华北地区大地震矩释放率和GPS应变率的一致性研究

GPS测量技术可以在较大地区范围内获得高精度地壳形变速率。稳定的应变速率提供了精确确定地震活动率的机会。本文运用Kostrov(1974)的公式将经平滑的华北地区应变速率转化为矩释放率，并与运用1303年洪洞地震以来的地震目录计算的矩释放率进行比较，发现两者之比南北向为60．6％，东西向为68．9％，北东剪切分量为104．1％。近似为1的比率表明了GPS测量结果的可靠性。这个结果对结合历史地震及大地形变测量估计矩释放进行地震危险性评估具有一定参考意义。     

中国西部壳幔结构与动力学过程及其对资源环境的制约:"羚羊计划"研究进展

为系统、深入地研究中国西部盆(盆地)、山(山脉)、原(高原)的壳幔结构与深部动力学过程,2003年我们提出并领导实施了“羚羊计划”(ANTILOPE-Array Network of Tibetan International Lithospheric Observation and Probe Experiments),在青藏高原先后完成了羚羊-I(ANTILOPE-I)到羚羊-IV(ANTILOPE-IV)4条二维宽频带台阵剖面,而在青藏高原东西构造结则实施了羚羊-V和羚羊-VI两个三维宽频带台阵探测。另外,我们将前期在准噶尔盆地、天山造山带、塔里木盆地、阿尔金造山带和柴达木盆地开展的九条综合地球物理观测剖面也纳入羚羊计划的总体框架中来。 通过“羚羊计划”的实施,我们在中国西部(包括西北部的环青藏高原盆山体系以及西南部的青藏高原)取得了大量的、高质量的、综合的第一手观测数据,获得了中国西部盆、山、原精细的壳幔结构,系统地揭示了中国西部盆山原的深部地球动力学过程。主要结论总结如下:确定了准噶尔盆地基底的结构与属性,优化了盆地的基底构造格架;建立了天山造山带“层间插入削减”新的陆内造山模式,揭示了印欧碰撞在天山岩石圈缩短44%的去向以及由洋-陆俯冲到陆-陆碰撞俯冲的转换机制;揭示了塔里木盆地、阿尔金造山带和柴达木盆地的盆山接触关系;获得了塔里木盆地顺时针旋转的深部几何学、运动学和动力学证据;确定了青藏高原之下印度板块与欧亚板块的碰撞边界;发现目前的青藏高原由南部的印度板块、北部的欧亚板块和夹持于二者之间的巨型破碎区——西藏“板块”构成,首次确定了各自的岩石圈底边界;修正了高原变形的两个端员模型;建立了深部构造对地表地形的制约关系;系统地揭示了印度板块沿喜马拉雅造山带俯冲的水平距离与俯冲角度的变化规律与控制因素。 “羚羊计划”以其巨大的观测网络与综合地球物理探测技术,采用地球物理学、地质学、地球化学等不同学科相结合的分析方法,揭示了印度板块俯冲、西藏巨型破碎区发育、塔里木板块顺时针旋转、西部水汽通道提前关闭、中国西北部干旱、沙漠化提前这一深部结构、动力学过程及其对地表地形、油气资源和环境变化的制约关系,推动了青藏高原地球系统科学理论的发展。     

GNSS观测的2021年5月22日玛多MS7.4地震同震位移及其约束反演的滑动破裂分布

2021年5月22日青海省果洛州玛多县发生M_W7.4地震,此次地震产生的地表破裂在空间上表现出明显的分段特征.本文基于不同来源的GNSS连续观测网数据获取了此次地震的精细三维同震形变场,结果显示:观测到的最大水平位移量达到280 mm,最大垂直形变量仅为25 mm,暗示此次地震的逆冲分量较小;此次地震具有较为明显的左旋走滑特征,同震形变基本对称,在NW-SE向的影响范围更广,该方向上水平同震形变大于3 mm的震中距范围超过500 km.进而,本文以余震精定位结果和GNSS观测到的三维同震形变场为约束,构建了地表破裂线为折线、倾角为85°、倾向西南的断层模型,反演了滑动破裂分布.结果显示:滑动破裂分布在震中两侧不均匀,均破裂到地表,破裂深度达到15 km左右,最大滑移量为4.73 m,计算的矩震级为M_W7.37.该结果与余震精定位结果具有很好的一致性,破裂的极值区正好位于早期余震空区,推测该余震空区未来的发震风险性较低.最后基于反演结果模拟计算了震中区域形变和应变场,结合应变值在断层地表迹线东南侧呈现挤压特征和已有的研究成果,推测此次地震增强了巴颜喀拉块体在东部地区挤压应力的积累特征,导致东部地区发震危险性增强,值得后续跟踪研究.     

GRACE卫星重力场同震变化的经验正交函数分解:以日本M_W9.0地震为例

2011年3月11日日本东海发生MW9.0地震,造成日本岛整体东移、下沉并伴随巨大的质量重新分布。对于海底地震的震中区域,空间观测的GRACE卫星重力数据很好地弥补了GPS、InSAR等形变资料的缺失。利用GRACE卫星月重力场数据计算了地面0.5°×0.5°网格点上的重力变化时间序列,采用最小二乘拟合、经验正交函数(EOF)2种方法,提取了同震重力变化,结果显示震中两侧区域的重力变化呈两极分布,其中弧后区域重力下降,最大降幅约6μgal,海沟区域重力增加,最大增幅约3μgal。EOF方法避免了最小二乘拟合方法所需的地震发生时刻等先验信息,但卫星重力信号是由多种地球物理过程引起的重力变化的叠加,EOF结果的可靠性及其反映的真实物理来源往往随着事件的规模、观测时间的长短等而改变。文中第2,3,4主成分主要反映了非构造因素的影响,通过第1主成分空间一致性提取的同震重力变化与位错理论模型计算结果较为接近,因此较真实地反映了地震引起的重力变化特征。     

大凉山次级块体内强震发生的构造特征与2014年鲁甸6.5级地震对周边断层的影响

2014年8月3日,在云南鲁甸发生MS6.5地震.该地震位于巴颜喀拉块体、川滇块体与华南块体三者之间的以挤压和左旋走滑为主要活动特征的大凉山次级块体内部.该次级块体吸收了来自川滇块体和巴颜喀拉块体的挤压作用,主要以各边界断裂带的挤压作用和内部大凉山断裂带、峨边断裂带等NNW向的左旋走滑次级断裂为主要特征;在历史上大凉山次级块体边界上以7级以上强震活动为主要特征,而在次级块体内部则以5级地震频繁活动为主.2014年鲁甸MS6.5地震发生在逆冲走滑断裂带内部的NNW向左旋走滑断裂上,该地震主要受到了发生在小江断裂带上的1733年M73/4和则木河断裂带上的1850年M71/2强震的影响,这两次地震对2014年鲁甸MS6.5地震有促进作用,而2014年鲁甸6.5级地震促进了2014年10月1日越西5.0级地震的发生,此外鲁甸地震对大凉山断裂带北段、峨边断裂带、昭通-鲁甸断裂带东段以及则木河断裂带南段有一定的库仑应力增强作用.     

不同观测技术的Jason-2卫星精密定轨评估

针对GPS、SLR和DORIS三种不同手段的各自定轨精度问题,本文基于不同的轨道评估方法进行了深入分析。以JASON-2卫星为例,分析了姿态模型误差及其对定轨精度的影响,分别讨论了GPS、SLR和DORIS的定轨策略和定轨精度,并基于轨道评估结果进行了轨道叠加。基于实测数据进行了试验,试验结果表明,JASON-2卫星姿态模型误差对DORIS、GPS和SLR轨道影响分别为0.040、0.036和0.033m;DORIS定轨结果优于GPS和SLR,SLR定轨精度最差;基于SLR验证和轨道重叠结果加权,对GPS、SLR和DORIS轨道进行轨道叠加,其精度一致,通过与JPL轨道比较,其径向精度为2cm。     

板内大震原地准周期复发间隔的概率分布

以中国大陆大震原地复发资料为基础,采用比较合理的方法确定了板内大震在其活跃期内原地准确周期复发的概率密度函数,所得结果表明,板内大震在重复行为上具有板间特征地震相类似的分布特征,两者的差异在于,板内大震复发间隔的变分系数ＣＯＶ为０．２６,而板间特征地震的该值为０．２１５,即板内大震的重复间隔相对稍显离散。     

滇西地区GPS时间序列中陆地水载荷形变干扰的GRACE分辨与剔除

利用"中国大陆构造环境监测网络"在云南西部地区的13个连续GPS观测站和法国空间大地测量研究组Space Geodesy Research Group)的GRACE时变重力场资料,定量分析了该区域陆地水载荷所产生的非构造形变的量值和变化特点,探讨了利用GRACE分辨和剔除GPS观测中陆地水负荷所引起的非构造形变干扰的依据和模型.结果表明:滇西地区GPS坐标变化时间序列的垂向分量中,普遍包含有明显的年周期非构造形变波动,高值可达12mm,其中约42%源于陆地水迁徙变化所引起的负荷形变;通过主成份分析方法所获取的区域GPS共模误差与GRACE陆地水载荷形变序列的相关性高达0.87,若以GRACE扣除陆地水负荷形变,则滇西地区GPS网共模误差可消除约64%,且物理机制明确.然而,由于目前的GRACE只能有效分辨大约400km范围内陆地水载荷的整体变化,所以对于各GPS站点更加局部化的陆地水负荷非构造形变干扰,尚无法进行有效分辨.     

基于LiDAR数据开展活动断层填图的实验研究——以新疆独山子背斜-逆冲断裂带为例

机载LiDAR技术为描绘活动构造相关构造地貌和最新的地表形变提供更精确的基础数据。如何将LiDAR新技术、新数据应用于活动构造填图和活动断层地震危险性评价等方面,是今后活动构造研究领域的一个重要的发展方向。文中以新疆天山北麓的独山子背斜-逆冲断裂带为试验区,开展了基于LiDAR数据的活动构造填图实验研究。首先,采用机载LiDAR技术进行数据采集,获得点云密度为6.6个/m2、平均点间距为0.39m的LiDAR原始数据;其次,利用试验区内12个测量精度可达mm级的GPS静态测量点评估LiDAR的相对垂直精度为0.12m、均方差值为0.078m;最后,对密度为6.4个/m2的地面点云数据进行DEM最佳分辨率评估,利用反距离权重算法获得0.5m分辨率的数据高程模型(DEM)。该分辨率的DEM数据足以完成独山子背斜-逆冲断裂带的精细构造地貌特征的确定以及高精度的空间解译。文中仅使用DEM可视化工具从不同虚拟的视角、不同色度或其他处理方式来识别微构造地貌、划分地貌面和确定断层位置等,宏观上获得与前人通过航片解译和野外调查一致的断裂分布特征,微观上较前者具有更高的精细程度。此外,数据采集、数据质量检验、数据处理及数据应用等技术和方法适用于其他能够获得LiDAR地形数据的活动断裂研究工作。     

Active tectonic blocks and strong earthquakes in the continent of China

The primary pattern of the late Cenozoic to the present tectonic deformation of China is characterized by relative movements and interactions of tectonic blocks. Active tectonic blocks are geological units that have been separated from each other by active tectonic zones. Boundaries between blocks are the highest gradient of differential movement. Most of tectonic activity occurs on boundaries of the blocks. Earthquakes are results of abrupt releases of accumulated strain energy that reaches the threshold of strength of the earth's crust. Boundaries of tectonic blocks are the locations of most discontinuous deformation and highest gradient of stress accumulation, thus are the most likely places for strain energy accumulation and releases, and in turn, devastating earthquakes. Almost all earthquakes of magnitude greater than 8 and 80%-90% of earthquakes of magnitude over 7 occur along boundaries of active tectonic blocks. This fact indicates that differential movements and interactions of active tectonic blocks are the primary mechanism for the occurrences of devastating earthquakes.