日本东北大地震引起的洋底地壳和海水质量重分布效应分析

采用两种方式得到2011年日本东北大地震引起的洋底垂直形变数据,通过傅里叶变换和傅里叶逆变换计算得到洋底地壳垂直运动产生的洋底地壳与海水物质交换导致的重力效应。分析这两种方式得到的重力变化并与利用GRACE提取的重力变化对比,结果发现此效应显著,在提取同震重力变化时不可忽略。

2011年日本东北大地震对中国东部地壳形变场的影响

2011年日本东北M W 9.0大地震不仅造成日本境内地表产生超过5 m的同震位移和显著的震后变形,在中国大陆东部地区也引起明显的远场同震及震后变形。本文利用1999~2017年GPS连续站和流动站观测资料,计算高空间分辨率的远场同震和震后变形位移场。结果表明,2011年日本东北M W9.0地震对中国105°E以东区域产生了E向运动的同震变形,对中国东北和山东半岛产生了可观的震后变形,且GPS震后变形的累积量已超过相应台站的同震位移量。利用日本大地震在中国东部地区产生的远场同震和震后变形位移场,可为维护区域大地参考基准和反演岩石圈及上地幔的流变性质提供定量约束。

超导重力数据检测到的2011年日本东北大地震(Mw 9.0)震前重力异常及同震重力变化

高精度的超导重力数据已广泛应用于地球动力学的研究,对大地震前重力异常和同震重力变化的探测有助于震源机制和地震预警的研究,同时高精度的同震观测数据可用于断层滑动模型的反演。本文利用日本、中国及欧洲7个超导台站2011年3月的秒采样数据研究日本东北大地震(M_(w) 9.0)产生的重力变化,经潮汐、气压、漂移等预处理改正后,得到改正后的重力变化。对比同时段日本岛附近发生的2861次M_(b)≥4级地震,分析滤波后的重力变化数据,排除非主震的影响,发现0.12 Hz≤f≤0.18 Hz频段显示了明显的震前重力异常扰动信息,所有台站在震前89 h均开始出现重力异常扰动,Medicina站的震前最大异常扰动振幅达到28×10^(-8) m/s^(2)。另外,利用球形位错理论及地震的CMT解计算得到的地表同震重力变化理论值与超导重力观测值非常接近,同震重力变化绝对值与震中距成反比,近场站点的观测值比远场站点更接近于理论计算值,前者可作为断层反演的约束条件。

2011年日本东北大地震（M_W=9.0）震间与震前变形场特征及其对强震预测的启示

强震震前(preseismic)动力学过程的研究对于地震预测具有十分重要的意义,但由于观测资料的限制,目前对强震前孕震区力学状态及其演化过程的认识还非常有限.2011年日本东北9.0特大地震(Tohoku-Oki)发生在GPS观测台站最为密集的地区,为研究特大地震震间(interseismic)与震前的变形状态提供了难得的机会.文中将利用日本东北大地震之前连续的GPS观测资料,分别计算震间与震前的速度场与变形场.通过对比分析发现,日本东北地区(Tohoku)震前的应变状态与震间的有很大的不同,震间的变形主要受到太平洋板块向日本海沟北西西向的俯冲挤压作用所控制,其主压应变以近东西向压缩为主,日本东北地区的运动方向与太平洋板块的运动方向大体一致.但是,临近地震前(震前)日本东北地区的运动方向发生了很大变化,震前30天的连续GPS观测结果显示,速度场的优势方向经常变换,间歇性地出现与太平洋板块运动方向相反的情况.这意味着震前孕震区的力学状态发生了很大的改变.这种变化可能与震前破裂成核或慢滑移及慢地震等过程有关,这些过程将加速或促进大地震的发生,从而为大地震的发生准备了力学条件.值得特别强调的是,这些现象都是可以通过直接观测能够发现的大地震之前的异常现象.由此可见,加密GPS站点进行连续观测,寻找震前变形异常区以及探索异常的物理机制对于地震预测预报有重要的科学意义.

基于GeoClaw海啸数值模拟程序对2011年日本东北大地震有限断层模型的验证

由于海啸波具有长周期、慢衰减的特征,对于能够激发海啸的海底地震,海啸波资料一定程度上可以作为利用地震波资料和大地测量资料反演得到的震源有限断层模型的补充数据,以验证该模型的合理性.本文以2011年日本东北大地震海啸期间反演的震源模型为例,利用Okada弹性半无限空间理论将震源有限断层模型转化为垂向海底变形;然后利用GeoClaw海啸数值模型进行海啸数值模拟,在计算区域模拟实际观测点的海啸波波形数据;并将模拟海啸波波形数据与实际观测值进行对比,以验证震源有限断层模型的可靠性.

从同震和震后形变分析日本东北M_W 9.0级大地震对近场地震活动性的影响

2011年日本东北大地震后,不断有报道认为日本南海海槽可能会发生强震,日本东北大地震对南海海槽断层活动有何影响?本文采用粘弹性半无限空间模型,利用反演得到的日本东北大地震的断层模型,计算了岛内部分断层的同震和震后形变以及库仑应力变化.结果表明:2011年日本东北大地震,使得平行于日本海沟的岛内逆冲断层应力释放明显,5km深度,库仑应力降低值都在50kPa以上,按照该地区每年应力积累1～10kPa计算,相当于释放了5～50年的应力积累;平行于南海海槽的岛内逆冲断层,同震库仑应力增加了1kPa左右,相当于0.1～1年的正常构造运动应力积累;对于岛内的走滑断层,若其滑动方向与同震或震后形变方向一致,则库仑应力增加,反之则降低,如1948年福井地震发震断层库仑应力增加10kPa左右,相当于1～10年的正常构造运动应力积累,地震危险性明显增加.同时,分析了不同软流圈粘滞性对震后形变和库仑应力的影响,发现对于不同的软流圈粘滞性系数,震后的形变和库仑应力相比同震都会有所增加.因此,对于平行南海海槽的岛内逆冲断层和岛内部分滑动方向与同震形变一致的走滑断层,震后地震危险性相比同震会进一步增强.

2011日本东北大地震前震余震重力效应分析

针对2011年日本东北大地震(Tohoku-Oki地震)发生前后较短时间内的多次较大前震和余震和主震混在一起,不利于提取出主震同震信号的问题,该文利用弹性位错理论模拟计算了Tohoku-Oki地震一次较大前震和两次较大余震的同震重力变化,讨论了这3次地震单独和综合的重力效应,并与主震重力变化对比分析,认为这3次前震和余震引起的重力变化数值较大,影响范围广,会直接影响到Tohoku-Oki地震主震的同震重力信号提取,所以需要作为重要误差考虑。

基于GPS观测研究中国东北地区现今地壳形变特征

基于中国东北和俄罗斯远东东南部2012—2017年的GPS观测数据,利用包含年周期、半年周期、线性项和阶跃项的函数模型拟合GPS站坐标时间序列,得到ITRF2014下的速度场,并进一步转换到欧亚参考框架下得到相对欧亚板块的速度场。基于多尺度球面小波方法解算应变率场,并分析了其空间分布特征,同时研究了各GPS站对2011年日本东北M_W9.0大地震的震后松弛响应特征和背景形变场特征。结果表明:①若不扣除日本东北大地震的松弛效应,相对欧亚板块中国东北主体上表现为东南方向运动,在依兰—伊通断裂和嫩江断裂带之间,地壳表现为逆时针旋转,其他区域向东南方向运动,方向一致性较好,在敦化—密山断裂东侧速度大小明显增加。敦化—密山断裂和依兰—伊通断裂两侧拉张量分别为3.96±0.04 mm/a和0.71±0.05 mm/a,两条断裂的剪切运动不明显。总体上,面应变率显示出NW—SE向的拉张和NE—SW向的挤压,面应变率显示出依兰—伊通断裂南端、嫩江断裂带北端和俄罗斯远东东南部呈挤压状态。在依兰—伊通断裂、敦化—密山断裂南侧以及俄罗斯远东东南部最大剪应变率相对较大。②各GPS测站对2011年日本东北M_W9.0大地震震后松弛的响应整体上表现为东南向运动,松弛形变量随震中距增加而减小。松弛效应的面应变率总体上表现为NW—SE向的拉张和NE—SW向的挤压,面应变率显示出依兰—伊通、敦化—密山断裂南端、嫩江断裂带北端以及俄罗斯远东地区具有挤压特征,其他地区表现为拉张特征。中国与俄罗斯远东边界南端存在一个明显的最大剪应变率高值区。③扣除日本东北M_W9.0大地震引起的松弛变形后,总体上面应变率仍然表现为NW—SE向的拉张和NE—SW向的挤压,面应变率最大值仍然位于依兰—伊通断裂和敦化—密山断裂南端、第二松花江断裂带以及俄罗斯远东和中国边界最南段。在依兰—伊通断裂、敦化—密山断裂南端,中国与俄罗斯远东边界南端的最大剪应变率高值区仍然存在,表明这些地区应变积累较快,并且一直在持续。

长周期地震动输入下某超限高层结构反应分析——以汶川地震和日本东北地震记录为例

由于长周期地震动记录相对缺乏,国内外对长周期地震动作用下高层结构的地震响应研究尚不充分。选取2008年汶川地震和2011年日本东北地震中长周期分量明显的3组地震动记录,首先对其绝对加速度放大系数谱和相对位移反应谱的特性进行研究;进一步以某超限高层结构为研究对象,同时以这3组地震动记录为输入,分别进行了8度多遇地震作用下的弹性分析和罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,提取了结构的主要地震响应指标,并与相应水准El Centro地震动记录输入下的分析结果进行了比较。对比结果表明,长周期地震动输入下结构的地震响应指标如水平最大位移和最大层间位移角明显大于普通地震动记录输入下的响应指标,因此长周期地震动对超限高层结构的影响应引起足够的重视。