利用远场GPS观测修正东日本9.0级地震断层滑动模型

王武星孙文科武艳强顾国华1）中国地震局地震预测研究所，北京 1000362）中国科学院计算地球动力学重点实验室，北京 100049

利用远场GPS观测修正东日本9.0级地震断层滑动模型

王武星1)孙文科2)武艳强1)顾国华1)
1）中国地震局地震预测研究所，北京 100036
2）中国科学院计算地球动力学重点实验室，北京 100049

真实的地震断层滑动模型（简称地震模型）和介质参数决定了同震变形影响方式和范围，同震变形对于认识和理解地震孕育的前兆信息具有重要意义。通常人们利用GPS近场位移资料研究同震位错变形，或者结合远场和近场资料，但远场资料往往不发挥作用。在此利用GPS观测的2011年东日本Mw9.0地震同震变形，研究大范围同震位移的分布规律和特性，地球介质参数对于远场同震变形模拟结果的影响；从众多地震模型中判断最接近真实情况模型的方法；尤其是远场同震位移对地震模型的敏感性或约束作用。

利用“中国大陆构造环境监测网络”GPS基准站和周边IGS站地震前后各1周的数据，采用GAMIT/GLOBK和QOCA软件计算获得该地震的远场同震位移。取北纬31°～ 45°N之间GPS站水平位移东向分量，共136个站的数据，得到其沿经度方向的分布，随着离震中距离越来越远，GPS东向位移呈现随指数函数衰减的特征。依据指数函数拟合，考虑GPS解算精度估算该巨大地震的远场同震水平位移影响距离约达3 200 km。为了理论模拟同震变形，选取具有代表性的四个地震模型，包括Hayes2011、Shao等2011、Wei等2011和Wei等2012模型，利用球形分层地球位错理论模拟计算该地震的同震水平位移，并与GPS观测值进行比较。以PREM模型为基础，改变地球分层介质参数，分析其对模拟结果的影响。利用模拟值与观测值的RMS误差最小原则判断最优地震模型。

结果表明，在选取的地球介质参数使得地震模型的地震矩与其反演时的量值一致时，模拟值与观测值符合较好，在理论模拟同震位移时要充分考虑地球介质参数对地震矩的缩小或放大作用。即便在这种情况下二者仍有一定的偏离，并未达到最佳符合程度，RMS值也并非都最小。这表明各地震模型的地震矩与实际具有一定偏差。近场GPS同震位移对于地震模型的滑动分布等细节具有很强的约束作用，而远场GPS同震位移随着离震中距离的增加，与模型的滑动分布等细节逐渐解耦，地震破裂近似点源。进行的理论和实际计算验证，在解算精度保障下，远场GPS同震位移对地震模型的总地震矩敏感，可以用于有效约束地震破裂反演时的地震断层滑动总量。

为充分发挥远场和近场同震位移的这些特性，提出了一种有效组合远、近两种位移场来研究大地震同震位错变形的新思路和方法。在地震模型反演时利用近场GPS同震位移约束断层滑动分布的细节，利用远场GPS同震位移约束或修正地震断层滑动总量。基于这种思路和方法，对上述东日本地震的地震模型进行了修正，选择合适的地球介质参数，通过放大或缩小地震矩，使模拟值与观测值符合达到最佳，即RMS最小。四个地震模型计算结果的最小RMS误差是有差异的，其中Wei等2012模型的RMS误差是最小的，认为该模型是其中的最优模型。实际上，Wei等2012模型是利用日本本岛的强震记录波形、陆地和海底GPS观测等资料反演获得。这验证了组合远、近两种位移场研究大地震同震位错变形方法的有效性。