基于GPS和GRACE观测研究日本9.0级地震变形特征
发布时间：2021-01-26 16:17
2011年3月11日的日本Mw9.0地震是日本有地震记录以来震级最大的一次地震,发生在太平洋板块俯冲到欧亚板块和北美板块的俯冲带上,属于海沟逆冲型巨大地震。此次地震造成巨大的同震及震后变形,而且引发了巨大海啸,给日本造成了惨重的经济损失和人员伤亡。但同时,日本岛丰富的GPS连续观测资料使得这次地震成为利用大地测量手段观测研究大地震变形问题的难得震例。现代大地测量技术,尤其是GPS和卫星重力技术可以提供日益精确且详细的地球位移场和重力场,为研究大地震引起的区域位移、重力的时空演化规律提供了坚实的观测基础。基于GPS和卫星重力观测资料研究大地震震后变形特征,已经成为认识和理解俯冲带大地震物理过程的重要手段。这正是本论文研究的基本出发点。本论文主要利用截至2015年12月的GPS和GRACE观测数据研究日本Mw 9.0大地震的震后变形特征,探索其物理机制。研究工作主要包括以下几个部分:（1）基于GPS和GRACE观测资料,提取出同震及震后位移和重力变化,分析此次日本地震引起的震后位移及重力变化的时空演化规律。（2）通过对前人研究工作的学习和模拟计算比较,确定研究区域的地球分层模型,选取最优的...
【文章来源】：中国地震局地震预测研究所北京市
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１日本岛及邻近区域的构造背景和ＧＰＳ连续观测站位置??（黑色三角形代表所选８个ＧＰＳ站点的位置，蓝色五角星代表日本地震的震中位置，??
２．１．２?ＧＲＡＣＥ数据及处理方法??本论文采用ＣＳＲ发布的Ｌｅｖｅｌ２?ＲＬ０５数据，该数据为完全正则化的球谐系??数，最高阶次为６０。ＲＬ０５数据采用新的地球物理背景模型，其空间分辨率、精??度等都高于ＲＬ０４数据，因此利用该数据能够获得更可靠的结果（鞠晓蕾等，２０１３）。??本文对２００３年１月到２０１５年１２月期间１４２个月重力场模型进行分析（缺少２００３??年６月，２０］１年１月，６月，２０１２年５月，１０月，２０１３年３月，８月，９月，??２０１４年２月，７月，１２月及２０１５年６月，１０月，１１月的数据，同时，计算时??不采用地震发生的２０１１年３月的数据）。??数据处理过程中，采用人卫激光测距得到的Ｃ２Ｑ项替代原始精度相对较低的??Ｃ２〇系数项。由于ＧＲＡＣＥ卫星轨道高度在５００?ｋｍ左右，重力信号随着轨道的高??度增加而衰减，ＧＲＡＣＥ卫星观测的仅仅是中长波重力变化，其高频信号很弱并??小于观测误差。再者由于高阶部分的噪声影响，在时变重力场图像上表现为经度??方向的条带现象。因此，为了获取重力信号，需要对重力数据做平滑滤波处理以??提高信噪比。本文采用Ｐ３Ｍ６去相关（ｄｅ－ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）方法（Ｓｗｅｎｓｏｎ?ｅｔ?ａｌ．，２００６）??
??场与其差分得到日本＾?９．０地震前后重力变化（图２．３），这种差分方法可以有??效地削弱季节性非地震因素所造成的影响（Ｃｈｅｎ?ｅｔ?ａｌ．，２００７；周新等，２０］１）。图??２．３中显示：该地震在地震破裂两侧产生了明显的重力变化，振幅范围达到７．３??＂Ｇａｌ，并且呈现出正负分布。其中，断层上盘（俯冲区域）重力下降，最大幅度??约－５．３?＂Ｇａｌ；而断层下盘（隆起区域）重力上升，最大幅度约２／／Ｇａｌ。与２００４??年苏门答腊及２０１０年智利地震是相似的（王武星等，２０１１，周新等，２０１１），海洋??侧隆起区域的同震重力变化信号明显要弱于俯冲区域。??３５＇?ＪｍＭ３５?Ｃ??３０－?＇〇ｉ?３０＊?Ｂ?－４??：Ｉ－６??２５－?２５．??１３０＂?１３５＊?１４０．?１４５．?１５０．?１５５．??图２．３?ＧＲＡＣＥ观测到的日本Ｍｗ?９．０地震的同震重力变化??（图中“?＋?”号代表四个代表性点的具体位置，依次标记为Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）??２．３震后变形特征??２．３．１震后水平位移变化特征??通过ＧＰＳ数据处理，我们得到了?８个ＧＰＳ站点截至２０１５年１２月所累积的??水平位移量（见表２．１）
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用震后黏弹性位错理论研究苏门答腊地震（Mw9.3）的震后重力变化[J]. 张国庆,付广裕,周新,徐长仪. 地球物理学报. 2015(05)
[2]利用GRACE卫星数据提取苏门答腊地震同震和震后重力变化[J]. 张国庆,付广裕,周新. 大地测量与地球动力学. 2015(02)
[3]2011年日本9.0级地震的同震位错以及震后应力松弛过程对中国大陆的影响[J]. 王丽凤,刘杰,赵金贵,赵静. 地震. 2013(04)
[4]基于GRACE卫星RL05数据的南极冰盖质量变化分析[J]. 鞠晓蕾,沈云中,张子占. 地球物理学报. 2013(09)
[5]基于GPS观测分析日本9.0级地震同震位错与近场形变特征[J]. 邵志刚,武艳强,江在森,张浪平. 地球物理学报. 2011(09)
[6]重力卫星GRACE检测出2010年智利Mw8.8地震的同震重力变化[J]. 周新,孙文科,付广裕. 地球物理学报. 2011(07)
[7]全球定位系统测定的2011年日本宫城MW9.0级地震远场同震位移[J]. 王敏,李强,王凡,张锐,王阎昭,师宏波,张培震,沈正康. 科学通报. 2011(20)
[8]利用GRACE观测数据研究苏门答腊区域的黏滞性结构[J]. 王武星,石耀霖,孙文科,张晶. 中国科学:地球科学. 2011(06)
[9]强震后地表变形的动力学机制研究——以1999年台湾集集地震为例[J]. 朱守彪,蔡永恩. 中国科学（D辑:地球科学）. 2009(09)
[10]从震后形变探讨青藏高原下地壳黏滞系数[J]. 张晁军,曹建玲,石耀霖. 中国科学（D辑:地球科学）. 2008(10)
本文编号：3001427
【文章来源】：中国地震局地震预测研究所北京市
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１日本岛及邻近区域的构造背景和ＧＰＳ连续观测站位置??（黑色三角形代表所选８个ＧＰＳ站点的位置，蓝色五角星代表日本地震的震中位置，??
２．１．２?ＧＲＡＣＥ数据及处理方法??本论文采用ＣＳＲ发布的Ｌｅｖｅｌ２?ＲＬ０５数据，该数据为完全正则化的球谐系??数，最高阶次为６０。ＲＬ０５数据采用新的地球物理背景模型，其空间分辨率、精??度等都高于ＲＬ０４数据，因此利用该数据能够获得更可靠的结果（鞠晓蕾等，２０１３）。??本文对２００３年１月到２０１５年１２月期间１４２个月重力场模型进行分析（缺少２００３??年６月，２０］１年１月，６月，２０１２年５月，１０月，２０１３年３月，８月，９月，??２０１４年２月，７月，１２月及２０１５年６月，１０月，１１月的数据，同时，计算时??不采用地震发生的２０１１年３月的数据）。??数据处理过程中，采用人卫激光测距得到的Ｃ２Ｑ项替代原始精度相对较低的??Ｃ２〇系数项。由于ＧＲＡＣＥ卫星轨道高度在５００?ｋｍ左右，重力信号随着轨道的高??度增加而衰减，ＧＲＡＣＥ卫星观测的仅仅是中长波重力变化，其高频信号很弱并??小于观测误差。再者由于高阶部分的噪声影响，在时变重力场图像上表现为经度??方向的条带现象。因此，为了获取重力信号，需要对重力数据做平滑滤波处理以??提高信噪比。本文采用Ｐ３Ｍ６去相关（ｄｅ－ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）方法（Ｓｗｅｎｓｏｎ?ｅｔ?ａｌ．，２００６）??
??场与其差分得到日本＾?９．０地震前后重力变化（图２．３），这种差分方法可以有??效地削弱季节性非地震因素所造成的影响（Ｃｈｅｎ?ｅｔ?ａｌ．，２００７；周新等，２０］１）。图??２．３中显示：该地震在地震破裂两侧产生了明显的重力变化，振幅范围达到７．３??＂Ｇａｌ，并且呈现出正负分布。其中，断层上盘（俯冲区域）重力下降，最大幅度??约－５．３?＂Ｇａｌ；而断层下盘（隆起区域）重力上升，最大幅度约２／／Ｇａｌ。与２００４??年苏门答腊及２０１０年智利地震是相似的（王武星等，２０１１，周新等，２０１１），海洋??侧隆起区域的同震重力变化信号明显要弱于俯冲区域。??３５＇?ＪｍＭ３５?Ｃ??３０－?＇〇ｉ?３０＊?Ｂ?－４??：Ｉ－６??２５－?２５．??１３０＂?１３５＊?１４０．?１４５．?１５０．?１５５．??图２．３?ＧＲＡＣＥ观测到的日本Ｍｗ?９．０地震的同震重力变化??（图中“?＋?”号代表四个代表性点的具体位置，依次标记为Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）??２．３震后变形特征??２．３．１震后水平位移变化特征??通过ＧＰＳ数据处理，我们得到了?８个ＧＰＳ站点截至２０１５年１２月所累积的??水平位移量（见表２．１）
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用震后黏弹性位错理论研究苏门答腊地震（Mw9.3）的震后重力变化[J]. 张国庆,付广裕,周新,徐长仪. 地球物理学报. 2015(05)
[2]利用GRACE卫星数据提取苏门答腊地震同震和震后重力变化[J]. 张国庆,付广裕,周新. 大地测量与地球动力学. 2015(02)
[3]2011年日本9.0级地震的同震位错以及震后应力松弛过程对中国大陆的影响[J]. 王丽凤,刘杰,赵金贵,赵静. 地震. 2013(04)
[4]基于GRACE卫星RL05数据的南极冰盖质量变化分析[J]. 鞠晓蕾,沈云中,张子占. 地球物理学报. 2013(09)
[5]基于GPS观测分析日本9.0级地震同震位错与近场形变特征[J]. 邵志刚,武艳强,江在森,张浪平. 地球物理学报. 2011(09)
[6]重力卫星GRACE检测出2010年智利Mw8.8地震的同震重力变化[J]. 周新,孙文科,付广裕. 地球物理学报. 2011(07)
[7]全球定位系统测定的2011年日本宫城MW9.0级地震远场同震位移[J]. 王敏,李强,王凡,张锐,王阎昭,师宏波,张培震,沈正康. 科学通报. 2011(20)
[8]利用GRACE观测数据研究苏门答腊区域的黏滞性结构[J]. 王武星,石耀霖,孙文科,张晶. 中国科学:地球科学. 2011(06)
[9]强震后地表变形的动力学机制研究——以1999年台湾集集地震为例[J]. 朱守彪,蔡永恩. 中国科学（D辑:地球科学）. 2009(09)
[10]从震后形变探讨青藏高原下地壳黏滞系数[J]. 张晁军,曹建玲,石耀霖. 中国科学（D辑:地球科学）. 2008(10)
本文编号：3001427
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