利用GRACE重力衛(wèi)星數(shù)據(jù)研究區(qū)域時(shí)變重力場及同震布格重力異常的變化特征

利用GRACE重力衛(wèi)星數(shù)據(jù)研究區(qū)域時(shí)變重力場及同震布格重力異常的變化特征衛(wèi)星重力測量技術(shù),以其范圍廣、定期更新、無困難地域限制、不受天氣、地形、交通等環(huán)境因素影響的優(yōu)點(diǎn)愈來愈得到廣大地學(xué)工作者的重視。新一代重力衛(wèi)星CHAMP、GRACE、GOCE等的發(fā)射,使得衛(wèi)星重力技術(shù)在固體地球物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、海洋測繪學(xué)、氣象學(xué)以及空間大地測量學(xué)等學(xué)科的研究中發(fā)揮出至關(guān)重要的作用。大地震發(fā)生時(shí)常常伴隨著地球深部構(gòu)造的變化以及地下介質(zhì)密度的改變。由于使用衛(wèi)星重力數(shù)據(jù)所獲得的時(shí)變重力場能夠反映地球的深部構(gòu)造特征,進(jìn)一步計(jì)算得到的布格重力異?？梢苑从车叵陆橘|(zhì)密度的不均勻變化,這使得利用衛(wèi)星重力技術(shù)研究地震發(fā)生時(shí)的時(shí)變重力場及布格重力異常變化特征成為了可能。由于龍門山斷裂帶地區(qū)處于青藏塊體和川東塊體的過渡地帶且多發(fā)大震,如汶川地震和蘆山地震,而尼泊爾地區(qū)處于印度洋板塊和亞歐板塊的過渡地帶且發(fā)生尼泊爾地震,考慮到龍門山斷裂帶地區(qū)和尼泊爾地區(qū)均受青藏塊體運(yùn)動的影響,且兩個(gè)地區(qū)均有大地震的頻繁發(fā)生,本文計(jì)算了龍門山斷裂帶地區(qū)和尼泊爾地區(qū)大震發(fā)生時(shí)的時(shí)變重力場及布格重力異常變化情況,以期研究大洋板塊交界帶地震與大陸內(nèi)部次級塊體間地震的共同點(diǎn)及差異。因此,本文利用衛(wèi)星重力測量技術(shù)對多震區(qū)域時(shí)變重力場與布格重力異常的變化進(jìn)行監(jiān)測,研究了與青藏高原構(gòu)造變形活動密切相關(guān)的區(qū)域的時(shí)變重力場的動態(tài)變化特征和布格重力異常的變化情況,探討了區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動與斷層活動的關(guān)系。主要工作和成果如下:(1)本文在介紹GRACE衛(wèi)星重力的基礎(chǔ)上,討論了衛(wèi)星重力數(shù)據(jù)處理的理論方法與策略,重點(diǎn)推導(dǎo)了時(shí)變重力場與布格重力異常的計(jì)算方法,包括地球重力場、濾波原理、勒讓德函數(shù)、GRACE衛(wèi)星計(jì)算時(shí)變重力場和布格重力異常的流程等。(2)自主編程實(shí)現(xiàn)了勒讓德函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)前向列推法的計(jì)算,編寫了基于GRACE月重力場模型計(jì)算時(shí)變重力場和重力異常的程序以及布格改正的程序,從而實(shí)現(xiàn)了對龍門山地區(qū)和尼泊爾地區(qū)時(shí)變重力場動態(tài)變化特征和布格重力異常變化的探索。(3)基于龍門山地區(qū)2008年與2013年的GRACE月重力場模型數(shù)據(jù),結(jié)合該地區(qū)的地殼運(yùn)動特征與地震活動情況,計(jì)算了龍門山地區(qū)時(shí)變重力場的變化情況,以及該地區(qū)重力異常的月變化與十年重力異常的變化情況。結(jié)果表明,從震前、震中到震后,龍門山斷裂帶地區(qū)時(shí)變重力場相應(yīng)呈現(xiàn)“負(fù)-正-負(fù)”的變化趨勢,結(jié)合地幔對流學(xué)說,推測其原因是,兩次地震震前,斷裂帶區(qū)域震前殼幔物質(zhì)較少且增速較慢,震中殼幔物質(zhì)增多且增速變快,而震后殼幔物質(zhì)變少增速變慢,這可能是震后位場變化回復(fù)理論的印證。(4)根據(jù)龍門山斷裂帶地區(qū)十年的布格重力異常變化得出,從2006到2015的十年之中,靠近西部青藏高原的斷裂帶西部地區(qū)總體以負(fù)異常為主,靠近東部四川盆地的部分總體以正異常為主,而龍門山地區(qū)基本處于二者的過渡范圍中。推測是由于青藏高原物質(zhì)流的東南向逃逸對龍門山斷裂帶地區(qū)造成的推擠導(dǎo)致的。(5)基于尼泊爾地區(qū)2015的月重力場數(shù)據(jù),結(jié)合該地區(qū)的地殼運(yùn)動特征與歷史地震活動情況,計(jì)算了尼泊爾地區(qū)時(shí)變重力場的變化情況,以及該地區(qū)重力異常的月變化與十年變化情況。對尼泊爾地區(qū)時(shí)變重力場分析后發(fā)現(xiàn),尼泊爾地區(qū)殼幔物質(zhì)變多且物質(zhì)增速快的地區(qū)呈現(xiàn)出由西北方向向東南方向轉(zhuǎn)移的趨勢。(6)分析尼泊爾地區(qū)2015年布格重力異常的月變化情況推測,尼泊爾地區(qū)北部處于負(fù)異常狀態(tài),這從側(cè)面說明了由于印度洋板塊對歐亞板塊的碰撞擠壓而產(chǎn)生的強(qiáng)烈擠壓應(yīng)力使得喜馬拉雅地區(qū)長期處于俯沖擠壓的狀態(tài),而包括加德滿都在內(nèi)的南部地區(qū)表現(xiàn)為正異常,則說明了尼泊爾地震引發(fā)了該地區(qū)板塊的拉張,推測這與尼泊爾地區(qū)內(nèi)部斷層出現(xiàn)的南北