【摘要】：1992年6月28日和1999年10月16日,位于美國南加州Mojave沙漠的加州東部形變剪切帶(Eastern California Shear Zone, ECSZ) Mojave段先后發(fā)生兩次七級(jí)以上走滑型地震,即Mw7.3級(jí)Landers地震和Mw7.1級(jí)Hector Mine地震。Landers地震和Hector Mine地震是地震學(xué)研究的經(jīng)典震例,相關(guān)研究案例極大地推動(dòng)了地震學(xué)研究的發(fā)展。以全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System, GPS)為代表的空間對(duì)地觀測(cè)精確地捕捉到這兩次Mojave地震的同震和震后形變場(chǎng)。眾多先前研究利用大地測(cè)量觀測(cè)作為約束研究與這兩次地震相關(guān)的區(qū)域背景形變場(chǎng)、同震形變和震后形變,并得到系列重要成果。但是,自GPS用于南加州地區(qū)地殼形變場(chǎng)研究二十多年來,我們?nèi)圆磺宄寻l(fā)布的GPS速度場(chǎng)在Mojave地區(qū)是否準(zhǔn)確地描述了區(qū)域背景形變場(chǎng)。這是因?yàn)镸ojave地區(qū)絕大部分GPS觀測(cè)在1992年Landers地震震后獲得,且在GPS數(shù)據(jù)處理過程中難以有效分離存在某種程度耦合的震間形變信號(hào)和震后形變信號(hào)；基于這些震后GPS觀測(cè)得到的背景形變場(chǎng)可能是相當(dāng)不準(zhǔn)確的,相應(yīng)的震后形變場(chǎng)特征也可能是不準(zhǔn)確的。當(dāng)前僅有少數(shù)工作真正意識(shí)到這一問題的重要性。因此,我們十分有必要驗(yàn)證Mojave地區(qū)的GPS速度場(chǎng)是否是合理的背景速度場(chǎng),并且,如果不合理,還必須嘗試得到更合理準(zhǔn)確的區(qū)域GPS速度場(chǎng)。只有在此基礎(chǔ)之上,我們才可得到更合理的震后形變模擬數(shù)據(jù)約束。本文系統(tǒng)收集整理Landers地震震前覆蓋加州東部形變剪切帶Mojave段的歷史三角網(wǎng)和三邊網(wǎng)觀測(cè)。通過比較震前歷史形變觀測(cè)和震后GPS速度場(chǎng)對(duì)應(yīng)的形變場(chǎng),本文發(fā)現(xiàn)南加州地震中心(Southern California Earthquake Center, SCEC) Crustal Motion Map Version 4 (CMM4) GPS速度場(chǎng)在Landers地震和Hector Mine地震近場(chǎng)區(qū)域確實(shí)是不準(zhǔn)確的,因?yàn)镚PS速度場(chǎng)中含有系統(tǒng)性的偏差,且這種偏差特征極有可能和震后形變相關(guān)。基于Mojave區(qū)域CMM4 GPS速度場(chǎng)的聚類分析并結(jié)合Mojave區(qū)域構(gòu)造的特點(diǎn),本文設(shè)計(jì)一系列斷層-塊體模型。在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資源條件下,使用三角網(wǎng)的應(yīng)變率和三邊網(wǎng)的邊長(zhǎng)觀測(cè)以及遠(yuǎn)場(chǎng)CMM4 GPS速度場(chǎng)來約束斷層-塊體模型,通過最優(yōu)模型的模型正演地表形變場(chǎng)近似代表背景形變場(chǎng)。模擬結(jié)果證實(shí)CMM4 GPS速度場(chǎng)在近場(chǎng)存在著2-3毫米／年、右旋剪切為特征的系統(tǒng)性偏差。結(jié)合Landers地震和Hector Mine地震震源機(jī)制和GPS速度場(chǎng)的解算策略,本文認(rèn)為這種右旋剪切特征的偏差源自于震后長(zhǎng)期弛豫形變對(duì)GPS速度解算的干擾。這種偏差也存在于其他不同研究組發(fā)布的系列GPS速度場(chǎng)中。與前人的眾多研究相比,本文得到迄今為止最準(zhǔn)確的Mojave地區(qū)、尤其是Landers地震和Hector Mine地震近場(chǎng)區(qū)域GPS背景速度場(chǎng)。此外,本文發(fā)現(xiàn)加州東部形變剪切帶Mojave段的累積右旋滑動(dòng)速率為13.2-14.4毫米／年,至少兩倍于地質(zhì)研究得到晚更新世以來形變帶錯(cuò)動(dòng)速率(≤6.2±1.9毫米／年)。利用震后大地測(cè)量觀測(cè)資料可研究區(qū)域性巖石圈流變學(xué)結(jié)構(gòu)和斷裂帶內(nèi)的力學(xué)性質(zhì),這對(duì)于我們理解區(qū)域構(gòu)造演化歷史有重要科學(xué)意義。部分研究懷疑近場(chǎng)GPS臺(tái)站的運(yùn)動(dòng)速率在Landers地震和Hector Mine地震震后5-6年之后可能已恢復(fù)至震前的速率；但是,基于本文獲得的背景速度場(chǎng),震后GPS位移時(shí)間序列表明近場(chǎng)臺(tái)站在震后10年仍有顯著的震后運(yùn)動(dòng)。此外,本文得到的中遠(yuǎn)場(chǎng)震后形變并不如部分研究使用觀測(cè)所表現(xiàn)得那么顯著。初步的震后形變模擬工作發(fā)現(xiàn)單獨(dú)的斷層面上的余滑或者分布式粘彈性松弛無法解釋觀測(cè)數(shù)據(jù),余滑和粘彈性松弛均是必要的物理過程。初步模擬結(jié)果表明區(qū)域的流變學(xué)結(jié)構(gòu)可能和已有研究的結(jié)論并不一致,下地殼和上地幔的粘性系數(shù)分別為～3×1019Pa s和～4×1019Pas,即“焦糖布丁模型”(Creme Brulee model)可能在該區(qū)域不成立。
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【學(xué)位授予單位】：中國地震局地質(zhì)研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P315.2

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1 劉紹卓;美國南加州Mojave沙漠地區(qū)震間震后形變研究[D];中國地震局地質(zhì)研究所;2015年

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本文編號(hào)：2453180