地球模型对季节性负荷形变计算的影响——以川滇地区为例

利用川滇地区的GNSS和GRACE数据,结合不同地球模型和负荷理论,研究了地球模型对地表季节性负荷形变计算的影响,该工作对于选取合适的地球模型开展负荷形变研究具有一定的参考价值。研究表明：(1)川滇地区GNSS观测的地壳垂向季节性形变振幅为20 mm左右,GRACE反演的垂向形变与GNSS的结果相位一致,振幅存在差异。(2)区域地球模型的负荷勒夫数与其他地球模型的差异较大,且负荷勒夫数h_n对地球结构的变化较为敏感。(3)区域地球模型可以改善GRACE反演的负荷形变结果,从而减小与GNSS观测结果的差异。(4)川滇地区大部分GNSS测站的加权均方根比值减小量呈现由东北向西南方向逐渐增加的变化趋势。     

自重可压缩层状球体地球模型下地震变形算法的优化研究

本文利用龙格库塔法求解球坐标系下微分方程组, 基于自重、可压缩和连续分层地球模型研究地震引起的地球变形, 优化相关算法.首先对传统的两次同向积分法进行调整, 对微分方程的齐次部分进行两次相向积分, 分别由地心向上积分至震源和由地表向下积分至震源.接着利用震源间断条件求解震源上方和震源下方通解的组合系数, 得到微分方程组的解矢量.基于该积分方法可以避免高阶微分方程组求解中精度丢失的问题.接着与均质地球模型下微分方程组解析解的比较, 发现自重效应对走滑震源低阶求解结果的影响较大, 对垂直引张震源变形解y₄的影响超过100阶.最后比较了均质地球模型和层状地球模型下高阶求解结果, 发现两者的比值趋于稳定, 当均质地球模型参数设置为震源所在层参数时, 并且变形深度和震源处于模型同一层, 两种地球模型下高阶变形解的比值趋于1.基于该发现, 结合均质地球模型下渐近解, 可解决实际分层地球模型下震源附近地震变形发散的问题.

     

东北亚地区地壳密度结构与垂向构造应力场

本文利用EIGEN-6C4重力数据和ETOPO1地形数据,在考虑物质密度横向不均匀的情况下,在东北亚地区展开地壳均衡研究,并重点分析了长白山的隆升机制.首先,针对穿越长白山和库页岛的两条近乎东西向的剖面（剖面A、B）展开详细研究,以CRUST1.0模型为初始条件,利用布格重力异常数据,基于Airy模型和Airy-Pratt模型分别反演了相应剖面的地壳密度结构,发现两剖面的地壳密度呈现一定程度的横向不均匀特性;接着基于上述密度结构和高程数据,利用Airy均衡理论计算了相应剖面的均衡面深度,并进一步比较莫霍面（Moho）和均衡面的差异,计算了剖面的垂向构造应力分布;然后,把上述方法应用到整个东北亚地区,计算了1°采样的21条东西向剖面的垂向构造应力,插值得到整个东北亚地区的垂向构造应力分布.结果表明,东北亚大部分地区垂向构造应力基本为零,总体处于均衡状态,长白山地区垂向构造应力为-15~-25 MPa,日本列岛垂向构造应力为-40~-50 MPa,太平洋海沟垂向构造应力为15~25 MPa;最后,本文运用自由空气重力异常导纳方法,计算了长白山地区的有效弹性厚度（T_e）和加载比,发现长白山地区的T_e为10 km,表明该地区的岩石圈较为柔软;加载比结果显示,岩石圈初始加载主要来自莫霍面,占总加载的78%,表明长白山的隆升主要源自地幔物质上涌.

     

基于分量钻孔应变资料分析测区构造应变变

根据“双衬套”理论模型和应变理论, 以易县台分量钻孔应变观测资料为例解算测区构造应变变化。 由于易县台分量钻孔应变元件灵敏度不一致, 首先进行相对实地标定, 数据信度由0.7557升高到0.9344; 其次, 应用理论固体潮对易县台分量钻孔应变进行绝对标定, 得到耦合系数; 最后, 通过应变换算得到易县台观测点附近的应变参数, 面应变ε_a每年以2440 ns的速度变化, 最大剪应变ε_s以每年230 ns的速度变化, 应变主方向为138°。 综合结果表明, 易县台测区附近的构造应变呈稳定拉伸的状态。     

2021年云南漾濞MS6.4地震震前地壳形变特征研究

2021年5月云南大理州漾濞发生一系列中强地震,其主震达到M_S6.4,主震震中位于滇南块体内部的维西—乔后—巍山断裂西南侧,发震断层可能为维西—乔后—巍山断裂的次级分支断裂,地表走向约为135°。本文收集1998年以来的震中周边GPS测站观测数据,研究了此次地震序列震前区域地壳的水平形变特征及其与此次地震的关系。结合构造分析认为,漾濞地震发生在GPS测站水平运动速度陡变区域,该区域地壳水平运动受阻;震中区域应变积累明显,处于面应变率高值区,且为最大剪应变率的高低值转换区,符合易发地震区域特性。震中及其邻区的孕震环境以右旋剪切为主,兼具东西向拉张作用。     

白鹤滩水电站蓄水引起重力与库仑应力变化的模拟研究

白鹤滩水电站为中国第二大在建水电站,蓄水过程引起的重力和库仑应力变化对于该地区的水储量变化和触发地震研究具有重要参考价值.首先,本文给出了水电站库区临近区域均衡重力异常场,结果表明该地区基本处于均衡状态,较为稳定.其次,利用白鹤滩水电站库区地形数据,模拟计算了蓄水过程引起的地表和GRACE-FO (Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-on)卫星观测的重力变化,并与GRACE-FO实际观测数据进行了对比分析.模拟计算的重力变化表明,蓄水引起的重力变化为毫伽量级,万有引力作用为库区重力变化的主因,该重力变化比弹性形变的结果大两个量级.模拟GRACE-FO重力变化表明,白鹤滩地区蓄水引起的卫星观测重力变化为微伽量级,GRACE-FO有可能观测到白鹤滩水电站蓄水的重力变化.最后,计算了蓄水引起的地壳内部应力变化,并给出了小江断裂带北段断层的库仑应力变化,该结果表明库仑应力变化在巧家以南和以北的两个区域大于0.01 MPa,该地区触发地震的可能性需密切关注.

     

利用球形地球位错理论研究日本MW9.0地震引起的稳态变形与库仑应力变化

稳态地震变形是指由地震引起的、超长时间尺度内震后黏弹性松弛效应的累加,通过对稳态地震变形的研究,可以研究大地震导致的地球总体震后形变场,有利于分析周边地区对该地震的极限响应.本文首先利用球形地球地震位错理论,计算了日本M_W9.0地震在日本列岛和中国东部地区产生的稳态水平位移.结果表明,日本M_W9.0地震在日本本岛引起的稳态水平位移最大可达到8 m,大体上是同震水平位移的两倍;在中国东北地区产生的稳态水平位移最大值超过0.8 m,在华北地区产生的稳态水平位移最大值为0.5 m左右,是同震水平位移的30～40倍.接着,本文根据前人研究成果,结合地质资料,建立了中国东北和华北地区15条主要断裂带的几何与滑动构造模型,然后利用球形地球位错理论计算了日本M_W9.0地震在上述断裂带上引起的同震与稳态库仑应力变化.结果表明,该强震在中国东北和华北地区主要断裂带上引起的同震库仑应力变化均不超过1 kPa;稳态库仑应力变化显著超过同震结果,但除了依兰—伊通断裂带北段和嫩江断裂带南段的一部分以外,其他断裂带上的稳态库仑应力变化均未超过10 ...     

丽江台超导重力仪检测的漾濞M_(S)6.4与玛多M_(S)7.4地震同震重力变化北大核心CSCD

基于丽江台OSG超导重力仪在2021年漾濞M_(S)6.4和玛多M_(S)7.4地震前后的连续观测数据,使用调和分析提取重力残差时间序列与同震重力变化信号,利用球形地球地震位错理论计算2次地震在丽江台引起的同震重力变化。结果表明,漾濞和玛多地震同震重力变化观测值与理论值存在差异,观测值分别约为-4.37 nm/s^(2)和28.57 nm/s^(2),对应的理论值分别为-0.19 nm/s^(2)和0.24 nm/s^(2)。探讨地下水对重力变化的影响,发现其重力效应与地震的理论同震重力变化处于同一量级。对比丽江地区同时段GPS观测的30 s采样数据与超导重力观测数据,发现2次地震前后的同震位移突变幅度远小于重力变化幅度,表明超导重力仪受到地震脉冲信号的影响,导致其重力变化观测值在2个地震发生期间显著增强。     

利用易县形变综合观测资料检测日本地震所激发的地球自由振荡

基于形变数字化观测资料,利用功率谱密度估计方法,在没有对易县形变综合观测资料进行任何(固体潮及气压)改正的情况下,获取了2011年3月11日日本发生巨大地震激发的0S4～0S37基频球型自由振荡。并于PREM模型理论自由振荡的周期进行对比分析,得出实测周期与PREM预测振荡周期是相吻合,除0S10周期的相对误差为0.29%,其余周期误差均小于0.1%左右。所得的结论对进一步研究地球的内部结构和震源机制具有一定的意义。     

华北地区中东部岩石圈挠曲与均衡特性以及地震活动性分析

华北地区中东部涵盖北京、天津以及即将建设的雄安新区等大型城市,区内发育了张渤地震带等多条大型活动断裂,地震活动性较强,历史上发生过多次6级以上地震.本文利用Fan小波的布格重力异常一致性方法研究该区的岩石圈有效弹性厚度和均衡调整初始加载比分布,同时基于均衡调整方法计算该区垂向构造应力分布,并将以上结果与历史地震活动进行统计分析.岩石圈挠曲分析表明,华北地区中东部的岩石圈有效弹性厚度为10~65 km,分布特征为自东南向西北逐渐减小.均衡调整初始加载比为0.5~0.8,表明现今的岩石圈挠曲状态主要由莫霍面加载形成.该区地壳承载的垂向构造应力约为-20~20 MPa,中西部地区垂向构造应力向上,东北和西南地区向下.统计分析结果显示,华北地区中东部的地震活动性随着岩石圈有效弹性厚度和均衡调整初始加载比的增加而减弱,垂向构造应力零值区域地震活动性较弱.雄安新区的岩石圈有效弹性厚度大约为15 km,均衡调整初始加载比为0.5~0.6,垂向构造应力为15~20 MPa,岩石圈参数对应的地震活动性较强,相关结果对于新区建设具有一定参考价值.