【摘要】：隨著重力衛(wèi)星技術(shù)的不斷發(fā)展,因其全天候、全球覆蓋、連續(xù)性、成本低及不受地域地形限制等諸多優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于區(qū)域重力場(chǎng)反演研究中。特別是GRACE重力衛(wèi)星因其能高精度獲取區(qū)域時(shí)變重力場(chǎng)的特性,在空間大地測(cè)量學(xué)、地質(zhì)學(xué)、固體地球物理學(xué)、海洋學(xué)、氣象學(xué)及地震學(xué)等諸多領(lǐng)域中發(fā)揮了重要的作用。強(qiáng)震的發(fā)生將導(dǎo)致區(qū)域重力場(chǎng)變化,因此可利用重力衛(wèi)星探測(cè)強(qiáng)震引起的時(shí)變重力場(chǎng)變化、深部物質(zhì)運(yùn)動(dòng)及質(zhì)量遷移等,對(duì)于深入理解強(qiáng)震活動(dòng)及其成因機(jī)制具有重要的理論意義與參考價(jià)值。當(dāng)前,世界上特大強(qiáng)震主要分布在兩大地震帶上:一是“陸-陸”板塊間相互碰撞構(gòu)成的“地中海-喜馬拉雅地震帶”;另一是“洋-陸”板塊間相互碰撞構(gòu)成的“環(huán)太平洋地震帶”。但鑒于不同的區(qū)域構(gòu)造背景可能造成這兩類強(qiáng)震引起的區(qū)域重力場(chǎng)時(shí)空變化特征及孕震機(jī)制均存在差異性。因此,本文針對(duì)“陸-陸板塊碰撞地震”與“洋-陸板塊碰撞地震”這兩類強(qiáng)震,分別在兩大地震帶上選取了2015年4月25日尼泊爾Ms8.1地震與2010年2月27日智利Mw8.8地震作為研究對(duì)象,利用GRACE長(zhǎng)期觀測(cè)重力數(shù)據(jù),深入分析了兩種不同類型強(qiáng)震引起的區(qū)域重力場(chǎng)時(shí)空變化差異性特征,并從板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)角度探討了兩種類型強(qiáng)震的孕震機(jī)制,取得主要成果總結(jié)如下:(1)詳述了GRACE重力衛(wèi)星監(jiān)測(cè)地震活動(dòng)原理及方法推導(dǎo)了有關(guān)理論公式,并針對(duì)利用GRACE重力衛(wèi)星CSR_RL05 Level-2數(shù)據(jù)反演計(jì)算時(shí)信號(hào)提取問(wèn)題與濾波方法進(jìn)行了全面對(duì)比分析,特別是在以往研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討了扣除“水文”因素對(duì)反演結(jié)果的影響分析。(2)利用GRACE數(shù)據(jù)研究了尼泊爾Ms8.1地震震前與震后重力場(chǎng)時(shí)空變化。結(jié)果表明:以震源域?yàn)橹行?震前區(qū)域重力場(chǎng)呈顯著四象限時(shí)空差異性分布特征;地震發(fā)生在正負(fù)重力變化為0?Gal過(guò)渡帶上;震后區(qū)域重力場(chǎng)呈現(xiàn)“減小-增加-減小”的變化特征可能與震后地殼余滑及黏滯性調(diào)整有關(guān);2013-2016年間震源域重力經(jīng)歷了“減小-增大-減小-發(fā)震-減小”的變化歷程。(3)基于矩形位錯(cuò)理論模型正演獲得尼泊爾Ms8.1地震理論同震重力變化結(jié)果,并與GRACE實(shí)際觀測(cè)結(jié)果對(duì)比,發(fā)現(xiàn)模型正演得到的理論結(jié)果比觀測(cè)結(jié)果小一個(gè)數(shù)量級(jí),進(jìn)一步解釋了GRACE重力衛(wèi)星不能很好探測(cè)出尼泊爾地震同震形變的原因(震級(jí)小于8.0級(jí));針對(duì)“陸-陸”板塊碰撞引發(fā)的尼泊爾Ms8.1地震引入彈性力學(xué)剛性模具楔入模型對(duì)其孕震機(jī)制進(jìn)行了合理的解譯。(4)利用GRACE數(shù)據(jù)研究了智利Mw8.8地震震前、震后重力場(chǎng)時(shí)空變化。結(jié)果表明:該強(qiáng)震在“震前-震中-震后”三階段呈現(xiàn)出顯著的階段差異性變化特征:“震前”區(qū)域重力場(chǎng)無(wú)明顯變化;“震中”發(fā)震斷層上、下盤呈現(xiàn)出顯著正、負(fù)重力差異變化,且特征點(diǎn)與震源域重力變化均呈現(xiàn)顯著“躍進(jìn)”現(xiàn)象,該特征與球型位錯(cuò)正演結(jié)果相一致,進(jìn)一步驗(yàn)證了GRACE重力衛(wèi)星可監(jiān)測(cè)震級(jí)大于8.0級(jí)強(qiáng)震同震重力變化能力;“震后”發(fā)震斷層兩盤則持續(xù)呈顯著正、負(fù)重力差異變化;震源域重力時(shí)序在2007-2010年間呈現(xiàn)出“減小-增加-減小-增加-發(fā)震”的發(fā)展變化歷程。(5)進(jìn)一步開(kāi)展了智利Mw8.8地震同震一階及二階重力梯度變化時(shí)序研究。結(jié)果表明:梯度測(cè)量法對(duì)細(xì)節(jié)信號(hào)較為敏感;北向梯度觀測(cè)法能很好抑制南北條帶誤差,提高觀測(cè)精度;同時(shí)采用重力梯度測(cè)量法能較好反映出地震殼幔物質(zhì)運(yùn)動(dòng)、區(qū)域密度變化及深部構(gòu)造活動(dòng)特征;對(duì)此次“洋-陸”板塊碰撞引發(fā)的智利Mw8.8強(qiáng)震,則從海洋板塊俯沖孕震模型對(duì)其孕震機(jī)制進(jìn)行了合理解譯。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P228;P315.7
【圖文】：

使用 GRACE 重力衛(wèi)星對(duì)兩大地震的“震前-震中-震后”區(qū)域局部重力場(chǎng)、區(qū)域局部同震重力變化和同震重力梯度變化特征以及特征點(diǎn)重力變化和重力時(shí)間序列特征等進(jìn)行了研究。同時(shí)分析了陸-陸板塊和洋-陸板塊兩種不同板塊用造成的構(gòu)造帶地震發(fā)生的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，深入剖析研究了強(qiáng)震的孕震成因機(jī)理的監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)提供參考信息。自從 2002 年 GRACE 重力衛(wèi)星發(fā)射以來(lái)，已經(jīng)積累了 15 年的觀測(cè)數(shù)據(jù)，伴隨的增大和模型解算理論與技術(shù)的不斷完善，基于 GRACE 重力衛(wèi)星監(jiān)測(cè)強(qiáng)震技來(lái)越成熟。隨著國(guó)際上地球物理模型的越來(lái)越精確，地震位錯(cuò)理論和位錯(cuò)模型加真實(shí)的地球靠近，可更好的驗(yàn)證 GRACE 監(jiān)測(cè)結(jié)果，另外即將發(fā)射的新CE Follow-On 衛(wèi)星能夠更加精細(xì)的監(jiān)測(cè)地震。因此，使用重力衛(wèi)星時(shí)變重力場(chǎng)，為我們更好的認(rèn)知地震活動(dòng)及對(duì)應(yīng)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和殼幔物質(zhì)運(yùn)動(dòng)具有極其重要義，為強(qiáng)震的監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)提供研究資料，減少地震這種突發(fā)性自然災(zāi)害給人們帶與損失，為國(guó)家防災(zāi)減災(zāi)戰(zhàn)略規(guī)劃提供參考，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

-State Ocean Circulation）等三種類型衛(wèi)星重力計(jì)劃（圖2.1）的陸續(xù)實(shí)施，重力衛(wèi)星測(cè)量技術(shù)達(dá)到一個(gè)全新模式。為了得到更高分辨率、更高精度的地球重力場(chǎng)模型，美國(guó) NASA 領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行了下一代重力衛(wèi)星計(jì)劃 GRACE Follow-On的研發(fā)并預(yù)計(jì)于 2018 年發(fā)射升空。重力衛(wèi)星測(cè)量技術(shù)主要分為兩類：一種是衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星技術(shù)（SST）其包含高-低衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星（SST-hl）技術(shù)（圖 2.2）和低-低衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星（SST-ll）技術(shù)（圖 2.3）；另一種則是衛(wèi)星重力梯度測(cè)量（SGG）技術(shù)（圖 2.4）。衛(wèi)星重力測(cè)量技術(shù)以其低成本、全天候、高精度和高時(shí)空分辨率特性為地球科學(xué)觀測(cè)研究領(lǐng)域帶來(lái)了革命性改變。鑒于國(guó)土資源、基礎(chǔ)測(cè)繪、防災(zāi)減災(zāi)、國(guó)防安全和科學(xué)研究等方面的極大應(yīng)用前景和迫切發(fā)展的需要，我國(guó)目前已經(jīng)在著手進(jìn)行自己的重力衛(wèi)星計(jì)劃研究，現(xiàn)已經(jīng)歷了論證、研發(fā)階段，仿照 GRACE 重力衛(wèi)星原理制造，采用高軌 GNSS 衛(wèi)星并加入了北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行定軌，其預(yù)計(jì)于 2020 年發(fā)射，期望得到更高精度和更高時(shí)空分辨率的時(shí)變地球重力場(chǎng)模型。2.2 GRACE 重力衛(wèi)星及重力場(chǎng)模型2.2.1 GRACE 重力衛(wèi)星GRACE（圖 2.5，表 2.1）重力衛(wèi)星是由德國(guó)宇航中心( DLR，Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt)和美國(guó)宇航局(NASA

長(zhǎng)安大學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位論文監(jiān)測(cè)地球外部的大氣、電離層和全球磁場(chǎng)等物質(zhì)隨時(shí)間的變化。GRACE 重力衛(wèi)星自成功發(fā)射后經(jīng)歷了近半年的調(diào)整、試運(yùn)行和校準(zhǔn)，之后正式服役運(yùn)行長(zhǎng)達(dá) 15 年之久，在2016 年由于 GRACE-2 衛(wèi)星上的加速度計(jì)損壞，缺少了 K 波觀測(cè)數(shù)據(jù)被迫關(guān)閉后，才停止雙星觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新，但兩顆衛(wèi)星還正常飛行并提供單星觀測(cè)數(shù)據(jù)直至 2017 年末NASA 宣布停止 GRACE 重力衛(wèi)星觀測(cè)后，其才結(jié)束使命。GRACE 重力衛(wèi)星上搭載的主要觀測(cè)傳感器有：GPS 接收機(jī)、SuperSTAR 加速度計(jì)、K 波段測(cè)距系統(tǒng)、恒星敏感器等。除這些應(yīng)用于地球重力場(chǎng)觀測(cè)的主要觀測(cè)設(shè)備外，搭載在 GRACE 重力衛(wèi)星上還有質(zhì)心調(diào)節(jié)儀、激光反射器、超穩(wěn)定振蕩器、S 波天線等其它眾多設(shè)備。利用 GRACE 重力衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)可反映出冰川、雪地、冰后回彈、地表水、地下水、土壤水、干旱、海洋環(huán)流等[34-43]。GRACE 重力衛(wèi)星為監(jiān)測(cè)全球環(huán)境變化提供了非常有力的手段。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2767442