北天山流动重力测网场源分辨能力

利用球面六面体单元网络模型建立不同分辨率的重力异常扰动模型检测板,基于北天山地区实际地表流动重力测点分布,进行设定场源异常体的等效源反演恢复,进而评估北天山流动重力测网场源分辨能力。结果表明,在假设地下10 km处存在密度差为±1×10^(-3)g/cm^(3)的场源异常体情况下,北天山重力测网具备0.75°×0.75°及以上场源异常体识别能力;测网中大部分地区具备0.5°×0.5°场源异常体识别能力;测点分布较密集的少部分地区具备0.25°×0.25°场源异常体识别能力。最后,综合考虑北天山测网现有网形、地形、交通条件等因素,给出测网最佳优化方案。

北天山中段时变重力场离散小波多尺度分解

利用北天山地区2016~2019年观测的4期流动重力观测资料,分析研究一年尺度的重力场动态变化特征,并利用小波分析方法,将不同场源深度的重力异常进行分离。通过功率谱分析,获取各阶小波重力细节对应的场源深度。研究结果表明,2017年8月9日精河MS6.6地震前,震中位于负值集中区,四阶小波重力细节显示震中附近出现明显的四象限分布;2020年1月16日库车MS5.6地震前,震中位于负值区,小波重力细节整体量值较小;功率谱估算的场源近似深度与2次地震的震源深度相近。

利用重力场变化反演北天山地壳介质密度变化

由于地球内部质量分布的状态不均衡变化,地表观测通常会表现为重力异常的变化。研究表明,地震之前较长一段时间范围内,地震活动的区域将会出现由于膨胀而引起的区域重力异常变化。地震发生之后该地区会出现区域性的物质再分布,因此,地球内部物质的密度不均衡变化与地震孕育过程是密切相关的,连续跟踪重力观测对于认识地震孕育区域和断裂带附近的内部构造活动模式意义重大。

北天山地区近期重力场及地壳密度变化特征研究

利用2014~2019年北天山地区流动重力资料,采用绝对重力控制进行经典平差计算,获取该地区重力场时空演化特征图像,并结合重力段差可视化方法,得到该地区重点构造部位物质迁移规律。采用紧凑反演方法进行北天山中段不同深度地壳密度模拟计算,结果表明,北天山中段地壳物质密度变化最佳深度为30~40 km,是地壳密度变化的正值区域,基本位于北天山北坡和准噶尔盆地南缘,表明该地区物质不断汇聚,或者表明地壳呈现下沉的趋势;而在北天山山体附近,物质密度变化为负值,表明山体物质处于亏损态势,或者山体受到构造应力的作用,使地壳处于不断隆升过程中。

北天山地区中强地震前跨断层形变强度异常特征分析

对新疆北天山地区跨断层流动水准观测资料进行整理,利用断层垂直活动速率求解断层形变异常强度值。基于其变化特征与北天山地区中强地震的对比研究发现,研究区域断层活动整体处于断层形变强度趋势增强的背景下,局部断层形变异常强度值超过指标阈值0.6时,可作为北天山地区中强地震的预测依据。

基于形变速率累加法研究北天山地区形变异常与孕震关系

利用北天山地区多期一等跨断层垂直形变观测资料和GNSS数据,采用“形变速率累加”异常识别方法进行处理,结合震例分析断层形变异常特征。结果表明,“形变速率累加”易于异常识别和提取,可直观的显示出连续异常点的快速上升和阶跃变化,在异常特征分析时具有一定的参考价值;异常时段以中短期为主,大部分异常信息出现在M_(S)≥6.0地震震中300 km范围内,从地震异常信息起始至发震过程分析,该方法可作为地震中期预测指标;GNSS三分量异常幅度N<E<U,均值为30.5 mm,异常速率为0.33 mm/d,该方法基本适用于GNSS形变资料的异常信息提取。

乌鲁木齐及周边地区重力场及视密度变化特征

文中基于2019年4月—2022年4月乌鲁木齐及周边地区流动重力观测资料,采用绝对重力控制进行经典平差计算,获取研究区重力场时空演化特征图像。针对0.5a尺度和1a尺度重力场变化并结合构造地质部位分析重力剖面变化图像,分析了乌鲁木齐及周边地区的重力场变化特征。此外,文中采用小波多尺度分析方法,对乌鲁木齐及周边地区2019—2020年、2020—2021年和2021—2022年3a的重力场动态变化数据进行处理,分解不同场源异常,并对分离出的异常信息进行解释和分析,以此提升地震前兆重力异常的可信度。结果表明,研究区重力场具有明显的分区特征,整体以负值变化为主,正、负重力变化交替出现;小波重力细节反映异常区域与地质构造吻合,功率谱估算的近似场源深度与crust1.0模型相近;此外,基于流动重力观测资料反演得到研究区地壳内部等效视密度变化特征。文中的研究成果将为研判乌鲁木齐及周边地区未来的重力场变化趋势提供初步依据。

乌什M_(s)7.1地震重力场变化特征分析研究

利用南天山地区乌什M_(s)7.1地震发生后的流动重力观测数据,获取乌什M_(s)7.1地震前后南天山地区重力场变化,对该地区地震前后的一年和多年尺度重力变化、测段和测点重力变化特征进行研究。结果表明,乌什地震发生后,重力变化零等值线穿过震中地区,并出现重力变化的高梯度带。重力变化零等值线出现的区域,物质密度正在经历增加和减少的过渡过程。物质的增减差异导致强烈运动、能量积累。强震前的重力异常可能持续较长时间,有可能出现重力场变化较小的情况,因此提取和分析强震前的重力异常信号时,需要考虑较长时间跨度的重力观测数据。震后观测的流动重力数据能够较好反映发震断层的应力释放特征,有助于分析余震发展趋势。

霍尔果斯—玛纳斯—吐谷鲁断裂现今断层运动特征

霍尔果斯—玛纳斯—吐谷鲁断裂在天山新生代构造演化中起到了重要作用,并控制着北天山山前地区的地震活动,了解霍尔果斯—玛纳斯—吐谷鲁断裂带不同段落的活动特性对乌鲁木齐山前凹陷地区的运动特征有着重要意义。文中利用研究区域内的GPS站点,获取了该区域的现今GPS速度场、基线长度变化、应变等结果,再通过GPS速度场的剖面投影法分析,结合跨断层水准资料进行分析研究,结果表明:(1)通过陆态网络站基线变化趋势可以看出天山处在挤压状态。大地四边形网基线变化量显示:吐谷鲁背斜的大丰测区从2017—2021年处于挤压状态,在2021—2023年出现拉张的趋势,这与该场地跨断层水准测量的结果趋势一致;红山嘴测区断层一直为挤压状态,这与区域跨断层水准场地的测量结果一样。(2)跨霍尔果斯—玛纳斯—吐谷鲁断裂的GPS速度剖面显示,GPS站点南北向速率从西向东变小,霍尔果斯—玛纳斯—吐谷鲁断裂的滑动速率约1 mm/a,这些断层为逆冲特征,走滑分量无明显的变化。

基于InSAR技术的喀什-乌恰交汇区地壳垂直形变特征分析

利用喀什-乌恰交汇区2004--2010年间的ENVISATASAR数据，采用层叠InSAR技术获得了喀什-乌恰交汇区地壳垂直形变速度场，并结合研究区GPS观测数据结果，分析了喀什-乌恰交汇区地壳形变特征。结果显示，喀什-乌恰交汇区地壳垂直形变速率约为-1—2mm／a，其中，乌恰南边的山区形变量最大，形变速率达到2mm／a，是整个研究区中隆升最明显的区域；而喀什、阿图什-带形变量比较小，基本在0—1mm／a。卡兹克阿尔特和阿图什南翼断裂为乌恰以南的隆升区域到喀什、阿图什垂直形变平稳区域的梯度带，这个区域吸收了1—2mm/a的垂直形变能量和7—9mm／a的水平形变能量，是喀什．乌恰交汇区中主要的地壳形变能量消耗地带。

甘肃岷县漳县Ms6.6地震前“陆态网络”基准站东西分量时序曲线异常特征研究

收集了甘肃岷县漳县MS6.6地震前震中附近"陆态网络"基准站GPS数据,并应用PODAP软件进行解算。结果发现震中附近大多数基准站位移三分量时间序列曲线出现突变性异常,异常分量主要为东西分量;异常出现时间集中在震前4周左右;异常幅度为10mm左右。

利用小波变换研究南天山地区流动重力异常特征——以2020年伽师M_(S)6.4地震为例

利用南天山地区2016~2019年的流动重力观测资料,获取伽师M_(S)6.4地震前不同时间尺度下区域重力场的动态演化特征,并通过功率谱分析方法,获取各阶小波重力细节对应的近似场源深度。结果表明:伽师M_(S)6.4地震前,巴楚至阿合奇一带一年尺度重力场变化呈现与断裂构造走向一致的正、负异常过渡带和梯度带特征,震源区为负变化高值集中区,两年尺度重力场变化显示柯坪块体皮羌断裂带两侧重力值出现显著异常变化,震源区为负变化高值集中区,3年尺度重力场变化显示震源区位于负值区。2018~2019年南天山地区重力场的小波变换结果显示,2020年1月19日伽师M_(S)6.4地震前,4阶小波重力细节中巴楚至阿合奇一带出现重力变化的高梯度带,量值约为80×10^(-8)m·s^(-2),地震位于负值集中区;利用功率谱分析方法,获取南天山地区各阶小波变换重力细节的场源近似深度,给予重力场变化具体的物理意义。

基于流动重力和连续重力的新疆区域重力场时空特征研究

利用新疆区域多年的流动重力和连续重力资料对新疆的重力场时空特征进行研究,结果表明:2016~2017年南天山地区显示乌恰至喀什一带出现重力高梯度带的密集区域,北天山地区显示新源至巩乃斯一带重力测量出现较为明显的四象限分布。乌什台和库尔勒台的非潮汐变化在M S 6.0地震之前有一定的反应。

2020年1月19日新疆伽师MS6.4地震前后GNSS异常特征研究

2020年1月19日新疆伽师发生M S6.4地震,地震发生后,梳理了连续GNSS和流动GNSS的观测资料,发现震中附近站点运动方向与其东部站点的运动方向存在一定的差异,可能显示了震中附近区域应力震前处于失稳状态。巴楚—叶城基线挤压缩短速率快于以往,约为前期缩短速率的3倍,趋势转折时间近3年;从巴楚—乌恰基线可以看出该地震受东西向应力的作用较小。最新一期的流动GNSS结果显示,地震发生在剪应变高值向低值过渡的区域,发生在面膨胀负极值区域边缘;块体应变参数从短期变化来看,面膨胀值在增大的同时,剪应变在减小,也说明北北西向的正应力和北东东向剪应力的作用差异增大,断层的受力平衡被打破,这可能是地震发生的力学机制。

新疆呼图壁Ms6.2级地震前形变特征分析

利用新疆区域多年的流动重力和流动水准资料对新疆呼图壁6.2级地震进行形变分析研究,结果表明:在呼图壁6.2级地震前,呼图壁半年尺度和一年尺度流动重力均由正值区域变为零值线附近;流动水准观测表明,呼图壁附近的2条测线在不同部位同步出现量级较大的形变过程,断层活动有加强趋势。

网形结构对重力数据分析结果的影响

为分析网形结构对重力网平差结果的影响,利用北天山测网改造后的最新4期流动重力观测数据,分析测网中存在长支线对整网数据处理结果的影响。结果显示,长支线的存在使北天山最大异常变化达到260μGal。将支线连成闭合环再进行平差计算,得到的最大重力变化量减小到60μGal,表明测线上的误差积累导致支线末端测点重力值可靠性差,严重影响异常重力变化的识别。由于观测原因形成长支线时,为正确识别异常信息,采取适当的数据处理方法,将支线连接成闭合环,可以有效提高测网整体平差结果的可靠性。

柯坪块体周缘主要断裂闭锁程度与滑动亏损速率的分布特征

利用西南天山山前柯坪块体周缘的多期中国大陆构造环境监测网络区域站及新疆维吾尔自治区地震局在该区域加密布设的多个GPS站点数据,基于负位错反演原理,采用Defnode软件反演,得到柯坪、皮羌和迈丹3条主要断裂的闭锁程度和滑动亏损速率分布特征。模拟结果与实测值总体一致,但略有细微差异,GPS点位密集处残差在1mm/a左右,柯坪断裂在深度20km以内处于完全闭锁,20~40km之间处于部分蠕滑,40km以下处于完全蠕滑;皮羌断裂全段在深度15km以内处于完全闭锁,15~30km之间处于部分蠕滑,30km以下处于完全蠕滑,滑动亏损速率介于0~2mm/a;迈丹断裂闭锁系数与滑动亏损速率分布特征相对复杂,完全闭锁深度从西南端的35km逐渐递减至东北端的10km左右。上述研究结果为分析评估3条断裂的地震危险性提供了观测约束,对认识该地区的地震孕育背景及地震危险性研究提供参考依据。

呼图壁地下储气库近期垂直位移形变特征研究

围绕目前中国最大的枯竭式油气藏储气库呼图壁地下储气库,新疆地震测绘研究院于2013~2018年对其进行垂直向位移监测,获取了11期二等水准数据并进行相关分析。研究结果表明:储气库区随着注采气压以及天然气荷载变化呈现明显的周期性变化趋势,主要形变特征表现为经过冬季采气期间储气库内部气压减小以及天然气荷载减少,储气库区呈现整体隆升趋势;而在夏季注气后储气库内部气压增大及天然气荷载增加,储气库区呈现整体下沉趋势。另外测区北部测点沉降除了受储气库因素影响外,还主要受到地下水抽采因素的影响。

基于GNSS观测资料分析乌鲁木齐地区形变特征

基于时间序列和速度场结果分析乌鲁木齐地区的水平和垂直运动特征。利用GAMIT/GLOBK10.6软件对乌鲁木齐及周边7个CORS站2012~2019年的观测数据进行处理,获取CORS基准站在ITRF2014框架下的三维坐标时间序列,并根据坐标时间序列通过最小二乘拟合获得该地区的GNSS速度场。结果表明:乌鲁木齐CORS站在ITRF2014框架下的东西向和南北向平均运动速率分别为32.05 mm·a^(-1)和5.13 mm·a^(-1)。垂直方向WJQZ站的下沉和上升的周期性变化量最大到达(-33.77±1.87)mm·a^(-1),FUKZ、CHJZ两个站亦有下沉趋势。西山断裂南侧4个站存在小幅向上抬升趋势,平均速率为1.47 mm·a^(-1)。7个CORS站数据结果与周围的IGS(URUM)站和"陆态网络"连续站解算结果进行对比验证,显示出较好的一致性。

2020年伽师M_(S)6.4地震重力与地壳形变综合分析

2020年1月19日新疆维吾尔自治区伽师县发生M_(S)6.4地震,此次地震为N倾逆冲兼少量走滑型地震,地震的发震构造是南天山柯坪塔格逆冲推覆体最南缘的柯坪断裂,伽师地震的震中位于喀什-伽师流动重力观测网和中国大陆构造环境监测网络GNSS观测网监测区域内。文中选取2015—2021年的流动重力和GNSS观测资料开展分析。采用绝对重力点约束流动重力数据,并进行全网经典平差计算,进而获得重力场变化图像;基于GNSS数据通过GAMIT/GLOBK软件解算获得研究区的运动速率,借助位移与应变的偏导关系获取水平视应变场分布图。之后,分别研究了孕震区的重力场和应变场的变化特征,并综合探讨了孕震区的重力场、GNSS形变场特征与伽师M_(S)6.4地震孕震过程的关系。研究表明:1)一年时间尺度的重力场时变图像较好地反映了伽师M_(S)6.4地震附近区域重力场的系统演化过程,重力变化零等值线拐弯处及“四象限”特征可为地震预报提供有益参考。2)重力场累积变化反映出伽师M_(S)6.4地震前的重力场变化受到区域大断裂的控制,研究区一系列中强震发生在重力翻转变化过程中,重力变化高梯度带特征与地震的发生存在密切关系。根据重力累积变化和时变图像推测此次构造活动可能开始于2018年。3)强震易发生在具有显著重力变化的构造活动断裂带上,2020年伽师6.4级地震发生在重力变化高梯度带拐弯的区域,也是面压缩率变化过渡带地区,区域应变场的增强恢复过程与区域重力场的正、负变化具有一定对应性。