基于球体位错理论的地震形变分析

发布时间：

第３５卷第２期　
地　震　
Ｖｏ１．３５，Ｎｏ．２　
Ａｐｒ．，２０１５　
２０１５年４月　ＥＡＲＴＨＱＵＡＫＥ　
基于球体位错理论的地震形变分析　
田　平，金红林　
（中国地震局地震预测研究所，北京　１０００３６）　
摘要：地震形变分布特征主要取决于地震断层破裂特征，不同震级的地震引起的形变响应范围　
存在差异。本文中，我们基于球体位错理论，以５　ｍｍ的形变测量值为基准，针对逆冲型和走　滑型地震断层，分析了Ｍ、ｖ　６．０～Ｍｗ８．５地震在跨断层法方向上的形变响应范围，提出了地震　震级和响应范围的经验公式，并与实际地震（２００１年昆仑山口西地震、２Ｏ１３年芦山地震等）结　
果进行了比较。比较结果显示，经验公式计算结果和实际观测值相符合，可以用于估算Ｍｗ　６．０　
～
Ｍｗ８．５地震在跨断层法方向的形变响应范围，同时为地震远场形变特征分析与同震、震后　
形变测量点布设等方面提供参考数据。　
关键词：地震形变；地震断层破裂特征；球体位错；地震震级　中图分类号：Ｐ３１５．７　
文献标识码：Ａ　
文章编号：１０００—３２７４（２０１５）０２—００２６—０８　
引言　
地震是由地下岩石的突然错动引起的，其发生都伴随着地表变形。基于这种观点，可　
以用地球内部的一个位移间断面来表示地震的震源，这个位移间断面叫位错面。随着以断　
层为核心的震源机制描述以及地震学理论的建立，相关的地震变形的理论得到发展。其中　
以分层球体模型为基础建立的球体位错理论比较全面地描述了地震形变响应，为开展地震　形变近、远场分布特征的分析提供了理论基础。同样借助于位错理论，可以利用大地测量　
观测结果来了解和认识地球内部断层活动的动力学过程，从而为地震、海啸等自然灾害的　预测研究提供必要的理论基础；地下断层活动引起的地面变形，对公路、铁路、建筑和生　
态环境等都会造成重要的影响，对位错理论模型的深入研究也可为有关部门的研究工作提　
供必要的理论基础和参考依据。　
地震形变分布特征主要取决于地震断层破裂模型，不同震级的地震引起形变响应特征　
（区域范围和大小）存在差异，地震形变分布、形变量和震级之间是非线性相关的。基于球　
体位错理论，可以定量分析不同类型不同震级的地震形变的响应特性，确定地震形变分　
布、形变量和震级之间的关系，为地震断层监测（如ＧＰＳ台站设置）、震后快速确定地震形　
变分布、震后地震救援工作等方面提供参考依据。目前，随着ＧＰＳ技术的发展及其测量精　
＊
收稿日期：２０１４—０７　２１；修改回日期：２０１４—１０—１５　
基金项目：东北亚地震、海啸和火山合作研究计划项目（ＺＲＨ２０１４　０１－０２）　
作者简介：田平（１９８７一），男，黑龙江大庆人，在读硕士研究生，主要从事地形变反演等研究。　

２期　田　平等：基于球体位错理论的地震形变分析　２７　
度不断提高，可以监测到毫米级精度的三维地震形变信息，为地震位错理论研究提供分析　
依据。　
本文基于层状球形地球位错理论，参考目前ＧＰＳ观测精度，以５　ｍｍ的形变测量值为　
基准，将地震在其跨断层法方向上产生的同震形变水平分量大于５　ｍｍ的范围记作地震的　
响应范围。分别计算逆冲型和走滑型地震响应范围，并且对计算结果进行函数拟合，确定　
相关系数，给出不同类型不同震级的地震在跨断层法方向上的形变响应范围和震级之问的　经验公式。　
１球体位错理论简介　
Ｓｔｅｋｅｔｅｅ＿１］最早把位错理论引入地震学，导出了走滑位错的位移格林函数，之后，很多　学者研究了半无限空间均匀介质地球模型的同震变形问题。Ｍａｒｕｙａｍａ＿２　计算了在半无限　
弹性介质内点源的格林函数表达式；Ｏｋａｄａ＿３］总结并整理了前人的工作，给出了一套完整　简洁的半无限空间均匀介质地球模型的同震变形计算公式；在此基础上，Ｗａｎｇｌ４　提出了水　平层状介质模型的同震形变计算方法，并给出相应的格林函数表达式；为了考虑地球的曲　率和层状构造，Ｓｕｎ［５］、Ｓｕｎ和Ｏｋｕｂｏ＿６　基于层状球对称模型发展了新的位错理论（如图１　
所示）。　
●　
图１层状球型地球模型示意（ａ）及本文使用的地球速度模型（ｂ）　
相对于其他几种模型，层状球形地球模型是较接近真实地球模型的位错理论模型，由　
于考虑地球纵向不均匀结构的影响，球体位错理论的计算精度得到了提高，为更高精度地　解析大地形变观测数据提供理论支持。Ｓｕｎ和Ｏｋｕｂｏ＿７］比较了半无限空间介质和球形模型　位错理论的位移结果，发现地球层状构造的影响可达２５　。２００９年以后，与Ｓｕｎ等　的球　
体位错理论配套的简单易学的球体位错理论计算程序发布，为该理论的推广应用提供了条　
件。　
２地震破裂模型参数　
断层面上质点的运动与地面观测到的变形的关系可通过格林函数来描述，断层面上质　点的平移与地面形变场、应变场和应变梯度存在数学对应关系，但目前只是在几何形状比　
较简单的点源位错以及断层面上滑动量为常数的矩形位错有解析毹。基于这种观点，地震　
的震源就可以利用地球内部的一个位移间断面来表示。为了分析形变响应范围、形变量和　
震级之间的关系，需要计算不同类型不同震级地震的同震形变。在球体位错理论计算中，　

基于球体位错理论的地震形变分析

推荐内容

相关推荐