联合高频GNSS和强震仪观测获取同震位移

采用动态精密单点定位技术处理高频GNSS数据获取GNSS位移,利用空间叠加滤波法消除其共模误差的影响,基于Kalman滤波将高频GNSS位移和强震观测加速度融合,利用GNSS位移校正强震仪加速度的基线漂移,得到融合同震位移和速度,建立顾及基线偏差改正的高频GNSS和强震仪组合模型。以2016年意大利北部6.0级地震为例,探讨本文模型的有效性。实验结果表明,本文模型具有高精度、宽频带特点,能准确描述地震引起的永久阶跃和震时地表位移变化。

基于GNSS监测同震位移研究

GNSS能够提供高精度、大范围、快速实时的地壳运动数据,基于GNSS技术进行地震研究是现代地学研究的主流手段之一。本文以汶川地震为研究对象,采用布设于汶川地震带两边的16个GNSS连续运行监测站数据,基于同震及震后位移分离模型,计算分析汶川地震的同震位移。通过对16个站的同震位移结果进行分析,得到同震水平位移场和垂直位移场的主要特征,与地震台网观测数据大致一致。

利用高频GPS进行地表同震位移监测及震相识别

结合日本3.11大地震,利用近震区和远震区若干测站的高频GPS观测数据,采用动态精密单点定位技术分析了强震时复杂的地表运动时序,获得了地表同震位移.在此基础上提出利用S变换对高频GPS地震波进行震相识别,有效拾取了P波初至,反演了P波传播速度并与地震仪数据、USGS提供的参考值进行了对比和分析,为后续地震应急、地震预警提供了重要的、科学的决策依据.

2001年昆仑山口西M_S8.1地震地表同震位移分布特征

沿长约 4 2 6km的 2 0 0 1年昆仑山口西MS8 1地震地表破裂带共获得 2 91个点的地表同震水平左旋位移数据 ,并在其中 1 1 1个点获得了垂直位移数据。该地震总体以左旋水平位移为主 ,兼具一定的垂直位移。最大地表左旋水平位移值可达 6 4m ,平均水平位移约为 2 7m ,绝大多数测点的垂直位移均 <1m。地表水平位移沿主破裂带走向位移梯度变化于 1 0 - 1～ 1 0 - 4之间 ,这一起伏变化可能起因于野外测量误差、沿主破裂带岩性或松散沉积物厚度的变化、地表破裂带几何结构的不均匀性、地表破裂走向的变化、不同破裂段在昆仑山口西 8 1级地震之前的地震中滑动量的起伏变化 ,以及大量非脆性变形、次级破裂的存在等。水平位移沿主破裂带的长波长 (数十公里至数百公里 )起伏变化较有规律 ,在布喀达坂峰以东表现为分别以 5个水平位移峰值为中心而有规律地起伏变化。这5个位移峰值分别对应于不同的次级地震地表破裂段。各破裂段水平位移峰值均向阶区或拐点逐渐衰减 ,不同地表破裂段位移峰值向两侧衰减的速率是不同的 ,这种位移梯度的不对称分布可能指示了地震破裂的扩展方向。上述位移分布特征真实地反映了地表可见脆性破裂带上的同震位移状况 ,可能只是该断错事件的最小滑动量。在活动构造研究中 。

利用GPS观测资料分析2008年于田Ms7．3地震的同震位移及震后形变

2008年3月21日新疆于田发生M_S7.3级地震.本文通过处理、分析GPS数据,得到破裂断层北侧100 km附近的同震位移及震后形变信息.在观测区域GPS点监测到10 mm左右的同震位移,其中最大为南向14 mm,东向5 mm.同震位移呈现一致性的东南向运动特征,证实于田地震存在显著的左旋走滑分量.震后台站向西南方向运动,与同震位移方向不同,说明同震位移和震后形变具有不同的形变源.近普鲁断裂两侧的GPS点震后运动方向存在明显差异,表明于田地震可能触发了普鲁断裂的左旋滑动.普鲁断裂在于田地震发生后呈现的构造活动特征揭示普鲁断裂是康西瓦西阿尔金断裂带的一部分,兼具左旋走滑与逆冲分量,吸收了青藏高原西北缘相对于塔里木盆地的东向逃逸与北向入侵作用.

玉树M_S7.1地震地表破裂带及其同震位移分布

2010年4月14日青海省玉树县发生MS7.1地震,野外地质考察及室内遥感解译表明地震形成反"L"形地表破裂,长约50公里,宏观震中位于郭央烟宋多(33°3′N,96°51′E)。总体上可分为三段,北段与中段间有16km未发现明显地表破裂形迹,中段和南段呈左阶排列,阶区内发育有右阶羽列式破裂。玉树地震最大位移量不小于1.3m,以左行走滑活动为主,兼有挤压逆冲活动。玉树断裂是本次地震的发震断层,断裂南侧羌塘块体和北侧巴颜喀拉块体差异运动导致了玉树地震的发生。地震复发间隔108～185a。破裂南端与1896年强震破裂之间尚有20余公里未发现破裂,其地震危险性还有待进一步研究。

用多种数据构建2008年汶川特大地震同震位移场

本文主要以GPS、精密水准观测和卫星SAR遥感图像分析2008年汶川特大地震同震位移特征.GPS数据包括:(1)四川盆地和川西高原地区各类国家等级GPS网点复测;(2)沿破裂带国家天文大地网GPS复测.前者推算的同震位移测定精度优于2cm,后者6～8cm.SAR遥感资料包括:(1)ALOS卫星升轨相位干涉图像,精度优于8cm;(2)ALOS和ENVISAT卫星影像合成的三维位移图,精度优于0.5m.同震位移场显示,断层下盘(四川盆地)变形总体呈扇形集中指向震中,断层上盘(龙门山)变形总体上呈逆时针旋转态势,最大的实测水平位移5.5m.汶川、理县、茂县等地测站位移指向破裂带方向,而平武、青川等地测站逐渐转变为平行,乃至远离破裂带方向,与汶川地震逆冲兼走滑的破裂特征一致.断层上盘大幅隆升,下盘靠近断层的区域以下沉为主,远场表现为幅度很小的隆升,垂直升降区域间,有一条与龙泉山断裂带平行的升降过渡带,调节龙泉断层的应力状态.用实测变形场检验多个地震波破裂模型表明,近场(距离断层50km)模型形变准确度可达40～50cm,远场精度优于5cm.

2014年鲁甸6.5级地震GPS同震位移及反演分析

本文综合GPS流动和连续观测结果,并利用最速下降法(SDM)反演方法,给出并分析了2014年鲁甸6.5级地震同震位移、断层面滑动位移分布特征.GPS同震位移结果表明:此次地震沿北西方向表现出左旋应变释放特征、沿北东向表现出拉张应变释放的同震特征,并且随着离开断裂带距离的增加,拉张变形衰减;受包谷垴—小河断裂控制的左旋剪切应变释放的位移在莲峰、昭通—鲁甸断裂附近较弱,说明该断裂可能没有完全切割昭通—鲁甸断裂,不属于该区域主干断裂;昭通—鲁甸断裂带有一定的右旋应变释放,而逆冲应变释放不明显,表明该断裂带处于受南东向挤压的强闭锁状态.SDM反演结果表明,鲁甸地震以左旋走滑为主并兼有拉张性质,地震矩震级为MW6.3左右.综上所述,并结合其他研究成果,我们认为莲峰、昭通—鲁甸断裂带仍存在强震危险性.

芦山“4·20”7.0级地震同震位移场考证及地表变形模式初探

针对2013年四川芦山7.0级地震震源机制与GPS同震位移场不完全一致的问题,利用高精度水平仪对LS05、LS06等6个GPS连续观测临时站观测墩进行了倾斜测量,对SCTQ墩面水准点高差进行了复测,并对该区域地表变形进行了调查.倾斜测量结果表明,LS06等5个站观测墩相对建站时均无明显倾斜.LS05站观测墩标的确相对建站时发生了倾斜,估计其倾斜量在0.4°～1.2°,倾斜方向以NW为主.无论该点倾斜发生于哪个时段,均不影响同震位移以S向运动为主的特征.对SCTQ基准站观测墩面水准测量结果表明,该站点观测墩非常稳定,未发生倾斜.野外地表调查表明,地壳挤压缩短变形特征较为明显,LS05测点周边确有SW向加速运动和剪切变形现象.综合分析认为,LS05、SCTQ和LS06等GPS测点表现出的左旋应变释放特征真实可靠.

2014年新疆于田M_S7.3地震同震位移及位错反演研究

利用于田震中300km范围内的1个GPS连续站和12个GPS流动站数据,解算得到了2014年新疆于田MS7.3地震地表同震位移,并反演了发震断层滑动分布,探讨此次地震对周边断裂的影响.地表同震位移结果显示,GPS观测到的同震位移范围在平行发震断裂带的北东-南西向约210km,垂直发震断裂带的北西-南东方向约为120km,同震位移量大于10mm的测站位于震中距约120km以内;同震位移特征整体表现为北东-南西方向的左旋走滑和北西-南东方向的拉张特征,其中在北东-南西方向,I069测站位移最大,约为32.1mm,在北西-南东方向,XJYT测站位移最大,约为28.1mm;位错反演结果表明,最大滑动位于北纬36.05°,东经82.60°,位于深部约16.6km,最大错动量为2.75m,反演震级为M_W7.0,同震错动呈椭圆形分布,以左旋走滑为主并具有正倾滑分量,两者最大比值约为2.5∶1,同震错动延伸至地表,并向北东方向延伸,总破裂长度约50km,地表最大错动约1.0m;同震水平位移场模拟结果显示贡嘎错断裂、康西瓦断裂和普鲁断裂等不同位置主应变特征具有差异性,这种差异特征是否影响断裂带以及周围区域的应力构造特征,值得关注.

GNSS观测的2021年5月22日玛多M_(S)7.4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_(W)7.4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_(W)7.37.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.

GNSS观测的九寨沟7.0级地震同震位移初步结果

2017年8月8日四川省九寨沟县发生了7.0级地震,中国大陆构造环境网络与北斗地基增强系统的GNSS连续观测共同监测到了此次地震的同震位移(坐标:东向为正,北向为正),结果显示:3个站点记录到了明显的同震位移,距离震中43km的九寨沟台站(SCJZ)在东西向的位移为-9.8±1.5mm,在南北向的位移为3.3±0.7mm;距离震中65km的松潘站(SCSP)在东西向的位移为-1.8±0.7 mm,在南北向的位移为-7.7±0.6 mm;距离震中77km的舟曲站(GSZQ)在东西向的位移为0.4±1.2mm,在南北向的位移为3.6±0.8mm.通过同震位移分布特征,可以推测此次地震为一次左旋走滑型事件,引起水平向同震位移大致不超过150km范围,地震对东南侧的龙门山断裂带影响非常小,对北侧的塔藏断裂和西侧的岷江断裂处引起的同震位移为厘米级.同震位移的反演结果显示:断层面上滑动量主要集中在7km深度,最大量值约为0.4m,平均滑动角为-15°,利用滑动分布计算的相应矩震级为MW6.4,与地震波反演结果相当.结合同震滑动分布、同震主应变分布、余震分布和震源机制解等特征,推测此次地震破裂极值区累积的能量得到较充分释放,进一步分析得出此次地震在塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂处产生了一定的应力变化,值得持续关注.

GPS测得的汶川大地震同震位移

2008年汶川8.0级地震是建国以来破坏最惨重的大地震,是发生在地震前后GPS观测资料最多,震中在连续观测网中部及非连续观测站相当密集的地区。许多GPS连续观测站测得汶川地震同震位移。同震位移具有突变性和时间上的同步性以及变化幅度的显著性,是最确凿的与地震直接相关的地壳运动现象。震区外GPS连续观测站位移时间序列表明,此次大地震同震水平位移范围大,远离震中的许多地区观测到同震水平位移,与震前位移对比表现为弹性回跳。GPS连续观测站震前水平位移和同震水平位移过程揭示了此次地震震前大范围有显著变化的观测站水平位移与地震孕育过程的联系。但华北及邻近地区无明显同震水平位移。震中区外均未观测到明显的同震垂直位移。震区GPS站观测到的同震位移则主要为永久形变,不仅有大幅度的水平位移,也有幅度相对较小的垂直位移。本文研究了汶川地震同震位移的特点与机制,并由此进一步讨论此次大地震的成因、前兆地壳运动特征及其复杂性。

日本M_W9.0级地震同震位移场和应力场的有限元模拟

根据同震位移GPS观测数据,利用有限元法反演了2011年3月11日本MW9.0级地震的断层滑移模式。在此基础上,计算了日本MW9.0级地震引起的同震位移场和应力场,给出了位移和应力的分布,分析了他们的变化规律并与实测结果进行了对比。计算结果表明:日本MW9.0级地震的静态断层滑移量最大可达25 m。地震引起断层上盘向东位移,最大位移在震中附近,可达24.25 m,日本东北地区向东位移最大可达6 m。震后地表隆起,隆起幅度可达5.6 m,隆起的最高点也在震中附近。日本东北地区东海岸附近有一下沉带,下沉量可达0.8 m。同震地表位移的计算值与GPS测量结果基本一致。地震引起应力变化,导致震后应力下降。应力变化是不均匀的,在震中附近约为9.9 MPa,在深处可达32 MPa,在日本东北地区地表应力变化小于4.4 MPa。地震引起的应力变化主要是水平应力,垂直应力基本不变。

四川汶川Ms 8.0级地震的地表变形与同震位移

四川汶川Ms 8.0级强烈地震与青藏高原东部松潘-甘孜地块东向挤出导致的龙门山活动断裂右旋斜冲运动存在动力学成因联系。沿龙门山中央北川-映秀断裂发育长度超过250km的地震变形带,由地震陡坎、地震鼓包、地震破裂、地震断层组成,形成了较大的同震位移。在震中区映秀地区观测到的最大同震位移为7.6m,由右旋走滑位移6.1m和垂直位移4.6m2个分量组成;虹口地区的右旋走滑位移为2.7m,垂直位移为4.6m,右旋斜冲总位移为5.3m;北川地区的右旋走滑位移为5.7m,垂直位移为3.4m,右旋斜冲总位移为6.6m;平通地区的右旋走滑位移为3.2m,垂直位移为3.0m,右旋斜冲总位移为4.4m。龙门山前缘的汉旺-漩口断裂及龙门山后缘的茂县-汶川断裂、青川断裂也发生了显著的同震断裂活动,但同震位移小于等于1.0m。根据同震位移实测数据和构造会聚速率的GPS观测资料,估算龙门山地区8.0级地震的复发周期为1150～2950年。

芦山7级地震的同震位移估计和震源滑动模型反演尝试

利用自动经验基线校正方法,分析2013年4月20日芦山Ms7.0级地震13个近场强震动台的观测资料,以估算同震位移场分布,并据此反演了震源滑动模型.经与GPS结果比较,两种不同方法给出的芦山7级地震的水平近场同震位移场幅度都不超过cm级,均显示为典型的逆冲型地震（兼有少量左旋走滑错动）.强震最大水平和垂直永久位移分别为4.9 cm和4.4 cm,分别出现在51YAM台和51QLY台.两种资料反演的震源滑动模型虽显示多事件特征,但主要滑动均集中在第一次事件,即初始滑动点两侧的走向长约30 km、倾向长约25 km的相对集中的较小范围内,强震和GPS模型的最大滑动量分别为1.14m和1.09 m,较为一致.其余子事件滑动量小且分布零散,不能排除其数值效应的因素.反演矩震级均在Mw6.7左右,地表破裂应该不明显.文章还讨论了目前在我国利用近场强震动记录估计Mw6～7级地震同震位移场存在的困难和问题,为今后类似工作提供参考.

基于GPS监测芦山M_S7.0级地震同震位移

高精度GPS测量是研究现今地壳运动和地壳形变的重要手段之一。2013年4月20日,龙门山断裂带南段芦山地区（30.3°N,103.0°E）发生了MS7.0级地震。震后的野外考察表明,芦山地震在震中区没有形成具有构造地质意义的地震地表破裂带。文中根据震中附近监测站（BXB：30.48°N,102.71°E和BXN：30.26°N,102.84°E）资料,通过对震前、震后的GPS监测数据反演、分析,推断芦山4·20地震发生机理为逆冲-错动型地震。GPS监测结果显示,震区的同震位移量为：断裂北侧测站BXB即断层西北盘（上盘）东向同震位移量为34.0mm,北向同震位移量为-28.2mm,垂向抬升10.3mm;断裂南侧测站BXN即断层东南盘（下盘）东向同震位移量为-45.5mm,北向同震位移量为-25.9mm,垂向同震位移下沉为67.8mm。芦山4·20地震使得断层南北向缩短3~6mm,水平错动位移78~82mm,断裂垂向错动75~80mm。

中国大陆GPS连续观测站测得的日本9.0级地震同震位移与震前变化

利用中国大陆GPS连续观测站资料,获取了2011年3月11日日本9.0级地震造成的连续站同震位移。计算结果表明,位于我国东部尤其是东北地区的台站在水平方向都有明显的同震位移,且离震中越近同震位移量越大,其中绥阳站的水平同震位移量最大,达到33mm。通过对时间序列分析发现,有明显同震位移的连续站,震前水平方向的运动速度都有放缓的趋势,可能是一种形变前兆现象。这些GPS观测到的同震位移及震前运动速度异常,对于进一步研究前兆地壳运动、地震动力学特征以及精化中国大陆地壳运动速度场都有重要意义。

汶川8.0级地震断层同震位移的构造意义与运动学模型

5.12汶川8.0级地震断层的同震位移方式、大小和空间变化为检验断层几何学、运动学与动力学分析理论与方法提供了一个现实范例。本文通过对汶川8.0级地震断层同震位移的几何学、运动学特征和可能的深部过程分析,并考虑到地震动力作用的影响,探讨了断层同震位移的地质意义和断层运动学模型问题,继而讨论了汶川8.0级地震过程中所呈现出的断层构造变形的现象对断裂构造分析的有关理论和方法的启示。提出了如下初步认识:(1)根据地震破裂面两侧地表高程差确定的断层垂直同震位移,并不完全是深部震源破裂的构造位移扩展到地表所致,而是包含了地震动力作用对断层破裂面两侧深部岩体的结构损伤破坏(膨胀)强烈程度差异所形成的非构造位移;(2)汶川地震的发震断层走滑-逆冲位移大小和方式的空间变化,可以用区域稳态构造应力和地震动力的联合作用给予合理解释,即断层的逆冲位移成分可以归因于为垂直断层的南东向的区域构造挤压应力作用之结果,而水平走滑位移则与震源体破坏过程形成的地震动力作用方向与不同区段断层的交角变化所致,即震源体上方映秀-北川断层南段和彭灌-江油断层,无论是区域构造应力,还是地震动力,都与断层走向近于直交,因此,断层以逆冲为主;而映秀-北川断层北段,即北川-青川段,由于地震动力方向与断层面斜交,并且越向北东方向交角越小,即使构造应力仍然为垂直断层走向,但构造应力和地震动力的联合作用,必然会导致走滑位移成分增加,自南向北位移的减小和震源体产生的地震动力作用的衰减;(3)汶川地震中发震断层同震位移,自南向北不仅位移方式呈现出由逆冲为主到逆冲走滑的变化,而且位移大小也逐渐减小,特别是在虹口一带,在同一摩擦镜面上先后出现了不同方向断层擦痕,即一次构造过程,就可在断层中先后形成不同方向运动学线理,反映了地震构造过程的运动学与动力学的复杂性。这些构造现象对历史断层运动学-动力学分析理论和原则提出了挑战。在研究断层历史活动方式和活动期次时,如何建立沿断层走向的运动学方式的变化与其相对应的区域构造应力场关系问题,利用断层不同方向的运动学线理确定的断层活动期次和活动方式的可靠性问题,断裂构造运动学-力学过程分析的理论和方法是否应该充分考虑地震动力作用的叠加影响问题等。这些有关地壳构造变形分析的基本科学问题值得构造地质学家进一步思考和探讨。

基于GPS监测的芦山地震周围地区同震位移与运动速度

通过对2013年“4．20”四川芦山地震前后GPS观测数据的处理，得到地震周围地区GPS测站同震位移及速度矢量场。GPS测站同震位移大小为5．09～51．05mm，平均为14．18mm；GPS测站运动速度为2．64～52．37mm／a，平均为18．89mm／a。利用断裂两侧GPS测站速度矢量差得到了龙门山断裂带南段次级断裂的运动速度，龙门山断裂带南段的后山断裂、中央断裂、前山断裂运动速度大小分别为49．66±3．90mm／a、79．58±3．33mm／a、50．94±3．91／a；中央断裂以右旋挤压为主，而后山断裂、前山断裂表现为左旋拉张的特性。综合分析表明，芦山地震是发生在龙门山断裂带南段东南侧的逆冲型地震，发震构造为前山断裂与新津断裂之间的小断层。芦山地震对周围地区的影响不大，主要集中在龙门山断裂带南段及震中附近区域。