全球同震-震后横向不均匀并行粘弹椭球形地球位错计算方法研究

Co-seismic and post-seismic effects are major topics in seismology, geodynamics and geodesy. We have established a new numerical approach to calculate co-seismic effect efficiently. In the proposed project we will design a new numerical method to calculate post-seismic effect based on that work. Compared to related works done by other researchers, our goals are efficiency and reality. Our new equivalent-bodyforce approach and adaptive mesh refinement technique will be used to optimize efficiency. A whole-Earth model instead of regional model will be constructed to avoid using artificial boundary conditions. Heterogeneity including topography and Moho discontinuity will also be concerned in our model to get more meaningful results. We will apply this new method to study recent earthquakes in the Tibet Plateau and discuss their compactions on seismicity in that area. Quantitative analysis about fault interactions will also be helpful to understand physical processes of the seismic cycle.

同震-震后位错计算在地震学、地球动力学及大地测量中起了重要作用，已有学者给出了半无限空间及球形地球模型的解析和解析渐近解，但更详细的三维构造、地形和核幔起伏边界影响需要考虑。本项目将在申请者已发展的有限元弹性位错的等效体力方法的基础上，采取高性能并行计算方法，设计并探讨一套合理的同震-震后效应计算全球横向不均匀并行粘弹性有限元椭球型地球模型(包括地形、Moho面起伏等)，以期更加准确的反映真实的地质情况。使用自适应网格加密技术，在有针对性地使用更少的计算资源得到更有意义的计算结果，同时，将上述方法应用于分析近年来青藏高原地区大地震，探讨其对我国西部地区后续地震活动性的影响，并进一步分析断层间相互作用的方式，以期对大地震的作用机制和动力学做一些解释。

同震-震后位错计算在地震学、地球动力学及大地测量中起了重要作用,已有学者给出了半无限空间及球形地球模型的解析和解析渐近解,但更详细的三维构造、地形和核幔起伏边界影响需要考虑。本项目采取高性能并行计算方法,设计并探讨一套同震-震后效应计算全球横向不均匀并行粘弹性有限元椭球型地球模型(包括地形、Moho面起伏等),并将其应用于2016年新西兰凯库拉 Mw7.8 地震、2001年昆仑山口西 Ms8.1 地震以及2008年汶川 Ms8.0 地震，分析了同震以及震后的位移场和应力场变化，探讨其对周边地区断层稳定性的影响以及对后续地震的促进或抑制效应。结果表明2016年新西兰凯库拉地震造成的垂直方向应力变化较小，水平同震应力最大值在MPa量级，从凯库拉到坎贝拉以及首都惠灵顿同震应力变化均比较大，量级大于10.0kPa。同时，此次地震引起的水平剪应力变化明显，有助于引起南北向断层发生右旋滑动和东西向断层左旋滑动。新西兰南岛西北包括纳尔逊区域及西北侧和震区东侧海岸线附近、东侧太平洋、首都惠灵顿的库仑应力变化为负值，使得这些区域走向和倾角接近发震断层的断层变得安全，但同时也将导致南岛震中以南的区域和北岛西部和东部地区此类断裂危险性增加。2001年昆仑山口西地震对其附近区域(~200km)的库仑应力变化大部分为负值，库仑应力增加的区域仅在东昆仑断裂带处发震断层东端、阿尔金断裂两端和祁连海原断裂东端。该地震对东昆仑断裂带影响较大，库仑应力变化量级达到了MPa量级，而对甘孜—玉树、宗务隆—南祁连冲断裂和柴达木北缘断裂的影响是kPa量级，其余断层受到的影响仅在几百或几Pa量级。龙门山断裂带整段库仑应力增加，但是数值较小仅有数十Pa，甘孜—玉树断裂带上库仑应力增加约0.96kPa，但在玉树地震发震的断裂上库仑应力变化为负值。汶川地震对芦山地震的同震、震后库仑应力加载均为正值，随时间增加,且视摩擦系数越高,震后库仑应力增加越缓慢。汶川地震对于九寨沟MS7.0地震发震断层造成的同震库仑应力变化约为0.008MPa,震后库仑应力随不同视摩擦系数增长幅度不一。当视摩擦系数取值为0~0.4时,黏弹性应力加载超过库仑应力触发阀值,并且作为一阶估算,九寨沟地震处0.012~0.016MPa的库仑应力变化除以年应力积累速率0.002MPa·a-1,可大致推出汶川地震的应力加载使九寨沟地震约提前6~8年发生。