1999年台湾集集Mw7.6地震后地表变形的动力学机制研究

1999年台湾集集地震后记录到了空前的地表变形资料，这为研究震后变形的动力学机制提供了难得的机会。基于前人对地表变形机制的多种解释，本研究初步认为集集大震后地表变形由下地壳/上地幔的黏弹性松弛、断层余滑、震源区介质的碎裂、孔隙弹性回跳、地下流体的运移及介质孔隙度变化等多种因素共同影响所致；并且在不同的时段对变形起决定性作用的因素是变化的。为抓住重点，将介质的破裂、地下流体的运移、介质孔隙度的变化等因素等效为震源区介质的物性变化。研究中基于不连续变形体接触力学的三维黏弹塑性有限单元方法、综合利用GPS观测的时间序列资料和SAR图像资料，提出反演下地壳/上地幔黏度、震后余滑等参数的方法；通过统计检验优选出最佳的反演模型，再由此最佳模型获得地壳/地幔黏度、震后余滑等反演参数的分布；进而定量给出这些影响因素对地表变形的贡献大小。无疑该研究对认识强震后地表变形的本质、断层愈合过程等有重要的科学意义。

强震后地表变形的动力学机制是地球动力学研究的重要方面，现在普遍认为震后变形主要由断层的震后余滑或由介质的黏弹性松弛所至。1999年台湾集集地震中，GPS观测系统记录到了空前的宝贵资料，为研究震后变形的动力学机制提供了难得的机会。本项目通过研究认为集集地震后地表变形由震后断层余滑、下地壳/上地幔的黏弹性松弛、震源区介质的破裂、孔隙弹性回跳、地下流体的运移、介质孔隙度及孔隙压的变化等多种因素共同影响决定。为抓住重点，定量研究这些影响机制对地表变形的贡献大小，研究中将介质的破裂、地下流体的运移、孔隙弹性回跳等因素等效为震源区介质的物性变化。 研究中运用3D黏弹性有限单元模型（麦克斯威尔体）、利用多台GPS观测的时间序列资料为目标，对震后余滑、地壳/地幔黏度以及等效的震源区介质物性变化进行了反演；分步骤通过统计检验不断优选模型，直到最后获得最佳的结果。最佳反演模型给出了震后余滑的分布及变化特征，反演结果初步显示台湾地区的下地壳/上地幔的黏度分别为 2.7×10*exp(18) pa•s、4.2×10*exp(20) pa•s。此外，反演结果还给出每种影响因素对地表变形的贡献大小, 在集集地震后的450天时间里，断层的震后余滑引起的地表变形占总变形的44.6％，下地壳/上地幔的黏性松弛占34.7%, 等效的震源区介质的物性变化占20.7%。