混合重力監(jiān)測(cè)2011年日本東北地震的日本列島重力變化

張新林田中愛(ài)幸大久保修平今西裕一1）中國(guó)地震局地震研究所，武漢 4300712）東京大學(xué)地震研究所，日本東京 1130032

混合重力監(jiān)測(cè)2011年日本東北地震的日本列島重力變化

張新林1，2)田中愛(ài)幸2)大久保修平2)今西裕一2)
1）中國(guó)地震局地震研究所，武漢 430071
2）東京大學(xué)地震研究所，日本東京 1130032

發(fā)生于2011年3月11日的太平洋沿岸日本東北地區(qū)的MW9.0地震是日本近代史上最強(qiáng)地震，也是全世界過(guò)去一個(gè)世紀(jì)的第四大地震。由地震引起的巨大海嘯和強(qiáng)地動(dòng)對(duì)廣大地區(qū)造成了災(zāi)難性的破壞，特別是太平洋沿岸的許多城鎮(zhèn)。但是，到目前為止，由巨大地震引起的地表重力變化僅在1964年的阿拉斯加和2010的智利地震中被研究和報(bào)道過(guò)，此外，對(duì)于以上地震事件的重力觀測(cè)數(shù)據(jù)在時(shí)空分辨率上都不足以描述位于俯沖帶上如此巨大空間（大于1 000 km ）上的同震重力變化。

本研究利用混合重力監(jiān)測(cè)揭示了獨(dú)一無(wú)二的日本列島的同震重力變化?；旌现亓ΡO(jiān)測(cè)實(shí)施于地震前后的一年內(nèi)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位包含基本覆蓋日本全境全部13個(gè)絕對(duì)重力觀測(cè)點(diǎn)和日本東北區(qū)域的16個(gè)相對(duì)重力觀測(cè)點(diǎn)（圖1）。圖中的重力觀測(cè)結(jié)果剔除了因地質(zhì)和環(huán)境變化對(duì)重力的影響。

觀測(cè)結(jié)果同基于考慮自重分層地球模型的位錯(cuò)理論模擬結(jié)果基本一致（圖2），且在東北地靠近太平洋區(qū)域的重力變化呈現(xiàn)出隨震中距增加而由正到負(fù)的變化特征。模擬計(jì)算中考慮了球形地球、彈性結(jié)構(gòu)和密度模型的使用。此外，計(jì)算使用的同震斷層滑動(dòng)由GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)反演所得。特別值得注意的是，在GPS觀測(cè)顯示俯沖的區(qū)域重力觀測(cè)結(jié)果為負(fù)，該結(jié)果無(wú)法簡(jiǎn)單使用地殼的垂直形變來(lái)解釋，因震導(dǎo)致的地下質(zhì)量重新分布影響不可忽略，由此也證實(shí)了2004年GRACE監(jiān)測(cè)的蘇門(mén)答臘地震的因震地殼膨脹導(dǎo)致的重力變小結(jié)論。

圖1　重力觀測(cè)點(diǎn)位分布與重力變化圖(紅點(diǎn)為絕對(duì)點(diǎn)，藍(lán)線為相對(duì)點(diǎn)，重力等值線單位為微伽)

圖2　觀測(cè)結(jié)果與模擬計(jì)算結(jié)果比較圖（橫軸為測(cè)點(diǎn)編碼(1～10為絕對(duì)點(diǎn)，11～26為相對(duì)點(diǎn))；黑線為觀測(cè)值，紅線為模擬計(jì)算值）