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基于D-InSAR技术的地震形变场数值模拟及断层活动性研究

周慧芳  
【摘要】:随着地球科学的发展,数值模拟方法越来越多的应用于地震成因和前兆机理,以及地震形变等研究领域中。地质构造的复杂性、地球介质的不均匀性,以及岩石物理性质的多样性等,给使用数值模拟方法准确研究地震形变和应力演化带来了困难。为了解决这一难题,研究学者们开始致力于研究更加贴近实际的模型和更加先进的数值模拟方法,这些模型和方法越来越多的应用于研究地震形变场、发震断层产状、地表构造应力场的动态演化和迁移过程。 本论文的主要研究工作和贡献如下: 1)详细总结了地震地球物理学问题中数值模拟技术理论模型的研究现状和进展,通过分析与归纳传统地壳介质模型中存在的限制,证明了粘弹性半空间分层模型研究的必要性以及在地震形变监测中的适用性。重点归纳了震源理论原理、地壳介质本构关系以及震后形变机制等,并对本文采用的数值模拟方法的基本原理、计算流程等关键环节进行了详细的分析与研究。 2)本文在计算中假设了4种地壳介质模型:(1)弹性半无限空间地壳模型并且不考虑重力作用的影响;(2)弹性半无限空间地壳模型并且考虑重力的影响;(3)粘弹性分层地壳模型并且不考虑重力作用的影响;(4)粘弹性分层地壳模型并且考虑重力作用的影响;在上述四种模型下分析粘弹性分层和重力对正断层、逆断层和走滑断层基本断层错动引发地震地表形变和应力分布的影响,最终确定粘弹性半空间分层模型,并考虑重力影响;最后在这个模型下得到了不同发震断层模型同震形变和应力的分布特征,预测了震后若干年形变和应力的变化,以及高程和局部大地水准面变化,分析了断层活动性。 3)地震案例选取了2008年当雄地震和2010年玉树地震。当雄地震发震断层性质为正断层兼少量右旋分量,地震造成羊易盆地沉降0.3m,震后年平均沉降速率最大为5-6mm/a;同震形变数值模拟结果和D-InSAR观察结果对比,残差为0.028m,验证了数值模拟的可靠性;玉树地震同震最大位错达0.5m,地表水平位移滑动速率最大为0.0081m/a,发震断层具有左旋走滑的动力学特征;形变场垂直位移基本为四象限分布,幅度最大变化分布在断层的东北盘,大约为3.5mm/a,震后断层活动仍然呈左旋走滑趋势。


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