GPS观测结果反映的尼泊尔M_w7.8地震孕震特征

针对2015年4月25日尼泊尔Mw7.8地震的孕震特征,本文首先对覆盖尼泊尔及周边地区的5套GPS水平速度场结果进行了融合,得到了近似统一参考框架下的速度场结果;在此基础上通过对此次地震震源区及周边地区的速度场、应变率场、基线时间序列分析,识别了震前变形特征.GPS应变率场结果显示,喜马拉雅主边界断裂存在大范围挤压应变积累,震源区处于近南北向应变积累高值过渡区.跨喜马拉雅构造带的GPS基线时间序列结果表现为持续缩短现象,表明印度板块与欧亚板块之间的持续挤压变形特征,2012年以来的缩短增强现象反映了印度板块对青藏块体的推挤增强作用明显.距离震中较近的西藏南部GPS同震位移结果以南向运动为主且指向震中,反映了青藏高原存在逆冲应变释放现象.综合此次尼泊尔地震前变形和同震应变释放特征,认为此次地震的孕震区域和同震应变释放区域均较大,将会对青藏高原的地壳变形与强震孕育产生深远影响.

GPS资料反映的日本东北M_W9.0地震的孕震特征

在对海洋板块俯冲型地震孕震模式的分阶段变形特征进行分析的基础上,结合同震位错反演结果分析了MW9.0级地震的同震变形特征,分析过程中通过精度检验讨论了该反演结果的可靠性.通过对震前和同震GPS结果的对比分析,讨论了二者的差异性.GPS应变(率)结果表明,震前日本岛应变积累主要反映了太平洋板块和菲律宾板块的俯冲作用,同震结果表现为指向震源方向拉张应变的释放,对日本岛的主要影响区域介于35°N和43°N之间.震前和同震GPS剖面结果反映的变形特征具有互补性,但量值相差上百倍.震前的GPS速度、应变率剖面和时间序列结果表明靠近日本岛东海岸一侧可能存在变形趋于极限现象.通过对此次地震可能前兆的分析表明,中长期预测方面、震前GPS时间序列的趋势性偏离、前震活动、震源区b值降低等现象在一定程度上反映了此次地震的孕震特征.

GPS观测与数值模拟揭示的滇西北地区地壳形变特征及主要断层运动变化

滇西北地区地质构造复杂,强震孕育背景显著。本文利用滇西北地区不同期次(1999~2007期、2013~2018期)GPS观测数据解算地壳应变率场,分析地壳应变率场的动态演化特征。以不同期次GPS观测数据作为边界约束,利用二维有限元接触计算,模拟给出滇西北主要断裂带运动学特征与应力积累速率的变化;并结合汶川、芦山等历史强震和近场跨断层观测等资料,探讨滇西北地区地壳变形特征及其变形机理。结果表明:滇西北地区现今地壳变形特征表现为近东西向的拉张和近南北向的挤压,同时还叠加了南西—北东向的剪切变形,地壳应变率场在不同时段经历了动态调整,但最大主压应变方向在两个时段未发生改变,为NNW向。汶川地震前,滇西北地区主要断裂带的运动速率、运动性质与现有地质、形变结果较为一致;汶川、芦山等地震后,部分断裂带的运动性质与受力状态发生变化,本文分析认为与汶川等远场强震及断裂带近场中强震的发生有关,这些地震对滇西北地区局部应力场产生一定的影响,是部分断层运动性质发生变化的原因之一。

2016年熊本M_W 7.1地震前GPS形变特征分析

利用日本九州岛地区连续GPS观测数据,分析了2016年熊本M_W7.1地震前的区域地壳变形演化特征。GPS速度场和应变率场显示,熊本地震前右旋剪切应变积累区主要集中在断层上盘的九州中部块体(CKY)内,断层下盘的南海弧前块体(NFY)和九州南部块体(SKY)表现为显著的绕块体中心的逆时针刚性旋转运动;熊本地震发生在右旋剪切应变率高值区的边缘,且发震断层附近区域GPS应变时序结果显示自2014年后右旋剪切应变呈逐渐增强趋势;平行断层方向的GPS速度剖面结果显示发震断层上盘右旋剪切应变积累特征显著,表现为越靠近断层处的滑动速率越小,且断层西北侧站点速率随离开断层距离的增加呈非线性趋势变化。另外,GPS剖面结果显示,日奈久断层近场存在1~2 mm/a的相对滑动,可能存在浅层蠕滑运动。

中国大陆应力、应变率场方向特征分析

基于World Stress Map(WSM)计划与GPS观测结果,利用最小二乘配置方法对中国大陆及周边应力方向和应变率场进行了研究,结果表明二者分布总体一致,在青藏地块东部存在一定差异,应力方向表现为近NE向而GPS主压应变率表现为近EW向;另一差异区域位于西域地块西部,应力方向表现为自西向东由NW向NE的转变,GPS主压应变率以近NS向为主。

GPS观测的2015年尼泊尔M_S 8.1级地震震前应变积累及同震变形特征

2015年4月25日,在印度板块与欧亚板块交界区的喜马拉雅地震带上发生了尼泊尔MS 8.1级大地震.震前GPS速度场和应变率场显示,喜马拉雅地震带整体表现为15.94±1.82 mm/a的压缩特征,同时还具有分段活动特征.此次地震发生在速度场顺时针旋转和逆时针旋转的分界带,该处最大主压应变率的量值在喜马拉雅地震带并非最大.GPS观测的同震位移场揭示了尼泊尔MS 8.1级地震引起的地壳变形特征,分别有9和6个测站观测到明显的水平向和垂向同震位移,其水平分量的运动方向整体表现为南向运动,位于震中东南侧的3个测站垂直分量表现为上升,其余测站为下降.中国境内距离震中最近的5个测站的垂向同震位移显示,此次地震造成珠穆朗玛峰的沉降量约为4mm.依据GPS观测到的同震位移场,利用非负最小二乘方法反演震源断层面上的滑动分布.反演结果表明最大滑动量为6.84 m,滑动量较大的区域分布在加德满都附近及其以北区域的下方,这可能是造成加德满都地区具有较大破坏的原因之一,该滑动分布模型能够很好地解释GPS观测到的同震位移.利用此滑动分布模型计算的地震矩为8.21×1020 N m,对应的矩震级为MW7.9.

山西断裂带跨断层形变观测资料动态特征分析

利用多种分析方法对山西断裂带跨断层形变观测资料进行了分析。长趋势分析结果表明,山西断裂带南北两段以拉张变形为主,中段以剪切变形为主。时间分段结果表明,1989—2000年间,位于山西断裂带中部的下达枝、代县、广胜寺3个测点出现断层逆继承性转折变化,断层垂直运动速率绝对值明显减小,反映下达枝、代县和广胜寺地区断层活动呈闭锁状态。另外,跨断层形变观测资料和GPS应变率场结果均表明山西断裂带以近NW向拉张变形为主,但由于观测尺度不同,在量值上二者不具有可比性。

三维数值流形方法研究及其在地学中的初步应用

伴随地震孕育、发生与震后调整过程的应力、应变问题在地震研究中占有重要地位.以GPS为代表的空间观测技术为大尺度地壳运动监测提供了高效、稳定、精确的测量结果,并为研究上述应力、应变问题提供了有效数据约束.GPS速度场和应变率场结果既可用于变形分析,又可作为数值模拟的有效约束和检验.为了获取研究区域可靠的应变率场结果,有必要开展GPS应变率场计算方法的对比研究.另一方面,由于在整个地震过程中应力、应变存在动态演化现象,因此需要研究适合于动态资料约束、大变形模拟、连续与非连续变形耦合的三维数值流形方法.基于上述分析,本文包括如下3个方面研究内容.

台湾-吕宋会聚带的地壳运动特征及其动力学机制

要南海东部的台湾-吕宋会聚带是南海四个边界中构造背景最为复杂、构造活动最为活跃.本文收集该区的GPS速度场资料,通过对速度场进行样条插值获得了该区连续的速度场、主应变率场、最大剪应变率场等结果.研究发现,该区的地壳运动受西北侧华南陆缘基底隆起和西南侧巴拉望岛阻挡、台湾北部24°N俯冲极转换、琉球海沟弧后扩张,以及菲律宾大断裂高速走滑等关键构造因素的影响,可分为(1)受华南地块运动影响区;(2)台湾岛上俯冲极转换部位至宜兰盆地之间受弧后扩张影响区;(3)俯冲极转换部位以南受菲律宾海板块俯冲和北港隆起阻挡影响区;(4)吕宋岛菲律宾大断裂以东受菲律宾海板块运动影响区;(5)大断裂以西受菲律宾海板块运动和巴拉望阻挡影响区;(6)巴拉望受巽他块体运动影响区6个地壳运动与变形区.

青藏高原及邻区岩石圈应力状态特征及其地质意义

青藏高原及邻区现今岩石圈应力状态受到岩石圈本身及下部地幔作用的共同控制,即受岩石圈内部密度分布变化造成重力势能差及地幔对流作用对岩石圈底部拖曳力共同影响.研究岩石圈应力状态对进一步认识青藏高原演化的动力学背景及机制具有重要作用.本文利用Crust1.0地壳密度模型结合S40RTS地幔横波速度变化模型计算重力势能,利用EGM2008重力场模型计算地幔对流作用在岩石圈底部的拖曳力,通过求解薄板近似下的力平衡方程分别得到这两种力源的岩石圈应力场以及两种力源的联合应力场,综合分析青藏高原地区应力状态特征,并根据重力势能应力场、地幔拖曳力应力场、两种应力场的相对大小,以及两种应力场与地表形变的相关关系特征划分了6个区域.综合分析表明,塔里木盆地等稳定地块区的岩石圈应力场主要受重力势能差控制;印度板块与青藏高原碰撞带岩石圈应力场主要受控于深部地幔拖曳力;青藏高原内部岩石圈应力场受重力势能和地幔拖曳力共同控制.青藏高原东南缘岩石圈应力场与地表形变相关性较差,推测该地区由于存在有效黏度更低的下地壳流使壳幔解耦,地幔拖曳力对浅部地壳影响较弱,导致岩石圈平均应力场与地表形变不一致.

南北地震带北段近期地壳变形特征研究

利用1999～2007期和2007～2009期GPS速度场、应变率场、断层滑动速率和GPS速度剖面等数据,识别出了南北地震带北段主要断裂带及其邻近地区的显著变形差异。结果表明,庄浪河断裂带左旋剪切变形明显增强,祁连地块北边界左旋剪切变形明显增强;2007～2009期六盘山断裂和海原断裂带挤压变形也有所增强,但量值不大。上述特征表明,庄浪河以东地区存在较高的应变积累背景。