2011年日本Mw9.0地震的高频GPS动态形变研究

以相对稳定的上海站(SHAO)为参考站,利用GAMIT/GLOBK的TRACK运动学分析模块对日本周边8个连续观测站的1 Hz GPS数据进行处理,获取并分析了2011年日本Mw9.0地震引起的动态地壳形变。结果表明,震时上盘各GPS站点主运动方向为东南方向,其中距震中较近的MIZU站和USUD站水平最大振幅分别达到3.11 m和0.67 m。为了削弱定位结果中与测站环境有关的系统误差,采用改进的恒星日滤波法对USUD站南北向动态时序进行滤波处理。经过滤波处理后,USUD站南北向动态时序离散度RMS由1.65 cm降低至0.82 cm。

汶川Mw7.9与日本Mw9.0地震同震电离层扰动研究

通过分析研究2008年的汶川Mw7.9地震、2011年的日本Mw9.0地震,发现伴随强震的发生,存在明显的同震电离层扰动现象。这种现象持续时间较短,一般在震前30～40min出现,并在震后大约10min达到极值,然后逐渐消失。持续时间及强度和震级存在着密切的关系,具体来说,震级越大其异常值也越大,持续时间也越长。另外一个值得注意的现象是,在震中附近出现较为明显的正异常的同时,距离震中较远的地区出现了负异常。

单历元PPP分析日本Mw9.0地震引起的我国东部沿海同震地表形变

通过对高频GPS观测数据的单历元PPP进行解算,并对定位结果进行恒星日滤波,详细分析了日本Mw9.0地震引起的我国东部沿海的同震地表形变过程。结果显示,震时我国东部沿海基准站发生了显著的水平方向和垂直方向的瞬时形变,幅度约为10cm,震后没有产生大于1cm的永久性位移,与国内外相关研究结果基本一致,验证了PPP技术用于同震地表形变分析的有效性。

超导重力仪检测2011年日本东北Mw9.0级地震前的重力扰动信号

对大地震前的扰动现象的研究有助于认识地震孕育的动力学过程,震前重力扰动已成为关注的热点之一.对大地震前的扰动现象的研究有助于认识地震孕育的动力学过程,震前重力扰动已成为关注的热点之一.为检验日本Mw9.0级地震是否存在震前扰动现象,本研究利用全球超导重力仪记录到的地震前后7天内20组秒采样数据进行分析.经潮汐、大气改正等处理去除仪器的漂移及残余潮汐效应,得到非潮汐重力变化曲线.结果表明大部分振幅大于30×10-8 m.s-2的曲线反映了全球Mw≥6级地震引起的高频波动信号,其中11组数据在3月9日Mw7.3级前震之前出现了扰动现象.震前扰动可分解为三个频段,其中,低于0.1Hz和高于0.18Hz的分量分别反映了地震波动信号及非构造信息,中间频段(0.118～0.18Hz)信号能够较大程度地压制地震波动信号、并同时保留异常扰动信息.它的振幅在3月7日10时之前基本保持约1×10-8 m.s-2,之后开始逐渐增大,到3月9日7.3级前震前后达到最大,此后振荡衰减,振幅保持约(5～10)×10-8 m.s-2,直至主震发生.中间频段信号的变化特征与主震前的应力迁移过程以及实验记录到的地震成核过程有许多相似之处;不过,震前重力异常是否与主震前的应力加速积累有关,仍待进一步研究.

2011年日本东北Mw 9.0级地震的岩石圈三维建模分析

2011年3月11日日本东北地区太平洋海域发生Mw 9.0级地震。日本海沟板块俯冲速率高,地震活动性强,因此研究程度高,到目前为止已获得了覆盖日本海沟弧前区域的地震波剖面数据。本文利用8条岩石圈结构剖面建立了日本海沟的三维岩石圈结构模型。日本海沟岛弧地壳由上到下包含5层:古近系—新近系—第四系海相沉积岩、白垩系海相沉积岩、岛弧上地壳俯冲杂岩、岛弧下地壳和地幔楔;日本海沟北部还存在中地壳;洋壳是一个双层构造,上层为熔岩和席状岩墙群,下层为堆晶辉长岩;陆壳和洋壳之间存在一个低速的板间层。本文在三维模型基础上讨论了俯冲板块的弯曲点和弯曲轴等几何学特征,分析了日本海沟俯冲带的历史地震和日本东北Mw 9.0级地震主震和余震的震源分布,日本东北地区的地震活动与太平洋板块向日本岛弧下方的俯冲活动关系密切。

日本M_W9.0级地震对中国华北-东北大陆主要活动断裂带的影响及地震危险性初步探讨

根据美国地质调查局USGS发布的有限断层模型,利用线弹性有限元数值模拟方法,反演了2011年3月11日日本MW9.0级地震在中国华北-东北大陆近地表产生的同震水平位移场及同震应力场;在此基础上,计算了日本大地震引起我国华北-东北大陆内主要活动构造带的静态库仑破裂应力变化,进而探讨其对华北-东北地区地震活动的触发效应。结果表明：（1）日本大地震在华北产生向东的水平位移,由东往西逐渐减小,最大水平位移分布在山东半岛及江苏北部等地,约12mm;在东北产生SE-SEE向的水平位移,最大水平位移分布在吉林东北部,约为30mm;模拟水平位移与GPS观测结果基本相符。（2）日本大地震在我国华北-东北大陆近地表产生的同震应力变化主要是水平的,铅直方向应力变化量为0~0.085kPa,近似为0。两个同震水平主应力中,同震最大水平主应力既有压应力也有张应力,量值为0~0.75kPa,从东北到华北,其方向逐渐由NE→NNE→近SN转为NNW向;同震最小水平主应力为张应力,量值为0~3.20kPa,从东北到华北,其方向逐渐从NW→NWW→近EW转为NEE向;总体上,此次日本地震的同震应力效应虽会对华北-东北大陆现今构造应力场产生一定的影响,但影响程度很弱,并不会改变区域现代构造应力场分布格局。（3）华北-东北大陆内主要活动构造带上的库仑破裂应力变化大部分为正值,但其值均不超过1kPa;其中,郯庐断裂带中、东北段和密山—敦化断裂带中、东北段库仑破裂应力增加值最大,约为0.5~0.8kPa;日本大地震对中国华北-东北地区地震活动起加速触发作用,但程度有限,即便如此,继续并深入研究其引起中国华北-东北大陆主要活动构造带库仑破裂应力变化及地震活动危险性分析,对区域防震减灾工作仍有重要的意义。

利用GRACE观测资料分析日本M_W9.0地震前区域重力变化特征

利用GRACE重力卫星观测资料,获得了日本MW9.0地震前的区域重力变化;获取了TSKB、DAEJ、SUIY和HLAR站GPS连续观测垂直位移。地震前区域重力变化主要经历2个过程:1)2002年8月至2007或2008年底的先上升后下降的小幅变化过程,该过程可用二次多项式拟合;2)第1个过程后的重力快速上升后下降的较大幅度变化。2008年黑龙江至乌苏里区域重力下降明显,2009年和2010年在太平洋俯冲带的广大区域重力呈显著上升,并且正、负重力变化区域都向SW方向迁移。2010年与2009年相比,重力变化沿板块边界带呈东、西部分的正、负分布特征;东部区域点位2010年初开始重力快速下降至地震发生;而西部点位在此期间仍然为重力正变化高值,地震发生后开始下降变化。远场GPS垂直位移具有2006年中开始的隆升变化,2009年初开始转向。经过与GLDAS陆地水储量改变引起的重力变化比较,认为区域重力变化主要由地表水储量改变引起。但位于海洋侧的P01和P03位置类似下降变化也非常明显,这表明区域重力的异常变化很可能与地下深部的地幔物质运移和热引起的区域气候改变有关。这种异常变化特征与地震孕育的关系有待今后深入研究。

2011年日本M_W9.0地震引起的环渤海地区井水温度变化分析

2011年3月11日的日本MW9.0地震在中国引起了大范围的井水温度同震变化,而水温震后持续变化的井孔多数分布在井网密度较大、距震中较近的环渤海地区。本文分析了环渤海地区水温震后变化的特征和机理。结果表明,水温震后变化形态为上升,变幅0.005～0.976℃,空间分布在同震位移较大、张性应变较明显和地震能量密度较大的区域;依据同井水位资料,一些井孔的水温和水位震后变化特征较一致,其水温震后升高可能是地震波增大含水层渗透性的结果;另一些井孔的水位震后变化不显著,其水温震后升高可能与地震波增大井区大地热流有关。

日本M_w9.0大地震激发全球地震波传播特性的数值模拟研究与对比分析

2011年3月11日日本东北部海域发生Mw9.0级特大地震,并诱发海啸.本文利用Centroid Moment Tensor(CMT)震源机制解作为震源项,以地震波传播理论为基础,基于横向各向同性PREM地球模型,考虑地表地形及海洋等地球特性,利用谱元法结合高性能并行计算,对日本大地震激发的地震波传播特性进行了数值模拟研究.计算结果显示了全球地震波的传播形态.将数值模拟结果与理论模型的走时曲线和实际观测数据进行拟合对比,验证了模拟结果的可靠性和可行性.分别就考虑海洋和不考虑海洋两种数值模型下的地震波传播特性进行了对比分析.结果显示,海洋的存在对地震波强地面运动存在明显的影响.海洋会使P波运动位移峰值和速度峰值相对较小;海洋对S波的影响较复杂,不考虑海洋效应时使得位移和波速随时间推移迅速减小.因此,对沿海地区的地震灾害评估应该考虑海洋效应.此外,考虑地球重力因素情况下,对数值计算得到的2004年印尼苏门答腊地震、2008年汶川地震及2011年日本福岛大地震激发的球型场和环型场特征进行对比研究,通过对功率谱密度结果的观察并与理论值的对比分析,可以清晰的看到三个大地震释放的能量有很明显的不同,同时认识到数值模拟结果可以较准确重现长周期理论频率值,主要表现在0T2～0T13的环型振型及0S7～0S31的球型振型.结果显示数值模拟方法可以成功的用于地球自由振荡研究,未来可以作为一个主要工具深入探讨地球的横向不均匀性等特性对地球自由振荡特性的影响.

全球陆地水储量对检测同震重力变化的影响

以2011年日本Mw9.0地震为例,探讨了同震重力变化理论模拟计算所涉及到的几个关键问题,并利用GLDAS全球陆地水储量模型对GRACE卫星检测到的同震重力变化进行了修正。结果表明,水文效应变化振幅达4μGal,该影响不可忽略。

东日本大地震重力信号同震响应

对2011年3月11日日本本州东海岸附近海域Mw9.0级地震前后的观测重力资料进行了同震响应信号分析,给出了gPhone重力仪在大地震后的长周期地震面波和自由振荡的观测结果。震后12h数据经带通滤波后可以分辨出7个环绕地球传播的瑞雷波记录,在低频范围内(5mHz以下)检测到43个地球自由振荡基频振型及52个谐频振型,其分布与理论模型吻合较好。其中,在1mHz以下的低频段内观测到4个振型的谱峰分裂现象。