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本文系统地研究了地震变形问题,包括地球层状构造、自重和曲率对计算同震变形的影响,地表震源的特殊处理,地球内部变形以及地球球心的移动等。并以近年来发生的大地震为例进行了计算和讨论。本文的主要研究内容及结论如下: (1)根据半无限空间介质模型与球形地球模型在几何和构造上的差异,本文系统地计算和研究了地球的层状构造、自重、曲率对计算点源及有限断层位错产生同震位移的影响。点源模拟结果显示:层状构造产生的影响最大,可达25%左右;20km深处的点源产生的地表位移受地球重力影响不到2.5%,而100 km深震受地球重力的影响可达11%;20 km浅源对同震位移的曲率效应不超过1%,而100 km的深震的曲率效应达到5%。作为实例,本文计算了这三种因素对2011年日本东北大地震(Mw9.0)的近场重力变化的影响,以及对远场同震位移的影响。通过比较远场位移与GPS数据的差异得知,带自重的层状球模型更接近于真实的地球模型,因为由此计算出的位移与GPS数据更吻合。我们还从反演断层滑动分布的角度验证了层状构造的影响。 (2)针对地表震源的奇异问题作了特殊研究和处理,给出地表震源的地震变形计算方法,解决了Sun et al.(2009)尚未解决的地表震源问题。本文主要利用互换定理(Okubo,1993)与边值条件推导出相应的位移、引力位/大地水准面、重力异常及应变格林函数的表达式,同时给出震中处的计算方法。并以2011年日本东北大地震(Mw9.0)为例,比较两种格林函数计算的近场大地水准面与重力变化差异,借以验证新计算方法的正确性。 (3)地震引起的球心移动至今仍是一个尚未研究的问题。本文基于球形地球位错理论研究了大地震引起的球心移动问题,首先计算特大地震引起的全球1阶径向位移,包括潮汐解、应力解与刚体移动解,而刚体移动解便是地球球心的移动变形。结果表明2004年苏门答腊大地震(Mw9.3)产生大约0.87 mm的1阶径向位移;地球平均几何中心移动了大约4.13 mm。而2011年日本东北大地震(Mw9.0)则产生0.43 mm的1阶径向位移,和2.22 mm的几何中心移动。 (4)本文利用半无限空间与球形地球模型的位错理论,研究了地震引起的内部变形问题。以走滑位错为例模拟计算了点源产生的内部垂直位移,结果显示震源附近一定范围(与震源深度有关)内的变形要远远大于地表的变形。2011年日本东北大地震(Mw9.0)引起的内部变形特征也与点源的变形特征一致。