GPS观测得到的大地震前兆地壳形变震例

综合介绍2008年汶川大地震以来,GPS观测得到的国内外10多次6—9级,不同构造、不同类型的大地震前兆地壳形变震例:2008年汶川8级大地震、2011年东日本9级巨震、2013年芦山7级,直至2020年6月墨西哥7.4级地震和7月美国阿拉斯加州以南海域7.8级地震等。利用GPS连续观测站区域参考框架水平位移时间序列和水平位移场,特别是水平位移向量时间序列的研究证明,同震水平位移是研究地震前兆形变存在的关键;利用垂直位移和水平位移向量时间序列、同震垂直位移及同震水平位移向量的分解,揭示地震弹性回跳真实方式;提出了符合GPS观测和岩石破裂试验结果的地震压-剪弹性回跳模型;根据已有震例,提出预报不同震级地震的可能性和监测临震前兆形变的GNSS站布设设想。      

GPS观测到的2004年印度洋9.3级等大地震前后地壳运动

2004—2012年印尼西部海域发生多次大地震,其中2004年印度洋9.3级巨震为21世纪以来全球最强。利用印尼及其邻近区域35个GPS连续观测站和中国大陆北京附近的GPS连续观测站BJFS站全球参考框架坐标时间序列,可得到以BJFS作为核心站的区域参考框架下这些观测站大地震震前位移积累、同震和震后位移,特别是震前水平位移积累和同震水平位移。该区大地震时空间隔密,且分布范围较大,观测站相互间与地震相关的地壳运动影响明显,地壳运动极为复杂。本文重点讨论了5次8级以上大地震前后地壳运动的特点、成因和相互影响。GPS观测结果显示,研究区域内7.5级以上地震的同震水平位移是震前水平位移积累的（弹性）回跳,震前水平位移积累是前兆。9.3级与2005年8.7级地震震级与时空相近,有重合与不重合的前兆形变区,是前者触发后者的主要条件;而9.3级与8.7级震后强烈地壳水平运动与2012年8.6级和8.2级地震的发生直接有关;2007年8.4级地震的发生与9.3级和8.7级地震无明显关系,但其震后水平位移影响了赤道南8.6级和8.2级地震的同震水平位移。尽管所采用的GPS连续观测站数量少、密度低,但仍为...     

GPS观测到的智利及其邻区多次大地震前后地壳运动

2001年以来,智利及其邻区发生了3次7.1—7.7级和4次8级以上大地震,其震中附近至少有一个甚至多个GPS连续观测站观测到地震前后的地壳运动。从http://geodesy.unr.edu网站可获得GeoffreyBlewitt教授用GIPSY软件处理得到的南美大量GPS连续观测站南美板块（SA）区域参考框架位移时间序列,获得的这些大地震同震、震前位移积累和震后位移,特别是同震水平位移和震前水平位移积累,为探索地震预测,增添了更多有意义的震例。研究表明,这些大地震的同震水平位移也是震前水平位移积累的回跳或弹性回跳,同样也证明了震前存在前兆地壳形变;这些大地震前震中及其附近也无明显的垂直位移积累,由此证明了板块运动或地壳水平运动就是地震成因。尽管东日本和智利近海大地震的构造环境不同,日本2011年9级和智利2010年8.8级巨大地震前的地壳运动都清楚显示太平洋海底扩张。这些地震的同震水平位移回跳或弹性回跳的规律一致,地震成因都是水平挤压。智利多次大地震GPS观测到的最特殊现象是,在2015年8.3级地震震中以北,2010年8.8级地震的同震水平位移量值偏小,且方向异常一致向北,可认为是8.3级地震的前兆形变现象。临近智利的南美地区应是全球最利于地震预测探索的地区之一。      

基于GNSS观测资料研究云南地壳形变与地震的关系

以云南省内GNSS连续观测资料为基础,进行扣除区域内稳定基准点、滑动均值等数据处理绘制云南省内区域形变场运动速率时序图,分析在此期间发生的地震事件与地壳形变之间的关系.分析认为,当部分点位运动方向背离长趋势运动背景时,云南省内发生地震的危险性较大,为GNSS连续观测资料用于地震预测预报方面做出了探索.     

GPS测得的汶川大地震同震位移

2008年汶川8.0级地震是建国以来破坏最惨重的大地震,是发生在地震前后GPS观测资料最多,震中在连续观测网中部及非连续观测站相当密集的地区.许多GPS连续观测站测得汶川地震同震位移.同震位移具有突变性和时间上的同步性以及变化幅度的显著性,是最确凿的与地震直接相关的地壳运动现象.震区外GPS连续观测站位移时间序列表明,此次大地震同震水平位移范围大,远离震中的许多地区观测到同震水平位移,与震前位移对比表现为弹性回跳.GPS连续观测站震前水平位移和同震水平位移过程揭示了此次地震震前大范围有显著变化的观测站水平位移与地震孕育过程的联系.但华北及邻近地区无明显同震水平位移.震中区外均未观测到明显的同震垂直位移.震区GPS站观测到的同震位移则主要为永久形变,不仅有大幅度的水平位移,也有幅度相对较小的垂直位移.本文研究了汶川地震同震位移的特点与机制,并由此进一步讨论此次大地震的成因、前兆地壳运动特征及其复杂性.     

2022年泸定6.8级地震GNSS同震形变场及其约束反演的破裂滑动分布

2022年9月5日四川省甘孜州泸定县发生6.8级地震,地震发生在川滇菱形块体东边界鲜水河断裂磨西段西侧附近.本文基于震中350 km范围内中国大陆构造环境网络和中国地震科学实验场118个GNSS连续站数据,观测获得了精细的同震形变场,结果显示：同震形变跨发震断层呈空间对称分布,表明本次地震具有显著的左旋走滑特征;记录到的最大同震形变发生在震中距40 km的SYD5(石棉安顺场)站,东西向和南北向形变量分别达到-22.0±1.2 mm和11.6±0.9 mm,震中距100 km以外测站的水平同震形变均小于5 mm;垂向同震形变不显著.结合走向163°和倾角77°的发震断层模型,本文对发震断层面的同震破裂滑动分布进行了反演,结果显示：同震滑动主要集中在主震东南侧余震空区0~15 km深度范围内,且破裂达到了地表,同震释放的地震矩与矩震级为M_W6.57地震相当.结合理论同震形变场、主应变场和邻近区域主要活动断裂库仑应力变化的空间分布特征,本次可能导致处于强闭锁和地震空区的安宁河断裂石棉—冕宁段未来发震风险性增强.

     

华北近年水平形变与地震关系的研究

近年华北地区GPS水平形变反映出阴山－燕山南缘构造带、张家口－蓬莱隐伏断裂带、郯断裂带及建昌－邢台构造带具有较强的活动性,成为不同时间的压缩区段。近年的基线和位移量的表明：形变压缩区和位移量较大的地区是地应力积累较大地区,因此,成为中、强地震发生的场所,这两项可作为判定地震危险区的标志。     

2022年1月8日青海门源MS6.9地震GNSS同震形变场及其断层滑动分布

2022年1月8日在青海省海北州门源县发生M_S6.9地震,本次地震是继2016年门源M_S6.4地震后冷龙岭断裂周边发生的又一次强震。确定本次地震的破裂分布对分析该地区震害风险具有重要意义。通过收集震中及周边12个GNSS连续站点和震后加密观测的17个流动站点观测资料,获取了震中100 km范围内29个测站的GNSS静态同震形变场,并以此为约束反演了本次地震同震滑动分布。结果显示,近场GNSS观测到的最大形变量可达1.3 m。反演的最优破裂模型显示该地震主破裂区深度位于0～10 km,滑动破裂出露地表,最大滑动量为4.07 m,地震矩释放能量约1.1×10¹⁹ N·m,对应矩震级M_W6.7。门源地震破裂至地表是造成该地区基础设施破坏的直接原因。     

芦山MS7.0地震前水平位移和同震水平位移研究

本文利用“中国地壳运动观测网络（二期）”多个GPS连续观测站观测数据处理结果,将2013年4月20日四川芦山MS7.0地震区域参考框架同震水平位移与全球参考框架同震水平位移进行比较,结果表明两组框架解一致,说明两种参考框架均可当作位错参考框架,也即全球参考框架同震水平位移也可视为区域参考框架同震水平位移．区域参考框架下GPS连续观测站地震前的水平位移和同震水平位移结果表明,震前数年,SCTQ站西侧的GPS站构造运动十分显著,而该站水平位移却很小,即出现反常的闭锁．但该站的同震水平位移使其弹性回跳至正常构造水平位移水平,因此SCTQ站震前的位移闭锁是水平位移空间分布中的异常,是芦山MS7.0地震的前兆．水平位移时空变化表明,该站震前和震时位移完全符合里德的弹性回跳理论．区域参考框架中位移时间系列和同震水平位移的综合研究有助于对芦山地震地壳运动前兆的认识和解释．尽管本文未能直接采用其它GPS连续观测站的资料,但结合本文和其它研究结果可以证实,震中附近其它站地震前后的变化与SCTQ站类似．基于芦山地震前水平位移和同震水平位移及其与前兆关系的研究,本文进一步讨论了GPS监测网的布设、 数据处理和分析等问题．      

地形变强震前兆指标探讨

在多年形变前兆研究基础上，对形变应变前兆的复杂性进行了讨论，并对典型的形变应变短临前兆实例进行了总结，找出其共性。以描述其共性特征为目标，给出了异常指标K的计算模型，似可用该指标结合资料背景和实践经验进行综合分析，对某些6级以上强震作出中短或短临阶段的预报。     

2021年青海玛多MW7.4地震GNSS同震形变场及其断层滑动分布

2021年5月22日青海玛多M_W7.4地震作为发生在巴颜喀拉块体内部的一次强震,再次引起了人们对该地区地震活动性的强烈关注.本文基于震后GNSS流动观测和区域连续GNSS站资料,解算了106个站点的同震形变及其中17个站点的高频形变波形.同震形变场显示玛多地震具有典型的左旋走滑特征,GNSS观测到的最大同震位移达到1.2 m.GNSS与InSAR数据相符度较高,GNSS提供了准确的近场形变信息.基于GNSS同震形变场,本文反演了断层滑动分布,并计算了发震断层上产生的库仑应力变化.结果表明,发震断层的滑动破裂存在多个凹凸体,破裂分段特征明显且出露地表,与野外地表破裂考察和余震分布吻合,主体破裂位于断层面0~10 km的浅部区域,最大滑动量达到4.6 m,地震矩1.63×10²⁰N·m,矩震级为M_W7.4;发震断层上静态库仑应力增加区域与余震分布具有一致性,说明余震主要是由静态库仑应力加载而触发的.     

唐山地震前后的水平形变

本文运用分块均匀介质模型,研究了唐山地区从1954年以来的七期三角(边)测量资料,对于唐山地震前、后的水平形变得到一些新的认识,即在1964——1971年间,唐山菱形块体有向北北东方向的运动,块体內部则有某种程度的挤压应变积累。唐山地震断层在这一时期至少在浅部保持闭锁状态。由于测量精度的限制,未能得到可靠的震后形变信息,但根据震后一年内的两次测量得到的可靠性不高的结果推测,震后一年內的调整时期,唐山地震断层两侧的相对运动可能与震时相反,但量值很小。目前唐山地区没有明显的形变。     

大同—阳高6.1级地震的地壳形变前兆

本文分析和综述了1989年10月大同—阳高6.1级地震的各类地壳形变前兆特征。地震前5年内的2次水准复测表明,这次地震发生在一个幅值约为30毫米的狭长的沉降区内,震中区附近存在多处较强的形变差异运动背景。震中区300公里范围内出现了一批可能显示应力场阶段性变化的定点形变中短期异常。有前兆的形变项目约占形变总观测项数的1/3。上述事实充分表明合理的形变监测方法对6级左右地震是有预报能力的。本文还对现有识别形变异常的方法作了比较和讨论。     

用GPS检测的1993年北海道西南地震在奥Kao的同震形变

我们研究了与１９９３年北海道西南地震有关的同震表变，该地震发生在日本大岛偏西南方向约６０ｋｍ。国土地理院在该地区的三角点上用ＧＰＳ进行了测量。获得了这些三角点上与地震有关的运动资料。     

GNSS观测的九寨沟7.0级地震同震位移初步结果

2017年8月8日四川省九寨沟县发生了7.0级地震,中国大陆构造环境网络与北斗地基增强系统的GNSS连续观测共同监测到了此次地震的同震位移（坐标：东向为正,北向为正）,结果显示：3个站点记录到了明显的同震位移,距离震中43 km的九寨沟台站（SCJZ）在东西向的位移为-9.8±1.5 mm,在南北向的位移为3.3±0.7 mm;距离震中65 km的松潘站（SCSP）在东西向的位移为-1.8±0.7 mm,在南北向的位移为-7.7±0.6 mm;距离震中77 km的舟曲站（GSZQ）在东西向的位移为0.4±1.2 mm,在南北向的位移为3.6±0.8 mm.通过同震位移分布特征,可以推测此次地震为一次左旋走滑型事件,引起水平向同震位移大致不超过150 km范围,地震对东南侧的龙门山断裂带影响非常小,对北侧的塔藏断裂和西侧的岷江断裂处引起的同震位移为厘米级.同震位移的反演结果显示：断层面上滑动量主要集中在7 km深度,最大量值约为0.4 m,平均滑动角为-15°,利用滑动分布计算的相应矩震级为M_W6.4,与地震波反演结果相当.结合同震滑动分布、同震主应变分布、余震分布和震源机制解等特征,推测此次地震破裂极值区累积的能量得到较充分释放,进一步分析得出此次地震在塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂处产生了一定的应力变化,值得持续关注.

     

滨海附近地区GPS和断层形变与地震关系研究

简要介绍了环勃海及华北部分地区跨断层形变资料的分析结果,同时介绍了１９９２年至１９９５年首都圈两期ＧＰＳ测量资料处理分析的初步结果。通过比较,二者所显示的地壳活动趋势存在性质上的差异,主要是因观测时段的不一致而引起;在同时段资料的对比分析中,因测点和断层空间分布差异的存在,有４４．８％的流动资料难以判定其与ＧＰＳ资料的一致性,但在可判定的３３项资料中,有８９％是一致的,证明二者从不同的侧面反映了近     

南天山及帕米尔高原现代地壳水平形变

通过对南天山及帕米尔高原GPS监测网的观测,获得了该地区的现今地壳形变速率图、基线变化图、应变图及主要地质构造带的断裂位移。结果表明,南天山及帕米尔地区地壳运动幅度较大,受印度板块的推挤作用,地壳正快速缩短变形,并且该区域的地壳形变具有自西向东、自南向北减弱的特点。另外,南天山地震断裂带以每年5~10mm的速度吸收来自帕米尔高原向北推挤的运动速率。通过研究还发现,喀什以西地区是强剪应力汇集的地区,地壳活动极其复杂、强烈。     

中国大陆地壳形变及孕震机制研究

以GPS、大面积水准、流动重力测量、跨断层流动形变测量等方面的监测和研究成果为主,围绕青藏块体和中国大陆地壳的运动学特征、动力学特征、震源机制以及孕震机制进行了探讨和研究。多方面的研究结果显示,印度板块对中国大陆的碰撞和挤压,是青藏块体隆升及其周边地区地震孕育和发生的主要动力来源,并通过多方面研究结果的综合分析,提出了“坝体决口孕震模式”的假说。     

由同震形变理论计算地震烈度分布的讨论

本文以海地7.3级地震和汶川8.0级地震为例,介绍了同震位移烈度方法,即在已知地震三要素、断层走向、倾向和滑动方向的情况下,可通过计算绝对同震位移来确定地震烈度分布. 研究表明,由绝对同震位移计算的地震烈度分布与实际地震烈度有很好的一致性,特别是在极震区其对应效果更好. 尽管这种计算结果有时与实际情况有一定出入,但这对...