陳為濤 甘衛(wèi)軍 肖根如 梁詩明 盛傳貞
1)中國地震局地質研究所,地震動力學國家重點實驗室,北京 100029
2)東華理工大學測量系,江西撫州市 344000
3·11日本大地震對中國東北部地區(qū)地殼形變態(tài)勢的影響
陳為濤1)甘衛(wèi)軍1)肖根如1,2)梁詩明1)盛傳貞1)
1)中國地震局地質研究所,地震動力學國家重點實驗室,北京 100029
2)東華理工大學測量系,江西撫州市 344000
以中國東北部地區(qū)的GPS觀測資料為基礎,研究了2011年3月11日日本東部MW9.0大地震對中國東北部地區(qū)的地殼形變場狀態(tài)、活動構造的運動方式及地震危險性態(tài)勢的影響。結果表明,該地震所引起的同震地殼應變場與研究區(qū)域長期地殼應變率場相對比,兩者在主應變方向和大小等方面,整體上并無明顯的一致性。該地震主要影響了中國東北區(qū)域應變積累水平,同震位移在瞬間所產生的應變,相當于該區(qū)域約12.7a的長期積累。而在東北以外的其他區(qū)域,同震應變對背景應變場的影響并不明顯?;谕饝円约氨尘皯儓觯x取了4個重要的活動斷裂區(qū)段,利用一系列跨斷裂連續(xù)GPS基線端點相對位置的時間變化序列進行分析,發(fā)現(xiàn)該地震使郯廬斷裂北段發(fā)生了明顯的左旋錯動和拉張運動,且震后的變化趨勢反映著輕微的繼續(xù)左旋和拉張;而對于郯廬斷裂的中段,該地震并沒有產生明顯的錯動和拉張,僅使其震后的右旋運動速率有輕微的加快;對于華北地區(qū)的張家口-蓬萊斷裂帶,雖然在地震后約1a時期內表現(xiàn)為右旋擠壓運動,但隨后則快速回歸到原有的左旋拉張運動,反映出這次地震的發(fā)生使該斷裂的應力積累首先得到短暫的釋放,隨后區(qū)域應力又回歸到原有水平;太行山山前斷裂帶的運動態(tài)勢未受這次地震的顯著影響,因而推斷出此次地震的影響范圍并未波及到山西地塹系??傮w而言,3·11日本大地震的發(fā)生,使中國東北部區(qū)域的地殼應變積累和應力水平有所緩解,因此,在某種程度上緩解了區(qū)域的地震危險性。
3·11日本大地震 地殼形變 應變積累 地震危險性分析
2011年3月11日日本本州東海岸附近海域發(fā)生的MW9.0地震及其引發(fā)的巨大海嘯,造成了大約15 000人死亡和8 000人失蹤。根據日本氣象廳(JMA)發(fā)布的資料,此次地震震中位于142.86°E,38.10°N,震源深度約為24km。地震發(fā)生后,日本及其他國家的許多研究人員迅速對此次地震的孕震背景、震源機制、破裂方式、同震地殼形變和震后弛豫變形等進行了多方面的分析研究。如日本國土地理院(GSI)和美國JPL/Caltech的ARIA研究團隊根據日本GEONET網1,200余個密集的連續(xù)GPS觀測站資料,在第一時間定量揭示了此次地震在日本不同區(qū)域所造成的同震地殼形變。其中,位于鄂霍茨克(Okhotsk)微板塊范圍的本州島發(fā)生了從西向東逐漸增大的SEE水平運動及垂向下沉,最大水平位移達5.24m,最大垂直下沉達1.1m(圖1,Pollitz et al.,2011);東京大學的Yusuke等(2011)利用遠場地震波、地面強震動、GPS同震形變以及海嘯等數據聯(lián)合反演了此次地震的破裂過程,認為地震破裂長度和寬度分別達480km和180km,破裂面上最大同震位移出現(xiàn)在震中上方,高達35m。
圖1 日本GPS觀測網GEONET獲得的3·11日本大地震同震位移(據Pollitz et al.,2011修改)Fig.1 The coseismic displacement of Tohoku-Oki earthquake observed by GEONET in Japan(Modified from Pollitz et al.,2011).
盡管3·11日本大地震的震中位置距中國東北部地區(qū)1,500km以上,但“中國大陸構造環(huán)境監(jiān)測網絡”分布在該區(qū)域的50余個連續(xù)GPS觀測站還是清晰地反映出高達30cm的地面震動(殷海濤等,2011)和5~33mm的水平同震永久形變(王敏等,2011)。2004年發(fā)生在印度尼西亞蘇門答臘的MW9.3地震,曾導致2 000km之外的中國川滇地區(qū)的地震活動性顯著增強(楊國華等,2006;王敏等,2006)。那么,此次日本大地震的發(fā)生,對中國東北部地區(qū)的地殼形變場的應變狀態(tài)、活動構造的運動方式及地震危險性的發(fā)展態(tài)勢具有怎樣的影響,是一個令人關注的科學問題。本文將以中國東北部地區(qū)的GPS地殼形變觀測資料,特別是中國大陸構造環(huán)境監(jiān)測網絡58個GPS基準站自2010年6月以來的連續(xù)觀測資料為基礎,對上述科學問題進行探討。
“九五”期間實施的國家重大科學工程項目“中國地殼運動觀測網絡”,在中國大陸布設了27個連續(xù)GPS觀測站和1 056個非連續(xù)GPS觀測站。其中,在中國東北部地區(qū)布設了非連續(xù)GPS觀測站約303個。這些站點在3·11日本大地震之前的1999、2001、2004、2007和2009年已進行了多期流動式重復觀測,每期每站的觀測時間均不少于3d(72h)。通過對這些密集的非連續(xù)GPS觀測資料的嚴密處理,可獲得中國東北部區(qū)域在3·11日本大地震之前的長期地殼運動速度場。
“十一五”期間實施的國家重大科技基礎設施項目“中國大陸環(huán)境與構造監(jiān)測網絡”在“中國地殼運動觀測網絡”的基礎上,將中國大陸連續(xù)GPS觀測站從27個增加到260個,非連續(xù)GPS觀測站數量從1 056個增加到2 056個,密集地覆蓋了中國大陸及部分周邊區(qū)域,為監(jiān)測研究中國大陸地殼形變和構造運動提供了重要的基礎(甘衛(wèi)軍等,2007)。在3·11日本大地震后,我們收集了中國東北部區(qū)域58個GPS連續(xù)觀測站從2010年6月1日至2012年3月1日期間的觀測數據。經過嚴密的數據處理,可得到這些站點坐標在震前、震時和震后隨時間變化的序列及同震位移。
上述GPS數據的處理,采用的是美國航空航天局噴氣推進實驗室(JPL,NASA)開發(fā)的高精度GPS處理軟件GIPSY-OASISⅡ。具體步驟如下:
第1步,首先從JPL網站獲取相應觀測日的IGS精密衛(wèi)星軌道、精密衛(wèi)星時鐘改正、衛(wèi)星掩蔽信息等,采用精密單點定位(PPP)方法(Zumberge et al.,1997),解算每個本地站和部分IGS全球核心參考站的單日坐標松弛約束解。其中,部分IGS全球核心站的加入是為了建立本地網與全球參考框架之間的聯(lián)絡紐帶。
第2步,將已獲得精密單點定位結果的所有站點組網,進一步采用載波相位整周模糊度解的Ambizap算法(Blewitt,2008),對網中所有獨立的站間基線進行整周模糊度影響的改正,進一步提高單日坐標松弛約束解的精度。
第3步,根據JPL提供的每日參考框架轉換參數,將單日松弛約束解轉換到指定的全球參考框架下(如ITRF2005),得到各站點的坐標變化時間序列。
圖2 中國東北部地區(qū)背景位移場(藍色箭頭)和3·11日本大地震引起的同震位移場(紅色箭頭)Fig.2 The blue arrow is interseismic displacement and the red arrow is coseismic displacement which is induced by Tohoku earthquake at northeastern China.
圖3 部分連續(xù)GPS觀測站的時間序列Fig.3 Time sequences observed by some continuous GPS stations.
第4步,利用QOCA軟件對所有的單日解進行平差,并在假設各站點運動速率地震前后保持不變的條件下,估算地震所產生的同震位移。
圖2中的藍色矢量,是基于1999—2009年期間的非連續(xù)GPS觀測資料,處理獲得的中國東北部區(qū)域的長期地殼運動速度場。其參考框架為穩(wěn)定歐亞塊體;紅色矢量,是基于58個連續(xù)GPS觀測站在3·11日本地震前、后各5d的觀測資料,處理獲得的同震位移。該位移矢量的參考框架就是各站點自身的震前位置。
圖3是幾個典型連續(xù)GPS觀測站處理結果的坐標變化時間序列。
GPS觀測所獲得的位移矢量,包含GPS觀測網本身的整體運動(平移和旋轉)以及存在于觀測網內部的差異運動(或應變)。由于位移隨參考框架的不同而不同,因此不具有惟一性。但GPS網內的差異運動或應變,不會因參考框架的不同而有所變化。因此,在研究地殼形變特征時,對應變進行分析具有更加明晰的意義。
利用GPS位移求解應變,分平面坐標系求解和球面坐標系求解兩大類。通常情況下,如果GPS位移場的覆蓋范圍較小,則可用忽略地球曲率影響的平面坐標系公式計算相應區(qū)域的均勻應變、整體平移和旋轉(Jaeger et al.,1964)。但更嚴密的做法應是無論區(qū)域的大小,均盡可能采用球面坐標系下的計算方法,以克服地球曲率或投影變形等因素產生的影響(石耀霖等,2006)。本文采用地球坐標系的下列公式(1)進行了應變計算(Savage et al.,2001):
式(1)中,φ、θ和r分別為地球坐標系下的經度角、余緯度角和地心距。uφ、uθ和ur分別表示各觀測點的E向、N向和垂向的位移(此值通??蓮腉PS處理結果獲得);φ0、θ0和r0表示觀測網中心點的坐標;Uφ、Uθ和Ur表示觀測網中心點3個方向的位移;Δφ、Δθ和Δr表示觀測點到觀測網中心點的距離,表示各應變分量,表示旋轉量。因此,只要知道了3個或以上GPS觀測點的E向、N向和垂向三維速度值,就可用最小二乘擬合,求出觀測網的上述9個參數:。
在實際應用中,如果GPS垂向速度(或位移)分量的可靠性較差,則可忽略垂向運動,即假設ur和Ur為0,則可從公式(1)的第3個方程導出。這樣,式(1)將簡化為
如果想用球面的Euler矢量(B,L,Ω)表述整網的剛性運動,則
通常情況下,基于區(qū)域GPS站點所構建的Delaunay三角形網格,可以計算每個三角形區(qū)域的應變。但是,由于GPS觀測站在空間分布上疏密不均,這樣的計算結果往往不易分析應變在不同區(qū)域空間上的變化規(guī)律。為此,首先采用τ=0.95的張力樣條內插算法(Wessel et al.,1998;Gan et al.,2007),將離散的GPS位移場按照0.5°×0.5°經緯網格內插為空間上連續(xù)分布的規(guī)則位移場,然后對每個1°×1°區(qū)域用相關的9個網格值計算其平均應變。由此可獲得空間上連續(xù)分布的應變場。
基于上述應變計算方法,利用東北部區(qū)域的42個連續(xù)GPS觀測站的同震位移場,獲得了本區(qū)域的同震應變場(圖4中的紅色張量箭頭)。從圖4可見,此次地震造成的同震應變,整體上以SEE方向的強烈拉張為主。最大主應變方向呈扇形大致指向震中區(qū)域。在郯廬斷裂北段的依蘭-伊通斷裂一帶,具有相對較大的同震應變,最大值出現(xiàn)在吉林長春以東地區(qū),量值達42.9 nanostrain。
圖4 中國東北部地區(qū)的背景應變率場和3·11日本大地震引起的同震應變場Fig.4 The background strain rate field and the coseismic strain field of the northeastern China induced by the great east Japan earthquake.
根據東北部區(qū)域232個GPS站點的震前速度場資料,計算獲得了該區(qū)域的長期背景應變率場,即區(qū)域每年的應變積累圖像(圖4中的藍色張量箭頭)。從以上結果可以看出,中國東北地區(qū),其整體應變水平較低,平均量值<1.85 nanostrain/a,屬于比較典型的穩(wěn)定構造塊體;在鄂爾多斯東緣的太行山山前斷裂帶和京西北地區(qū)張家口-蓬萊斷裂帶周圍,具有相對較為突出的應變累積率,量值達5.11~14.03 nanostrain/a,且主應變的拉張(或擠壓)與斷裂運動方式相一致。在華北地區(qū)的山東、河南和江蘇一帶,整體應變水平較低,平均量值<1.98 nanostrain/a,亦表現(xiàn)為比較典型的穩(wěn)定構造塊體。
將日本大地震的同震應變與所研究區(qū)域的長期背景應變率相比,發(fā)現(xiàn)兩者在主應變方向和大小等方面,整體上并無明顯一致性。這次地震主要影響了東北區(qū)域應變積累水平,同震位移在一瞬間所產生的應變,相當于該區(qū)域約12.7a的長期積累。在東北以外的其他區(qū)域,同震應變對背景應變場的整體影響并不明顯。
中國東北部區(qū)域發(fā)育一系列活動斷裂帶,比如郯廬大斷裂中-北段、張家口-蓬萊斷裂帶以及太行山山前斷裂等,這些斷裂帶控制著本區(qū)域主要地震的發(fā)生(徐杰等,1998,2000;鄧起東等,2002;張培震等,2003)。如郯廬斷裂中-北段曾產生了1668年郯城8.5級大地震以及1975年海城7.3級地震(張培震等,2003)。
為了更加精細地探究3·11日本大地震的發(fā)生對中國東北部地區(qū)的地殼形變場變化態(tài)勢和主要活動斷裂的影響,基于上述應變分析的結果,選取了4個重要的活動斷裂區(qū)段(圖4中灰色區(qū)域),利用一系列跨斷裂連續(xù)GPS基線兩端相對位置在震前、震時和震后變化的時間序列進行斷裂微運動狀況的分析。采用GPS基線端點相對位置變化來進行微地殼形變的研究,具有以下兩方面的優(yōu)勢:1)單個GPS站點的坐標位置時間序列,即便源于嚴格的數據處理流程,仍然會包含或殘留著一系列偶然誤差和系統(tǒng)誤差,如參考框架的歸化影響、區(qū)域電離層、平流層波動影響等。但是,對于相距不遠的2個GPS站點,在其各自的時間序列中,有很多誤差成分和干擾影響具有很強的共模性或相關性,故通過它們的互差,能夠消除共模誤差,更好地反映實際的相對位置變化;2)通過跨斷裂兩點相對位置在斷裂平行和垂直方向上的變化,能夠更加直觀和清晰地反映斷裂拉張(或擠壓)或左旋(或右旋)的運動方式。
圍繞4個重點活動斷裂區(qū)段,我們選取了11個連續(xù)GPS觀測站,構建了7條基線,計算得到了各基線兩端相對位置在斷裂走向和垂向上變化的時間序列。關于各斷裂區(qū)段的傾向和走向如表1所示(定義N向為0°,順時針增大,走向與傾向遵循右手準則)。具體計算方法如下:
式(4)中Vstr表示沿斷層走向的運動量,Vpen表示垂直斷層走向的運動量,Vn表示位于斷層上盤的基線端點相對于下盤基線端點的N向運動值,Ve表示位于斷層上盤的基線端點相對于下盤基線端點的E向運動值,θ表示斷層的走向。由于斷層走向已知,因而計算結果誤差只與基線端點的N向和EW向運動速度誤差有關,最終計算結果如圖5~11所示,圓點為運動量,線段為誤差棒。
表1 中國東北部主要斷裂帶傾向與走向Table 1 The dip and strike of major fault in northeastern China
圖5~11顯示,3·11日本大地震對我們所關注的4個斷層區(qū)段的運動狀態(tài)的擾動方式和程度明顯不同。其中,郯廬斷裂帶北段所受同震和震后影響最明顯,中段所受影響次之。而鄂爾多斯塊體周緣的張家口-蓬萊斷裂帶以及太行山山前斷裂帶則基本不受影響,震前震后變化趨勢并不明顯。
由于地震的孕育受到應力大小與積累程度的控制,如果將上地殼簡單地假設為彈性介質,則活動構造地殼應變或應變率的大小將直接關系到區(qū)域的應力積累和地震危險性水平。按照傳統(tǒng)的認識,如果一個斷裂區(qū)段的長期背景運動表現(xiàn)為某種方式的運動(如正斷拉張、逆斷擠壓左旋走滑、右旋走滑、走滑兼逆沖、走滑兼傾滑等),而一次大地震的同震影響和震后弛豫形變影響在原來的運動基礎上繼續(xù)強化同樣的運動方式,則該地震的發(fā)生增加了斷層上原有的應力積累水平,未來的地震危險性將增加。反之,如果地震的影響使斷裂區(qū)段的長期背景運動方式發(fā)生了反向的變化,則會降低其原有的應力積累水平,因而未來的地震危險性將有所緩解。
圖5 橫跨郯廬斷裂帶北段連續(xù)GPS基線(JLCB-HLHG)兩端相對位置變化量時間序列Fig.5 The time sequence of variation of relative location of endpoints of GPS baseline JLCB-HLHG which crosses the northern segment of Tanlu Fault.
圖6 橫跨郯廬斷裂帶北段連續(xù)GPS基線(JLCB-NMAG)兩端相對位置變化量時間序列Fig.6 The time sequence of variation of relative location of endpoints of GPS baseline JLCB-NMAG which crosses the northern segment of Tanlu Fault.
基于上述認識,我們對4個活動斷裂區(qū)段的運動方式變化和未來地震危險性狀況進行初步的分析。
圖7 橫跨郯廬斷裂帶中段連續(xù)GPS基線(SDLY-SDCY)兩端相對位置變化量時間序列Fig.7 The time sequence of variation of relative location of endpoints of GPS baseline SDLY-SDCY which crosses the middle segment of Tanlu Fault.
圖8 橫跨郯廬斷裂帶中段連續(xù)GPS基線(SDZB-SDCY)兩端相對位置變化量時間序列Fig.8 The time sequence of variation of relative location of endpoints of GPS baseline SDZB-SDCY which crosses the middle segment of Tanlu Fault.
郯廬斷裂帶是一條長達1 000km的右旋走滑斷裂帶(鄧起東,2002),其北段在東北境內可分為2段:鶴崗-鐵嶺斷裂和密山-敦化斷裂。早期的研究普遍認為郯廬斷裂帶的北段第四紀以來并無活動,而近年來閔偉等(2011)通過高分辨率衛(wèi)星圖像解譯和野外考察,在鶴崗-鐵嶺斷裂的依蘭—伊通段發(fā)現(xiàn)了較新的地表陡坎,改寫了以往的認識??缭皆摂嗔训?條GPS基線(JLCB-HLHG和JLCB-NMAG),其端點相對位置變化的時間序列,在震前并沒有顯示出明顯的右旋運動(圖5 a),但在地震發(fā)生時,GPS觀測站HLHG和NMAG相對于JLCB在平行與垂直斷層走向的方向上發(fā)生了明顯的左旋錯動和拉張運動。左旋位移分別為(9.13±6.99)mm和(5.05±6.91)mm,拉張分別達(8.14±7.35)mm和(16.98±6.32)mm。且震后的變化趨勢反映輕微的左旋和拉張繼續(xù)進行。考慮到同震的左旋與該斷裂帶長期的右旋走滑性質相反,因此,可認為3·11日本大地震的發(fā)生降低了該斷裂帶上的應力積累水平,使未來的地震危險性降低。但另一方面,由于拉張運動會造成斷裂摩擦力的降低,使斷裂趨于解鎖錯動。因此,3·11日本大地震對該斷裂段的地震危險性影響是正是負,尚不能簡單定論。
圖9 橫跨張家口-蓬萊斷裂帶連續(xù)GPS基線(NMZL-HECX)兩端相對位置變化量時間序列Fig.9 The time sequence of variation of relative location of endpoints of GPS baseline NMZL-HECX which crosses the Zhangjiakou-Penglai Fault.
圖10 橫跨張家口-蓬萊斷裂帶連續(xù)GPS基線(NMZL-SXLQ)兩端相對位置變化量時間序列Fig.10 The time sequence of variation of relative location of endpoints of GPS baseline NMZL-SXLQ which crosses the Zhangjiakou-Penglai Fault.
郯廬斷裂帶中段位于山東、江蘇境內,第四紀以來右旋走滑強烈,新構造變形主要集中在宿遷以北地區(qū)(施煒等,2003)??缭皆摂嗔训?條GPS基線(SDCY-SDLY和SDCY-SDZB),其端點相對位置變化的時間序列,在震前呈現(xiàn)輕微的右旋走滑運動和拉張運動(圖6,7)。在地震發(fā)生時,2條基線端點并沒有發(fā)生階越式的運動,而在震后1個月左右的時間后,SDCY-SDLY基線似乎出現(xiàn)了4mm的階越式左旋運動(圖6 a),但SDCY-SDZB基線并沒有明顯地反映這一現(xiàn)象,它所反映的是震后的斷裂加快了右旋運動(圖7 a)。在拉張運動方面,SDCY-SDLY基線反映出斷裂在震前有明顯的拉張運動,在震后拉張速率略有降低(圖6,7)??紤]到該斷裂段右旋走滑兼拉張的長期運動背景,我們認為3·11日本大地震對其整體影響為緩壓,并未增加該斷裂段未來的地震危險性。至于地震發(fā)生時為何基線兩端未出現(xiàn)明顯變化,而在一段時間后似乎出現(xiàn)了階越式左旋運動,需要進一步深入探討。
圖11 橫跨太行山山前斷裂帶連續(xù)GPS基線(SXCZ-HELY)兩端相對位置變化量時間序列Fig.11 The time sequence of variation of relative location of endpoints of GPS baseline SXCZ-HELY which crosses the Taihangshan piedmont fault.
張家口-蓬萊斷裂帶是中國華北地震構造區(qū)內的一條走向近EW的活動構造帶,總體表現(xiàn)為左旋走滑性質,是1969年渤海7.4級地震、1976年唐山7.8級地震以及1998年張北6.2級地震的發(fā)震構造(徐杰等,1998)。從圖9,10可以看出,該斷裂帶在3·11日本地震前活動強度不大,只存在微弱的拉張運動,地震發(fā)生時也未出現(xiàn)明顯差異運動。但震后出現(xiàn)了特殊的運動態(tài)勢。其中,橫跨斷裂的GPS基線NMZL-HECX反映出斷裂在地震后約1a時期表現(xiàn)為右旋擠壓運動,隨后則回歸到左旋拉張運動(圖9)。考慮到斷裂帶本身的左旋走滑性質,這反映出地震的發(fā)生使得斷層積累的應力得到短暫的釋放,隨后區(qū)域應力又再次回歸背景水平。而另一條基線NMZL-SXLQ,其端點變化只反映了震后短期內的擠壓運動(圖9)。2條基線所反映的斷裂運動狀況的細微差異,反映出斷裂不同區(qū)段的活動性有所不同,斷裂東段的活動性要強于西段。總體而言,雖然此次地震緩解了該地區(qū)的應力積累,但其很快恢復到背景應力積累狀態(tài),未來地震危險性不容忽視。
太行山山前斷裂帶位于太行山脈與華北平原過渡帶,總體呈NE向展布,第四紀活動性不強,無歷史強震記載(徐杰等,2000),從圖11橫跨斷裂的連續(xù)GPS基線HELY-SXCZ端點相對位置變化結果來看,地震前和地震時并無明顯差異,這說明該斷裂帶活動性較弱,且受地震影響小。不過,從震后的基線變化可看出一些輕微拉張運動??紤]到斷裂本身的活動性很弱,且地震的影響并不明顯,因而我們推斷此次日本地震的影響范圍并未波及到山西地塹系,該區(qū)域的地震危險性水平無顯著變化。
綜合上述同震應變分析和跨斷裂連續(xù)GPS基線端點相對位置變化時間序列的分析,我們認為3·11日本地震總體上緩解了中國東北部地區(qū)的應力積累。需要指出的是,當評價一個區(qū)域的地震危險性時,獲知其應力的相對增加或緩解固然重要,但更重要的是了解該區(qū)域目前的絕對應力水平。因為地震的發(fā)生是區(qū)域絕對應力水平超過巖石介質屈服強度后的表現(xiàn),而目前尚無有效的方法來直接確定區(qū)域絕對應力水平。當然,根據區(qū)域應力積累的加強或緩解可以推知未來地震的發(fā)生是否提前或推遲。因此,GPS地殼形變結果表明,此次日本地震在整體上推遲了中國東北部地區(qū)潛在地震發(fā)生時間,在某種程度上緩解了該區(qū)域的地震危險性。
本文以中國東北部地區(qū)的GPS觀測資料為基礎,研究了2011年3月11日日本MW9.0大地震對中國東北部地區(qū)的地殼形變場狀態(tài)、活動構造的運動方式及地震危險性態(tài)勢的影響。根據震前中國東北部區(qū)域230余個GPS觀測站資料所獲取的長期地殼應變率場與3·11日本地震所引起的同震地殼應變場的對比,發(fā)現(xiàn)兩者在主應變方向和大小等方面,整體上并無明顯的一致性。這次地震主要影響了中國東北區(qū)域應變積累水平,同震位移在一瞬間所產生的應變,相當于該區(qū)域約12.7a的長期積累。而在東北以外的其他區(qū)域,同震應變對背景應變場的整體影響并不明顯。
基于一系列跨斷裂連續(xù)GPS基線端點相對位置的時間變化序列,發(fā)現(xiàn)3·11日本地震使位于中國東北區(qū)域的郯廬斷裂北段發(fā)生了明顯的左旋錯動和拉張運動,且震后的變化趨勢反映著輕微的繼續(xù)左旋和拉張;而對于郯廬斷裂的中段,這次地震并沒有產生明顯的錯動和拉張,僅使其震后的右旋運動速率有輕微的加快;對于華北地區(qū)的張家口-蓬萊斷裂帶,雖然在地震后約1a時期內表現(xiàn)為右旋擠壓運動,但隨后則快速回歸到原有的左旋拉張運動,反映出這次地震的發(fā)生使該斷裂的應力積累首先得到短暫的釋放,隨后區(qū)域應力又回歸到原有水平;太行山山前斷裂帶的運動態(tài)勢未受日本地震的顯著影響。總體而言,3·11日本大地震的發(fā)生,使中國東北部區(qū)域的地殼應變積累和應力水平有所緩解,在整體上將推遲中國東北部地區(qū)潛在地震發(fā)生的時間,因此,在某種程度上緩解了該區(qū)域的地震危險性。
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THE IMPACT OF 2011 TOHOKU-OKI EARTHQUAKE IN JAPAN ON CRUSTAL DEFORMATION OF NORTHEASTERN REGION IN CHINA
CHEN Wei-tao1)GAN Wei-jun1)XIAO Gen-ru1,2)LIANG Shi-ming1)SHENG Chuan-Zhen1)
1)State Key Laboratory of Earthquake Dynamics,Institute of Geology,China Earthquake Administration,Beijing 100029,China
2)East China Institute of Technology,F(xiàn)uzhou City,Jiangxi Fuzhou 344000,China
This paper studies the impact of the MW9.0 Tohoku-Oki earthquake,March 11,2011,Japan on the crustal deformation,active fault movement and earthquake risk in northeastern China by using continuous GPS data.The result shows that the direction and amount of principal strain is different between coseismic and interseismic strain field.The Japan earthquake mainly affects the level of strain accumulation in northeastern China.The coseismic strain accumulation is equivalent to about 12.7-years long-term background strain accumulation.In other regions,the impact of coseismic strain on the background strain rate isn't obvious.Based on the coseismic strain and background strain rate,we select 4 major active faults for the analysis by using the relative movement time sequence of endpoints of GPS baselines which cross the Tanlu Fault,Zhangjiakou-Penglai Fault and Taihangshan piedmont fault,respectively.We find that the earthquake produced obvious left-lateral slip and extensional slip on the north segment of Tanlu Fault,and there is a tendency of slight continuous left-lateral movement and extension after the earthquake.But on the middle segment of Tanlu Fault,there is no obvious evidence of coseismic movement,but a slight increase of the right-lateral slip rate after the earthquake.As for Zhangjiakou-Penglai Fault located in North China,the fault was characterized by obvious right-lateral movement and extrusion in about one year after the earthquake,then resumed quickly to the original left-lateral movement and extension.This means that the fault's accumulated stress was released temporarily by the earthquake,then the regional stress resumed to its original level.The movement of Taihangshan piedmont fault isn't affected by this earthquake,therefore we infer that the earthquake affected areas did not spread to the Shanxi Rift System.In one word,the crustal strain accumulation and stress level of northeastern region in China is released by Tohoku-Oki earthquake,so we believe that the earthquake risk is reduced to a certain extent.
3·11 Tohoku-Oki earthquake,crustal deformation,strain accumulation,earthquake risk analysis
P315.5
A
0253-4967(2012)03-0425-15
10.3969/j.issn.0253-4967.2012.03.004
2012-04-15收稿,2012-06-11改回。
國家自然科學基金項目“青藏高原現(xiàn)今隆升擴展速率及構造形變模式的GPS觀測研究(41174082)”資助。
陳為濤,男,1983年生,中國地震局地質研究所在讀博士,主要從事GPS數據處理、地殼形變分析和地球動力學研究,E-mail:weitaochen@foxmail.com。