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利用陆态网络连续GNSS资料分析流动站速率精度与可靠性

利用中国大陆构造环境监测网络（陆态网络）的GNSS连续站资料,分析GNSS流动站观测的精度与可靠性,研究时间跨度、观测周期以及观测时长对速率精度的影响。结果表明,时间跨度对流动站速率精度的影响显著,观测时间越长,流动站速率越接近连续站。按照陆态网络目前每2 a观测1期的模式,当时间跨度达到16 a时,流动站与连续站速率差异的标准差在水平方向约为0.1 mm/a,垂直方向约为0.3 mm/a。不同观测时长对流动站水平速率差异的影响基本小于0.15 mm/a,垂直方向小于0.45 mm/a。当观测时长大于或等于3 d时,在水平方向的速率差异的标准差小于0.1 mm/a。在时间跨度、观测时长一定时,观测周期越短,流动观测站结果越接近连续观测站结果。     

基于GNSS和InSAR约束的2021年玛多MS7.4地震同震滑动分布及应用

2021年5月22日青海省果洛藏族自治州玛多县发生M_S7.4地震,震中位于青藏高原中部的巴颜喀拉块体,这是近20多年来在巴颜喀拉块体周边发生8次M≥7级强震后,块体内部的一次强震,也是汶川地震以来中国大陆发生的最大一次地震,因此该地震的成因及周边地区未来的地震危险性值得重点关注.本文利用震后及时获取的39个近场流动GNSS观测,联合61个GNSS连续观测、Sentinel-1和ALOS-2 InSAR观测获取了本次地震精细的同震形变场,以此为约束,基于均匀弹性半无限位错模型,反演了发震断层的滑动分布,并计算了同震库仑应力变化.GNSS水平同震形变十分显著,断层南北两侧的GNSS点位,最大水平形变分别达0.7 m和-1.2 m,距震中200 km的测点仍有1 cm左右的同震形变.Sentinel-1和ALOS-2的升降轨InSAR同震形变场显示此次地震造成了约160 km长的地表破裂,最大视线向形变分别达0.9 m和1.2 m.同震滑动分布模型显示,发震断层由主段和次段组成,长度分别为170 km和20 km,主段倾向北,倾角85°,平均滑动角为-4.36°,表明玛多地震是一次典型的走滑型地震.次段倾向南,倾角68°,平均滑动角为-11.84°.地震破裂主要集中在0~15 km深度范围,最大滑动量为4.4 m,对应深度6.97 km.反演给出的矩震量为1.61×10²⁰N·m,对应矩震级M_W7.4.主发震断层上存在4个凹凸体,玛多地震是一次不对称双侧破裂事件.结合余震精定位、野外调查及地质资料,我们认为主发震断裂为昆仑山口—江错断裂,东部的次级破裂与主破裂机制不同.同震库仑应力结果显示,东昆仑断裂玛沁段应力有所增加(>0.01 MPa),处于应力加载状态,未来发生强震的危险性较高.     

历史强震对2017九寨沟M_W6.5地震的应力影响及区域地震危险性

松潘—甘孜块体东北端断裂分布复杂,地震活动活跃,1654年以来,该地区孕育了至少9次M6.5地震.2017年8月8日发生的九寨沟M_W 6.5地震与历史强震活动的关联性,以及九寨沟震后周边区域未来地震趋势如何,均是亟待研究的问题.基于历史地震资料和岩石圈黏弹性分层介质模型,我们计算了1654年以来研究区历史地震序列同震、震后效应对九寨沟地震的影响,获取了九寨沟地震震源处应力状态的演化过程,并分析了历史地震活动对研究区主要活动断裂的应力影响.结果显示1654—2008年历史地震序列同震及震后效应使2017年九寨沟地震震源位置应力升高.基于不同的有效摩擦系数取值的计算结果显示:九寨沟地震震源位置累积库仑应力变化量为正且超过0.01 MPa.当有效摩擦系数取值为0.4时,累积库仑应力变化量为0.2009 MPa.九寨沟地震的发生受到历史地震同震及震后效应所导致累积库仑应力变化的促进作用.1654年天水M 8.0地震和1879年武都南M 8.0地震的同震及震后效应所导致的累积库仑应力变化量超过九寨沟震源处应力累积量的50%,这两次M 8.0地震在九寨沟地震震中应力演化过程中占据主导地位.1654—2017年历史强震活动使东昆仑断裂玛沁—玛曲段、塔藏断裂马家磨段和岷江断裂松潘—叠溪段应力明显上升.以上三处断层段均存在第四纪活动性,且近期均未有强震活动,历史强震活动提升了这些区域未来的地震危险性.历史地震使塔藏断裂西段、虎牙断裂北段、岷江断裂北段应力卸载,降低了这些区域未来的地震发生概率.     

基于EEMD分解的气压改正方法研究

利用超导重力仪观测数据精确测定低于1 mHz的地球自由振荡简正模式的分裂频率,是在不与任何弹性系数发生联系的情况下改善一维密度模型的有效方法.但在该频段台站局部气压变化对重力观测数据的影响成为主要干扰来源,且具有频率依赖特性,因此精细地开展气压改正成为利用超导重力数据检测低频自由振荡信号的必要手段.本文基于EEMD方法,提出了一种具有频率依赖特性的气压改正方法.该方法将重力观测和气压变化分解成处于不同频段的本征模态函数,并在相应频段上分别进行重力-气压变化的回归分析,计算得到具有频率依赖特性的气压导纳值,精细地消除气压变化对重力观测的影响,并以此对微弱低频地球自由振荡信号开展高分辨率分析.基于本文提出的气压改正方法,利用大地震后的超导重力数据检测了频率小于1.5 mHz的低频地球自由振荡及其频谱分裂现象.研究结果表明：利用该方法进行气压改正后检测得到的各简正模具有更高的信噪比,估计的本征频率误差水平明显降低,获得的基频球型振荡₀S₂和₀S₃以及一阶球型振荡₁S₂的分裂谱峰的估计精度更高,同时还检测到了部分环型振荡在重力观测中的耦合现象.对低频地球振荡的高分辨率检测结果验证了基于EEMD分解提出的气压改正方法的有效性,同时再次证明了超导重力仪观测数据在低频地球自由振荡检测中的优势.     

呼图壁地下储气库三维有限元数值模拟分析

利用呼图壁地下储气库地质、地球物理资料,建立呼图壁地下储气库三维有限元模型。利用储气腔体压力变化对储气库进行边界约束,用一整个观测周期水准模拟数据结果对几何模型进行可靠性评定。结果显示,储气库整个注、采气过程类似于地球呼吸,在注气过程中地面点由于压力作用呈现出向外膨胀的趋势,在采气过程中地面点点位向着储气层垂直向上的盖层集中运动,呈现出向内塌陷的趋势。     

呼图壁地下储气库地表盖层变形的GPS研究

利用新疆呼图壁地下储气库地表盖层由13个点位组成的形变监测网的前5期GPS观测资料,研究地下储气库注采过程中地表盖层的变形响应。通过获取地下储气库运行过程中地表盖层形变的三维时间序列,并结合井口压力数据,区分地下储气库在不同过程中的变形信号。研究结果表明,地表盖层在储气库注采过程中水平方向上存在明显的“呼吸效应”,储气库每MPa气井压力变化在注、采周期内对地表变形造成的影响在水平方向上分别达到1.02、1.24mm,垂直方向分别达到-1.11、0.86mm。     

2015年尼泊尔地震破裂过程的统一模型

模拟2015年尼泊尔地震（主震M_W7.8及最大余震M_W7.3） GPS/InSAR同震位移、远震体波、高频GPS位移波形和强震加速度记录,构建统一震源模型.统一模型分布特征主要由InSAR观测决定,地震矩释放过程则与P波模型相似,静态与高频GPS观测增加了对破裂时空特征的约束强度;各种比对表明,该模型对各基于单一类型反演模型具有很好的兼容性,棋盘测试展现其具有更优空间分辨率,最小可恢复20 km×20 km尺度的空间特征,压缩了非同震信号或误差导致的零散瑕疵,主、余震破裂具有更好的空间对应关系.主震展布范围为140 km×80 km;4 m以上破裂集中在加德满都以北30 km、深度15 km的狭长区域内,最大滑动量为7.4 m;破裂持续总时长为60 s,破裂速度为3.3 km·s^-1,子断层上升时间在10 s内.M_W7.3余震破裂区域位于主震东侧边缘,滑动量围绕震中扩散,扩展范围为30 km×20 km,最大滑动量约为4.4 m,总破裂持续时间为35 s.本次地震中静态和高频的GPS观测亦具备独立约束主震破裂扩展过程的能力.     

利用GPS资料分析天山现今地壳缩短速率

基于中国地壳运动观测网络1999～2013年的GPS区域网资料,并结合中国大陆构造环境监测网络2009～2013年的GPS资料以及境外天山、帕米尔等地区公开发布的最新速度场结果,获取整个天山及邻区较为完整的地壳运动图像,以此研究天山及邻区的现今地壳缩短速率及其空间变化。初步结果表明,自西向东分别横跨帕米尔北缘逆冲断裂带、柯坪塔格逆断裂 褶皱带、库车逆断裂 褶皱带、玛纳斯逆断裂 褶皱带和吐鲁番中央隆起逆断裂 褶皱带的5条GPS速度剖面显示,整个天山南北向的缩短速率由西向东逐渐减小,且剖面内的地壳缩短与变形并非线性分布,其现今地壳缩短速率分别为26、20、12、9和4 mm/a。     

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.