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本文将大地测量学与活动块体、地震断层位错模型结合起来,建立了分块体多断层联合反演模式;研究了不同地球结构模型之间的变形差异,建立了顾及地球结构的同震变形反演模式,震后变形反演模式;开发了相关应用软件,并与实际观测数据相结合,进行了具体的反演研究。主要工作如下:
系统总结了弹性半空间位错模型、球体分层位错模型的发展历史,比较两类模型差异,为建立反演模式提供理论基础;指出随着现代大地测量技术的发展,观测精度的大大提高,观测信息完全可以分辨出模型误差带来的变形差异;相对于更真实的球体分层模型,半空间均匀弹性模型对地球实际模型的假设必然会带来模型误差,需要在实际应用中加以考虑。
基于中国地壳运动观测网络提供的大量GPS观测数据,根据半空间均匀弹性位错理论和块体欧拉参数理论,研究和发展了分块体多断层联合反演模式,该模式能同时从大尺度范围分析块体运动和小尺度范围分析断层的活动特性;并联合利用Bootstrap方法以及统计方法对反演参数进行评价,给出解的置信区间;对华北地区和川滇地区分别进行了块体和断层的联合反演,分析了两区域的块体运动状况,活动断层运动量,孕震能力等,反演结果显示活动断层蕴含了5~6级的潜在地震活动能力,需要加强对活动断层的变形监测。
顾及地球结构的非均匀性、分层和球体特性,系统研究了球体分层模型,球体均匀模型,半空间均匀模型分别作用地震断层(走滑断层,倾滑断层)产生的地表同震变形差异。在大尺度(断层长度>100km,影响半径超过100km)、小尺度范围内(断层长度<100km,影响半径<100km),分别讨论了地壳分层特性以及地球曲率的影响。
基于球体粘弹性地球模型,系统研究了走滑断层,倾滑断层,张裂断层顾及不同地壳分层结构的震后变形,定量分析了实际地壳分层模型与模拟均匀模型的地表变形差异。
顾及球体粘弹性结构,建立了基于粘弹性地球模型的地震断层反演模式,发展了考虑地壳分层结构的震后断层位错模型的反演模式和反演软件包,利用遗传算法分别对走滑断层、逆断层和张裂断层三种不同类型的断层进行了反演,并与均匀位错模型反演的结果进行比较。
利用顾及地壳结构的同震和震后变形反演模式,对1997~1998伽师强震区进行了实际反演应用研究。