盲断层地震破裂模型的多源大地测量研究

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基于位错理论,采用大地测量观测资料,利用反演技术研究地震的断层破裂模型是地震学研究的重要内容之一。断层破裂模型是研究震后余滑时空变化、震后粘弹性松弛变形的重要基础,对于揭示地震的孕育和发生机理以及区域地震危险性判定具有重要的科学意义。本文以青藏高原周缘的三次盲断层地震(2013年芦山Ms7.0地震、2017年九寨沟Ms7.0地震和2017年米林Ms6.9地震)为研究对象,将现代空间大地测量与地面传统测量相结合,在获取地震震时地壳三维位移场的基础上,建立以大地测量数据为基础的断层破裂模型,揭示盲断层地震应力积累、释放、发震断层几何学、运动学特征。首先,介绍了断层破裂模型反演的国内外研究现状,系统阐述了均匀半空间弹性位错理论、分层半空间弹性位错理论以及反演同震滑动模型的方法。其次,利用GPS、In SAR、水准和强震数据获取了2013年4月20日芦山Ms7.0地震的同震形变场。以GPS和水准同震形变为约束,采用非线性最小二乘方法,反演获取了发震断层几何参数,结果显示芦山地震发生在龙门山推覆构造带南段一条走向N208.5°E,倾角42.1°的盲逆冲断层上,反冲断层没有发生同震破裂,采用bootstrap方法估计了芦山地震发震断层几何形状参数68%和95%的置信区间,断层几何形状参数散点图显示发震断层长度和倾滑分量之间,断层宽度、断层下边缘深度和断层下边缘中点之间存在显著的折中关系。在最优断层几何模型基础上,采用有界变量最小二乘方法反演了芦山地震同震滑动分布模型,结果显示芦山地震断层错动以逆冲为主兼具少量左旋走滑分量,同震滑动主要集中在4-16km深度,最大滑移量为1.2 m,位于13.4 km深处,断层在近地表没有滑移量,表明芦山地震同震错动未破裂到地表,芦山地震释放的标量地震矩为7.63×1018Nm,矩震级为Mw 6.53,同震破裂终止于汶川地震和芦山地震之间的地震空区西南端,地形应力可能是同震破裂终止的主要机制。再次,利用GPS、In SAR和强震观测资料获取了2017年8月8日九寨沟Ms7.0地震的同震位移场,以同震位移数据为约束,基于弹性半空间位错模型,分别采用非线性和线性最小二乘方法反演获取了九寨沟地震发震断层几何参数及破裂模型,结果表明九寨沟地震发震断层走向154°,倾角80°,同震位错以左旋走滑为主,兼有少量正断分量,地震破裂主要集中在地下2~12 km深度范围内,最大滑动量为1.6 m,位于地下6 km深处,断层在近地表没有滑移,表明九寨沟地震未破裂到地表,本次地震释放的地震矩为5.59×1018 Nm,矩震级为Mw 6.44。最后,利用GPS、In SAR观测资料获取了2017年11月18日米林Ms6.9地震的同震位移场,并以此为约束反演获取了米林地震的发震断层几何产状及破裂模型。结果显示,米林地震发震断层走向125°,倾角15°,同震位错以逆冲错动为主且有一定左旋分量,地震破裂主要位于地下0.5~7.2 km深度,最大滑移量为0.72 m,位于3.6 km深处,断层在近地表没有滑移量,表明米林地震未破裂到地表,本次地震释放的地震矩为7.81×1018 Nm,矩震级为Mw 6.54。
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