俯冲带地震以及地表观测量变化的有限元数值模拟

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中文摘要：2011年Tohoku发生的Mw9.0大地震造成重大人员和财产损失,但这次大地震也为研究地震规律提供重要的参考资料.日本本土部署了稠密的GPS观测站,并进行了较长时间的观测,记录了2011年Mw9.0Tohoku大地震以及震前的大量形变资料.受太平洋板块俯冲和日本海扩张的影响,日本主要表现为东西向挤压.这一特征与Tohoku大地震前（1997年到2000年间）该区陆地相对于稳定欧亚板块的GPS水平速度一致，震前的GPS速度显示，该区在震前表现为西向运动，运动速度从东向西逐渐减小。Tohoku大地震的同震GPS位移显示，地震导致该区东向运动，位移值从东向西逐渐减小，最大的水平位移约5.3 m。除了GPS观测站，日本本土也部署了稠密的地震观测网络，因而，除了同震地表位移，也获得了高精度的断层同震滑移。目前大多研究都采用地表观测研究地震破裂过程，本项工作则试图利用有限元方法建立一个地震循环过程的数值模型，探索在构造应力作用下，断层的破裂过程和地表观测的变化。地表GPS形变和地震同震滑移无疑是这一地震循环的数值模拟模型的重要约束和检验数据。本研究基于滑移弱化摩擦准则，依据该区大量研究获取的俯冲断层界面几何形态、壳幔物质粘弹性结构等，建立了一个地震循环数值模型。数值模拟计算结果显示参考模型在1000年间的6次大地震表现出特征地震的规律，地震的重复周期约为161年、单位破裂长度地震矩约为1.13×1020N m/km，在两次大地震中间会发生一次大小约为5.62×1018N m/km的小地震。参考模型的数值结果与地表同震GPS位移、震间GPS速度分布都具有较好的一致性。对地表水平位移、垂直位移和重力观测量而言，模型没有显示出震前的可观测变化，如模型空间重力异常基本上随时间均匀变化，速度场的变化主要发生在震后约5年的时间内，此后基本保持稳定增加。但数值计算也显示，假设震间形变仅仅由断层运动规律所决定，那么模型可观测量在一个地震周期内表现出非常大的变化，如在大陆一侧距海沟100km处可达约-370微伽重力变化。这在一定程度表明，或许可用重力的累积变化为地震预测提供参考。

作者：

黄金水、翁辉辉

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作者单位：

中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥 230026

关键词：

俯冲带地震观测地表观测

主办单位：

中国地球物理学会中国地质学会中国地震学会中国力学学会中国岩石力学与工程学会

会议名称：

2017年中国地球科学联合学术年会（CGU2017)

会议时间：

2017-10-15

会议地点：

北京

会议母体文献：

2017年中国地球科学联合学术年会（CGU2017)论文集

页码：

3868

出版时间：

2017