利用GRACE重力衛(wèi)星數(shù)據(jù)研究區(qū)域時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)點愈來愈得到廣大地學工作者的重視。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、地質(zhì)學、海洋測繪學、氣象學以及空間大地測量學等學科的研究中發(fā)揮出至關(guān)重要的作用。大地震發(fā)生時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)所獲得的時變重力場能夠反映地球的深部構(gòu)造特征,進一步計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)生時的時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)均受青藏塊體運動的影響,且兩個地區(qū)均有大地震的頻繁發(fā)生,本文計算了龍門山斷裂帶地區(qū)和尼泊爾地區(qū)大震發(fā)生時的時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)域時變重力場與布格重力異常的變化進行監(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,重點推導(dǎo)了時變重力場與布格重力異常的計算方法,包括地球重力場、濾波原理、勒讓德函數(shù)、GRACE衛(wèi)星計算時變重力場和布格重力異常的流程等。(2)自主編程實現(xiàn)了勒讓德函數(shù)標準前向列推法的計算,編寫了基于GRACE月重力場模型計算時變重力場和重力異常的程序以及布格改正的程序,從而實現(xiàn)了對龍門山地區(qū)和尼泊爾地區(qū)時變重力場動態(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)的地殼運動特征與地震活動情況,計算了龍門山地區(qū)時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)時變重力場相應(yīng)呈現(xiàn)“負-正-負”的變化趨勢,結(jié)合地幔對流學說,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)的地殼運動特征與歷史地震活動情況,計算了尼泊爾地區(qū)時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