2011年3月11日日本东北-近海M9.0地震之前的地表位移-论文

关 键 词 地 表位 移 ； 全 球 定 位 系统 ；希 尔 伯 特 一 黄变换 ； 东北一 近海 地震 中 图分 类 号 ： Ｐ ３ ｌ ５ ． ７ ２ ５ 。Ｐ ２ ２ ８ ． ４ ； 文 献 标 识 码 ：Ａ；ｄ ｏ ｉ ｎ ． ０ ２ ３ ５ — ４ ９ ７ ５ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ６ ． ０ ０ ３
日本 ， 并在 距 离震 中 ７ ５ ｋ ｍ 的地方 形成 了一块 受阻 的 区域 （ ４ ２ 。 Ｎ， １ ４ ２ 。 Ｅ ） 。本研 究还 将水
平位 移 与从残 余 ＧＰ Ｓ资料得 到 的垂 直 位 移 结合 构 建 全 面 的 图像 ，用 来判 断俯 ） 中带破 坏
性 地 震 的地 表 形 变 。
２ ）国 家 地 震 工 程 研 究 中 心 ，台 北 １ ０ ６
３ ）国立 中央大 学太 空科 学研究 所 ，中坜 ３ ２ ０ ４ ）太 空及遥 测研 究 中心 ，国立 中央大 学 ，中坜 ３ ２ ０
５ ）千 叶大学科 学 研究 生 院 ， 稻毛 ， 千叶 ２ ６ ３ — ８ ５ ２ ２ ，日本
全 相反 的 旋 转 ，并 与 地 震 弹性 回跳 理 论 一
这个地 震发 生在鄂 霍 次克海 板 块 和太 平洋 板 块 的边 界 ， 被 科 学 家们 称 为 东 北一 近海地震。
震 源 机制 解 显 示 东 北一 近 海 地 震 是 逆 冲 型 地 震 ，断 层 走 向 为 ２ ０ ２ 。 ，倾 角 为 １ Ｏ 。 ，斜 度 为
剧 烈 的下沉 。大地震 引起 的同震 和震 后 效 应 应 该保 持 很长 一 段 时间口 ∞ ］ 。然 而 ，在 ７ ． ３ 级 前震 的情 况下 ，明显 的 同震 和 震后 效 应 迅
速 减轻 了。这 种突然 的减 轻 可能 来 自于 即将 到来 的更大 的 ９级地震 ，亦 或来 自于使 用 数
１ ２ ４ ３ 个 地 面 ＧＰ Ｓ台站 Ｅ ｌ ２ ０ １ ０年 １ 月 １日至 ２ ０ １ １年 ３月 １ ０ 日间 的地 表 位 移 资 料 ，检 验 及 了解 东 北一 近 海 地 震 孕 震 过 程 中的 应 力 扰 动 。由 Ｃ ｈ ｅ ｎ等 口 提 出 的这 个 方 法 被应 用 来
６ ）电气 通信 大学 信息 工程 研究 院通 信工程 及信 息学 系 ， 调 布 ，东京 ，日本
７ ）电气 通信 大学 地震 电磁 研究 站 ，调 布 ，东京 ，日本
８ ）中央研究 院地 球科 学研 究所 ，台北 １ １ ５
９ ）国立 台北 大学 不动 产 与城 乡环境 学系 ， 新 台北 ２ ３ ７
近的方 向，且 与即将 发 生 的逆 冲型 地震 的最 大水平 应力 轴 角 度 一致 。同时 ， 这 个 方 向与 逆 断层 的走 向正交 并且 在震 前 和震 后 产生 完
窗。 计 算空 间 移 动 窗 内 ，每 两个 观 测 站 之 间
的 ＧＰ Ｓ方 向 角 之 差 的 平 均 。计 算 所 得 的
了大 量垂 直方 向 的残 余 ＧＰ Ｓ数据 ， 并 进一 步 结合水 平方 向角 得 到 全面 的图像 ，并 以此来 比较 东 北一 近海 地震 的震 源 机 制 参 数 及 了解
与俯 冲带 地震相 关 的地壳 运动 的演 化过程 。
Ｇ Ｐ Ｓ是 一种 观测 应力 扰动导 致地 表形 变 的常见 测 量 方 法 。Ｃ ｈ ｅ ｎ等口 胡用 ２ ０ ～１ ５ Ｏ天 周 期 的 带 通 滤 波 器 ，采 用 希 尔 伯 特一 黄 转 换［ 】 。 ，以下 简称 ＨＨＴ（ 译者 注） ，有 效 减
２ ０ １ １年 ３月 １ １日 日本 东北一 近海 Ｍ９ ． ０ 地震 之 前 的 地 表位 移 ＊
陈界宏＂ 温 士 忠 刘 正彦 。 ’ 服 部 克 巳 韩 鹏
芳 原 容 英
汪 中和。 叶大纲” 颜 宏 元
１ ）国立 中正 大 学地球 与 环境科 学 系 ， 嘉义 ６ ２ １
示 ，由残 余地 表位 移推 断 出的南 向运 动 与东北一 近 海地 震 断层 的走 向一致 ，并且 在震 前第
６ ５天 变得尤 为 明显 。这项 观 测 显示 剪 应 力在 东 北一 近 海地 震 的潜伏 期 非 常重 要 。在 震 前
第４ ７天 ， 西 向的地 壳运 动 与最 大水平 压 应力 轴 的角度 一致 ， 该 向西运 动范 围涵盖 了整个
引 言
日本 坐 落 在 环 太 平 洋地 震 带 的西 北 缘 。
五大 板块 间 强烈 的 相互 运 动 （ 即欧 亚 大 陆板
收稿 日期 ：２ ０ １ ４ － ０ ４ — １ ０ 。
块 、阿穆 尔 板块 、鄂 霍 次 克 海 板 块 、太 平 洋 板块 、 菲 律 宾 海 板 块 ；见 图 １ ） ［ 。 形 成 复 杂
部 和 东 北 部 分 可 以发 现 残 余 Ｇ Ｐ Ｓ的方 位 角 分 别朝 向东 南 、南 和 西 南 方 向 。在 同 一 时 期 ，图 ３显示 跨越 鄂霍 次 克海 和 阿 穆尔 板 块 的显著 隆起 。这 些分 析 结 果 表 明 ，向南 应 力
的海 啸 ，并夺 走 了超过 ｌ Ｏ ０ ０ ０人 的生命 。
时 ，残余 位 移 的变化 与地 下 水 水 位 的上 升 ∞∞ ∞∞∞ ∞∞∞ ∞
０ ０ ０
㈣０ 珊芎 ； 亏 ｝ 铷 瑚咖
及／ 或 下降有 关 。 本 研究 中 ， 我们 使 用 Ｅ ｔ 本 国土 地理 院 的
现 ，１ ９ ９ ９年 ９月 ２ ０日台湾 集集 ７ ． ６级 地 震
许 多研 究报告 指 出 ，同震 位 移 主要 在
ｌ本 的东部 （ Ｅ 即≥ １ ３ ９ 。 Ｅ ） ］ 。日本海 上保 安
厅估计 此 次 同震 位 移 是 东 向 ２ ２ ｍ，南 向
１ ０ ｍｌ 】
。
海 底 强 烈 的 同震 位 移 引起 了 巨大
消 除所 有 台站南 北 、 东 西 和垂 直 ３轴 的 ＧＰ Ｓ
数据 中 的长 期板 块 运 动 、短 期 噪音 以及 与频 率（ 即半 年及年 周期 ） 相关 变 化 的影 响 。南 北
及东 西 方 向 的残 余 Ｇ Ｐ Ｓ数 据用 来 计 算 水 平 方 向角 的方 向（ 即 ＧＰ Ｓ方 向角） 。同时也 分析
第 ６ 期（ 总第 ４ ２ ６期 ）
２ ０ １ ４年 ６月
国
际
地
震
动
态
Ｎｏ． ６（ Ｓｅ ｒ ｉ ａ １ Ｎｏ ．４ ２ ６）
Ｒｅｃ ｅ ｎｔ Ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎ Ｗ ｏｒ ｌ ｄ Ｓｅ ｉ ｓ ｍ ｏｌ ｏ ｇｙ
Ｊ ｕ ｎ ｅ ，２ ０ １ ４
１ ０ ）国立 中央大 学地球 物 理研究 所 ，中坜 ３ ２ ０
摘 要 本研 究利用 １ ２ ４ ３个 架 设 于 日本 地 面 的 ＧＰ Ｓ台站 所 取 得 的每 日地 表 位 移资
料 ，来揭 示 ２ ０ １ １ 年 ３月 １ １ 日毁 灭 性 的 Ｍ９东 北一 近 海 地 震 前 的地 表 位 移 。研 究 中用 ＨＨＴ（ 希 尔伯 特一 黄） 带 通 滤 波 扣 除 长 期 板 块 运 动 、短 期 噪 音 及 与频 率 相 关 的 变化 的影 响 ，所得 的 残余位 移 资料 与东 北一 近 海地 震 相 关 的震 源机 制参 数 进 行 比对 。分 析 结 果 显
图１ 日本 １ ２ ４ ３个 Ｇ Ｐ Ｓ台 站 的 位 置 。本 文 使 用 的 ＧＰ Ｓ台 站 （ 红点 ） 标 于 地 表 高 程 底 图 之 上 ，震 源机制从 Ｕ Ｓ Ｇ Ｓ报 告 中 取 得 。 根 据 Ｒ ｏ ｂ ｉ ｎ ｓ ｏ ｎ 和 Ｍｃ Ｇ ｉ ｎ ｔ ｙ ￣ 的方 法 ， 主轴 Ｐ （ 压缩 轴 ） 大约为 １ １ ５ 。
９ ０ ｏ Ｉ
。
致 ］ 。Ｃ ｈ ｅ ｎ等 使 用 台湾 １ ０ ０个 Ｇ Ｐ Ｓ观测
站 数据 推导得 到 的残 余 位 移方 向 ，构建 了地
表残 余 位移 的时 空地 图 ， 用 以全 面 了解 孕震
过 程 中的应力 扰 动 。在 台湾 的许 多逆 冲型 地 震 中，能反 复观 测 到水 平 残余 运 动 与地 震参 数（ 即断 层 走 向 、地 震 位 置 、最 大 压 应 力 轴 等） 之 间 的一 致 性 。同 时 ，透 过 物 理 机 制 发
ＧＰ Ｓ平均 角 度 差 的 倒 数 ，并 用 于 建 立 Ｇ Ｐ Ｓ
第 ６ 期
陈 界宏 等 ： ２ ０ １ １ 年 ３ 月 １ １日 日本 东 北 一 近 海 Ｍ９ ． ０地 震 之 前 的地 表 位 移
ｔ ａ等人 研究 日本 地 表 位 移 资 料 的 时 间 序 列 变化 ，发 现 ２ ０ １ １年 １月 水 平 分 量 有 明 显 的异 常变 化 。原始 数据 中 出现异 常 变化 的时 间（ 即２ ０ １ １年 １月 ） 与 那 些从 残 余 数 据 中得 到 的异 常 时 间是 一 致 的 。
的地 质 构 造 ，并 且 产 生 了 许 多 毁 灭 性 的 地 震 。在 ２ ０ １ １年 ３月 １ １日 ０ ５ ： ４ ６ ： １ ８ ＵＴ，一 个毁灭 性 的 ９ 级 地震 发生在 日本本 州 岛 的东
国
际
地
震
动
态
北 海岸 ，宫城县 附 近 （ ３ ８ ． １ ０ 。 Ｎ，１ ４ ２ ． ８ ６ 。 Ｅ ） 。
值 得一 提 的 是 ，与地 震 参 数 （ 即 断层 走 向和最 大水平 压应 力轴 ） 相 关 的 ＧＰ Ｓ方 位 角
的涵盖 范 围要 比利用 同震效 应所 估计 的范 围 大 很多 。 Ｄｏ ｂ ｒ ｏ ｖ ｏ ｌ ｓ ｋ ｙ等Ｉ ３ 朝 利 用 地 表 形 变构
建 地震 孕育 区 的半径 和震级 大小 之 间的关 系 表 明 ，一 个 ９级 的 地 震 对 应 的 半 径 约 为