孕震断层震前闭锁区分布及其应力积累的反演研究

Inversion of pre-seismic locking area of seismogenic fault and its stress accumulation process is important for understanding seismogenic mechanism. The kinematic inversion methods based on the earthquake dislocation theory can directly predict the coseismic slip, but can not do stress accumulation. According to elastic rebound theory of fault earthquake, pre-seismic accumulation of stress or deformation in seismogenic area are a linear elastic process. Corresponding to the fault dislocation model for inversing coseismic fault slip, we will propose a fault stress model for directly inversing fault stress accumulation and change processes using observed deformations in a giving time period. As this method employs finite element method for numerical calculation, so it can make the geometry and material parameter distribution of the model more close to the nature. Using the proposed inversion method, we will inverse the pre-seismic locked and stress accumulation areas of the 2011 magnitude-9.0 Tohoku-Oki(Japan) earthquake for insight into its seismogenic mechanism.

反演孕震断层震前闭锁区分布及其应力积累，对认识地震的孕震机制具有重要意义。由于基于运动学的地震位错模型的反演方法在理论上只能直接反演震时断层滑动，不能直接反演震前应力积累的变化过程。根据地震的弹性回跳理论，地震前震源区应力积累和变形，可以视为一个线弹性过程。在此基础上，相应于地震断层位错模型用来反演断层同震滑动一样，本项目将提出一个模拟地震的断层应力模型和建立在此模型基础上的一种新的断层准动力学反演方法，利用地震前观测到的地表形变随时间的长期变化，直接反演在所得到的观测资料时域内孕震断层震前的闭锁区大小、分布及其应力积累过程。这个方法由于采用有限元作为数值计算工具，因此可以使力学模型的几何形状和材料物性分布更接近实际。本项目将用所提出的反演方法对2011年东日本9.0级大地震的断层震前闭锁区分布及其应力积累进行实例反演，进一步探讨这次大地震的孕震机制。

反演孕震断层震前闭锁区分布及其应力积累，对认识地震的孕震机制具有重要意义。由于基于运动学的地震位错模型的反演方法在理论上只能直接反演震时断层滑动，不能直接反演震前应力积累的变化过程。相应于地震断层位错模型用来反演断层同震滑动一样，本项目提出了一个新的模拟地震的断层应力模型和建立在此模型基础上的一种新的断层准动力学反演方法，並利用地震前观测到的地表形变随时间的长期变化，直接反演在所得到的观测资料时域内孕震断层震前的闭锁区大小、分布及其应力积累过程。本项目用新反演方法对2011年东日本9.0级大地震的震前断层闭锁区分布及其应力积累进行了实例反演，深入探讨了这次大地震的孕震机制。基于这些结果，我们提出了一个新的孕震概念，即孕震区障碍体表现为剪切力和法向应力的同时积累区域。此外，本研究采用2011年东日本9.0级地震主震发生前后三小时的应力变化数据，获得了地震断层在地震破裂前和破裂后的综合力学环境参数。本研究方法可能对预测未来大地震的破裂带很有帮助。