利用遠場GPS觀測修正東日本9.0級地震斷層滑動模型

王武星孫文科武艷強顧國華1）中國地震局地震預測研究所，北京 1000362）中國科學院計算地球動力學重點實驗室，北京 100049

利用遠場GPS觀測修正東日本9.0級地震斷層滑動模型

王武星1)孫文科2)武艷強1)顧國華1)
1）中國地震局地震預測研究所，北京 100036
2）中國科學院計算地球動力學重點實驗室，北京 100049

真實的地震斷層滑動模型（簡稱地震模型）和介質參數決定了同震變形影響方式和范圍，同震變形對于認識和理解地震孕育的前兆信息具有重要意義。通常人們利用GPS近場位移資料研究同震位錯變形，或者結合遠場和近場資料，但遠場資料往往不發揮作用。在此利用GPS觀測的2011年東日本Mw9.0地震同震變形，研究大范圍同震位移的分布規律和特性，地球介質參數對于遠場同震變形模擬結果的影響；從眾多地震模型中判斷最接近真實情況模型的方法；尤其是遠場同震位移對地震模型的敏感性或約束作用。

利用“中國大陸構造環境監測網絡”GPS基準站和周邊IGS站地震前后各1周的數據，采用GAMIT/GLOBK和QOCA軟件計算獲得該地震的遠場同震位移。取北緯31°～ 45°N之間GPS站水平位移東向分量，共136個站的數據，得到其沿經度方向的分布，隨著離震中距離越來越遠，GPS東向位移呈現隨指數函數衰減的特征。依據指數函數擬合，考慮GPS解算精度估算該巨大地震的遠場同震水平位移影響距離約達3 200 km。為了理論模擬同震變形，選取具有代表性的四個地震模型，包括Hayes2011、Shao等2011、Wei等2011和Wei等2012模型，利用球形分層地球位錯理論模擬計算該地震的同震水平位移，并與GPS觀測值進行比較。以PREM模型為基礎，改變地球分層介質參數，分析其對模擬結果的影響。利用模擬值與觀測值的RMS誤差最小原則判斷最優地震模型。

結果表明，在選取的地球介質參數使得地震模型的地震矩與其反演時的量值一致時，模擬值與觀測值符合較好，在理論模擬同震位移時要充分考慮地球介質參數對地震矩的縮小或放大作用。即便在這種情況下二者仍有一定的偏離，并未達到最佳符合程度，RMS值也并非都最小。這表明各地震模型的地震矩與實際具有一定偏差。近場GPS同震位移對于地震模型的滑動分布等細節具有很強的約束作用，而遠場GPS同震位移隨著離震中距離的增加，與模型的滑動分布等細節逐漸解耦，地震破裂近似點源。進行的理論和實際計算驗證，在解算精度保障下，遠場GPS同震位移對地震模型的總地震矩敏感，可以用于有效約束地震破裂反演時的地震斷層滑動總量。

為充分發揮遠場和近場同震位移的這些特性，提出了一種有效組合遠、近兩種位移場來研究大地震同震位錯變形的新思路和方法。在地震模型反演時利用近場GPS同震位移約束斷層滑動分布的細節，利用遠場GPS同震位移約束或修正地震斷層滑動總量。基于這種思路和方法，對上述東日本地震的地震模型進行了修正，選擇合適的地球介質參數，通過放大或縮小地震矩，使模擬值與觀測值符合達到最佳，即RMS最小。四個地震模型計算結果的最小RMS誤差是有差異的，其中Wei等2012模型的RMS誤差是最小的，認為該模型是其中的最優模型。實際上，Wei等2012模型是利用日本本島的強震記錄波形、陸地和海底GPS觀測等資料反演獲得。這驗證了組合遠、近兩種位移場研究大地震同震位錯變形方法的有效性。