基于向-位錯(cuò)模型的同震斷層運(yùn)動(dòng)反演
——以龍門(mén)山斷層為例

張永志, 張本平, 王衛(wèi)東, 王 帥

長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院, 陜西西安 710054

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基于向-位錯(cuò)模型的同震斷層運(yùn)動(dòng)反演
——以龍門(mén)山斷層為例

張永志, 張本平, 王衛(wèi)東, 王 帥

長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院, 陜西西安 710054

摘 要:針對(duì)2008年發(fā)生汶川8.0級(jí)地震的龍門(mén)山斷裂鏟狀分布和斷層傾滑面傾角隨深度變化特點(diǎn), 本文提出了描述龍門(mén)山斷層同震運(yùn)動(dòng)(滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng))的向-位錯(cuò)組合模型。結(jié)合地質(zhì)數(shù)據(jù)采用回歸分析法模擬了斷層在傾滑過(guò)程中斷層面傾滑方向隨斷層深度的分布特征; 利用四川地區(qū)實(shí)測(cè)的三維同震GPS數(shù)據(jù)結(jié)合粒子群算法, 采用向-位錯(cuò)模型對(duì)汶川地震斷層面的同震滑動(dòng)和隨深度的方向轉(zhuǎn)動(dòng)(向錯(cuò))進(jìn)行了反演計(jì)算, 并將反演的同震滑動(dòng)區(qū)域和大小分布與USGS斷層滑動(dòng)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。理論分析和模型計(jì)算表明: (1)在汶川8.0級(jí)地震發(fā)生過(guò)程中, 由于斷層的傾滑面為傾角由上向下逐漸變小的曲面, 斷層面上的傾滑方向也隨斷層面法線的改變而變化, 即斷層面在破裂過(guò)程中存在明顯的向錯(cuò)現(xiàn)象; (2)龍門(mén)山發(fā)震斷層的傾滑面轉(zhuǎn)動(dòng)方向隨深度變化為一開(kāi)口向上的拋物線, 震中位于轉(zhuǎn)動(dòng)角變化的極值點(diǎn)附近; (3)在斷層幾何參數(shù)相同的情況下, 采用向-位錯(cuò)組合模型反演的同震滑動(dòng)區(qū)域和USGS的滑動(dòng)區(qū)域具有較好的一致性, 滑動(dòng)大小的差異主要由斷層模型之間的差異、測(cè)量誤差等多種因素引起。

關(guān)鍵詞:向-位錯(cuò)模型; 同震GPS數(shù)據(jù); 粒子群算法; 反演; 斷層運(yùn)動(dòng)

本文由國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào): 41374028; 41304013)、長(zhǎng)安大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(編號(hào): CHD2012TD004)和中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局國(guó)土資源大調(diào)查項(xiàng)目(編號(hào): 1212010914015)聯(lián)合資助。

采用同震GPS等地面觀測(cè)數(shù)據(jù)研究斷層的同震滑動(dòng)分布, 對(duì)認(rèn)識(shí)地震過(guò)程中斷層的動(dòng)力學(xué)行為及未來(lái)地震的預(yù)報(bào)等都具有重要的意義。目前已有國(guó)內(nèi)外多名學(xué)者采用矩形位錯(cuò)理論模型(Okada, 1985, 1992)和不同的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)龍門(mén)山斷裂的同震滑動(dòng)分布進(jìn)行了系統(tǒng)、深入地研究, 取得了許多創(chuàng)新性的結(jié)論和認(rèn)識(shí)。王衛(wèi)民等(2008)根據(jù)地質(zhì)資料和地震形成的地表破裂軌跡, 構(gòu)造了一個(gè)“雙鏟狀”有限地震斷層模型, 并通過(guò)遠(yuǎn)震波形數(shù)據(jù)和彈性位錯(cuò)模型反演了該斷層的同震滑動(dòng)分布; Wang等(2008)通過(guò)高分辨GPS數(shù)據(jù)采用最小二乘法結(jié)合彈性位錯(cuò)理論模型對(duì)汶川地震的斷層鏟狀和滑動(dòng)分布進(jìn)行了正反演計(jì)算, 發(fā)現(xiàn)同震滑動(dòng)數(shù)值較大的區(qū)域位于斷層傾角較大的淺部區(qū)域; 張希等(2011)采用負(fù)位錯(cuò)理論模型模擬了龍門(mén)山斷裂在水準(zhǔn)點(diǎn)的同震垂直位移; Shen等(2009)聯(lián)合GPS和InSAR數(shù)據(jù)對(duì)汶川地震的斷層幾何和滑動(dòng)分布采用彈性位錯(cuò)模型進(jìn)行了反演計(jì)算, 發(fā)現(xiàn)同震滑動(dòng)的最大值位于不同斷層段的鏈接點(diǎn)附近, 且斷層運(yùn)動(dòng)形式由西南段傾滑占優(yōu)逐漸變?yōu)閿鄬訓(xùn)|北段走滑占優(yōu)的趨勢(shì); 姚鑫和張永雙(2009)和Hashimoto等(2010)基于差分干涉雷達(dá)觀測(cè)結(jié)果分析了汶川地震的同震形變分布特征, 結(jié)果表明了干涉雷達(dá)形變圖像與地表破裂范圍、逆沖角度的變化、上下盤(pán)升降關(guān)系及大型余震的展布存在很強(qiáng)的相關(guān)性, 王煥等(2015)通過(guò)對(duì)龍山斷裂的露地表結(jié)構(gòu)和地質(zhì)鉆探資料分析, 發(fā)現(xiàn)了汶川地震不僅具有同震石墨化作用, 而且測(cè)量到目前世界上最低的動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)(≤0.02)。然而, 上述采用地面觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)斷層的同震滑動(dòng)的反演研究,都是基于彈性位錯(cuò)理論模型, 將斷層分成有限個(gè)平面子斷層, 并假設(shè)每個(gè)子斷層上的滑動(dòng)是一個(gè)常數(shù),通過(guò)建立地面觀測(cè)值與子斷層滑動(dòng)之間的函數(shù)關(guān)系,采用不同的優(yōu)化算法對(duì)子斷層滑動(dòng)參數(shù)進(jìn)行反演,最后得出由多個(gè)子斷層滑動(dòng)表示的同震滑動(dòng)分布。由于龍門(mén)山斷裂的傾滑面是一個(gè)鏟狀曲面, 在同震過(guò)程中, 只有每個(gè)子斷層在傾向上旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度,才能形成無(wú)縫連接的曲面?？紤]這種斷層面轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)地面變形的影響, 本文提出了描述斷層面同時(shí)具有滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的向-位錯(cuò)組合模型, 采用該區(qū)域同震GPS觀測(cè)數(shù)據(jù), 對(duì)龍門(mén)山斷裂帶的同震滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)特征進(jìn)行了反演計(jì)算和分析。

1 龍門(mén)山斷裂的向-位錯(cuò)理論描述

位錯(cuò)理論描述了斷層面平動(dòng)與地表可觀測(cè)變形量之間的關(guān)系, 目前已在同震變形研究中得到了廣泛應(yīng)用, 孫文科(2012)對(duì)位錯(cuò)理論進(jìn)行了系統(tǒng)、深入的分析和描述。向錯(cuò)理論模型(利哈喬夫和哈伊羅夫, 1989; 楊順華和丁棣華, 1998)描述的是無(wú)限彈性介質(zhì)中兩平面間發(fā)生無(wú)變形轉(zhuǎn)動(dòng)與周邊可觀測(cè)變形之間的關(guān)系, 目前向錯(cuò)理論在宏觀地殼變形的應(yīng)用研究中還處于起步階段, 張永志等(2013)采用向錯(cuò)理論對(duì)斷層轉(zhuǎn)動(dòng)與地面變形的關(guān)系進(jìn)行了初步的研究, 并得出斷層轉(zhuǎn)動(dòng)與滑動(dòng)引起的地面變形大小為同一數(shù)量級(jí)的結(jié)論。

龍門(mén)山斷裂帶位于中國(guó)大陸南北地震帶中段,是青藏高原東部邊緣與揚(yáng)子地塊的分界線。由于青藏高原東部長(zhǎng)期受印度板塊推擠, 在龍門(mén)山斷裂帶發(fā)生褶皺和逆沖推覆, 形成了強(qiáng)烈的變形和地形反差(樓海等, 2010)。龍門(mén)山逆沖推覆構(gòu)造帶包括汶川—茂縣斷裂和映秀—北川斷裂兩條主斷裂, 其最晚一次強(qiáng)烈活動(dòng)發(fā)生在早更新世(FT年齡為1.2～ 1.3 Ma), 此外, 川西高原內(nèi)部北西向的米亞羅斷裂在中更新世(約0.5 Ma)發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈活動(dòng); 后龍門(mén)山逆沖推覆構(gòu)造帶在中新世晚期開(kāi)始快速隆升, 而川西高原內(nèi)部的強(qiáng)烈隆升發(fā)生在上新世末至中更新世(楊農(nóng)和張?jiān)罉? 2010)。

已有研究(王衛(wèi)民等, 2008; Shen et al., 2009)表明, 汶川地震的同震滑動(dòng)可達(dá)十幾米, 為完整地描述龍門(mén)山斷裂的同震運(yùn)動(dòng), 本文將斷層運(yùn)動(dòng)分為平動(dòng)(滑動(dòng))和轉(zhuǎn)動(dòng)兩部分, 其中平動(dòng)部分可采用位錯(cuò)理論來(lái)進(jìn)行描述, 而轉(zhuǎn)動(dòng)部分目前尚沒(méi)有完整的描述理論和充分的研究實(shí)例。

為討論問(wèn)題方便, 假設(shè)無(wú)限大彈性介質(zhì)空間中存在一個(gè)(不連續(xù))斷層面, 斷層上盤(pán)相對(duì)下盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)可表示為(利哈喬夫和哈伊羅夫, 1989):

此時(shí), 包含轉(zhuǎn)動(dòng)分量的斷層上盤(pán)相對(duì)于下盤(pán)的平動(dòng)為:

式中, 上標(biāo)中的正負(fù)號(hào)代表斷層的上下盤(pán), 位移不連續(xù)性由平移矢量b和相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度ω表示。為研究奇變?cè)?位錯(cuò)、向錯(cuò))在彈性介質(zhì)中的傳播關(guān)系, 考慮一個(gè)均勻的、各向同性的、無(wú)限大的自由彈性體(體力為零)。先給定一個(gè)范性(本征)應(yīng)變它一般是空間位置的函數(shù)。介質(zhì)中任意點(diǎn)的總應(yīng)變場(chǎng)可用彈性應(yīng)變和范性應(yīng)變之和表示為:

根據(jù)彈性力學(xué)幾何方程, 將總應(yīng)變采用位移對(duì)坐標(biāo)的導(dǎo)數(shù)表示為:

根據(jù)彈性介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系, 本征應(yīng)力可用應(yīng)變表示為:

為方便利用地面大地觀測(cè)數(shù)據(jù)研究龍門(mén)山斷裂的同震滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)分布, 本文按圖1建立局部斷層直角坐標(biāo)系, 圖中坐標(biāo)原點(diǎn)位于斷層在地面的一個(gè)端點(diǎn), X軸在地平面內(nèi)平行于斷層走向, Y軸在地平面內(nèi)垂直于斷層走向, Z軸垂直于地平面向下。

圖1　斷層與局部坐標(biāo)的位置關(guān)系Fig. 1 The relationship between the fault and the local coordinate

式(8)是斷層運(yùn)動(dòng)的一種通用表達(dá)式, 可以表示斷層在三個(gè)互相垂直方向的滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng), 而實(shí)際的斷層活動(dòng), 通常只有一到兩個(gè)方向會(huì)發(fā)生明顯的滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng), 為了對(duì)龍門(mén)山斷裂的同震運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行描述, 我們假設(shè)圖1中, 斷層只沿走向、傾向滑動(dòng)和平行于走向的軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。龍門(mén)山斷層在傾滑方向的鏟狀分布可用一函數(shù)來(lái)描述, 本文采用三次多項(xiàng)式對(duì)龍門(mén)山斷裂傾角隨深度變化關(guān)系進(jìn)行描述,并采用斷層數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析(王衛(wèi)民等, 2008), 求得表示斷層面傾角隨深度變化多項(xiàng)式系數(shù), 然后將多項(xiàng)式對(duì)深度求一階導(dǎo)數(shù), 得出斷層隨深度的變化率。文中的向錯(cuò)實(shí)質(zhì)上就是斷層傾角隨深度的變化率, 轉(zhuǎn)動(dòng)角的正負(fù)是一個(gè)相對(duì)概念, 轉(zhuǎn)動(dòng)軸垂直于斷層深度。通過(guò)計(jì)算, 求得斷層面傾角和理論同震轉(zhuǎn)動(dòng)角隨深度變化的分布, 如圖2所示。

從圖2的回歸分析結(jié)果可以看出, 龍門(mén)山斷層的斷層面傾角變化是淺部較陡, 深部相對(duì)平緩, 而理論同震轉(zhuǎn)動(dòng)角隨深度變化是開(kāi)口向上的拋物線,汶川地震的震中深度大約是14 km, 恰好在斷層傾滑方向變化的極值點(diǎn)附近。

圖2　龍門(mén)山斷層傾角和方向隨深度的變化Fig. 2 The variation of the dip angle and disclinationwith depth

2 龍門(mén)山斷層同震運(yùn)動(dòng)參數(shù)的反演過(guò)程與方法

為了驗(yàn)證向-位錯(cuò)組合模型在同震變形研究中的可行性和有效性, 本文利用中國(guó)四川龍門(mén)山地區(qū)的同震GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)(Wang et al., 2008), 反演計(jì)算汶川地震同震過(guò)程中斷層面上盤(pán)相對(duì)于下盤(pán)的滑動(dòng),以及斷層面上每個(gè)子斷層相對(duì)上一個(gè)子斷層在轉(zhuǎn)動(dòng)方向的變化。圖3和圖4分別給出了四川龍門(mén)山地區(qū)435個(gè)測(cè)點(diǎn)的同震GPS水平和垂直位移、2008 年5月MS6.0級(jí)以上地震和主要斷層的分布。由于同震的遠(yuǎn)場(chǎng)形變和近場(chǎng)形變相差幾個(gè)數(shù)量級(jí), 本文用圖例中的不同顏色來(lái)表示。

從圖3和圖4中可以看出, 地表同震形變主要集中在發(fā)震斷層附近, 遠(yuǎn)場(chǎng)同震形變數(shù)值較小。為方便與現(xiàn)有的研究成果進(jìn)行比較, 文中將發(fā)震斷層面(307 km×40 km)分成m×n(21 km×8 km)個(gè)矩形子斷層, 然后將每個(gè)子斷層面的總滑動(dòng)量、滑動(dòng)方向以及該子斷層相對(duì)上一個(gè)子斷層在傾向方向的轉(zhuǎn)動(dòng)角作為待反演參數(shù), 通過(guò)(8)式建立非線性關(guān)系進(jìn)行反演分析。

目前采用地面觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算斷層參數(shù)的反演方法很多, 比較典型的算法有最小二乘法(Wang et al., 2008), 遺傳算法(張秀霞和張永志, 2011), 粒子群算法等(劉杰等, 2010)。由于粒子群算法具有收斂速度快, 計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)(王帥等, 2014), 本文采用該算法反演斷層滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)。采用C++編制了反演同震滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的計(jì)算程序, 該程序分為主控程序模塊, 粒子群算法優(yōu)化程序模塊, 斷層模型模塊和輸入、輸出模塊四部分。計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單敘述如下: 主控程序控制輸入輸出模塊讀入觀測(cè)數(shù)據(jù)、子斷層幾何參數(shù)和先驗(yàn)性約束參數(shù), 在先驗(yàn)約束條件下隨機(jī)生成多組待反演參數(shù)的初值, 然后通過(guò)斷層模型和這些斷層參數(shù)初值計(jì)算地面測(cè)點(diǎn)變形,最后, 根據(jù)建立同一點(diǎn)模型計(jì)算位移量與GPS實(shí)測(cè)的位移量之間的目標(biāo)函數(shù), 通過(guò)粒子群優(yōu)化算法找出一組在理論上與觀測(cè)值之間差異最小的一組模型參數(shù)作為反演結(jié)果。

圖3　龍門(mén)山地區(qū)的同震GPS水平位移與2008-05-12—2008-05-30期間大于M6.0地震活動(dòng)分布Fig. 3 The distribution of horizontal co-seismic displacements and M>6.0 quakes from May 12th, 2008 to May 30th, 2008

圖4　龍門(mén)山地區(qū)的同震GPS垂直位移與2008-05-12—2008-05-30間大于M6.0地震活動(dòng)分布Fig. 4 The distribution of vertical co-seismic displacements and M>6.0 quakes from May 12th, 2008 to May 30th, 2008

3 向-位錯(cuò)組合模型與位錯(cuò)模型的對(duì)比分析

將本文向位錯(cuò)模型反演結(jié)果中的子斷層滑動(dòng)分布投影到地表如圖5a所示, 可見(jiàn)本文反演的主要滑動(dòng)區(qū)域位于汶川附近和北川、青川之間的兩個(gè)北東向長(zhǎng)條狀區(qū)域。圖5a中滑動(dòng)較大區(qū)域與徐錫偉等(2008)野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果基本一致, 西南點(diǎn)處以垂直運(yùn)動(dòng)為主, 可達(dá)5 m左右, 東北點(diǎn)處走滑位移和垂直位移均可達(dá)4 m左右。由于圖5a的結(jié)果只是反演的斷層滑動(dòng)分布在地表的投影, 與地面考察結(jié)果在理論上不是同一個(gè)概念, 空間分布上存在一定的差異, 但反演的兩個(gè)滑動(dòng)極值區(qū), 與地質(zhì)調(diào)查結(jié)果中破裂嚴(yán)重的區(qū)域基本對(duì)應(yīng)。

將本文計(jì)算結(jié)果與USGS公布的同震滑動(dòng)分布數(shù)據(jù)(http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/ eqinthenews/2008/us2008ryan/finite_fault.php)進(jìn)行了求差處理, 結(jié)果如圖5b所示, 兩個(gè)斷層模型的滑動(dòng)差異為cm級(jí), 原因可能是由于本文在反演過(guò)程中考慮了斷層面的轉(zhuǎn)動(dòng)因素。

圖5　汶川8.0級(jí)地震的同震滑動(dòng)分布比較Fig. 5 The comparison between coseismic slips of Wenchuan inversed by the disclination-dislocation and those given by USGS

圖6　向位錯(cuò)模型計(jì)算結(jié)果與USGS結(jié)果的對(duì)比Fig. 6 The comparison between slips computed by the model based on disclination and dislocation and those given by USGS

圖7　同震斷層向錯(cuò)隨深度分布Fig. 7 The comparison of disclination computed by theoretical model and that inversed by the model based on disclination and dislocation

圖6為本文計(jì)算結(jié)果與USGS結(jié)果求差之后的分布圖, 通過(guò)圖5b和圖6的對(duì)比可以看出, 本文的研究結(jié)果由于在斷層大小, 劃分方式與USGS完全一致, 只是在反演模型、反演數(shù)據(jù)和反演方法上存在差異, 因此反演結(jié)果的總體趨勢(shì)是相同的, 最大數(shù)值在6 cm左右。

圖7為采用理論模型通過(guò)回歸分析計(jì)算的(紅色實(shí)心圓)和通過(guò)向位錯(cuò)模型反演的(黑色正方形)斷層轉(zhuǎn)動(dòng)角隨深度變化特征, 結(jié)果表明, 通過(guò)粒子群算法反演的斷層在傾向上的轉(zhuǎn)動(dòng)分布與地質(zhì)理論模型模擬結(jié)果在趨勢(shì)上有較好一致性。

從圖7可以看出, 龍門(mén)山發(fā)震斷層的向錯(cuò)極值點(diǎn)在13 km深度附近, 而汶川地震的震源深度是14 km。該結(jié)果可以從力學(xué)理論進(jìn)行解釋, 當(dāng)?shù)貧ぴ跇?gòu)造應(yīng)力作用下發(fā)生破裂時(shí), 通常會(huì)選擇介質(zhì)中強(qiáng)度最弱的方向發(fā)生破裂。這可能是地震發(fā)生在向錯(cuò)極點(diǎn)附近的原因之一; 另一方面, 向錯(cuò)極值點(diǎn)通常是介質(zhì)中斷層兩側(cè)兩種相反運(yùn)動(dòng)的分界點(diǎn), 該區(qū)域存在的剪應(yīng)力最大, 容易導(dǎo)致地殼發(fā)生破裂。

4 討論與認(rèn)識(shí)

需要討論的問(wèn)題:

(1)本文采用的理論模型(8)是無(wú)限均勻介質(zhì)空間的非彈性模型, 由于未考慮邊界條件的影響, 只是在一定近似程度下的應(yīng)用, 更嚴(yán)密的理論公式有待進(jìn)一步深入研究。

(2)本文計(jì)算結(jié)果與USGS結(jié)果的異同性討論:如圖1所示, 本文向-位錯(cuò)組合模型描述的斷層為一曲面(圖1中綠色曲線和紅色線條構(gòu)成), 且采用子斷層面滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)描述汶川地震的同震斷層運(yùn)動(dòng);而位錯(cuò)理論模型(如USGS斷層模型, 是圖1中綠色直線和紅色線條構(gòu)成的平面)實(shí)質(zhì)上只是通過(guò)多個(gè)子斷層平面的相對(duì)滑動(dòng)對(duì)具有傾滑曲面的龍門(mén)山斷裂的近似描述。因此, 兩者計(jì)算結(jié)果總體趨勢(shì)在理論上應(yīng)該是一致的, 兩者之間的差異主要由平面模型和曲面模型之間的差異引起。另一方面, 反演方法和觀測(cè)數(shù)據(jù)誤差等也在一定程度上影響了反演結(jié)果。

主要認(rèn)識(shí)有:

(1)在汶川8.0級(jí)地震發(fā)生過(guò)程中, 由于斷層的傾滑面是一傾角由上向下逐漸變小的曲面, 隨著斷層面的傾角隨深度由淺到深的變化, 斷層面上的同震滑動(dòng)方向也應(yīng)隨斷層面法線的改變而變化。因此,斷層面在破裂過(guò)程中應(yīng)存在向錯(cuò)現(xiàn)象。

(2)基于向位錯(cuò)理論反演的汶川同震滑動(dòng)是基于曲面斷層模型, 而USGS等結(jié)果是基于平面斷層模型, 兩者在滑動(dòng)區(qū)域和總的滑動(dòng)趨勢(shì)上一致, 數(shù)值上的差異反映了模型之間的差異和數(shù)值誤差的影響。本文反演結(jié)果中的滑動(dòng)極值區(qū)與野外地質(zhì)調(diào)查的破裂顯著區(qū)相吻合。

(3)龍門(mén)山發(fā)震斷層的傾滑面轉(zhuǎn)動(dòng)方向隨深度變化為一開(kāi)口向上的拋物線, 震中位于轉(zhuǎn)動(dòng)角變化的極值點(diǎn)附近。

Acknowledgements:

This study was supported by National Natural Science Foundation of China (Nos. 41374028 and 41304013), the Fundamental Research Funds for the Central Universities (No. CHD2012TD004) and China Geological Survey (No. 1212010914015).

參考文獻(xiàn):

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The Co-seismic Slip and Rotation of the Longmenshan Fault Based on Disclination-dislocation Model Inversed from GPS Data

ZHANG Yong-zhi, ZHANG Ben-ping, WANG Wei-dong, WANG Shuai School of Geology Engineering and Geomatics, Chang’an University, Xi’an, Shaanxi 710054

Abstract:In order to describe the listric Longmenshan fault (the dip angle of the fault plane changed with depth) where MS8.0 Wenchuan earthquake occurred in 2008, the authors put forward the fault model combining disclination with dislocation. The dip angle and the disclination of the Longmenshan fault that changed with depth were calculated from geological data by regression analysis. At the same time, according to the disclination-dislocation model, the co-seismic slip and rotation at different depths of the Longmenshan fault due to Wenchuan MS8.0 earthquake were inversed by PSO algorithm from GPS data. A comparison was made between slip area and magnitude calculated in this study and the data offered by USGS. Based on theoretical analysis and model computation, some conclusions have been reached: (1) Because the dip angle of the Longmenshan fault plane became smaller with the depth, and the slip direction of fault plane changed during the rapture process of the shock, the disclination of the fault took place obviously during the Wenchuan MS8.0 earthquake; (2) The distribution of disclination along depth approximately obeyed the upward parabola, and the earthquake occurred near the curve’s extreme point; (3) Under the same fault parameters, the total slip on fault plane inversed by PSO from GPS data has a similar spatial distribution to but different magnitudes from the data given by USGS, and the difference of magnitude may be related to such factors as the co-seismic disclination components and measurement errors.

Key words:disclination-dislocation model; co-seismic GPS data; particle swarm optimization; inversion; slip and rotation of fault

中圖分類(lèi)號(hào):P315.33; P542.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

doi:10.3975/cagsb.2016.03.05

收稿日期:2016-01-30; 改回日期: 2016-03-31。責(zé)任編輯: 閆立娟。

第一作者簡(jiǎn)介:張永志, 男, 1961年生。博士, 教授, 博士生導(dǎo)師。主要從事地殼形變、重力測(cè)量、INSAR、GPS測(cè)量等的教學(xué)與研究。E-mail: cadxzyz@263.net。