基于时序InSAR技术的若干强震的震后形变机制研究

来源 :吕潇然 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haifeng_liu
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近年来,全球地震灾害频频发生,造成严重的经济损失和人员伤亡,开展地震方面的研究具有非常重要的现实意义。通过长期以来的研究发现,地震发生后地表依然会发生无震位移,这一过程被称为震后形变。震后形变过程有助于人们判别断层的摩擦滑动速度依赖性分布,构建震区岩石圈流变结构,分析震后形变过程对周边断层的应力加载,评估周边断层的地震风险。因此,震后形变机制研究成为了地震研究中的重点。大地测量是能够精确提供地表形变数据的唯一观测手段。时序InSAR技术作为新兴的大地测量方法,具有高精度、大范围的特点,在大地测量中拥有无可替代的地位。本文使用Sentienl-1数据,基于长时序InSAR技术,计算震后形变场,进而研究扎格罗斯造山带、马克兰俯冲带和青藏高原地区(其中,扎格罗斯造山带和马克兰俯冲带的GPS观测点非常稀疏)强震的震后形变。研究的内容包括:(1)基于2017年11月13日Mw 7.3级Kermanshah大地震的震后0-2.3年(2017年11月至2020年2月)InSAR形变场,分析震后形变的时变特征,将整个研究时段划分为两个时间段:时间段1为震后0-0.6年,时间段2为震后0.6-2.3年。在此基础上,对两个时间段的震后形变机制进行反演。反演结果显示,时间段1的震后形变是由同震破裂区上倾向的震后余滑造成的,这表明同震断层的速度强化区位于速度弱化区上方。震后余滑释放的能量为同震破裂释放能量的12%,低于其他地震。震后余滑的持续时间短、释放能量少,这主要是由该地区较冷的热环境和较低的孔隙流体压力导致的。时间段2的震后形变与由粘弹性松弛造成的形变场更加吻合,反演得到的下地壳和上地幔粘滞系数分别为ηlc=1-0.4+0.8×1019Pa·s和ηum=1-0.4+∞× 1019Pa·s。反演的粘滞系数表明震区具有较强的下地壳和上地幔,这一研究结果与该地区较低的热流数据、较低的vp/vs值以及上地幔高速率异常等反映区域流变结构的间接测量数据相符。(2)基于2013年9月24日的Mw 7.7级Balochistan大地震的震后1-7.5年(2014年12月至2021年4月)InSAR形变场,分析震后形变的时变特征,将整个研究时段划分为两个时间段。时间段1为震后1-4年,时间段2为震后4-7.5年。在此基础上,对两个时间段的震后形变机制进行反演。反演结果显示,时间段1和时间段2的震后形变均是由沿俯冲带大断层的无震滑动造成的。无震滑动以左旋滑动为主,发生无震滑动的区域面积为5500km2,平均滑动量为80 cm,释放的能量相当于Mw 7.3级的地震。库伦应力分析表明,俯冲带大断层的左旋无震滑动是由同震造成的应力变化引起的。沿俯冲带大断层的无震滑动,为精确约束俯冲带大断层孕震区的速度弱化区下边界提供了定量数据。无震滑动出现在距变形前缘220km处,即俯冲带大断层孕震区的速度弱化区下边界至多在距离变形前缘220 km处。在距离变形前缘220 km处以北的俯冲带大断层为速度强化区,发生稳定滑动,不会产生地震。这一结果既符合马克兰俯冲带大地震少的历史记录,同时也意味着马克兰俯冲带未来发生震级大于Mw 8.8级的大地震的概率很低。(3)基于2001年11月14日的Mw 7.8级可可西里大地震的震后13-20年(2014年11月至2021年7月)的InSAR形变速率场,研究可可西里地震的震后晚期形变。首先将其与基于青藏高原主要活动断层的震间滑动速率模拟的形变信号进行对比,通过计算形变速率模拟值和形变速率观测值的比值可知,形变速率模拟值与形变速率观测值比值的最大值仅为0.42。因此,可可西里地震引起的粘弹性松弛现在仍在继续。在此基础上,基于粘弹性松弛和埋深均匀滑动矩形位错耦合模型反演得到的震区下地壳和上地幔粘滞系数分别为ηlc=1-0.440.78×1019Pa·s和ηum=1+0+0.78×1020Pa·s,与基于Burgers体理论模型计算的稳态粘滞系数相同。将其与已有研究反演的震后早期有效粘滞系数进行联合分析发现,有效粘滞系数的时变特征满足对数函数特征。最后,反演结果显示震区(藏北地区)具有较强下地壳(粘滞系数量级为1019Pa·s),这与下地壳流模型要求的下地壳粘滞系数小于等于1017Pa·s相悖。由此可知,下地壳流模型不适用于解释青藏高原北部的持续性抬升。论文的创新点包括:(1)基于2017年Kermanshah地震的震后0-2.3年InSAR震后形变场,构建粘弹性松弛模型,反演了扎格罗斯褶皱逆冲断层带西北部下地壳和上地幔的粘滞系数,发现该地区岩石圈流变学强度模型为“果冻三明治(jelly sandwich)”型。(2)基于2013年Balochistan地震的震后1-7.5年InSAR震后形变场,构建了无震滑动模型,反演发现了震后形变由沿俯冲带大断层的左旋无震滑动造成,得到了马克兰俯冲带大断层孕震区速度弱化区下边界的定量约束:俯冲带大断层孕震区的速度弱化区下边界至多在距离变形前缘220 km处。(3)基于2001年可可西里地震的震后13-20年InSAR震后形变速率场,首次定量确定了地震造成的粘弹性松弛至少持续到了 2021年7月,构建粘弹性松弛模型,反演了下地壳和上地幔震后晚期有效粘滞系数,证明了震区的流变结构几乎达到稳定状态。
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