论文部分内容阅读
自2008年汶川地震后,在近10年时间有3次7级以上大震发生于青藏高原周缘地区:2013年4月20日Ms7.0芦山地震,2015年4月25日Ms8.1尼泊尔地震,2017年8月8日Ms7.0九寨沟地震。一系列强震的发生与青藏高原的运动与变形有着密切的联系,而通过对上述强震的震源机制、震源运动学、断层几何学的研究,可认识青藏高原周缘的造山机制,为判断青藏高原现今运动状态提供依据。震源参数是对复杂震源性质的参数化、定量化描述。研究震源破裂过程并对震源时空参数进行测定,不仅是认识地震发生、发展过程的主要方式,而且有助于揭示震源区变形的动力学成因、孕震机制及应力变化状态。针对这三次7级以上强震,本文主要包括四个方面的研究工作:1.利用大地测量与地震数据联合反演破裂过程时空分布;2.以高频GPS与地震波联合约束断层破裂时间特征参数;3.研究发震断层几何及运动学特征及其与区域构造关系;4.高原边界带应力状态其空区的地震危险性。首先简要介绍所涉及的表征震源物理过程特征的各种参数;从位移表示定理出发梳理了震源破裂过程的基本原理,提炼确定震源破裂过程所需的基本条件;利用多时窗法构建离散化断层面的震源时间函数,构建可线性化的观测方程,并利用非负最小二乘法作为反褶积计算方法,确定破裂模型的线性反演方法;在反演过程中引入了部分约束条件,并提出了对各类震源参数分类处理的策略。在对2013年芦山地震的研究中,以余震分布为依据,分别采用了单一的平直断层面、平直断层面与反冲断层、铲状断层面与反冲断层三种断层模型对破裂过程开展研究。静态GPS、高频GPS、近场强震记录与远震体波联合约束的结果表明:芦山地震的破裂过程以深度为5-20km处的凹凸体破裂为主要特征,主要滑动区的尺寸为25km×25km;最大滑动量为1.1m,位于震中附近;平均滑动量约0.3m,造成的应力降2Mpa。破裂持续的总时间长达25sec,由两次子事件组成,主要子事件发生于0-10sec内,第二次子事件为10-25sec内,释放的总地震矩为1.1×1019 Nm,矩震级为Mw6.6。反冲断层上的南西向出现了零星破裂,滑动机制为逆冲兼具左旋走滑,与主断层面形成顺时针旋转趋势。在25km以下的深部滑脱面上,基本没有出现明显的破裂,少量滑动的量级基本低于0.2m,存在较大的不确定性。此次地震中高频GPS具有较好的空间分布和较高的信噪比,以高频GPS独立约束破裂模型考察了其对震源过程特征的约束能力和模型分辨力:能够独立支持分辨此次地震的主要破裂特征;包含永久形变的数据对地震矩的约束能力强于波形数据;独立约束的主断层面破裂特征具有稳定性,但对断层面的几何变化敏感性较差;相比其他观测数据,对主断层面具有较高的空间分辨力,对于反冲断层面分辨力弱于静态GPS。针对2015年尼泊尔大地震,开展了震后快速反演与详细给定其统一破裂模型两个层次的研究。在震后快速反演中,联合藏南地区静态GPS、高频GPS及远震地震波反演此次地震的破裂过程,给出了滑动分布及时间过程,初步得到了由藏南GPS约束特征为主的破裂模型,讨论了地震发生的机制及复发周期,为震后的地震危险性评估提供及时的支持。在后续的深入研究中,利用高频GPS（5Hz和1Hz）、静态GPS、InSAR和远震体波及近场强震记录,独立和联合反演了尼泊尔地震Mw7.8主震及Mw7.3最大余震的震源破裂过程。联合模型不仅能够很好的兼容独立模型,并且具有更优的模型分辨力,对数据的综合利用也提高了分布的信噪比。分辨力最佳的全数据联合模型可作为统一模型,其结果表明:主震展布范围为140km×80km;4m以上破裂集中在加德满都以北30km、深度15km的狭长区域内,最大滑动量为7.4m;破裂持续总长为60sec,破裂速度为3.3km/s,子断层上升时间在10sec内。Mw7.3余震破裂区域位于主震东侧边缘,滑动量围绕震中扩散,扩展范围为30km×20km,最大滑动量约为4.4m,总破裂持续时间为35sec。主震破裂至Mw7.3余震区域截止,甚至可认为两者中间仍具有狭小空区,而积累滑动量表明破裂完全有能力形成进一步的扩展。反演得到的走向及倾角的搜索结果表明,主震与最大余震的走向及倾角差别并不明显,断裂带几何属性的变化可能并非是阻碍主震走向扩展的主要因素。2017年九寨沟地震震源模型、与汶川地震的关系及该地区的地震危险性引起了社会各界极大的关注。以复测的静态GPS为主,联合InSAR、高频GPS、远震地震波,对断层面几何参数及震源运动学参数进行约束。双段式断层模型显示滑动沿走向25-30km长度、倾向18-20km展布于倾角为88°的断层面上。滑动从初始破裂点开始,同时沿着断层面向北西向和南东向双侧传播,释放的总地震矩为9.0×1018 Nm,对应矩震级为Mw6.6,破裂持续的总时长为15s,平均破裂传播速度为3.2km/s。滑动分布显示的最大特征为两个主要的滑动区域,其间由弱滑动区（<0.6 m）相连,两处滑动区域的静态应力降分别为3.3Mpa和3.6Mpa。1960年章腊地震、1973年Ms6.2地震、1976-08-16 Ms7.2地震的同震显著加速了九寨沟地震的发生,而1976-08-22 Ms6.7地震、1976-08-23 Ms7.2地震和2008年Ms8.1汶川地震则对该断层面具有应力加载效应。特别是,汶川地震近10年的粘弹性震后效应在九寨沟地震孕震的最后阶段起到了关键的推进作用。九寨沟地震对岷江断裂北段约30km长具有的同震、震后应力加载效应;对塔藏断裂西北段的同震、震后应力加载进一步增加玛沁-玛曲段的地震危险性。由速度场估计滑动速率得到的虎牙断裂特征地震重复周期大于千年,而目前已处于地震周期晚期阶段。位于虎牙断裂带上留存的滑动空区仍具备孕育Ms7.0规模的地震危险性,九寨沟地震对该段同震应力及后续粘弹性应力加载将促使其破裂。