2008年汶川7.9级地震后的粘弹性松弛与余震滑移现象

《Journal of Geodynamics》：Viscoelastic relaxation and afterslip following the 2008 M w 7.9 Wenchuan earthquake

本文构建了东部藏区三维粘弹性有限元模型，通过四种流变模型（Maxwell、Kelvin、Poynting-Thomson、Burgers）模拟2008年汶川地震后震变形。结果表明Burgers模型拟合最佳，但近震区早期变形不足，结合后滑模型可有效解释。最优粘度为下地壳7×101? Pa·s，上地幔6×101? Pa·s。

　　地震后的变形现象对于深入理解地壳的流变结构以及地质动力学过程具有重要意义。特别是对于大型地震而言，其引发的长期和广泛变形提供了独特的研究机会。本研究以2008年汶川地震（Mw 7.9）为例，构建了一个三维的粘弹性有限元模型，用于模拟地震后的变形过程。通过使用四种不同的流变模型（Maxwell、Kelvin、Poynting-Thomson 和 Burgers），我们评估了这些模型在解释汶川地震后变形方面的适用性。研究结果表明，在这四种模型中，Burgers 模型在拟合汶川地震后变形方面表现最佳，但在地震破裂区附近的早期变形仍然存在一定的缺失。随后，我们还分析了滑动（afterslip）对地震后变形的影响，并使用三种不同的滑动模型进行了研究。结果表明，滑动在地震后早期变形中起主导作用，尤其是在地震破裂区的近场区域。结合滑动和最优粘弹性模型，可以更全面地解释汶川地震的地震后变形。此外，Songpan-Ganzi 块的中下地壳和上地幔的稳态粘性分别为7×10^18 Pa·s 和 6×10^19 Pa·s。

地震后变形是一个复杂的地质过程，它涉及地震发生后地壳内部应力的重新分布。这种重新分布通常表现为地表的持续变形，随着时间的推移逐渐减弱。在汶川地震之后，研究人员通过各种观测手段，如GPS和InSAR，记录了地震后地壳的变形情况。这些数据不仅帮助我们理解地震后的地质动力学过程，还为研究断层滑动行为和地壳的流变特性提供了重要依据。同时，地震后变形的研究也对评估后续地震灾害具有关键作用。

在过去的几十年中，研究人员通过不同的方法和模型，对地震后变形进行了深入探讨。早期的三角测量技术揭示了地震后数十年的地表变形情况，为研究地壳流变结构奠定了基础。随着现代空间大地测量技术的快速发展，如GPS和InSAR，这些技术在监测地震后地壳位移方面发挥了重要作用。基于这些观测数据的后续研究不仅加深了我们对地震后变形过程的理解，也显著提升了对断层滑动行为和地壳流变结构的认识。

目前，研究人员提出了三种主要机制来解释地震后变形，包括粘弹性松弛、滑动和孔隙弹性回弹。粘弹性松弛是指地震后，中下地壳和上地幔中的剩余应力和变形通过粘弹性机制缓慢释放，这一过程具有时间依赖性和大尺度特征。滑动通常发生在地震后的早期阶段，它源于地震破裂造成的应力扰动，从而引发地震破裂区附近的缓慢位移。孔隙弹性回弹则是指地震后，地壳岩石在弹性范围内恢复，使得内部孔隙结构逐渐调整到地震前的状态。

尽管这三种机制的结合能够较好地解释大型地震的地震后变形，但由于地球的不可接近性和复杂的地球系统，导致了多种模型的出现，用于解释地震后变形。例如，在计算地震引发的粘弹性松弛时，通常假设地壳表现为某种线性流变模型（如Maxwell、Kelvin、Poynting-Thomson 或 Burgers）进行近似。然而，使用特定时间点的地表变形数据可能无法唯一确定一个流变模型，因为不同的流变模型可以产生高度相似的地表变形。因此，针对特定区域的地壳流变模型的研究仍然存在诸多问题值得探讨。

2008年汶川地震发生在龙门山断裂带（LMSF），造成了约240公里的地表破裂和最大滑移约10米。这场地震造成了巨大的经济损失和人员伤亡，促使了对这一地区的广泛研究。汶川地震是大陆中国记录最完善的地震之一，具有最全面、最丰富和最高精度的变形场。通过86个周围站点的连续GPS观测，研究人员记录了地震后9年的变形演化过程，为研究东部青藏高原的地壳流变结构和地质动力学过程提供了独特的机遇。

本研究中，我们开发了用于四种粘弹性流变模型的三维有限元代码，以模拟粘弹性松弛过程。我们建立了东部青藏高原的三维粘弹性有限元模型，以模拟汶川地震后的变形，并使用了地震后9年的GPS数据作为约束条件。此外，我们还通过三种不同的滑动模型（应力驱动滑动模型、运动学滑动模型和几何矩滑动模型）计算了汶川地震的滑动情况。我们试图评估东部青藏高原地壳的最优流变模型，并为汶川地震的地震后变形提供最合理的解释。

模型的构建基于已有的研究和活动构造块理论，将模型水平划分为三个块：华南块、松潘-甘孜块和四川-云南块。垂直方向上，模型包括弹性层和粘弹性层。通过这种方式，我们能够更准确地模拟地震后的变形过程，并评估不同流变模型在解释地壳流变结构方面的适用性。此外，我们还分析了不同滑动模型对地震后变形的影响，以进一步理解地震后变形的机制。

本研究的成果表明，Burgers 模型在解释汶川地震后的变形方面表现最为优越，而滑动在地震后早期变形中起着关键作用。这说明在研究地震后变形时，需要综合考虑多种机制的影响，而不是单一模型。通过将这些机制结合，可以更全面地解释地震后的变形现象，并为后续地震灾害的评估提供依据。此外，研究还揭示了不同流变模型在模拟粘弹性松弛过程中的相似性，以及它们在不同时间尺度上的表现差异。

通过这一研究，我们不仅能够更好地理解地壳的流变特性，还能够揭示地震后变形的复杂机制。这些发现对于未来的地震研究和地质灾害评估具有重要意义。同时，这一研究也为其他地震后变形的研究提供了参考，展示了如何通过综合多种模型和观测数据，来更准确地模拟和解释地震后的变形过程。这些方法和模型的应用，有助于提高我们对地震机制和地壳动力学过程的理解，为地震预警和灾害预防提供科学支持。