地星学院魏东平课题组讨论了GRACE卫星重力观测结果和地震活动性参数b值之间的关系

  • 撰稿人:孙鹏超
  • 日期:2024-06-12
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  南美板块西边缘是一个地质活动高度活跃的区域,其中纳兹卡板块以约7 cm/yr的速度持续俯冲至南美板块下方,加之北面受到加勒比板块的动力作用、西南受到南极板块约2 cm/yr 的推动以及大西洋中脊扩张的挤压等,这些因素共同作用导致了南美板块西边缘的频繁地震和火山活动、构造应力变化以及地壳变形,这使其成为地球科学研究的热点区域。在过去的二十多年里,南美安第斯山脉中南段发生了多次地震,其中部分地震信息可以被已发射的卫星进行观测捕捉,特别是GRACE 重力卫星已被论证在理论上可以探测震级大于Mw=7.5 引张源或大于 Mw=9.0 剪切源地震。目前b值也已经被广泛应用于地震发生地区的地震活动性和区域构造活动等的分析中,成为研究地震活动的重要指标。通过卫星观测和地震数据分析,研究学者可以了解地震活动性、地壳变形和重力变化,不断深化对该地区地质过程的理解。

  中国科学院大学(简称“国科大”)博士生导师、中国科学院大学地球与行星科学学院魏东平课题组选取了南美西边缘区域分析了主成分分析(PCA)/独立成分分析(ICA)在 GRACE 数据中地震信号的分离能力,探讨大地震前后的重力变化特征。同时基于震级-频度关系,利用极大似然估计得到研究区b值的时空特征,并讨论了b值与地震分布、重力变化之间的关系。结果表明:(1)ICA/PCA数学方法均能够有效的从GRACE数据中分离出地震相关信号。与PCA相比,ICA分离结果更能反映与地震b值变化之间的关系。(2)研究期间,b值平均大小约为0.66,所选的M>6.5地震前后主要表现为震前b值的降低趋势;在空间分布上,地震主要沿着南美板块西边缘分布,在这些地震汇聚区,b值主要对应于低值结果,与应变率模型结果具有很好一致性。(3)b值与GRACE分离信号在时间序列和趋势变化上表现出较好的相关性,此外GRACE 信号在大地震之前逐渐积累,而较小的地震也逐渐向同一区域收敛。本研究扩展GRACE数据在地震研究方面的应用。

  上述研究成果于2024年4月以“The relationship between GRACE gravity and the seismic b-value: a case study of the Northern Chile Triple Junction (25° S-40°S)”为题发表在Geophysical Journal International期刊。国科大地星学院孙鹏超博士研究生(培养单位:地球与行星科学学院)为本文的第一作者,魏东平教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目的资助。

  全文链接:  https://doi.org/10.1093/gji/ggae116