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【周新等-JGR等】重力衛星數據揭示俯沖板塊特大地震引起的質量遷移
來源: 發布時間:2018-06-15


重力衛星GRACE的觀測時間序列不僅能夠檢測到陸地水儲量、兩極和高原冰川變化、海洋等引起的地球大尺度質量遷移,還能夠檢測出發生在俯沖板塊邊界的特大地震引起的重力場變化,如2004年蘇門答臘Mw 9.32010年智利Mw 8.82011年日本東北Mw 9.0等地震事件。重力衛星能夠為地震研究提供地球質量重新分布的約束,對進一步理解地震發生、震后衰減和地震孕育有著重要意義。本研究將以2011年日本東北地震為例,闡明重力衛星數據在地震研究中的作用。

通過時間序列分析,經過350 km半徑高斯空間平滑后的重力衛星GRACE觀測結果表明,日本東北地震引起約 -6 – 2 μgal的重力變化(圖1左)。基于斷層滑移模型(圖1中),采用球體位錯理論計算,并考慮海水質量重新分布產生的影響和空間分辨率后的結果表明,理論重力場變化與GRACE觀測相吻合(圖1右)。


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1. (左)重力衛星GRACE觀測的2011日本東北Mw 9.0地震重力變化;(中)用于理論模擬計算的斷層滑動模型;(右)理論同震重力場變化。單位為μgal.

 

一般而言,由于GRACE衛星軌道的特征,觀測的大地水準面和重力變化對斷層滑動分布模型不敏感。事實上,如果對位場做水平向導數,即計算垂線偏差,發現利用不同的斷層滑動分布模型計算得到的垂線偏差不同,有的滑動分布模型無法解釋GRACE觀測 (2-3)。這意味著垂線偏差對斷層模型敏感,可以用于約束震源參數。

 

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2. GRACE觀測的2011日本東北地震的垂線偏差,左邊為南北向,右邊為東西向。單位為ms.


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3. 分別利用ARIA(上)和USGS(下)斷層滑動模型計算得到的同震垂線偏差變化。單位為ms.

 

盡管GRACE空間分辨率約為330 km,但能夠提供傳統觀測手段無法覆蓋到的海洋區域的觀測資料,能夠為斷層滑動分布模型提供約束。利用GRACE觀測的同震重力變化資料,聯合陸地GPS和海底GPS (GPS-A) 資料,可以得到斷層滑移模型(圖4)。聯合反演模型的地震矩為4.8×1022 Nm,相當于Mw 9.05,略大于單獨用GPS反演結果。

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4. (a) 利用GRACEGPS觀測數據反演的2011日本東北地震斷層滑動模型。(b)為擬合的同震重力變化。(c)為擬合殘差。

 

本研究成果的主要完成人為周新、 Gabriele Cambiotti、孫文科、 Roberto Sabadini等,

相關論文發表于:

Zhou, X., W. Sun, B. Zhao, G. Fu, J. Dong, and Z. Nie (2012), Geodetic observations detecting coseismic displacements and gravity changes caused by the Mw = 9.0 Tohoku-Oki earthquake, J. Geophys. Res., 117, B05408, doi:10.1029/2011JB008849.

(原文鏈接https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2011JB008849

Wenke Sun, Xin Zhou. Coseismic deflection change of the vertical caused by the 2011 Tohoku-Oki earthquake (Mw 9.0), Geophysical Journal International, Volume 189, Issue 2, 1 May 2012, Pages 937–955, https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2012.05434.x

(原文鏈接https://academic.oup.com/gji/article/189/2/937/625519

Zhou, X., Cambiotti, G., Sun, W. K., and Sabadini, R. (2018). Co-seismic slip distribution of the 2011 Tohoku (MW 9.0) earthquake inverted from GPS and space-borne gravimetric data. Earth Planet. Phys., 2, 120138. http://doi.org/10.26464/epp2018013




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