结合GRACE和GPS观测资料研究苏门答腊区域的黏滞性结构

The rheological structure has significant influence on lithosphere deformation, stress accumulation, release and dissemination on subduction zone. Evaluation of the lithosphere viscosity is the primary task for the numerical simulation in geodynamics; it is fundamental to obtaining reliable scientific results. With the development of space technology, the use of observations of a variety of space observation techniques to study a same scientific problem has become the trend of scientific research and development. This research proposal aims at the characterization of deformation and its relaxation caused by the Mw9.3 Sumatra Earthquake. Both of the observations from GRACE and GPS will be used in combination with the backgrounds of regional tectonic, crustal movement and deformation. Based on the post-seismic deformation and gravity change detected by GPS and GRACE, the viscous lithospheric structure of the Sumatra area is investigated with a spheric, viscoelastic earth,dislocation model. To understand the regional viscosity structure more accurate and reliable, new clues and methods are explored in this research. And this research is helpful for understanding the mechanism of stress accumulation and release on subduction zone, also can provide references for discussing the effects of the Sumatra earthquake on crustal movement and gravity change in Mainland China.

流变结构对于岩石圈的变形、俯冲带的应变积累和应力释放与传播等有很大的影响，在地球动力学数值模拟研究中，对黏滞系数合理的估计是取得可靠科学结果的基础。随着空间技术的发展，利用多种空间对地观测技术的观测结果来研究同一个科学问题已经成为科学研究发展的趋势。本申请项目拟利用GRACE和GPS 等观测资料，结合区域构造、地壳运动和变形背景，研究苏门答腊大地震引起的变形场及其衰减过程，给出描述模型；通过黏弹性球形地球位错理论，利用震后下地壳和上地幔黏弹性松弛过程中的形变与重力效应来反演区域黏滞性结构，为更加准确、可靠地认识区域黏滞性结构探索新的线索和方法，并为认识该俯冲带的应变积累和应力释放机制，讨论苏门答腊Mw9.3地震对中国大陆地壳运动和质量变化等的影响提供参考。

流变结构对于岩石圈变形、俯冲带应变积累和应力释放与传播等有很大影响，在地球动力学数值模拟研究中，对黏滞系数合理的估计是取得可靠科学结果的基础。GRACE卫星观测到苏门答腊Mw9.3和日本Mw9.0地震显著的同震和震后重力变化，为海沟俯冲带巨大地震研究补充了海洋侧观测资料，为探索区域地幔黏滞系数这个重要地球动力学参数带来新的资料。本研究项目基于该背景得以立项。项目主要内容为以苏门答腊和日本两个巨大地震为对象，研究GRACE和GPS观测的同震及震后重力和位移变化特征；通过同震位错模拟与分析，构建合理的区域地球模型，判断并选取最优的地震模型；利用同震及震后变形研究区域黏滞性结构；探讨海沟俯冲带应变积累及应力释放机制。. 基于GRACE和GPS观测资料，研究了苏门答腊Mw9.3和日本Mw9.0两个巨大地震的同震及震后变形，探讨了其物理机制，估计了区域地幔黏滞系数。研究结果表明震后余滑和黏滞性松弛作用相结合的物理机制可以对震后变形进行合理解释，苏门答腊和日本地震区域的地幔黏滞系数分别在10的19次方Pa s量级和2乘10的19次方Pa s量级，与他人岩石实验计算或由其他资料获得的结果基本一致。表明应用大的逆掩地震同震和震后GPS和重力观测资料推断区域地幔黏滞系数是一种可行的方法。本项目的研究为探索区域地幔黏滞性这个地球物理介质参数提供了新的观测资料和方法。. 以苏门答腊和日本巨大地震为对象，研究了利用位错理论计算同震变形时地球介质参数的影响，发展了针对同一次地震在诸多断层滑动模型中判断出最优模型的方法。研究发现理论和实际计算验证远场GPS同震位移对地震断层模型的总地震矩敏感，可用于有效约束地震破裂反演；进而提出一种有效组合远、近两种位移场用于约束大地震位错反演的方法。本研究对于认识和理解海沟特大俯冲型地震的物理过程及对周边区域变形的影响具有参考和借鉴作用。