震后形变时空变化特征与机理研究

Earthquakes not only give rise to the oscillating seismic waves which decay eventually, but also cause both transient co-seismic and long-term post-seismic deformation, respectively. This deformation can be accurately detected by the present high-precision geodetic techniques, e.g. GPS and GRACE. Unlike that of the transient elastic co-seismic deformation, the origin of the post-seismic deformation is much more complicated. At present, it is commonly acknowledged that poroelastic rebound, viscoelastic relaxation and after slip are the three main mechanisms which are responsible for the post-seismic deformation. As a result, the precise simulation on space-time characteristics of the post-seismic deformation is always a hot but difficult issue in seismology and geodesy. This project is about to integrate the theories of poroelasticity and viscoelasticity to construct the point dislocation theory for a poroviscoelastic Earth, in which the traditional spherical harmonic function method will be applied. In this theorectical framework, the space-time characteristics of the post-seismic deformation due to the above-mentioned three mechanisms will be investigated. With the available GPS and GRACE observations after large earthquakes, the causes and the corresponding magnitudes of the deformation will first be analyzed and the fault slip models and the Earth’s rheological structures will then both constrained simultaneously.

地震不仅会产生衰减震荡的地震波，同时也引起地球产生瞬时的同震以及长期的震后形变，该形变能够被目前高精度的大地测量技术，如GPS、GRACE等准确地识别出来。相对于瞬时的弹性同震形变，震后形变的诱因非常复杂。目前普遍认为孔隙弹性回跳、粘弹性松弛和震后余滑是导致震后形变的三种主要的力学机制。因此对其产生的震后形变时空变化特征的准确模拟一直是地震学和大地测量学的热点和难点问题。本项目拟整合孔隙弹性与粘弹性变形理论，利用传统的球谐函数展开理论以及对应性原理，构建孔隙粘弹性地球的点源位错理论。在此理论框架下研究上述三种力学机制引起的震后形变的时空变化特征；并结合GPS、GRACE等大地测量观测资料，分析导致观测到的震后形变的不同作用机制及其影响量级，最后对地震断层滑动模型和地球流变结构提供有效的约束。

地震产生的同震和震后形变能够被目前高精度的大地测量技术准确地探测出来。相对于瞬时的弹性同震形变，震后形变的诱因非常复杂。目前普遍认为孔隙弹性回跳、粘弹性松弛和震后余滑是导致震后形变的三种主要的力学机制。因此对其产生的震后形变时空变化特征的准确模拟一直是地震学和大地测量学的热点和难点问题。本项目整合了孔隙弹性与粘弹性变形理论，利用传统的球谐函数展开理论以及对应性原理，构建了孔隙粘弹性地球变形的点源位错理论。将震后形变的三种机制统一到同一个理论框架下，分析了不同机制下震后形变的时空特征及其影响量级，最后对同震和震后形变的理论开展了一些应用工作。本项目取得的成果主要体现在理论和应用两个方面：.（1）理论方面。提出并建立了顾及预应力和自引力的球形地球的孔隙粘弹性变形边值理论，该理论可在同一理论框架下研究震后形变的三种机制；理论推导了震源函数，发现了其与已有的固体介质震源函数的差异，改变了目前对震源性质和震源函数的认知；提出了求解边值问题的近似解析解方法，克服了传统方法计算高阶勒夫数时所遇到的数值溢出和变量相关的问题，从而能够轻松计算高阶勒夫数，发现勒夫数的渐近性质；提出了位错勒夫数渐近值的理论计算方法，获得了准确的渐近值，成功运用库玛变换加速了格林函数的收敛，彻底解决了特殊情形下格林函数不收敛的难题；发展建立了平面模型下的傅里叶—贝塞尔级数体系，从0阶贝塞尔函数拓展到任意阶；建立了平面模型下的孔隙弹性位错理论，并推导了相应的震源函数，发现了其与固体介质的差异。.（2）应用方面。模拟了地震断层产生的同震形变场，研究了最近三次大地震引起的平均海平面变化；研究了不同机制下的震后形变，特别考虑了孔隙弹性回跳效应在震后早期中的贡献；反演了地震震源性质和断层滑动模型。.本项目取得的成果主要以学术论文的形式发表，共发表论文14篇，其中SCI论文12篇，培养了1名博士生。