2011年Mw9日本地震对我国东北、华北地区地震活动性影响及其本地区流变学结构的研究

Great earthquakes produce large coseismic deformation up to thousands of kilometers from the rupture area. The subsequent viscoelastic relaxation of the earthquake-induced stresses in the upper mantle causes large significant postseismic crustal deformation that can be recorded by GPS stations. Integrating geodetic observations with numerical methods, we may have a better understanding of the lithospheric structure and rheology of the upper mantle. Benefited from modern geodetic technique in last two decades, we have been able to delineate the crustal deformation at an unprecedented resolution on space and time. However, there have not been any Mw7 and over earthquakes in the northeastern (NE) China since the last 70’s. Therefore, study of the rheology structure in NE China may be obtained through investigating far-field great earthquakes. We have developed three dimensional viscoelastic finite element models to study the postseismic deformation of the 2011 Mw9.0 Tohoku-Oki earthquake. Our model has produced well fit to the overall pattern of the GPS observations in Japan. In this project we would like to integrate our finite element model of the Japan earthquake with recent GPS observations in NE China, Russia and Korea. We hope to improve our understanding of the rheology structure in NE China and to understand the stress distribution and evolution over active faults in NE China due to the 2011 Japan earthquake. This project thus help the assessment of the earthquake hazards in this region.

近20多年来大地测量技术的发展，特别GPS观测的广泛应用，对地壳形变的观测和研究达到了前所未有的精度和广度。通过对大地震震后形变的研究，我们可以较好的了解岩石圈以及上地幔的结构和性质，从而提高我们对岩石圈动力学过程的认识。然而我国东北、华北地区自从上个世纪70年代以来没有再发生7级以上大地震，对本地区流变学结构和性质的认识可以通过研究区域外的大地震来实现。我们最近建立的三维粘弹性有限元模型能够很好的模拟2011年9级日本大地震震后观测到的近场震后形变。本课题将基于已有数值模型，利用我国，俄罗斯以及韩国境内的GPS观测数据，对我国东北部地区的岩石圈和上地幔结构和性质做深入研究，探讨2011年日本地震对我国东北及华北地区活动断层的应力影响和演化，从而对地震灾害评估提供参考。

通过研究地震震后形变可以帮助我们了解岩石圈和上地幔的动力学过程及其流变学结构和性质。而震级Mw9及以上俯冲带大地震由于黏弹性松弛效应导致的震后形变可以影响数千公里范围，这不仅可以很好的研究震后动力学过程，也可以较好的约束远场岩石圈和上地幔流变结构和性质。相对于构造活跃的俯冲带，远场构造活动较弱，从而难以积累（或者需要更长的时间）足够应变发生大地震。而远场中小地震由于其应力扰动场强度和范围均有限，难以约束岩石圈和上地幔流变性质。因此俯冲带大地震给我们提供很好的机会深入研究远场（大陆内部）流变属性。.本课题利用2011年Mw9.0日本地震震后形变观测数据，通过三维黏弹性有限元数值模型领域内首次定量约束西北太平洋大陆上地幔黏滞系数及其横向不均一性。我们的模拟结果表明俯冲带地幔楔黏滞系数为3 x 10^19 Pa s。大陆上地幔黏滞系数可能从俯冲板片400 km处开始逐渐增加，到俯冲板片600 km处升高近一个数量级，达到2 x 10^20 Pa s，更内陆大陆上地幔保持该黏滞系数不变。该最优模型不仅能较好的拟合从近场到远场的水平方向GPS观测数据，而且能拟合近场的垂向GPS观测数据。远场垂向GPS数据由于信噪比较差，我们不再比较。.基于最优模型，我们计算出2011年日本地震引起我国东北地区活动断层同震库仑应力增加不超过10 kPa。震后库仑应力变化趋势和同震一致，亦即同震库仑应力增加的活动断层，震后库仑应力持续增加，反之亦然。震后5年库仑应力变化量不超过3 kPa。5-10年震后库仑应力变化量约1 kPa。