基于空间对地观测技术的全球地震活动模拟研究

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1、分类号UDC密级编号中国科学院研究生院博士学位论文指导教师虿耀鑫院±主垦型堂陵班塞生陵垫壁型堂堂医申请学位级别簋±堂僮学科专业名称地蔓动左堂论文提交日期垒Q≥垒生垒昱论文答辩日期至Q!Q玺墨县培养单位主国型堂陵班究生医丝鏊型堂堂医学位授予单位生国科堂院研究生院IIIIIIIIIIIIIIllllllllIlllIIIIllllIlllY2430834StudiesontheSimulationofGlobalSeismicActivitiesBasedontheObservationsoftheEarthwithSpaceTechniquesWuxingWangDirectedby：Prof．

2、Yao．．LinSHIAdissertationsubmittedforthedegreeofDoctorofPhilosophyinGeodynamicsattheGraduateUniversityofChineseAcademyofSciencesApril2010摘要人们观测到的最直接的地球构造变动是其岩石圈的变形，反映这种变形状态的非常重要的基本要素是重力场和位移场及其随时间变化。现代大地测量技术，尤其是GPS和卫星重力技术可以提供精确且详细的全球位移场、重力场和大地水准面模型，为精确监测区域位移、重力随时间的变化提供了坚实基础，大大增加了人类对地球构造变动外在规律的认识。通过大地测

3、量手段观测地震过程的地壳变形及地表密度变化，并利用数值方法做理论模拟，结合地质构造条件分析，可以使我们对局部地球动力学环境有更加详细地了解，进而对地震孕育和地壳动力学演化等地质过程有更深入的认识。这正是本论文研究的基本出发点。论文开展的GPS和卫星重力的应用研究主要包括以下几个部分：①GPS观测的位移场、应变场分布与强地震分布的定性关系分析，利用前人全球应变率场的结果初步建立了模拟全球地震活动时空分布特征的细胞自动机模型。②利用GPS观测的同震位移和位错理论比较了汶川Ms8．0地震的几个断层模型，研究了其同震变形场特征。③利用GRACE卫星重力资料研究了苏门答腊Mw9．3地震的同震及震后重力场

4、演化，并探索单独用卫星重力资料研究该区域的粘滞性结构。④研究GRACE观测的青藏高原及其周边的时变重力场特征，认识大时空尺度的重力场异常变化与该区域几次强震的关系。论文研究结果显示：①利用全球应变率场建立的细胞自动机模型的初步结果基本反映了全球地震活动的主要分布特征，体现了全球构造活动强弱的主要格局，初步达到了利用GPS等实测资料计算的应变率模拟复杂的全球地震活动特征的实验目的。②汶川8．0级地震断层模型的比较以及同震变形场研究显示，结合地震波形和位移数据反演获得的断层模型是最好的，GPS资料在反演中可以起到很好的约束作用。③应用大的逆掩地震同震和震后重力观测资料推断地幔粘滞系数是一种可行的方

5、法，有望今后得到更多的应用。@GRACE卫星揭示青藏高原及周缘的重力显著异常变化沿构造变形带分布，研究认为重力变化中可能含有由构造运动产生的变形和地下物质运移引起的地表密度变化。为认识青藏高原及周边强地震的动力机制提供了新的观测途径和资料。关键词：GPS、GRACE、应变、重力、地震活动、模拟基于空间对地观测技术的全球地震活动模拟研究AbstraetAbstractThetectonicdeformationoftheearththatcallbedirectlyobservedisthedeformationofthelithosphere．Theimportantandbasiceleme

6、ntsthatcouldexhibitsuchdeformationarethegravityfieldanddisplacementfieldandtheirtemporalvariations．TechniquesofmodemGeodesy,particularlyGPSandsatellitegravity,canprovideaccurateanddetailedmodelsoftheglobaldisplacementfield，thegravityfieldandtheglobalgeoid．Theyhavebecomethesolidfoundationsforaccurate

7、monitoringofthetimevariablemapsoftheregionaldisplacementsandgravityandhavegreatlyexpandedOurknowledgeonthetectonicsoftheearth．Geodeticobservationsonthecrustaldeformationsandvariationsinthedensitiesont