燕山—渤海地震带构造变形与应变潮汐加卸载响应比的研究

摘要

“地震是地壳和上地幔物质在构造力作用下长期变形的结果,反映强震孕育的直接证据应当来自地壳形变与地震活动性”。研究地壳形变与地震的关系应包括地壳形变的空间分布与时间过程的动态变化两个方面。本文选择地壳形变观测资料较丰富而又备受关注的燕山一渤海地震带,首先利用GPS区域网复测资料研究燕山一渤海带的相对运动与变形方式、应变积累背景及其分段特征等。在此基础上,通过对连续观测的定点倾斜、应变资料的处理,提取潮汐响应比参数的时间过程动态变化,并以2006年文安5.1级地震为例,研究了震前潮汐响应比参数的异常特征,并对该参数的预测效果进行了评估。
　　 对燕山一渤海带的相对运动与变形分段特征的研究部分,利用了中国地壳运动观测网络GPS区域网1999～2001、2001～2004、2004～2007三期相对于欧亚大陆的GPS速度场结果,对常用的块体运动及变形模型在华北地区的适用性进行比较分析,并基于最优模型研究了燕山渤海带的运动、变形状态,给出了各分段的走滑变形分量与拉张或压缩变形分量的速率及其各时段的变化特征。应变潮汐加卸载响应比的研究部分,选用华北地区4个台站的倾斜与伸缩应变观测资料,基于加卸载响应比理论,分别研究了主月亮周日波01及半日波M2振幅因子加卸载响应比震前的变化及演化特征。通过以上两部分的研究工作,得到的主要结果和认识如下:
　　 1.采用模型拟合残差的离散度作为评价某个模型在某个地区的适用性,对常用的3个块体运动及变形模型在华北地区的适用性进行比较,经过对12个的样本的统计分析,结果显示李延兴等提出的块体的整体旋转及均匀应变模型的拟合残差相对于另外两个模型较小的概率为91.7％,说明块体的整体旋转及均匀应变模型能较真实的反映华北地区的运动及变形状态,为3个模型的最优模型。
　　 2.燕山一渤海带主要可分为西段的阴山带及东段的张渤带,基于块体的整体旋转及均匀应变模型,通过对3期GPS速度场资料的处理,发现1999～2001年,阴山带表现为左旋剪切兼拉张的变形特征,滑动速率不超过1.0mm/a,拉张速率不超过1.35mm/a；2004～2007年,阴山带的左旋滑动速率为0.04～1.59mm/a,拉张特性不显著,并且在2001～2004年该边界带活动减弱。张渤带在3个时间段均表现为左旋变形特征,滑动速率为0.7～1.55mm/a,有时挤压有时拉张,但速率都不超过1.0mm/a。燕山一渤海带的变形方式与华北地区NNW向引张NEE向挤压的区域构造应力作用背景相符。
　　 3.通过对主月亮周日波O1波振幅因子及半日波M2波振幅因子加卸载响应比的分析比较,发现两分波振幅因子作为响应量,计算出的加卸载响应比曲线的变化趋势有很好的一致性,但O1波YO1曲线波动幅度相对于M2波YM2的曲线大。在发震断层面上有效剪应力增量作用下,以2006年7月4日的文安Ms5.1地震为例,O1波及M2波振幅因子加卸载响应比震前出现突跳的概率分别为37.5％和31.25％。但O1波受周日气象及液态地核共振的影响远远大于M2波,M2波受外界干扰较小,调和分析解算出的振幅因子的精度相对较高,所以M2波更能较准确的反映台站区域岩石物性的变化。
　　 4.通过对文安地震震中200km范围内4个台站的2个观测方向的倾斜资料的响应比的比较分析,发现震兆出现的时间及变化幅度与台站的震中距,仪器性能,工作环境及观测方向有关,且震中距越近,震兆出现的时间越早,持续时间越长。震前曲线的变化特征据各台站的岩石特性,工作环境而不同。
　　 因为关注区域内震例比较少,且震例的震级不大,所以这些结果只是对应变潮汐响应比的初步探索,为将来利用多种应变资料如GPS形变资料,钻孔应变等定点形变资料的加卸载响应比研究提供参考。

目录

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硕士学位论文摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究动态

1.2.1 块体边界带活动状态的研究动态

1.2.2 加卸载响应比的研究动态

1.2.3 固体潮加卸载响应比的研究

1.3 主要研究内容

1.3.1 燕山渤海地震带应变积累背景的研究

1.3.2 加卸载相关问题的确定

1.3.3 加卸载响应比的计算

第二章 块体运动及变形模型基础

2.1 华北地区活动地块划分

2.2 中国人陆活动地块的运动及应变的模型

2.2.1 刚体旋转模型(RRM)

2.2.2 李延兴等提出的块体的整体旋转与均匀应变模型(REHSM)

2.2.3 李延兴等提出的块体的整体旋转与线性应变模型(RELSM)

2.2.4 Savage块体应变模型

2.3 最小二乘估计

第三章 倾斜固体潮加卸载响应比理论

3.1 加卸载响应比理论

3.2 加卸载响应量的确定

3.3 加卸载的判断

3.3.1 : 采用发震断层面上有效剪应力增量作为加卸载的判定

3.3.2 : 采用观测台站的天体起潮力的增量作为加卸载的判定

第四章 利用GPS获取燕山渤海带的运动状态

4.1 资料的选取

4.2 不同块体模型在华北地区的适用性

4.2.1 刚体旋转模型块体的欧拉参数

4.2.2 三个模型在华北地区的适用性比较

4.3 燕山渤海带运动状态分析

4.3.1 边界带两侧块体相对运动的求解方法

4.3.2 由边界带两侧块体的相对运动判断其运动及变形特征

4.3.3 燕山-渤海带运动状态分析

4.4 讨论与初步结论

第五章 倾斜固体潮观测资料分析

5.1 倾斜固体潮观测资料分析方法

5.1.1 倾斜固体潮资料处理方法

5.1.2 Venedikov调和分析与Baytap08潮汐分析结果比较

5.2 倾斜固体潮资料的LURR计算

第六章 LURR震例分析

6.1 发震断层面上有效剪应力增量作用下的加卸载响应比

6.1.1 水管倾斜

6.1.2 伸缩应变

6.2 台站引潮力增量作用下的加卸载响应比曲线:

6.2.1 易县台

6.2.2 延庆台

6.2.3 怀来台

6.2.4 张家口台

6.3 本章小结

6.3.1 不同应力增量作用下的加卸载响应比比较

6.3.2 不同谐波振幅加卸载响应比的演化特征比较

6.3.3 不同台站前兆现象的比较

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 论文的不足

7.3 展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读硕士期间参加的项目及发表的论文情况