汶川地震同震过冲及其震后恢复过程研究-基于形变观测和力学模型分析

The Wenchuan earthquake is a rare, huge intraplate event with both thrust and right-lateral slip behavior involved. It provides opportunities for earthquake dynamic research due to its complex rupture behavior and fault geometry. Based on InSAR+GPS geodetic data and static/dynamic mechanical models from finite element modeling, we focus on the overshoot effects in the coseismic process of the shallow dipping thrust faulting, which is widely known but generally ignored. We study its mechanism of generation and recovery process in a frictionally postseismic creep, and aim at obtaining valuable information for strong motion simulations and seismic hazard studies for the vicinity of the fault at the surface. We plan to invert the high-quality coseismic data from satellites for accurate rupture models, to explain the dynamic overshoot and the unique deformation observations in the early stage of the postseismic period by mechanical models, and study the dynamic behavior and hazard effects of the earthquake faulting. Three aspects will be considered: 1) Based on two suits of coseismic InSAR data with low level noise and the recent published GPS data, the SAR amplitude offsets, and the SPOT deformation data, a high-order coseismic rupture model with high precision will be investigated; 2) The inertial dynamic overshoot model of the earthquake faulting, driven by tectonic stress and lithostatic stress, will be developed quantitatively; 3) Based on the early stage postseismic InSAR+GPS time series near the fault and a rate-state friction rheology model, the frictional creep, as the recovery process of the dynamic overshoot effects in the shallow depth of the fault, will be investigated.

汶川地震是陆内罕见的特大逆冲兼走滑型地震，复杂的破裂行为和断层几何结构为地震动力学研究提供了机会。基于InSAR+GPS卫星资料，结合静、动态有限元力学模型，着眼于被广泛认知、却常被忽略的缓倾逆冲断层的同震动态过冲效应，研究它的产生机制和震后摩擦蠕滑恢复过程，为断层近地表的强震模拟和灾害研究提供有价值信息。用精确的断层破裂模型解释高质量同震卫星观测；用合理的力学模型解释过冲及震后早期的特殊形变观测，揭示断层活动的力学行为及其灾害效应。主要开展三方面工作：1）基于两套低噪InSAR同震形变观测和新发表的高精度GPS数据，结合近场雷达图像幅值位错及SPOT形变数据，发展高阶精细同震模型；2）发展构造应力场驱动下的断层惯性动态过冲有限元模型，计算其量值和范围；3）基于震后早期近断层GPS+InSAR形变时间序列及速率-状态摩擦流变模型，研究断层浅部与动态过冲相关的摩擦蠕滑恢复过程。

2008年的汶川地震在地震科学研究中是个重大事件，这样复杂的大型逆冲走滑事件是青藏高原东缘动力学过程的直接反映，同时它也会反映出一些比较独特的地球物理现象。卫星大地测量技术所提供的形变信息，直接反映了断层破裂及其滑动方式，是认识该地震及其所反映的青藏高原东缘动力学过程的关键数据。前人的研究中，GPS和InSAR数据发挥了重要作用。GPS数据能够反映断层活动的主要信息，但是仅仅依赖GPS很难准确约束断层的精细滑动特征，另外GPS数据收集时间内，必然混入了重要的震后断层活动信息。InSAR数据能够提供极高的时空分辨率，能够反映断层活动的精细信息，进而为青藏高原的动力学过程提供线索；同时浅倾断层上下盘的不对称几何结构，可能会导致断层上盘具有增强的滑动特征，即断层过冲行为，因此会加重断层上盘的强地面震动和地震灾害效应。. 本研究通过一套新的技术方法分析InSAR形变场，消除L波段电离层误差，以及其他常规误差，重新分析该地震的同震形变场，得到了一套新的InSAR形变数据集，可以很好的约束断层破裂模型。另外，对于至关重要的断层附近的形变信息，我们也利用一套新的SAR数据处理技术，得到了近地表的断层活动增强信息，证实了断层上盘接近地表的位置可能出现了过冲行为。这些信息与震后个别GPS观测点的反向信息、沙坝段的正断层破裂特征，以及复测的同震位移回落互相印证。已有相关的数值计算和构造物理实验表明，过冲确实存在，本研究也基于有限元方法对汶川地震的这种动力学破裂过程进行了模拟分析。