鄭增記

西安郵電大學電子工程學院，陜西 西安 710121

地震的發(fā)生會造成巨大的破壞和損失，大地測量技術(shù)能觀測地震形變和反演地震斷層的錯動情況，對于減少地震災(zāi)害具有非常重要的現(xiàn)實意義。GNSS技術(shù)已廣泛用于震源參數(shù)的反演工作，但對于發(fā)生在海域的地震，由于GNSS站點往往位于陸地一側(cè)，導致對斷層的約束能力有限。衛(wèi)星重力技術(shù)因其全天候、全球覆蓋、連續(xù)性，以及不受地域地形限制等諸多特點，可彌補海洋一側(cè)常規(guī)觀測不足。聯(lián)合GNSS和GRACE兩種觀測手段反演震源機制，可進一步提高反演海域地震的震源參數(shù)。為此，論文基于GRACE和GNSS觀測的同震和震后形變，聯(lián)合反演了斷層參數(shù)和地幔黏滯性系數(shù)等，主要成果如下。

(1) 比較分析了GRACE時變重力場同震和震后信號提取中常用的疊積法和最小二乘擬合法。通過2004年蘇門答臘Mw9.3地震的對比分析發(fā)現(xiàn)，疊積法不僅容易引入長周期年際變化項信號及趨勢項信號，而且難以分離震后信號；最小二乘擬合法可以精確分離同震和震后信號，但對采用的數(shù)據(jù)長度要求較高，如果時間段較短，無法剔除長周期信號。此外，采用最小二乘擬合法提取GRACE信號時，擬合因子需盡量接近實際情況。GRACE數(shù)據(jù)時間范圍較長的情況下，建議采用最小二乘擬合法。

(2) 基于GRACE Level-2數(shù)據(jù)首次成功地提取了2007年Bengkulu地震的同震重力變化信號并分離了垂直位移與密度變化引起的重力效應(yīng)。基于最小二乘擬合法提取的Bengkulu地震的同震重力呈“正-負”分布，振幅為-2.0～1.3 μGal，與位錯理論模擬結(jié)果符合較好，證明了觀測結(jié)果的可靠性。此外，同震垂直位移引起的重力變化和密度重新分布引起的重力變化量級相當，并且震中以西垂直位移因素占主導作用，而震中以東密度變化因素占主導作用。

(3) 基于GNSS數(shù)據(jù)反演了2007年Bengkulu地震的滑動分布，并聯(lián)合GRACE和GNSS數(shù)據(jù)反演了2007年Bengkulu地震的斷層幾何參數(shù)。反演結(jié)果表明，此次Mw8.4地震以逆沖為主，兼具輕微的右旋走滑，并且此次破裂具有明顯的分段特征，地震發(fā)生后，沿著斷層面向西北方向破裂，最大破裂點并不在震源附近，而是在震源西北方向180 km左右。聯(lián)合反演得到的斷層長度、寬度、均勻滑動量和滑移角的最優(yōu)值分別為427、330、0.78 m和114°，相應(yīng)的地震矩為3.30×1021Nm，矩震級為8.31。與僅基于GRACE反演結(jié)果相比，聯(lián)合反演結(jié)果精度提高了50%，顯示了聯(lián)合反演的優(yōu)越性。

(4) 針對去相關(guān)濾波造成的信號扭曲現(xiàn)象，從空間域和頻率域分析了重力和重力梯度北向分量的優(yōu)越性，并基于重力和重力梯度的北向分量反演了2012年蘇門答臘Mw8.6地震的斷層參數(shù)。結(jié)果表明，重力和重力梯度的北向分量相較其余分量可以很好地削弱條帶誤差，并且階方差最小。GRACE反演結(jié)果顯示發(fā)震斷層為滑移角175.26°的右旋走滑斷層，斷層的走向為113.63°，傾角近乎垂直為89.99°，平均滑移量為28.18 m，地震矩為12.85×1021Nm，相應(yīng)的矩震級為8.71。

(5) 針對傳統(tǒng)格網(wǎng)搜索法在反演地幔黏滯性系數(shù)時計算量大的缺陷，提出利用震后間隔較長時間數(shù)據(jù)反演穩(wěn)態(tài)黏度，震后較短時間數(shù)據(jù)反演瞬態(tài)黏度的反演策略，并利用上述方法，聯(lián)合GRACE和GNSS數(shù)據(jù)反演了2004年蘇門答臘地震的地幔黏滯性系數(shù)。Burgers體可以很好地描述蘇門答臘Mw9.3地震后的長期形變，其瞬態(tài)黏度在震后1 a起主導作用，2～4 a瞬態(tài)黏度和穩(wěn)態(tài)黏度相互耦合，5～7 a穩(wěn)態(tài)黏度起主導作用。遠場GNSS數(shù)據(jù)反演結(jié)果的一致性較好，其中ηm=3.2×1018Pa·s，ηk=2×1018Pa·s，而不同GRACE特征點反演結(jié)果差異性較大。