基于 2001 年可可西里 8.1 级地震形变场演化分析的青藏高原

粘弹性动力学模型研究

2005 年汇报

沈正康中国地震局地质研究所

40334042

提纲 震后 GPS 形变数据的持续观测与分析 可可西里地震震后形变场初步研究 可可西里地震断层南北两盘形变位移不对称

的模拟解释 2006 年工作计划

00.2

0.40.6

0.8

1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

00.2

0.40.6

0.8

1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

下地壳弛豫形变 中、下地壳内沿断层蠕变滑移

震后形变响应模型“ 薄皮”模型

“ 厚皮”模型

震后 GPS 形变数据的持续观测与分析

2005 年 GPS 数据分析

收集到 2003 － 2005 年其他单位沿青藏公路站点观测数据，同已有数据相结合统一分析处理。

数据处理采用 GAMIT/GLOBK 软件获得测站坐标、卫星轨道及地球自转参数的单日松弛解。

扣除震前观测或区域内插得到测量点的长期形变。 将所有观测点的位置转化为相对于 JB30 点（格尔

木）以消除区域性的系统偏差。

mm mmNorth East

BS33

XIDT

GM10

KLGD

GM10

XIDT

BS33

KLGD

mm mmNorth East

BDGD

GL53

JB51

GL43

GL57

WDGD

BDGD

GL53

JB51

GL43

GL57

WDGD

mm mmNorth East

NK04

NK01

NK05

NK03

NK02

NK04

NK01

NK05

NK03

NK02

mm mmNorth East

SK05

SK06

SK02

SK01

SK05

SK06

SK02

SK01

提纲 震后 GPS 形变数据的持续观测与分析 可可西里地震震后形变场初步研究 可可西里地震断层南北两盘形变位移不对称

的模拟解释 2006 年工作计划

目标：粘弹性松弛作用和震后断层无震滑动所占比例是多少。

模型：设计一个既包含粘弹性松弛作用，又包含震后断层无震滑移（ afterslip ）的模型来拟合大地震之后的形变观测。

JB30

BDGD

WDGD

BS33 EK01EK02

EK03EK04

EK05

EK06GL43GL53

GL57GL63

GL78

GM10

KLGDNACHNK01NK02

NK03NK04NK05

SK01SK02

SK03

SK04SK05

SK06SK07

SK08

XIDT

A204 AS40

AS48

BS19

DS39

G0CQJ002

J004

J005

J008

J016

JB49

JB51

JB52

XZ02

Longitude/oE

Latit

ude/

o N

JB30

BDGD

WDGD

BS33GL43

GL53GL57

GL63

GL78

GM10

KLGDNACHXIDT

J016

JB51

XZ02

91.5 92 92.5 93 93.5 94 94.5 95 95.5

34.5

35

35.5

36

36.5JB30

BDGD

WDGD

BS33 EK01EK02

EK03EK04

EK05

EK06GL43GL53

GL57GL63

GL78

GM10

KLGDNACHNK01NK02

NK03NK04NK05

SK01SK02

SK03

SK04SK05

SK06SK07

SK08

XIDT

A204 AS40

AS48

BS19

DS39

G0CQJ002

J004

J005

J008

J016

JB49

JB51

JB52

XZ02

Longitude/oE

Latit

ude/

o N

JB30

BDGD

WDGD

BS33GL43

GL53GL57

GL63

GL78

GM10

KLGDNACHXIDT

J016

JB51

XZ02

91.5 92 92.5 93 93.5 94 94.5 95 95.5

34.5

35

35.5

36

36.5

BDGD

KLGD

WDGD

-1000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000S

/(m

m)

90 90.5 91 91.5 92 92.5 93 93.5 94 94.5 95-1000

0

1000

V/(

mm

)

E/(o)

(a)

(b)

16段断层破裂模型

左旋走滑分量

倾滑分量（北盘上升为正）

地表观测模型结果

粘性分布模型 [ 据 Shen et al. (2001) 、王庆良等（ 2005 ） ]

震后滑移（ Afterslip ）模型 假定震后无震滑动发生在同震破裂下部。 震后无震滑动量的大小与同震破裂大小成比

例。随时间指数衰减（ Shen, et al., 1994 ）。

通过模拟试错得到下部无震滑动量的大小、深度和衰减时间。

2001.6 2001.8 2002 2002.2 2002.4 2002.6 2002.8 2003 2003.2-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

Time/yr

Dis

plac

emen

t/m

m

BDGD观测数据拟合

2001.6 2001.8 2002 2002.2 2002.4 2002.6 2002.8 2003 2003.2-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

Time/yr

Dis

plac

emen

t/m

m

BS33

2001.6 2001.8 2002 2002.2 2002.4 2002.6 2002.8 2003 2003.2-2

0

2

4

6

8

10

12

Time/yr

Dis

plac

emen

t/m

m

WDGD

2001.6 2001.8 2002 2002.2 2002.4 2002.6 2002.8 2003 2003.2-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

Time/yr

Dis

plac

emen

t/m

m

GL43

2001.6 2001.8 2002 2002.2 2002.4 2002.6 2002.8 2003 2003.2-5

0

5

10

15

20

Time/yr

Dis

plac

emen

t/m

m

GL53

2001.6 2001.8 2002 2002.2 2002.4 2002.6 2002.8 2003 2003.2-5

0

5

10

15

20

Time/yr

Dis

plac

emen

t/m

m

GL57

2001.6 2001.8 2002 2002.2 2002.4 2002.6 2002.8 2003 2003.2-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Time/yr

Dis

plac

emen

t/m

m

GL63

2001.6 2001.8 2002 2002.2 2002.4 2002.6 2002.8 2003 2003.2-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

Time/yr

Dis

plac

emen

t/m

m

GL78

2001.6 2001.8 2002 2002.2 2002.4 2002.6 2002.8 2003 2003.2-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

Time/yr

Dis

plac

emen

t/m

mGM10

2001.6 2001.8 2002 2002.2 2002.4 2002.6 2002.8 2003 2003.2-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

Time/yr

Dis

plac

emen

t/m

m

NACH

2001.6 2001.8 2002 2002.2 2002.4 2002.6 2002.8 2003 2003.2-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

Time/yr

Dis

plac

emen

t/m

m

KLGD

2001.6 2001.8 2002 2002.2 2002.4 2002.6 2002.8 2003 2003.2-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

Time/yr

Dis

plac

emen

t/m

m

XIDT

2001.6 2001.8 2002 2002.2 2002.4 2002.6 2002.8 2003 2003.2-2

0

2

4

6

8

10

12

Time/yr

Dis

plac

emen

t/m

m

JB51

2001.6 2001.8 2002 2002.2 2002.4 2002.6 2002.8 2003 2003.2-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

Time/yr

Dis

plac

emen

t/m

m

XZ02

初步结论震后快速形变场是由两种形变机制共同造成的结果———断层面上的震后无震滑动和下地壳、上地幔中的粘弹性松弛。 震后滑动发生在上地壳脆性层和下地壳的软流层之间，在同震破裂之下 16km 的范围内，滑动量为同震破裂量的 1/2 。 对震后形变的贡献约为 7%.介质内粘弹性松弛对震后形变的贡献主要来源于深度 ~28-48 公里处的下地壳，其粘滞系数～5X1017Pa s 。

提纲 震后 GPS 形变数据的持续观测与分析 可可西里地震震后形变场初步研究 可可西里地震断层南北两盘形变位移不对称

的模拟解释 2006 年工作计划

图 1a 昆仑山口西 8.1 级地震地表同震形变场（单新建等， 2004 ）

AB

B’A’

东昆仑断裂

断层北盘

断层南盘

距断层距离

断层两侧水平位错

图 1b BB’ 形变测线剖面（改编自单新建等， 2004 ）

-龙 木 错 邦 达 错 断 裂

30°

40°

90° 100°

图 2 同震变形场模拟区域如图中黄色虚线框内部分垂直断层两侧各延伸约 125km 左右

图 3 模型 NS 向岩石圈剖面示意图

断层南盘 北盘

部分地幔

下地壳

上地壳 2

沉积层

………………

中地壳

上地壳 3

上地壳 1

图 4 观测和模拟的昆仑山口西地震同震形变测线剖面

-200.00 -100.00 0.00 100.00 200.00

-400.00

-200.00

0.00

200.00

400.00

¶ Ï ² ã ± ± Å Ì

¶ Ï ² ã Ä Ï Å Ì

cm

km

InSar 观测形变测线剖面（据单新建等， 2004 ）

模拟形变测线剖面（ 0506221 ）

315cm

-258cm

断层两侧水平位错

距断层距离

初步结果 地震南北两盘之间同层介质性质的差异，造

成同震变形在断层的南、北两盘不一致。根据模拟结果，断层南、北盘岩石圈的上地壳和中地壳的杨氏模量分别为 4.0×1010G/Pa和 5.0×1010G/Pa ，即北盘约比南盘大25% 。

提纲 震后 GPS 形变数据的持续观测与分析 可可西里地震震后形变场初步研究 可可西里地震断层南北两盘形变位移不对称

的模拟解释 2006 年工作计划

2006 年工作计划 2006 年 3 月对沿可可西里地震断层和沿青藏公路

的 GPS 站点进行新一期复测并对数据进行处理； 邀请美国 USGS 的曾跃华教授来华访问完善边界元模型；

运用已观测到的全部 GPS 数据、同震破裂地震波数据和 InSAR 数据，考虑断层两边介质的不对称性，对地震破裂分布进行反演。同时采用边界元和TECTON 有限元方法对震后滑移和介质粘性参数进行约束，比较两种方法得出结果的异同，以相互验证。

在上述工作基础上得到全面的，包括断层及岩石圈介质流变学性质的青藏高原动力学模型。

2005 年经费 拨款￥ 36万 用于燃动、差旅、人员、出版￥ 9 万 节余￥ 27万，准备用于 2006 年 GPS野外

观测

谢 谢！