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自重可压缩层状球体地球模型下地震变形算法的优化研究

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地球物理学报 2022年第4期65卷 1229-1239页

作者：刘泰唐河佘雅文付广裕孟国杰中国地震局地震预测研究所北京100036 中国科学院大学计算地球动力学重点实验室北京100049 中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院北京100083

本文利用龙格库塔法求解球坐标系下微分方程组,基于自重、可压缩和连续分层地球模型研究地震引起的地球变形,优化相关算法.首先对传统的两次同向积分法进行调整,对微分方程的齐次部分进行两次相向积分,分别由地心向上积分至震源和由地... 详细信息

本文利用龙格库塔法求解球坐标系下微分方程组,基于自重、可压缩和连续分层地球模型研究地震引起的地球变形,优化相关算法.首先对传统的两次同向积分法进行调整,对微分方程的齐次部分进行两次相向积分,分别由地心向上积分至震源和由地表向下积分至震源.接着利用震源间断条件求解震源上方和震源下方通解的组合系数,得到微分方程组的解矢量.基于该积分方法可以避免高阶微分方程组求解中精度丢失的问题.接着与均质地球模型下微分方程组解析解的比较,发现自重效应对走滑震源低阶求解结果的影响较大,对垂直引张震源变形解y_(4)的影响超过100阶.最后比较了均质地球模型和层状地球模型下高阶求解结果,发现两者的比值趋于稳定,当均质地球模型参数设置为震源所在层参数时,并且变形深度和震源处于模型同一层,两种地球模型下高阶变形解的比值趋于1.基于该发现,结合均质地球模型下渐近解,可解决实际分层地球模型下震源附近地震变形发散的问题.

关键词：微分方程组两次相向积分自重层状地球模型

重力与地形数据揭示的巴颜喀拉块体东缘垂向构造应力场

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地球物理学报 2017年第6期60卷 2480-2492页

作者：佘雅文付广裕王灼华高原中国地震局地球物理研究所北京100081 河北省地震局石家庄050021 中国地震局地震预测研究所北京100036

利用基于消去-恢复原理的最小二乘配置方法,对2009-2013年相对重力/GPS联合观测数据与EGM2008模型数据进行融合,更新了巴颜喀拉块体东缘地区的自由空气与布格重力异常场.基于该布格重力异常数据,以CRUST1.0地壳密度模型为初始条件,使用... 详细信息

利用基于消去-恢复原理的最小二乘配置方法,对2009-2013年相对重力/GPS联合观测数据与EGM2008模型数据进行融合,更新了巴颜喀拉块体东缘地区的自由空气与布格重力异常场.基于该布格重力异常数据,以CRUST1.0地壳密度模型为初始条件,使用二维多边形棱柱体正演与非线性最小二乘反演方法,获取了巴颜喀拉块体东缘地壳分层密度结构.基于地壳不可压缩和均衡调整原理提出了计算垂向构造应力新方法,并结合上述地壳分层密度结构和地形数据计算了巴颜喀拉块体东缘垂向构造应力分布.结果表明,龙门山断裂带中南段蓄积了较高的正向构造应力(约40 MPa),马尔康周边地区蓄积了较高的负向构造应力(约—30 MPa).对研究区域1970年以来5级(Ms)以上地震进行统计发现,地震多发生在垂向构造应力梯度带上,垂向构造应力为正的地区易触发浅源地震,为负的地区易触发深源地震.在地壳横向变形强烈的区域,垂向构造应力与地震深度的对应关系减弱.

关键词：巴颜喀拉块体布格重力异常地壳密度结构垂向构造应力

2021年云南漾濞M_(s)6.4地震震前地壳形变特征研究

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地震 2022年第3期42卷 21-36页

作者：邹芳孟国杰苏小宁吴伟伟赵倩佘雅文 Thant Myo 广东工业大学土木与交通工程学院广东广州510006 中国地震局地震预测研究所(地震预测重点实验室) 北京100036 兰州交通大学测绘与地理信息学院甘肃兰州730070 缅甸仰光大学地质系缅甸仰光11041

2021年5月云南大理州漾濞发生一系列中强地震,其主震达到M_(s)6.4,主震震中位于滇南块体内部的维西—乔后—巍山断裂西南侧,发震断层可能为维西—乔后—巍山断裂的次级分支断裂,地表走向约为135°.本文收集1998年以来的震中周边GPS测站... 详细信息

2021年5月云南大理州漾濞发生一系列中强地震,其主震达到M_(s)6.4,主震震中位于滇南块体内部的维西—乔后—巍山断裂西南侧,发震断层可能为维西—乔后—巍山断裂的次级分支断裂,地表走向约为135°.本文收集1998年以来的震中周边GPS测站观测数据,研究了此次地震序列震前区域地壳的水平形变特征及其与此次地震的关系.结合构造分析认为,漾濞地震发生在GPS测站水平运动速度陡变区域,该区域地壳水平运动受阻;震中区域应变积累明显,处于面应变率高值区,且为最大剪应变率的高低值转换区,符合易发地震区域特性.震中及其邻区的孕震环境以右旋剪切为主,兼具东西向拉张作用.

关键词： 2021年漾濞M_(s)6.4地震滇南地区 GPS基线地壳形变

白鹤滩水电站蓄水引起重力与库仑应力变化的模拟研究

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地球物理学报 2021年第6期64卷 1925-1936页

作者：佘雅文付广裕赵倩郭凌冬中国地震局地震预测研究所(地震预测重点实验室) 北京100036 南京大学地球科学与工程学院南京210023

白鹤滩水电站为中国第二大在建水电站,蓄水过程引起的重力和库仑应力变化对于该地区的水储量变化和触发地震研究具有重要参考价值.首先,本文给出了水电站库区临近区域均衡重力异常场,结果表明该地区基本处于均衡状态,较为稳定.其次,利... 详细信息

白鹤滩水电站为中国第二大在建水电站,蓄水过程引起的重力和库仑应力变化对于该地区的水储量变化和触发地震研究具有重要参考价值.首先,本文给出了水电站库区临近区域均衡重力异常场,结果表明该地区基本处于均衡状态,较为稳定.其次,利用白鹤滩水电站库区地形数据,模拟计算了蓄水过程引起的地表和GRACE-FO(Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-on)卫星观测的重力变化,并与GRACE-FO实际观测数据进行了对比分析.模拟计算的重力变化表明,蓄水引起的重力变化为毫伽量级,万有引力作用为库区重力变化的主因,该重力变化比弹性形变的结果大两个量级.模拟GRACE-FO重力变化表明,白鹤滩地区蓄水引起的卫星观测重力变化为微伽量级,GRACE-FO有可能观测到白鹤滩水电站蓄水的重力变化.最后,计算了蓄水引起的地壳内部应力变化,并给出了小江断裂带北段断层的库仑应力变化,该结果表明库仑应力变化在巧家以南和以北的两个区域大于0.01 MPa,该地区触发地震的可能性需密切关注.

关键词：白鹤滩水电站均衡异常重力变化 GRACE-FO 库仑应力

震后GPS观测数据揭示的日本MW9.0地震周边地区地幔黏滞性结构垂向变化

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地球物理学报 2020年第6期63卷 2210-2220页

作者：陈飞刘泰付广裕佘雅文中国地震局地震预测研究所北京100036 中国地震局地球物理研究所北京100081 河北地震局石家庄050021

本文利用大范围的震后GPS数据和黏弹性球形地球位错理论,定量研究了日本MW9.0地震周边地区地幔黏滞性结构的垂向变化.首先结合陆地和海底的GPS观测数据,以及基于球形地球位错理论格林函数和贝叶斯反演方法,反演了该地震的同震滑动分布,... 详细信息

本文利用大范围的震后GPS数据和黏弹性球形地球位错理论,定量研究了日本MW9.0地震周边地区地幔黏滞性结构的垂向变化.首先结合陆地和海底的GPS观测数据,以及基于球形地球位错理论格林函数和贝叶斯反演方法,反演了该地震的同震滑动分布,发现其最大错动量高达59m.然后在均一地幔黏滞性结构的假设前提下,确定了震源周边地区地幔黏滞因子的最优解,发现依据该地幔黏滞因子获得的理论远场震后位移和GPS观测结果之间的均方根误差高达0.81cm,不能解释远场观测结果.为解决上述问题,本文对震中周边地区地幔黏滞性结构沿垂向方向进行分层,建立了一个随深度变化的地幔黏滞性构造模型,然后综合利用远近场的GPS数据对该地区地幔黏滞因子进行反演研究,结果表明,震源周边地区岩石圈弹性层厚度最优解为40km,40~220km深度的地幔黏滞因子最优解为6×10^18Pa·s,220~670km深度之间的地幔黏滞因子最优解为1.5×10^19Pa·s.上述地幔黏滞性构造使远场的均方根误差降为0.12cm,仅为利用均一地幔黏滞性构造所得均方根误差值的15%,大大提高了远场模拟结果的准确性.最后,观测值和模拟值之间的均方根误差分析表明,近场震后形变数据主要约束浅层的地幔黏滞性结构,而远场震后形变数据主要约束深部的地幔黏滞性结构.

关键词：日本MW9.0地震球形地球位错理论地幔黏滞因子(黏滞因子) 震后形变岩石圈弹性层厚度(弹性厚度)

利用重力/GPS联合观测数据计算地壳垂向构造应力的新方法

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地球物理学报 2016年第6期59卷 2006-2013页

作者：高尚华佘雅文付广裕中国地震局地震预测重点实验室(中国地震局地震预测研究所) 北京100036

本文提出一种基于重力/GPS联合观测数据计算垂向构造应力的新方法.计算步骤如下:(1)通过重力/GPS联合观测数据计算布格重力异常;(2)依据布格重力异常数据推算莫霍面深度;(3)依据GPS观测数据,通过均衡理论计算均衡面深度;(4)依据莫霍面... 详细信息

本文提出一种基于重力/GPS联合观测数据计算垂向构造应力的新方法.计算步骤如下:(1)通过重力/GPS联合观测数据计算布格重力异常;(2)依据布格重力异常数据推算莫霍面深度;(3)依据GPS观测数据,通过均衡理论计算均衡面深度;(4)依据莫霍面与均衡面之间剩余物质(壳幔物质密度差)所承受的附加浮力,计算地壳承载的垂向构造应力.本文利用上述构造应力新算法,计算了巴颜喀拉块体东边界及周边地区垂向构造应力分布,发现龙泉山断裂带以东地区垂向构造应力基本为零,龙泉山断裂带与龙门山断裂带之间地区垂向构造应力为正值,巴颜喀拉地块东部垂向构造应力为负值.鲜水河断裂带东南段周边蓄积了-40^-50 MPa的垂向构造应力,且梯度变化剧烈;松潘高原蓄积的垂向构造应力大约为-10^-20 MPa,相对较小.

关键词：重力布格重力异常构造应力地壳均衡莫霍面

龙门山和六盘山地区地壳密度结构与重力均衡研究

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龙门山和六盘山地区地壳密度结构与重力均衡研究

作者：佘雅文中国地震局地震预测研究所

学位级别：硕士

均衡状态、岩石圈强度和隆升机制可以为区域的动力学机制研究提供重要参考。本文基于地表重力/GPS联合观测数据与EGM2008重力模型和Global Topography V18.1高程数据利用二维反演方法、Airy均衡理论和自由空气重力异常导纳方法研究了位... 详细信息

均衡状态、岩石圈强度和隆升机制可以为区域的动力学机制研究提供重要参考。本文基于地表重力/GPS联合观测数据与EGM2008重力模型和Global Topography V18.1高程数据利用二维反演方法、Airy均衡理论和自由空气重力异常导纳方法研究了位于青藏高原东缘的龙门山和东北缘的六盘山地区的地壳密度结构、均衡状态、岩石圈强度以及隆升机制。本文主要研究内容如下:1.重力导纳方法及其可靠性验证重力导纳方法是利用重力与地形数据在频域的线性相关性来反演岩石圈强度和均衡调整起始加载比的反演方法。为了验证方法的适用性,使用多组符合岩石圈挠曲模型的随机生成的自由空气重力异常和地形数据作为输入值反演岩石圈强度(有效弹性厚度T)和加载比F发现:对于T的反演,均衡调整的初始加载完全来自于地表,且T低于20km时,该反演方法的结果较好,T高于20 km后,反演结果整体偏大。均衡调整的初始加载完全来自于同一地壳界面的情况,该反演方法能较好的恢复T。对于加载比的反演,均衡调整的初始加载同时来自不同地壳界面的情况,来自上下地壳之间界面的加载被低估。均衡调整的初始加载完全来自单个界面的情况,该方法的反演结果较好。2.龙门山地区地壳密度结构、均衡状态、岩石圈强度和隆升机制收集整理了2009-2013年期间龙门山地区的重力/GPS联合观测数据进行重力归算得到布格重力异常,其变化趋势自东向西逐渐减小。龙门山西侧布格重力异常变化范围为-450至-400 m Gal(10 ms),东侧为-240至-150 m Gal。利用以上数据基于Airy均衡异常计算了均匀地壳情况下的莫霍面深度和均衡面深度,并依据两者的差值给出了龙门山地区的均衡异常分布。此结果表明研究区域的大部分地区处于均衡正异常状态,且正异常较大值分布在小金和康定一带。均衡负异常主要分布于龙门山断裂带沿线,较大值集中于雅安一带。基于最小二乘配置方法LSC(Least Square Collocation)融合以上重力观测数据和EGM2008重力模型数据,更新了研究区域的自由空气重力异常与布格重力异常场。使用以上布格重力异常数据反演龙门山地区地壳密度结构,并在此基础上获取考虑地壳密度结构的均衡异常分布。均衡正异常分布于四川盆地以北、巴颜喀拉块体、松潘高原以东和川滇块体地区;均衡负异常主要分布在鲜水河断裂以东龙门山断裂以西、灌县-安县断裂附近和松潘高原以南地区。1900年以来MS大于5级的地震多分布在均衡异常的梯度带上,且考虑地壳密度结构的均衡异常分布与地震分布的对应关系更明显。利用融合数据和自由空气重力异常导纳方法研究了龙门山区域的岩石圈强度和隆升机制,结果表明龙门山及其以西地区的T为6 km,以东地区的T大于30 km。挠曲加载完全来自地表,表明该地区的隆升机制仅为地表加载。3.六盘山地区地壳密度结构、均衡状态、岩石圈强度和隆升机制2014年跨越六盘山东麓断裂带,在长约200公里的剖面上展开了流动重力/GPS联合观测。重力归算后的布格重力异常显示测线东端的布格重力异常约为-190m Gal,西端则为-250m Gal左右,整体变化趋势由东向西逐渐减小。使用与龙门山相同的均衡分析方法,发现六盘山处于正均衡异常状态。使用布格重力异常数据反演六盘山地区的地壳密度结构,并据此地壳分层结构,计算了六盘山地区均衡面与莫霍面深度,对比显示该区域亦处于均衡正异常状态。为了确定青藏高原东北缘岩石圈有效弹性厚度和六盘山隆升机制,在此利用EGM2008自由空气异常和Global Topography V18.1高程数据,使用自由空气重力异常导纳方法,研究了以六盘山地区为中心的青藏高原东北缘T和加载机制,发现六盘山地区的T为5km,岩石圈加载主要来自于地表,此结果表明地表加载为六盘山地区隆升的主要机制。基于以上结论,使用弹性版模型计算了六盘山地区的弹性板均衡异常,并获取其与Airy均衡异常的差值作为研究地区的岩石圈承载量,发现六盘山东麓断裂处承载量梯度值最大。

关键词：六盘山龙门山重力异常重力均衡地壳密度结构岩石圈有效弹性厚度隆升机制

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东北亚地区地壳密度结构与垂向构造应力场

地球物理学报 2018年第6期61卷 2280-2291页

作者：王振宇佘雅文付广裕皮誉洋中国地震局地震预测重点实验室(中国地震局地震预测研究所) 北京100036 河北省地震局石家庄050021 中国地震局地球物理研究所北京100081 中国地震局地震研究所武汉430071

本文利用EIGEN-6C4重力数据和ETOPO1地形数据,在考虑物质密度横向不均匀的情况下,在东北亚地区展开地壳均衡研究,并重点分析了长白山的隆升机制.首先,针对穿越长白山和库页岛的两条近乎东西向的剖面(剖面A、B)展开详细研究,以CRUST1.0... 详细信息

本文利用EIGEN-6C4重力数据和ETOPO1地形数据,在考虑物质密度横向不均匀的情况下,在东北亚地区展开地壳均衡研究,并重点分析了长白山的隆升机制.首先,针对穿越长白山和库页岛的两条近乎东西向的剖面(剖面A、B)展开详细研究,以CRUST1.0模型为初始条件,利用布格重力异常数据,基于Airy模型和Airy-Pratt模型分别反演了相应剖面的地壳密度结构,发现两剖面的地壳密度呈现一定程度的横向不均匀特性;接着基于上述密度结构和高程数据,利用Airy均衡理论计算了相应剖面的均衡面深度,并进一步比较莫霍面(Moho)和均衡面的差异,计算了剖面的垂向构造应力分布;然后,把上述方法应用到整个东北亚地区,计算了1°采样的21条东西向剖面的垂向构造应力,插值得到整个东北亚地区的垂向构造应力分布.结果表明,东北亚大部分地区垂向构造应力基本为零,总体处于均衡状态,长白山地区垂向构造应力为-15^-25MPa,日本列岛垂向构造应力为-40^-50MPa,太平洋海沟垂向构造应力为15~25 MPa;最后,本文运用自由空气重力异常导纳方法,计算了长白山地区的有效弹性厚度(Te)和加载比,发现长白山地区的Te为10km,表明该地区的岩石圈较为柔软;加载比结果显示,岩石圈初始加载主要来自莫霍面,占总加载的78%,表明长白山的隆升主要源自地幔物质上涌.

关键词：布格重力异常 Airy均衡理论地壳密度结构垂向构造应力自由空气重力异常导纳方法

雅鲁藏布江桑日-墨脱段岩石圈均衡研究以及虚拟水库诱发地震危险性分析

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地球物理学报 2021年第9期64卷 3220-3231页

作者：郭凌冬付广裕佘雅文王振宇杨君妍中国地震局地震预测研究所(地震预测重点实验室) 北京100036 中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院北京100083 南京大学地球科学与工程学院南京210023 中国地震局地球物理研究所北京100081

岩石圈均衡状态对于水库建设选址以及诱发地震风险研究具有重要参考价值.本文使用雅鲁藏布江桑日至墨脱段河谷的高精度重力/GNSS联测数据,得到沿河谷的自由空气以及布格重力异常.结果表明,该河谷布格重力异常在-500~-300 mGal之间变化.... 详细信息

岩石圈均衡状态对于水库建设选址以及诱发地震风险研究具有重要参考价值.本文使用雅鲁藏布江桑日至墨脱段河谷的高精度重力/GNSS联测数据,得到沿河谷的自由空气以及布格重力异常.结果表明,该河谷布格重力异常在-500~-300 mGal之间变化.基于布格重力异常数据反演地壳密度结构,发现雅鲁藏布大峡谷上游自西到东莫霍面深度变化趋势为“深-浅-深”,大峡谷下游莫霍面自东北到西南逐渐变浅.在均一与分层地壳模型假设下,分别依据Airy均衡理论计算该河谷的均衡面深度,通过均衡面与莫霍面之间的差异计算均衡附加力的大小与方向.结果表明,基于均一地壳模型的计算结果存在较大的误差.通过计算得出,米林附近河谷的岩石圈均衡附加力为负值,在该地建设大型水库可能会带来较大的诱发地震风险;朗县附近岩石圈均衡附加力为正值,在该地建设水库诱发地震的风险较低.

关键词：水库诱发地震布格重力异常均衡附加力地壳密度构造