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!