟了主断层的滑动时间,延长了破裂过程,而在强硬上盘和软弱下盘共存的条件下,发育于软弱下盘的次级破裂并不能对主断层的破裂时间和破裂过程造成较大影响.北川—映秀断裂上盘强硬的彭灌杂岩和下盘软弱的含碳沉积地层对汶川地震双断坡式破裂的生成具有重要的促进作用.     

1999年台湾集集地震震源破裂过程

使用GPS同震位移资料和远场P波记录,研究了1999年台湾集集地震震源破裂过程．根据地质构造和余震分布引入了一个由弯曲断层面构造的三段“铲状”断层模型．在使用静态GPS位移资料反演集集地震的断层破裂滑动分布时,由于集集地震断层北部近地表破裂的复杂性,在位错模型中考虑拉张分量对地表同震位移的贡献,可更好地同时拟合GPS观测资料的水平和垂向分量．而纯剪切位错弹性半空间模型和分层地壳模型都无法同时拟合水平和垂向GPS观测资料．在此基础上,同时使用静力学同震位移资料和远场地震波形记录,反演集集地震的震源破裂过程．结果表明,一种垂直于断层面的“挤压性”(负)拉张分量几乎集中分布于地震断层的浅部和北部转折处,而这一带地表破裂远较没有(负)拉张分量出现的南部断层复杂．“冒起构造”的数字模拟表明,这种在集集地震破裂转折处及北部断裂带广为出现的典型破裂造成的地表位移可以用具有负拉张分量(挤压)的逆冲断层更好地模拟．而这种负拉张分量(挤压)的分布正是地震破裂性质和几何复杂性的综合反映,震源破裂过程也显示北部转折处破裂在空间和时间上的复杂性.高滑区域与余震分布表现为负相关.     

综合InSAR和应变张量估计2016年MW7.0熊本地震同震三维形变场

利用合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)影像提取与地质活动相关的三维地表形变场,对深入理解地质灾害的形成机制及其潜在灾害风险评估非常重要.目前,利用SAR影像的同震三维形变场提取主要利用单个像素点的多次观测构建观测方程,然后基于加权最小二乘(Weighted Least Squares,WLS)方法分解从而获得同震三维形变场,因此该方法缺乏对相邻像素点空间相关性的约束.考虑相邻同震位移点的应力连续性,研究学者提出了顾及大地测量应变张量和卫星形变观测的SAR同震三维形变场方法(Extended Simultaneous and Integrated Strain Tensor Estimation from geodetic and satellite deformation Measurements,ESISTEM).本文以2016年MW7.0熊本地震为例,收集了覆盖此次地震的ALOS-2卫星升降轨影像,利用传统差分InSAR(DInSAR)方法和子孔径雷达干涉测量(Multiple Aperture InSAR,MAI)方法分别对升降轨SAR影像对进行处理,得到视线向(LOS)形变和方位向形变,最后利用ESISTEM方法获取此次地震的三维同震形变场.此外,利用GPS和野外考察观测对本文的三维形变场结果进行结果精度分析.研究结果表明,与传统WLS方法相比,ESISTEM方法不仅能有效抑制奇异像素点对形变结果的干扰,同时对近断层的失相干信号能进行较好的恢复,更有助于解释地表破裂区的地震形变特征和掌握地震发生机制.本文确定的三维同震形变场结果显示主形变区发生在Futagawa断层中部和Hinagu断层最北端,最大水平位移为2m,抬升为0.55m.断层破裂以NE-SW走向的右旋走滑为主兼有部分正断成分.应变张量分析表明发震断层处受到了明显的收缩力和剪切力的作用.     

Coseismic displacement estimate of the 2013 M_S7.0 Lushan,China earthquake based on the simulation of near-fault displacement field

Usually, GPS observation provides direct evidence to estimate coseismic displacement. However, GPS stations are scattered, sparse and cannot provide a detailed distribution of coseismic displacement. Strong ground motion records share the same disadvantages as GPS in estimating coseismic displacement. Estimations from In SAR data can provide displacement distributions; however, the resolution of such methods is limited by the analysis techniques. The paper focuses on estimating the coseismic displacement of the M_S7.0 Lushan earthquake on April 20, 2013 using a simulation of the wave field based on the elastic wave equation instead of a quasi-static equation. First, the media and source models were constructed by comparing the simulated velocity and the record velocity of the ground motion. Then simulated static displacements were compared with GPS records. Their agreement validates our results. Careful analysis of the distribution of simulated coseismic displacements near the fault reveals more details of the ground motion. For example, an uplift appears on the hanging wall of the fault,rotation is associated with the horizontal displacement, the fault strike and earthquake epicenter provide the main control on motion near the faults, and the motion on the hanging wall is stronger than that on the footwall. These results reveal additional characteristics of the ground motion of the Lushan earthquake.     

近场位移数据约束的2013年芦山地震破裂模型及其构造意义

以往的研究显示了2013年芦山MS7.0级地震发震断层的隐伏逆冲断层基本特征,但是破裂深部细节差异较大.本文以近场密集的同震形变数据约束芦山地震破裂面几何形状及滑动分布,结果显示芦山地震破裂面具有铲状结构,上部16km为43°~50°高角度断层,深部16~25km为小于27°的低角度断层,破裂深度与重定位的余震分布深度一致.破裂分布模型清楚显示上下两个断层上各有一个滑动幅度大于0.5m的峰值破裂区,最大滑动量1.5m位于13km深处.重定位的余震分布基本都落在最大滑动量等值线外部库仑应力增加的区域.芦山地震破裂面几何形状和滑动分布特征与2008年汶川MS8.0级地震映秀—北川破裂相似,支持龙门山冲断带发育大规模的近水平滑脱层,是青藏高原东缘地壳缩短增厚、龙门山挤压隆升的重要证据.     

Coseismic displacement estimate of the 2013 <Emphasis Type="Italic">M</Emphasis><Subscript>S</Subscript>7.0 Lushan,China earthquake based on the simulation of near-fault displacement field

Usually, GPS observation provides direct evidence to estimate coseismic displacement. However, GPS stations are scattered, sparse and cannot provide a detailed distribution of coseismic displacement. Strong ground motion records share the same disadvantages as GPS in estimating coseismic displacement. Estimations from InSAR data can provide displacement distributions; however, the resolution of such methods is limited by the analysis techniques. The paper focuses on estimating the coseismic displacement of the M _S7.0 Lushan earthquake on April 20, 2013 using a simulation of the wave field based on the elastic wave equation instead of a quasi-static equation. First, the media and source models were constructed by comparing the simulated velocity and the record velocity of the ground motion. Then simulated static displacements were compared with GPS records. Their agreement validates our results. Careful analysis of the distribution of simulated coseismic displacements near the fault reveals more details of the ground motion. For example, an uplift appears on the hanging wall of the fault, rotation is associated with the horizontal displacement, the fault strike and earthquake epicenter provide the main control on motion near the faults, and the motion on the hanging wall is stronger than that on the footwall. These results reveal additional characteristics of the ground motion of the Lushan earthquake.     

Coseismic vertical deformation of the MS8.0 Wenchuan earthquake from repeated levelings and its constraint on listric fault geometry

The devastating M_S8.0 Wenchuan earthquake ruptured two large parallel thrust faults along the middle segment of the Longmenshan thrust belt. Preseismic and postseismic leveling data indicated the hanging wall of the YingxiuBeichuan-Nanba thrust fault mainly presented coseismic uplift with respect to the reference point at Pingwu county town, and the observed maximum uplift of 4.7 m is located at Beichuan county (Qushan town) which is about 100 m west of the fault scarp. The foot wall of the Yingxiu-Beichuan-Nanba thrust fault mainly showed subsidence with maximum subsidence of 0.6 m near the rupture. By employing a listric dislocation model, we found that the fault geometry model of exponential dip angle δ= 88°?×1-exp(-9/h) with depth of 18 km and uniform thrust-slip of 5.6 m could fit the observed coseismic vertical deformation very well, which verifies the listric thrust model of the Longmenshan orogenic zone.

     

汶川MS8.0级地震InSAR同震形变场观测与研究

利用InSAR技术,采用地震前后日本ALOS/ PALSAR数据,提取了2008年5月12日四川汶川地震7个条带的地表同震形变场.每个形变条带南北向500 km,东西向70 km,7个形变场覆盖了映秀镇、都江堰、茂县、北川、平武和青川.结果显示,此次地震地表破裂带在北川—映秀断裂带上.地表破裂带从汶川县映秀镇西南震中附近一直到青川县苏河北侧,全长约为230 km.发震断层西北盘为抬升盘,南东盘断层附近,仍然表现为隆起区,显示出以逆冲为主的断层性质.在汶川县映秀镇西侧震中区,最大相对卫星视线向形变量达260 cm,如果全部换算成垂直形变,则两个区域的垂直相对形变达3.3 m.从北川至平通一带,卫星视线向形变范围在120～180 cm的隆起带.其中,擂鼓镇隆起形变范围170～180 cm,换算成垂直形变约在2.2～2.3 m之间.在青川苏河北附近,有70～80 cm范围的隆起形变.在雅安、峨眉山一带,以及射洪至重庆北侧一带有大范围沉降区.在重庆及其南侧区域有幅度在20～30 cm小范围隆起.由青川向东至广元、宁强一带,有形变幅度在60～70 cm的隆起区.整个形变场影响范围较大,四川盆地出现了不同程度的地表形变.     

基于InSAR和GPS观测数据的尼泊尔地震发震断层特征参数联合反演研究

利用日本ALOS-2和欧空局Sentinel-1A卫星获得的尼泊尔地震同震形变场,结合GPS同震位移数据,联合反演了断层滑动分布特征和空间展布.结果表明:尼泊尔地震的同震形变场主要集中在150km×100km的范围内,且分为南北两个相邻的形变中心,南形变中心的视线向抬升量约为1.2m,北形变中心的视线向沉降量约为0.8m,均位于发震断层上盘.位于形变抬升区的KKN4和NAST两个GPS站,抬升量和南向运动量均达到了m级,而远离震区的其他GPS台水平和垂直观测量均在1cm以内.联合反演得到的断层位错分布主要集中在沿走向150km,沿倾向70km的范围内,最大滑动量为5.59m,平均滑动量为0.94m.断层面倾角在浅部约为7°,随着深度增加,倾角逐渐变大,到垂直深度20km时倾角接近12°;5月12日MW7.2级余震位于主震破裂区的"凹"型滑动缺损区域;主震破裂区的上边界与MBT空间位置十分吻合,主震破裂区主要集中的MBT以北50~60km处,垂直深度为8~9km,倾角为9°,继续向北时主震破裂面以10°~12°的倾角向深延伸,在18~20km可能与MHT交汇.因此,初步判定MBT为此次地震的发震断层.     

区域网GPS观测得到的汶川大地震前后的地壳垂直运动

中国地壳运动观测网络1000个观测站的GPS非连续观测区域网分别在1999年、 2001年、 2004年、 2007年和2009年作了5次观测。 2008年5月12日汶川8.0 级地震震中(31.0°N, 103.4°E)恰好在区域网GPS观测站密集的地区。 区域网长期、 多期GPS观测可降低年周期变化影响, 有利于获取此次地震前后的垂直位移趋势变化。 简要讨论了GPS垂直位移观测的精度。 分析了垂直位移观测的主要干扰地面沉降, 特别是华北地区因大量抽取地下水产生的严重地面沉降。 为获取汶川地震前垂直运动信息, 首先剔除因大量抽取地下水产生的大幅度沉降干扰结果, 通过趋势面分析中国大陆垂直位移空间分布, 显示了3个垂直位移沉降最显著区域。 对比分析表明, 临近汶川震区的沉降区, 未见大量抽取地下水干扰影响。 汶川地震前1999—2007年区域网GPS观测站得到的垂直位移表明, 汶川地震紧临显著沉降区的西北侧, 龙门山断层北段垂直运动闭锁。 该沉降区与另两个沉降区的时空变化明显不同, 也与区域网水平应变异常区的空间分布不同, 但该沉降区与区域网水平应变异常区同时出现。 大幅度同震垂直位移集中在龙门山断层北段震前垂直位移闭锁区。 这些事实表明, 汶川地震前GPS观测到的紧临震中的沉降区及垂直运动闭锁区与汶川地震的发生存在密切关系。     

芦山MS7.0级地震InSAR形变观测及震源参数反演

2013年4月20四川省芦山县发生M_S7.0级地震,目前的研究资料表明地震发生在龙门山断裂南段,但地表未发现明显破裂.本研究利用InSAR技术与Radarsat-2雷达数据,获取了芦山地震同震的部分形变场,结果表明,近场区域的LOS位移发生视线向隆升,量值在7 cm左右.随后利用弹性半空间的位错模型反演了断层面参数,综合反演结果及震源机制解最终确定了发震断层的初始模型,以形变场观测数据为约束,基于梯度下降法反演获得了断层面上的滑动分布,反演得到的矩震级为M_w6.45级,断层走向213°,倾角39°~43°,最大滑动位于地表以下约13 km深度位置,最大滑动量0.91 m,平均滑动角71°,整体上仍以逆冲滑动为主,兼具左旋走滑.推测在双石-大川断裂以东12 km处展布一条隐伏断裂,为本次的发震断裂.     

2004年苏门答腊地震的几个断层滑动模型的全球同震位移对比

2004年苏门答腊大地震后,不同作者根据地震波和/或GPS观测,提出了不同的断层错动模型.在利用同震位移观测资料反演断层滑动模型时,由于使用半无限空间均匀介质模型或半无限空间分层介质模型,一般只能利用近场位移GPS观测约束,无法利用远场资料,这些模型有时差别颇大,如何区别这些模型的优劣是一个仍尚未解决的问题.本文采用等效体力有限元方法,在考虑地球球形和分层的条件下,对四个不同作者提供的2004年苏门答腊地震的断层滑动模型计算全球同震位移.由于采用了球形模型,所以不仅可以把四个模型的近场位移计算结果与GPS数据进行对比,而且可以把远场位移计算结果与GPS数据进行对比.我们发现,垂直位移对断层滑动模型的依赖性小于水平位移.四个模型计算的近场位移与GPS位移符合程度均较好,但是四个模型计算的远场位移与GPS位移符合情况有很大不同,其中Chlieh等（2007）模型在近场与远场符合程度均很好,是四个模型中最好的.另外还探讨了断层反演数据资料、断层几何模型以及地球模型对计算结果的影响.对于特大地震,全球同震位移观测与计算值吻合程度的好坏是衡量断层滑动模型的合理性的一个重要依据.