利用高频GPS确定大地震震中和震级研究：2008年汶川8．0级地震应用结果

震中和震级的快速确定是进行地震预警、震后快速救援及海啸预报等应用的基础．目前,利用高频GPS数据可获得高精度、高分辨率的地表位移时间序列和地震时期完整的地震波信号,基于此,本文提出了利用高频GPS数据记录的地震波形确定大地震（胗7）震中和震级．基于1Hz高频GPS数据反演了2008年汶川M8．0级地震的震中和震级．将反演结果与中国地震局公布的数据进行比较,震中相差约12km,震级相差约0．1个震级单位．初步验证了高频GPS能成为一种观测手段独立或者辅助地震仪实现大地震震中定位和震级确定．     

汶川8.0级强震北川、映秀地表破裂现象

在汶川8.0级大地震后,通过对北川和映秀2个极震区地表破裂的初步调查发现:北川、映秀地震形变带总体上为NE-SW向展布;地震破裂带以逆冲为主,兼小量走滑位移;北川地表形变带挤压缩短量为3～4m,映秀地表破裂左旋走滑位移为0.4～0.5m     

联合高频GNSS和强震数据快速反演四川泸定6.8级地震断层破裂特征

北京时间2022年9月5日12时52分, 四川甘孜藏族自治州泸定县发生6.8级地震.利用震中附近1 Hz高频GNSS观测数据获取了同震速度和位移波形, 并快速测定了泸定地震的震中和震级.实验结果表明: 高频GNSS反演的震中与美国地质调查局(USGS)发布的震中相差32 km, 与中国地震台网中心发布值相差16 km; 高频GNSS反演的震级, 与两个机构均仅差0.1个震级单位.针对地震预警、震后快速响应等时效性应用, 提出了一种联合高频GNSS和强震数据的线源破裂特征快速反演方法.泸定地震实验结果表明: 在震后20 s时可获得稳定的线源模型, 破裂长度、方向和破裂模式值分别为33.3 km、151°和0.6, 破裂方向与USGS震源机制解断层走向相差14°, 反演的断层破裂模式为双侧破裂.提出的地震断层破裂特征快速反演方法可用于地震预警、震后灾害快速评估以及紧急响应, 同时可为今后联合高频GNSS和强震数据快速测定地震破裂特征提供参考.

     

1125年兰州7级地震地表破裂类型及其分布特征

根据马衔山北缘断裂西北段1/10000条带状地质填图和史料考证资料,对兰州1125年7级地震的极震区范围、发震断层、地表破裂类型及分布特征进行了讨论。结果表明,该次地震的极震区范围位于兰州市及其西南,震中在咸水沟一带,发震断层为马衔山北缘断裂西北段咸水沟—马泉沟小段。该次地震形成了长约7km,宽300～1000m的地表破裂,其破裂类型有地震断层、地震陡坎、地震裂缝、地震滑坡、地震陷坑等。其中可细分为2小段,东南小段为麦地湾—咸水沟段,由两条平行的地表破裂组成;西北小段为大马家滩—马泉沟段,由单条地表破裂组成。根据大比例尺平、剖面图实测,该次地震的左旋位移量2.4～2.5m,垂直位移量0.45～0.92m。文章最后,对地震的构造背景进行了讨论     

汶川M_S 8.0地震地表破裂带北端位置的修订

对汶川MS8.0地震地表破裂石坎乡以北段的野外地质调查显示,这一段地表破裂仍然十分明显。地表破裂并未沿地质填图所标定的位置发育,而是在走向上稍有变化,但清楚的地貌显示它在此段并不是一条新生断裂。与前期工作相比,可观察到的地表破裂又往NE方向延长了约12km。该段破裂位于平武县石坎乡至青川县马公乡窝前村之间,走向为15°～45°,运动学性质主要为右旋走滑逆冲。地震地表破裂显示的同震垂直位移与石坎乡一带相近,为1～2m左右;右旋水平位移略有增加,为2.0～3.0m之间。地表调查的情况显示,地表破裂在北端可能消失在红光乡东河口一带。     

汶川地震中的地表破裂与灾害

发生在龙门山断裂带上的汶川Ms8.0级地震引起的地表破裂主要分布在北川—映秀断裂带和江油—灌县断裂带上,尤其是沿前者发育了长达240 km的地表破裂带,造成了重大的人员与财产损失。灾害发生的原因是多方面的:地震的震级大;震中所处地区构造发育,地质环境极为脆弱;人口较为密集,城镇的场地普遍狭窄,空间有限等。但是,断层的作用是决定性的,且在不同地段表现出了明显的差异性,导致了不同类型的地震灾害。对于断层的避让与设防问题考虑不足,放大了本次地震的灾害效应。     

高精度测量方法在汶川MS 8.0地震地表破裂带考察中的应用

在2008年汶川MS8.0地震地表破裂带科学考察中,利用全站仪、差分GPS和三维激光扫描仪等高精度测量技术对同震变形造成的微地貌进行测量,及时记录了地表同震变形现象的丰富信息,为相关的定量分析提供了有效保障。文中探讨了选择不同测量技术在微地貌测量中的应用特点和组合优势,结合测量实例分析了三维激光扫描仪在完整记录和有效分析地震地表破裂带信息方面的优势及其限制条件,并进一步讨论了上述测量方法的应用前景     

半几何方法及其在汶川8.0级地震中的应用

利用计算与画图相结合的半几何方法,对汶川M8.0级地震主震及其部分余震的震中位置和发震时刻进行了重新计算,并与四川台地震网定位结果进行比较,对比结果显示,震中位置的误差范围在±4.5 km以内,一般在±2.5 km;发震时刻误差范围在3秒以内,结果的可靠性较好。计算过程中消去了深度项,因此无法确定震源深度。它适用于近震,对小台网或小动态范围仪器记录确定震中位置很方便。该方法无需速度模型,其结果可用来检验区域速度模型。     

汶川地震白沙河段最大地表水平位移量的成因分析

最大同震位移量是活动构造研究、断层活动特性判定和地震危险性分析的一个重要参数,它关系到地震危险区最大震级、地震复发间隔的确定等定量评估。地震地表破裂的同震位移分布十分复杂,影响因素也多种多样。汶川8.0级地震是一个以逆冲型为主的破裂事件,同震位移多表现为垂直位错,同时也存在右旋走滑位移,这与震源机制解的结果以及破裂面上擦痕所显示的运动方式基本一致。此次地震的最大同震水平位移量为4.5m,附近还有高达5m的垂直位移量。破裂的几何学和运动学分析表明,最大水平位移量可能是逆冲量沿不同方向破裂带分解以及断裂倾角变化的结果     

利用强震数据获取汶川地震近断层地面永久位移

利用汶川地震中得到的靠近映秀—北川主断裂的64个强震台站的三分量记录数据, 对加速度记录进行基线校正的基础上获取近断层地面运动的永久形变位移, 并将由强震记录获取到的地面位移结果与GPS观测到的同震位移进行对比分析, 研究汶川M_S8.0地震的近断层地面运动的位移特征. 结果表明： ① 在靠近映秀—北川主断层的上盘和下盘, 东西相向的地面运动非常剧烈. 下盘的51SFB, 51MZQ和51JYH台东西向位移均为负(即地面运动向西), 其中51SFB台位移量最大, 达到1.49 m; 上盘的51WCW台位移向东, 位移量为1.26 m. ② 地面运动的位移分布主要表现为以龙门山断裂带的映秀—北川断裂为核心的相向运动, 东西方向上的永久位移要大于南北方向. 从断层机制上来讲, 断层的错动以逆冲运动为主(即逆冲位移要大于走滑分量的位移), 这与震源机制反演及地质考察的结果一致. ③ 大的地面永久位移集中分布在以龙门山断裂带为中心的狭长范围内, 离开发震断裂地面位移的衰减很快. 相比而言, 在发震断层的下盘一侧(即四川盆地)的地面位移的衰减比上盘一侧明显要快.     

Epicenter and magnitude of large earthquake determined from high-rate GPS observations: A case study of the 2008 M8.0 Wenchuan earthquake

For earthquake and tsunami early warning and emergency response,the earthquake epicenter and magnitude should be determined rapidly and correctly.Using high-rate GPS observations,we can readily obtain precise and high resolution displacement time series and the seismic waveforms during the earthquake.In this paper,a new algorithm is proposed for estimating the earthquake epicenter and magnitude with the seismic waveforms derived from high-rate GPS data during the earthquake.A case study of the 2008 Wenchuan earthquake is conducted from 1 Hz GPS data and the epicenter and magnitude are determined.Compared with the results issued by the China Seismological Bureau,the estimation error of the epicenter and the magnitude is about 12 km and 0.1 magnitude unit,respectively.It has shown that high-rate GPS could be a new tool feasible for estimating the earthquake epicenter and magnitude,independent of or combined with seismometers.     

基于GPS同震位移场约束反演2008年5.12汶川大地震破裂空间分布

2008年5月12日发生在四川汶川的大地震造成映秀—北川断裂和灌县—江油断裂同时破裂,分别形成了240多公里和70多公里的地表破裂带.本文以GPS观测获得的同震位移场为约束,反演地震破裂的空间分布.反演结果显示映秀—北川主破裂带倾向北西,沿破裂带的走向从南到北倾角逐渐变大,破裂断层的平均宽度在10~18 km左右.破裂断层的错动在南段以逆冲为主,在北段走滑分量逐步加大,右旋走滑成为断层破裂的主要特征.断层破裂最大段落错动量分别达到了7.8 m和7.4 m,恰好对应这次地震中地表破坏最为严重的映秀和北川地区.本次地震释放地震矩6.70×1020N·m,相应矩震级Mw=7.9.     

Spatio-temporal rupture process of the 2008 great Wenchuan earthquake

Focal mechanism and dynamic rupture process of the Wenchaun M _s8.0 earthquake in Sichuan province on 12 May 2008 were obtained by inverting long period seismic data from the Global Seismic Network (GSN), and characteristics of the co-seismic displacement field near the fault were quantitatively analyzed based on the inverted results to investigate the mechanism causing disaster. A finite fault model with given focal mechanism and vertical components of the long period P-waves from 21 stations with evenly azimuthal coverage were adopted in the inversion. From the inverted results as well as aftershock distribution, the causative fault of the great Wenchuan earthquake was confirmed to be a fault of strike 225°/dip 39°/rake 120°, indicating that the earthquake was mainly a thrust event with right-lateral strike-slip component. The released scalar seismic moment was estimated to be about 9.4×10²⁰-2.0×10²¹ Nm, yielding moment magnitude of M _w7.9–8.1. The great Wenchuan earthquake occurred on a fault more than 300 km long, and had a complicated rupture process of about 90 s duration time. The slip distribution was highly inhomogeneous with the average slip of about 2.4 m. Four slip-patches broke the ground surface. Two of them were underneath the regions of Wenchuan-Yingxiu and Beichuan, respectively, with the first being around the hypocenter (rupture initiation point), where the largest slip was about 7.3 m, and the second being underneath Beichuan and extending to Pingwu, where the largest slip was about 5.6 m. The other two slip-patches had smaller sizes, one having the maximum slip of 1.8 m and lying underneath the north of Kangding, and the other having the maximum slip of 0.7 m and lying underneath the northeast of Qingchuan. Average and maximum stress drops over the whole fault plane were estimated to be 18 MPa and 53 MPa, respectively. In addition, the co-seismic displacement field near the fault was analyzed. The results indicate that the features of the co-seismic displacement field were coincident with those of the intensity distribution in the meizoseismal area, implying that the large-scale, large-amplitude and surface-broken thrust dislocation should be responsible for the serious disaster in the near fault area. Supported by the National Basic Research Program of China (Grant No. 2004CB418404-4) and the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 40574025 and 40874026)     

Evaluation model of landslide hazards induced by the 2008 Wenchuan earthquake using strong motion data

Landslides induced by the 2008 Wenchuan earthquake in the Longmenshan area were relatively well instrumented,which makes it possible to investigate the landslides using ground motion records.Firstly,this paper analyzes the data from Wenchuan earthquake on both regional and local site scale.The analyses show that the Newmark accumulative displacement calculated from the ground motion recorded in a particular geological hazard zone corresponds to the hazard intensity in that zone;the larger the displacemen...     

利用近场高频GPS、 强地面运动和远场地震波形数据联合反演2008年汶川MS8.0地震的震源时空破裂过程

联合近场GPS测站1-Hz运动学位移、 强震仪加速度波形和全球台站P震相波形作为约束, 以时空滑动分布约束条件和ABIC模型参数选择方法, 结合先验的滑动方向变化范围, 反演2008年汶川M_S8.0地震的震源时空破裂过程, 给出了能够综合反映震源破裂过程的统一模型。 结果表明, 汶川地震总体上存在4个主要的破裂区, 最主要的一个破裂区位于震源东北40~120 km, 断层面上的最大位错量约为10 m, 主体滑动分布在2~20 km深度范围, 破裂达到地表; 第二个主体破裂区位于断层破裂带南段, 最大滑动量达到6 m; 另外2个主体滑动区位于断层破裂带北段, 但滑动破裂量小于断层南段破裂区的滑动量, 滑动破裂值最大值为4 m, 超过1 m的区域在走向上超过70 km。 反演得到的断层滑动模型的地震矩为9.5×10²¹ Nm, 相应的矩震级为M_W7.95。 汶川地震破裂表现为单侧破裂, 起始破裂在汶川下方16 km深度, 向东北方向一致性地传播, 过程持续~120 s。 在地震发生后0~10 s内, 破裂集中在震源起始破裂区, 滑动破裂值为~1.0 m, 之后破裂向东北方向扩展, 震后20~40 s是主要的破裂时段。 在40~60 s, 破裂跨越断层南段和北段。 在80~90 s破裂最大值开始下降, 在100~110 s时, 下降为~0.5 m, 在110~120 s时, 下降为~0.1 m。 加入近场GPS测站1-Hz 波形数据与近场强震仪波形和远场长周期体波联合反演, 提高了震源破裂模型的空间分辨率, 特别是浅部滑动破裂区的分辨率, 反演的最大滑动破裂值比不用1-Hz 波形数据反演的结果增大, 表明近场1-Hz GPS波形数据对于揭示汶川地震的时空破裂过程具有重要的作用。     

汶川大地震前非台风扰动现象的研究

为了区分汶川大地震的震前扰动现象中的台风因素和非台风因素,本文研究了中国大陆宽带地震仪在汶川大地震前记录到的异常扰动信号的时频特征.研究结果表明汶川大地震的震前扰动主要由两种扰动构成,二者动态特征完全不同.其中优势频率为0.2～0.25 Hz的扰动主要与台风Rammasun有关.这种台风扰动在沿海地区较强,在内陆地区较弱,其震动源在靠近台风运动路径的海底.另一种优势频率为0.1～0.18 Hz的扰动与台风无关,这种非台风扰动在地震发生前约10 h突然急剧增强,其最大值出现在地震爆发时刻.非台风扰动在靠近震中的地区较强,在沿海和西部地区较弱.震源扰动扫描算法计算初步定位的结果显示其震动源不在海底,而是分散在震中附近的内陆地区.汶川大地震前的非台风扰动是否与汶川大地震有关,值得进行更深入的研究.     

利用阿拉斯加台阵资料分析2008年汶川大地震的破裂过程

2008年5月12日,四川省汶川县发生MS8.0地震.我们利用美国阿拉斯加区域台网的部分宽频带地震台构成广义台阵, 应用非平面波台阵技术——迁移叠加方法,获得了这次地震的高频（>0.1 Hz）能量辐射源随时间和空间变化的图像.图像表明,这次地震破裂从震中开始向北东方向扩展约300 km,震源过程至少长达90 s,平均破裂速度为3.4 km/s;整个过程可分为两大阶段,前段持续时间50 s,破裂长度约110 km,破裂传播的平均速度为2.2 km/s,后段持续时间约40 s,长度约190 km,平均破裂速度为4.8 km/s.这意味着地震过程的后期似乎发生了超S波破裂,而且后段很可能为前段动态触发所致.     

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2 cm,后者6~8 cm.SAR遥感资料包括:(1)ALOS 卫星升轨相位干涉图像,精度优于8 cm;(2)ALOS和ENVISAT卫星影像合成的三维位移图,精度优于0.5 m.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5.5 m.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50 km) 模型形变准确度可达40~50 cm, 远场精度优于5 cm.     

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2 cm,后者6~8 cm.SAR遥感资料包括:(1)ALOS 卫星升轨相位干涉图像,精度优于8 cm;(2)ALOS和ENVISAT卫星影像合成的三维位移图,精度优于0.5 m.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5.5 m.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50 km) 模型形变准确度可达40~50 cm, 远场精度优于5 cm.