2008年汶川地震震后形变研究

发布时间：2020-09-17 10:40

　　 2000年后中国大陆及其周边发生的大震,如2001年昆仑山地震、2004年苏门答腊地震、2008年汶川地震、2011年东日本大地震和2015年尼泊尔地震,均对中国内陆产生了持续性的应力扰动。大地震引起的应力场重新分配会诱发或抑制区域地震活动。因此,对这些影响范围大、持续时间长的大地震的同震及震后形变机制的精细研究对评估地震风险具有重要意义。汶川地震是发生在青藏高原东边界龙门山断裂的一次罕见的板内逆冲斜滑型特大地震,其同震和持续的震后松弛造成的应力场扰动,可能提升震中周缘断层上地震发生的概率,也为探测断层及岩石圈流变属性提供了难得的机会。为确定汶川地震震后松弛造成的持续影响,本文反演了汶川地下黏滞结构,并重点分析了汶川震后形变特征,同时还研究了震后余滑的影响。本文完成的主要工作如下:(1)实现从GPS坐标时间序列提取震间、同震、震后等构造信息以及非地震阶跃和季节性信号的自适应批处理程序Pytsfit(python)。该程序还可以对震间速度场、阶跃及季节性信号予以先验紧约束,提取震后瞬态形变。同时,还集成了图形绘制功能。(2)以网络工程1999-2007年速度场为基础,应用Greenspline算法内插得到汶川地震震区周围陆态网络及四川CORS站的震前速度场,最终获得扣除震间形变的GPS震后时间序列。震后形变信息显示汶川震后7年仍在持续松弛,震后两年松弛速度迅速衰减,之后松弛速度缓慢衰减。川西高原震后形变明显大于四川盆地,川西高原近场形变量达到100mm量级,而四川盆地量级仅10mm左右。虽然两盘震后形变量级差异明显,但两盘震后形变方向总体上与同震方向相近,呈逆冲兼右旋走滑状。(3)采用震后黏弹性松弛模拟程序PSGRN/PSCMP,分别对川西高原和四川盆地不同时间段、不同空间分布的GPS数据进行模拟,约束岩石流变参数。最终,本文得到川西高原低速层黏滞系数为2.51×10~1 ~8Pa s,而中下地壳的黏滞系数为3.98×10~1 ~8Pa s。采用四川盆地2008~2015期间的震后形变,约束得到四川盆地黏弹性层黏滞系数最优值为1.0×10~(20)Pa s,相应弹性层深度为40km。黏弹性松弛模型在近场拟合较差,仅考虑黏弹性松弛单一震后机制不足以解释汶川震后累积形变。此外,不同的同震破裂模型模拟的震后黏弹性松弛形变仅对断层近场GPS测站有一定影响。(4)最优地球结构的地震形变模拟值系统性低于川西高原西南部地区以及鲜水河断裂带沿线的GPS观测值,系统性高于川西高原东北端方向的GPS观测值。本文认为川西高原本身存在地球介质物性的横向差异性,如果将川西高原分成西南部、中部和东北部三部分,川西高原以西壳幔黏滞系数可能低于中部黏滞系数,而东北部黏滞系数可能高于中部黏滞系数。(5)对Wang等(2011)同震破裂断层进行几何拓展,在北川断裂带北段增加北西倾向的滑脱带。以此为基础,采用弹性位错理论反演了2010~2015年期间的震后余滑分布。考虑到可用于震后余滑约束的GPS观测点稀疏以及同震滑动与震后余滑的空间互补关系,对同震滑动区域进行惩罚约束。论文采用“松约束”(同震滑动大于2m区域约束为0.1m)和“紧约束”(同震滑动大于6m区域约束为0.1m)两种约束方案,分别反演了断层面余滑空间展布。其中,“松约束”相较“紧约束”拟合误差更小,显示汶川同震破裂2m以上区域(破裂凹凸体)亦可能发生震后余滑,这说明WQ模型反演得到的凹凸体区域可能并不存在;(6)震后余滑产生的震后累积形变拟合汶川震后近场形变场较好,却对于中远场的数据拟合较差——远小于实际观测值,进一步说明汶川震后形变是多种震后机制共同作用的结果。且由于震后余滑模拟值也系统性低于龙日坝断裂带以西地区以及鲜水河断裂带沿线的GPS观测值,因此可以进一步确定川西高原西南侧存在明显的地球介质物性差异的可能性。
【学位单位】：中国地震局地震研究所
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P315
【部分图文】：

点分布,龙门山断裂带,震后,GPS站

图 2.1 龙门山断裂带构造背景、汶川地震分布及震后观测 GPS 站点分布图表 2.1 数据观测时段分类表数据分类观测时段震前布设的流动站 1999 ~ 2015震后布设的连续站 2010 ~ 2015震后布设的流动站 2009 ~ 20152.2 GPS 数据处理方法数据处理采用 GAMIT/GLOBK 10.4 软件，预处理得到 GPS 观测站的坐标和卫的单日松弛解,该单日解给出了区域测站坐标、卫星轨道、极移和天顶对流层延迟的和方差-协方差矩阵。然后经由与全球 IGS 站点松弛解组成网解，并通过七参数转ITRF08 框架下的瞬时坐标解或测站时间序列。由于 GPS 信号在传播过程中受到一号的扰动，因此要最终得到 GPS 测站的坐标时间序列，需要预消除这些效应的影响地球物理效应的影响包括潮汐（固体潮汐、极潮和海潮）、相对论效应和天线相位中（卫星和接收机），以及干涉和电离层效应等。而这些效应的改正模型都会对最终的

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图 2.2 Kriging 插值得到的龙门山断裂带周缘在 ITRF2008 框架下的震前速度场张量格林样条插值于插值方法中较为常用的最小曲率样条插值在数据值点变化剧烈或者存在下，很有可能遭受不稳定性震荡，从而使得待估值点插值结果严重失真。然率样条插值的基础上，加上一个适度的张量因子，可以抑制或者抵消这种不中，张量格林样条插值在此基础上避免了复杂的有限差分和有限元。在任何，均可以被简化为所有已知点相对于该待求点的距离的格林函数的加权影响对于输入、输出数据值点的位置没有任何要求，同时计算耗费资源少，可以户的工作站平台上计算[78][79]。该方法的基本插值公式表达为：1( ) ( ) ( , )nj jjw x T x αg x x== + (1.5)中，x 是输出点位置，g 是格林函数，xj是第j个数据点的位置，jα 为相， T（ x）是需要预先从数据约束中移除的趋势项，移除后通过下式：nw x αg x x i n= =

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× n的线性方阵求解加权值jα 。其中格林函数本省必须满足：2 2 2 [ p ]g ( x ,x ′) = δ(x x′))中，2 是拉普拉斯算子，δ 是狄拉克函数，p 是张量由于2p = t (定t的值来指定p 的值，其中t的取值范围为0 ≤ t < 1，t取 0 时目前该方法已经集成在 GMT 命令工具集中，该命令为 greenspline，enspline 官方文档。为由张量格林样条插值方法插值得到的龙门山断裂带周缘的背景场

【参考文献】