动态大地测量地球物理数据联合反演模式及应用研究

This project combines the latest development of the dynamic geodesy and the actual tectonic characteristics in Sichuan-Yunnan area, and aims at to determine the relationship between crustal deformation and earthquake. The project firstly investigates the temporal-spatial characteristics of the crustal deformation with many types of geodetic observations, and builds the time-variant model of the crustal strain and stress fields with high precision and resolution. Further, the project tries to derive a new pattern of joint inversion with dynamic geodetic and geophysical observations, identify the joint inversion model, give an effective-and-stable global inversion method, and develop a software platform of joint inversion with dynamic geodetic and geophysical observations. Then, the corresponding application researches are conducted, such as inversion for the fault parameters of the active faults, earthquake focal mechanism, and viscosity of the local crust or mantle in Sichuan-Yunnan area with GPS, InSAR, surface and GRACE satellite gravity materials. Finally, the crustal strain and stress fields are derived with high temporal-spatial, time-variant deformation and gravity field, the different stress transfer patterns during aseismic, coseismic and postseismic phases are extracted, and the potential earthquake fault and occurrence probability in the future are tracked and assessed quantitatively according to the stress transfer. The expected results have important scientific significance for the theoretical development of earth science, support the study of earthquake nucleation, occurrence and disaster-causing mechanism technically, and also have important practical implications for the disaster prevention and mitigation.

以研究地壳形变与地震发生关系为目标，瞄准动态大地测量发展前沿并结合川滇地区的实际情况，本项目研究多类动态大地测量观测数据获取的地壳形变场时空特征，建立高精度高分辨率时变地壳应变应力场模型；研究动态大地测量地球物理数据联合反演新模式，对联合反演模型进行辨识并研究高效稳定的全局反演算法，研制动态大地测量地球物理数据联合反演软件平台；开展动态大地测量地球物理联合反演应用研究，利用GPS、INSAR、地面重力和GRACE卫星重力等资料反演川滇地区活动断层参数、地震震源机制和区域地壳（幔）粘滞系数；利用高时空分辨率的时变地壳形变场、重力场反演地壳应变应力场，研究地震周期中的震前、同震、震后及震间阶段不同阶段应力转移模式，通过应力转移定量追踪评估未来潜在地震发生断层和地震发生概率。预期研究成果不仅对发展地球科学理论具有重要的科学意义，同时为探讨地震孕育、发生和致灾机理提供技术支撑，对防灾减灾具有重要的

GNSS、InSAR和卫星重力等技术在地球科学的广泛应用，使人们能够进一步探索地球内部动力学过程。本项目以研究地壳形变与地震发生关系为目标，瞄准动态大地测量发展前沿并结合川滇地区情况，进行了GNSS、重力加密观测，获得了精细的地壳运动图像；建立了地壳应变场与重力变化的数学公式，发展了地壳形变场信息提取方法；提出并验证了融合自适应平滑约束和方差分量估计的地震滑动分布反演方法，改善了模型参数反演的辨识及精度；建立了地震全周期库仑应力正反演分析统一解析模型，为地震概率预测的解析模型奠定了基础；给出了地震破裂过程的重力记录频谱分析方法、地震危险判定的闭锁剪力模式及重力段差反演方法，拓展了断层及地震参数确定途径；推导了联合多源观测数据反演地震动态破裂的广义ABIC公式，发展了动态大地测量地球物理联合反演新模式；研制了多源大地测量数据联合反演位移场、应力应变场以及库仑应力的软件平台。在上述研究基础上，反演确定了川滇地区震间应变场、断裂滑动速率及闭锁程度等，发现了川滇块体顺时针旋转的重力学证据，揭示了区域应变场与地震活动的关系；联合多源数据反演确定了汶川、芦山、鲁甸、康定等区域地震的同震破裂模型；提取了不同时期的汶川地震震后形变，给出了其震后余滑和粘弹性松弛机制，确定了区域地壳（幔）粘滞系数；计算分析了川滇地区地震全周期的应力转移模式，定量追踪评估了未来潜在地震发生断层和发生概率。此外，本项目还研究了其它典型断裂带的地震周期形变序列及机理，进一步完善并验证了相关模型及方法。项目研究成果发展了大地测量观测应用于地球科学的相关理论和方法，探讨了地震孕育、发生和致灾的时空特征，深化了人们对大地震孕育发生及防范避险的认识，对提升国家防灾减灾能力、保障社会经济可持续发展有着十分重要的科学和实用价值。