GPS测定的尼泊尔M_w7.9和M_w7.3级地震同震形变场

2015年尼泊尔M w7.9和M w7.3级地震致灾范围包括尼泊尔、印度北部、巴基斯坦、孟加拉和中国藏南地区,地震应变应力调整将对震区和邻区的地震活动产生不同程度的影响.尼泊尔境内的GPS连续观测数据、"中国大陆构造环境监测网络"GPS基准站和地震应急流动站观测数据计算结果揭示了尼泊尔地震的静态和动态同震形变场.对M w7.9级地震,尼泊尔境内近场静态同震GPS水平位移最大为1.89 m,距震中100~400 km的中国藏南地区观测到几毫米到几十厘米的静态水平位移,毗邻尼泊尔的聂拉木县最大形变54.0 cm.M w7.3级地震静态同震形变最大为2 cm,局限在震中附近200 km范围内.距震中约2000 km内的GPS基准站均记录到M w7.9大震明显的动态形变信号,高频GPS动态形变幅度与地震破裂方向有关,位于破裂方向上的测站动态形变幅度明显大于其他方向的测站.用弹性半空间位错模型正演模拟了震区和青藏高原南部格网点上的同震形变,并分析了地震应变影响,认为尼泊尔地震对中国藏南地区产生一定程度的拉张型应力变化,需要持续关注.     

张北-尚义地震同震形变场雷达差分干涉测量

用合成孔径雷达差分干涉测量技术获取1998年1月10日张北-尚义地震(Ms = 6.2级)的同震形变图, 利用地震前后欧洲遥感卫星1和2号合成孔径雷达(ERS-1/2 SAR)的三景数据做重复轨道差分处理得到震前震后的干涉纹图. 由视向形变图可知, 此次地震造成隆起形变, 形变中心位于114°20′E, 40°57′N, 最大视向位移量达25 cm, 形变集中在300 km2范围内, 根据地震同震形变场的空间分布特征分析了震源机理和孕震构造.     

基于SAR差分干涉测量的张北-尚义地震震源参数反演

基于欧洲遥感卫星（ERS）合成孔径雷达差分干涉测量技术（D-InSAR）获取1998年1月10日张北-尚义地震形变图,通过弹性半空间位移模型模拟形变场,由最佳参数解得到张北-尚义地震的震源参数.模拟结果表明,张北-尚义地震的发震构造为走向95°,倾向西南,倾角30°的具右族性质逆断层,断层面长12 km,宽14 km,震源（断层面中心）深度7.5km,震中位置为北纬40°58＇,东经114°21＇.断层滑动角105.95°,滑动方向为北西I3.26°,位移量为0.728m,地震矩M0为2.69×1018N·m.根据震源参数和区域构造背景分析,断裂活动可能与张家口-蓬莱断裂北西端的活动有关.     

汶川M_S8地震最大地表同震垂直位移量及其地表变形样式

汶川地震的同震变形量及其分布是揭示汶川地震孕育机制、破裂扩展特征的重要科学依据.已有研究显示汶川地震致使龙门山中央断裂中-北段和前山断裂中段分别产生长度为240和90km的地表破裂带.在对北川县沙坝村一带地质地貌调查和广泛走访老乡,获得震前地貌、建筑物信息和照片实证的基础上,对主要的地物标志、被断错建筑物位差等进行全站仪和差分GPS实测,得到沙坝村邹家院一带最大垂直位移为(9±0.5)m,右旋位移量约为(2±0.5)m.尽管沙坝村一带地表表现为正断层,但与其他地段的同震变形一致,表现为断层西北盘上升,不存在一般正断层上盘重力下滑迹象;这些说明,(9±0.5)m的位移值应为汶川5.12地震地表最大同震垂直位移量.     

汶川MS8地震最大地表同震垂直位移量及其地表变形样式

汶川地震的同震变形量及其分布是揭示汶川地震孕育机制、破裂扩展特征的重要科学依据. 已有研究显示汶川地震致使龙门山中央断裂中-北段和前山断裂中段分别产生长度为240和90 km的地表破裂带. 在对北川县沙坝村一带地质地貌调查和广泛走访老乡, 获得震前地貌、建筑物信息和照片实证的基础上, 对主要的地物标志、被断错建筑物位差等进行全站仪和差分GPS实测, 得到沙坝村邹家院一带最大垂直位移为(9±0.5) m, 右旋位移量约为(2±0.5) m. 尽管沙坝村一带地表表现为正断层, 但与其他地段的同震变形一致, 表现为断层西北盘上升, 不存在一般正断层上盘重力下滑迹象; 这些说明, (9±0.5) m的位移值应为汶川5.12地震地表最大同震垂直位移量.     

2022年青海门源Mw 6.6地震的发震断层及孕震构造模式

2022年1月8日青海门源盆地北缘发生Mw 6.6地震,震源机制反演表明此次地震属于左旋走滑事件.震后10 d内,近600个余震被检测到,最大余震为M 5.1级.此次地震发生在祁连-海原左旋走滑断裂系统的冷龙岭段,该断裂段全长127 km,由古地震研究确定的特征地震大小在Mw 7.3～7.5.为了更为全面理解此次地震的震源机制以及当地孕震模式,我们分析了地震波形,获取了主震和17个Ms≥3.0余震的震源机制与矩心深度.利用升、降轨道SAR数据获取的像元偏移数据和同震干涉相位(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)确定了两条地表破裂带的位置,并利用InSAR数据反演了主震的滑动模型.研究发现,此次地震破裂带对应于冷龙岭断裂西段和托莱山断裂的阶区,发震断层存在3个形变中心,最大滑动量约为4 m,出现在冷龙岭断裂上,形变中心深度为4 km.滑动模型显示释放了累计能量～1.58×10¹⁹Nm,约合矩震级Mw 6.68,与本文利用地震学方法得到的Mw 6.58接近.结合区域活动构造特征、1986和2016年两次门源地...     

基于水准数据的芦山7.0级地震震间期和同震位移场特征

利用1985~2010年跨龙门山断裂带南段的精密水准观测,并消除2008年汶川地震同震变形的影响,获取了龙门山断裂带南段震间期的地壳垂直形变场.结果表明,双石-大川断裂(龙门山前山断裂)和新开店断裂(大邑断裂南段)之间的芦山地块处于正、负垂直形变梯度带相交的区域,说明该区域在芦山地震前25年内已闭锁.根据2010~2013年穿过震区的水准观测数据,同时消除震前近3年的地壳垂直变形,得到了芦山地震同震垂向位移.同震位移场揭示距离震中最近的达多35水准点最大同震位移达到198.4 mm(相对马雅165基),西北盘(上盘)相对东南盘(下盘)向上运动,显示发震断层以逆冲错动为主.对比芦山地震垂向同震变形和震间期变形,可发现该地震符合弹性回跳学说,芦山地块震间期积累的弹性应变能(位移亏损)在震时得到弹性回跳释放.     

高频GPS测定的汶川Ms8.0级地震震时近场地表变形过程

以龙门山断裂带下盘的四川GPS连续观测网高频(1 Hz)GPS观测资料为基础, 得出了2008年5月12日发生在四川汶川的Ms8.0级大地震的震时近场地表形变过程. 结果显示: 地震在近场产生的最大形变量明显大于震后位移, 破裂带北段各站水平分量震时先向震中方向运动, 后转折垂直于破裂带方向运动, 南段各站水平分量形变相对较小且基本为可恢复性变形. 各站垂向均先下沉, 然后呈周期性上下起伏波动. 将高频GPS所得位移与强震仪所得结果进行对比分析, 发现震动初期两者具有较好的一致性, 但中后期虽然相位基本同步, 但其振幅存在10 cm左右的差异, 其具体原因还需进一步研究论证. 此次记录到的汶川大地震近场地表变形过程, 可为进一步研究地表破裂过程和地震波的传播方式提供非常有价值的基础资料.     

非均匀断层上的破裂传播及对震级预测的挑战

针对发震断层上的潜在地震开展震级和地表震动预测,对开展地震灾害区划、防震减灾等工作十分关键.由于断裂带本身的多种非均匀性,如断层几何、介质结构、应力的非均匀分布,准确预测震级面临着众多挑战.本文简要回顾了影响地震破裂传播及震级的因素,指出了应力分布状态、断层孕震带尺度、断裂带介质结构对破裂传播过程的影响.在非均匀应力分布下,震级对破裂起始位置(震中)具有强烈的依赖性,即震中-震级存在“测不准”关系,震中对破裂是否延伸到地表也有控制作用.走滑断裂带孕震带尺度(在倾向上的深度)对破裂是否发展为“逃逸型”大地震有控制作用.近断裂带的介质结构对破裂方向性、延展尺度都有显著影响.未来可通过密集地震台阵观测获取高分辨率断裂带结构,并结合实验室流变性质测量,推断发震断层的流变结构,为刻画可能发震的凹凸体提供支撑.针对震中对震级的影响,可以通过破裂动力学模拟,结合大地测量观测、地震学观测、实验室摩擦实验结果,进行数值实验,探索可能发生强震的震中区域,为野外观测提供参照.此外,动力学数值模拟结果也可以弥补大地震近场地表震动观测数据缺乏的不足,为开展基于地震物理过程的灾害区划提供参考.     

张北震区附近形变的成因--与王超、张红等人商榷

<科学通报>2000年第23期王超等人[1]的<张北-尚义地震同震形变场雷达差分干涉测量>一文(后面简称"形变"),介绍了1998年1月10日张北地震附近的同震隆起形变,形变中心位于114°20'E,40°57'N,最大视向位移量达25 cm,形变集中在300km2范围内.     

汶川地震破裂近场震后变形观测及其意义

汶川地震破裂带上的近场震后变形, 是一种震后的蠕滑行为, 而且大部分表现为与同震滑移的方向相反. 地震断层的活动通常划分成震前、同震、震后和震间4个阶段, 反映了一次地震从孕育、发生到结束的整个演化过程, 而不同活动阶段的变形特征反映出不同的应力状态和力学性质. 汶川地震沿龙门山断裂带形成了两条长分别为250和72 km的地表破裂带. 为了了解汶川地震地表破裂带的震后变形特征, 对中央主破裂带上人为破坏较轻的断层崖或断层挠曲崖进行反复测量, 结果显示在19个观测点中, 13个观测点(68%)的断层崖或断层挠曲崖的高度(垂直同震位移)震后降低回落, 平均降低了9.7%; 5个观测点(26%)没有发生变化; 1个观测点(6%)的在震后继续抬升, 抬升了12.8%, 而且该观测点位于中央主破裂带的南西端部. 尽管这种变化中存在着上冲断层盘虚假抬升后压实回落的影响, 但主要是沿汶川地震破裂带发生的震后滑移造成的, 而且大部分震后滑移(68%)与同震滑移的方向相反. 除破裂端部存在同震位移亏损, 弹性能释放不完全外, 其他部位同震位移要么与震间累积达到平衡, 要么过冲产生能量亏损, 揭示了汶川地震的能量可能基本释放完全, 发生7级以上强余震的可能性不大. 此外, 这种震后变形特征还告诉我们, 在进行活动断层构造地貌研究时, 特别是通过断层崖高度(或其他水平位错量)判断断层运动速率和估计古地震事件大小时, 除侵蚀作用产生的误差外, 还需要考虑10%左右来自震后滑移的系统误差.     

2008年汶川8.0级特大地震孕育和发生的多单元组合模式

2008年5月12日四川省汶川县境内发生8.0级特大地震. 这次逆冲型地震发生在大陆内部的高角度逆冲断裂之上, 与有历史记载以来所发生的逆冲型特大地震是不同的. 通过对汶川地震的地表破裂、震源机制、余震定位、地震破裂过程、同震地壳形变、强地面运动等的综合研究, 认为汶川特大地震的孕育和发生是3个地质单元共同作用的结果. 川西高原作为变形单元震前发生长期持续的变形, 并且将变形转换为积累在龙门山断裂带的应力; 龙门山断裂带作为闭锁单元震前变形缓慢但积累很大的应力, 当其超过断裂的摩擦强度或岩体的破裂强度时就突发破裂, 形成地震, 释放出巨大的能量; 四川盆地作为支撑单元对川西高原和龙门山的向东运动产生阻挡, 是汶川地震孕育不可缺少的元素. 汶川地震的孕育和发生可以用多单元组合模型来理解.     

玉树M_S7.1级地震地表破裂与历史大地震

野外调查表明,青海玉树MS7.1级地震较清晰的同震地表破裂带由3条主破裂左阶组成,走向310°～320°,总长约31km,左旋走滑性质.另在隆宝镇东侧一带见有长约2km的雁列式张裂缝带,如以该点为破裂带的北端点,则破裂带总长约51km.地表破裂带由一系列挤压鼓包与张裂缝相间排列或雁列式裂缝组成,实测最大水平位错约1.8m.地表破裂带沿甘孜-玉树断裂展布,显示该断裂是此次地震的发震构造.甘孜-玉树断裂历史上记载过多次7级左右地震,古地震遗迹明显,具有短周期的大地震重复特征.玉树地震的孕育机制与汶川地震一样,都是青藏高原东扩、地块边界应力积累和释放的结果,不同的是玉树地震为巴颜喀拉地块与川滇块体向东不均匀挤出产生的左旋走滑型地震.     

利用GPS 位移反演日本Mw 9.0 仙台地震及Mw 7.9 强余震静态位错模型

基于GPS 观测的M_w 9.0 日本仙台地震同震形变及震后8 h 的地表形变, 考虑分层介质模型的影响, 反演了主震及震后8 h 的断层的位错分布. 结果显示, 主震位错对应的矩震级为M_w 8.98, 最大同震位错量可达23.3 m, 在震中区显示出纯逆冲特性, 震中两侧断层错动显示出一定的走滑分量. 另外, 约90%的地震能量发生在40 km 深度以上. 而由震后8 h 的地表形变反演的结果显示, 这一期间释放能量约相当于一个M_w 8.13 的地震, 位错主要分布在主震破裂的西南区域, 最大位错量约1.5 m, 破裂峰值区与M_w 7.9 强余震有明显的对应关系, 暗示震后8 h的断层错动主要是由M_w 7.9 强余震引起的. 另外, 主震破裂的深部延伸面在震后0.2~0.4 m 的滑动可能主要是无震余滑.     

基于重力数据的2022年青海门源MS 6.9及四川泸定MS 6.8地震预测

2022年,中国大陆西部地区接连发生多次6级强震.1月8日青海门源M_S 6.9和9月5日四川泸定M_S 6.8左旋走滑型地震均造成了显著的财产损失,后者更造成了百余人伤亡.地震前,依据中国地震局在两震中周边地区观测的重力数据获得了区域重力变化.结合此前多个典型地震前重力变化,该变化可能表明2021、2022年在青海门源、四川泸定及其附近地区会发生强震.两次地震实际震中与不同年度预测的地震危险区中心距离均不超过55 km.这两次地震前地表重力正、负变化均围绕震中相间出现,重力变化总体呈现四象限分布特征,且震中破裂区处于重力无变化区域.两次地震前重力变化与震源机制对比表明:四象限重力变化分布的正变化区对应于震源机制显示的压缩区、重力负变化区对应于震源机制显示的膨胀区.该发现有助于地震前兆理论的发展.     

汶川地震对芦山地震孕震环境影响的数值模拟

利用有限元数值模拟方法,以汶川地震和芦山地震的野外地质调查、同震位移和汶川地震前形变观测结果为约束,分析研究了高海拔地形蓄积的重力位能作用下,中地壳低速层的存在以及中央断裂和前山断裂同时破裂的条件下汶川地震的发生对龙门山南段孕震环境的影响.模拟计算结果显示,在一定的模型壳幔介质属性及空间结构下,龙门山断裂带西侧低速层的存在、青藏高原向四川盆地过渡带的地形特征以及汶川地震时中央断裂和前山断裂同时破裂的条件,是控制汶川地震对芦山地震孕震环境影响程度的重要因素.其中,地形和低速层对汶川地震引发的芦山地震孕震环境库仑破裂应力变化的影响最为显著,在所选剖面的北东段,地形特征的影响更为明显,而汶川地震双破裂面的影响则较小.     

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.     

全球定位系统测定的尼泊尔M_w7.8级地震同震位移

据尼泊尔境内的连续GPS观测资料显示,2015年4月25日的尼泊尔M_w7.8级地震造成尼泊尔向南移动,最大位移量达到了1.88 m.利用国家重大科技基础设施项目"中国大陆构造环境监测网络"、中国气象局中日合作JICA项目及加州理工学院在尼泊尔境内所建的连续GPS观测资料,分析了此次地震对中国大陆构造形变场的震时动态响应及同震影响.结果显示,地震造成中国西藏地区毫米至厘米级的同震水平位移,最大值在震中北东方向,震中距220 km的珠峰站,约为30 mm,波及范围远至1500 km之外的高原东北部的祁连山地区.1 Hz的高频GPS数据分析表明,震中距1200 km内的站点记录了弹性震波和永久变形的叠加和破裂方向效应等丰富信息.通过分析中国境内地震活动频度并对比2011年日本宫城地震发现,本次尼泊尔地震并未造成中国境内微震活动显著增加,同震过程对中国西藏部分地区、川滇地区及南北地震带断裂带的应力扰动和构造加载有限,与其震级相对较小有关.     

汶川Mw8.0级地震震源破裂过程研究: 分段特征

利用全球台网中均匀分布的远场台站记录的39个长周期P波和SH波波形数据, 研究了5月12日汶川8级地震的矩张量解、破裂过程及破裂特征. 研究结果表明汶川地震由可分辨的5次7.3级以上地震组成, 这5次子事件在时间上连续发生, 空间上由在起始破裂点处的一次走滑破裂, 距起始破裂点80 km范围内的2次逆冲破裂, 以及在北川附近的2次右旋走滑破裂组成. 前3次破裂的震级分别为M_w7.3, 7.6, 7.4级, 后2次的震级分别为M_w7.5和7.4级. 破裂过程反演结果表明整个破裂在时间上持续了105 s, 在北川-映秀断裂上自起始破裂点所在的南西端向北东方向单侧扩展, 造成沿断层地表破裂近230 km, 地表平均位错达4 m. 研究结果揭示此次地震破裂过程至少由2段组成, 在起始破裂点所在的西南段即都江堰-汶川段, 破裂以逆冲错动为主, 最大错动位移达8.2 m; 在绵竹附近, 破裂开始转变为向北东方向扩展的右旋走滑错动, 断层错动区域较西南段浅, 主要发生在北川-青川段10 km深度以上, 最大位移位于地表, 为6.53 m. 相应地在地表出现了两个位移达6 m以上的地段, 其一是都江堰-汶川段, 地表的最大位移为6.44 m; 其二是北川-青川段, 最大位移6.53 m. 这种分段性存在一定的构造背景.     

2015年智利8.3级地震构造背景及对俯冲带地震的启示

2015年发生在智利Coquimbo的M_w8.3级地震是一个典型的俯冲带地震,其大小、破裂滑移分布与利用震间期GPS观测得到的智利南部俯冲带闭锁模型一致.利用反投影方法得到的破裂过程初步解显示,这次地震的破裂由震中(约25 km深)向浅部传播,并且这次地震破裂的能量辐射与频率明显相关,与2010年发生在Coquimbo地震破裂南部约50 km的M_w8.8级地震的观测结果一致,表明这部分俯冲带的断层性质随深度存在着系统变化.这次2015年8.3级地震的震前及同震观测资料将对地震破裂动力学的数值模拟提供一个难得的模型约束信息.