第一章  緒論

1.1 研究背景與意義
中小地震震源參數(shù)特征的研究以及中小地震應(yīng)力降時空演化特征的研究，一直活躍于地震學(xué)的研究領(lǐng)域中。對中小地震應(yīng)力降時空演化特征的研究主要是探求中小地震應(yīng)力降的時間變化過程及其空間分布特征與未來發(fā)生大地震的關(guān)系，從而探索強震發(fā)生的時間及空間的前兆信息。因此，中小地震的震源參數(shù)的計算與研究及其對時空分布特征的分析勢必可以對強震發(fā)生的時間及地點的預(yù)測提供重要依據(jù)。所以為了深入認識地震的孕育發(fā)生過程，探討該地區(qū)地震的發(fā)震機制、估計地震趨勢、對未來發(fā)生大震的預(yù)測以及地震的危險性評估而對震源參數(shù)進行研究都具有實際意義。 目前，陜西省地震震源物理參數(shù)的系統(tǒng)計算和研究較少，本文對陜西省地震震源物理參數(shù)進行系統(tǒng)計算和研究對深入認識陜西省地震的孕育發(fā)生過程及地震預(yù)測研究有重要的意義。 當前計算震源物理參數(shù)的軟件還比較少，部分軟件使用繁瑣，最為人熟知的是PITSA 軟件，雖然該軟件十分成熟，但是該軟件只能應(yīng)用于 DOS、Linux 操作系統(tǒng)下。所以本文的重點在于開發(fā)一款界面友好、性能穩(wěn)定的在 Windows 操作系統(tǒng)下運行的計算震源物理參數(shù)軟件。
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1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
研究者們之所以引進一些表征震源的物理參數(shù)，例如地震矩、應(yīng)力降、平均位錯、震源等效半徑等是因為彈性位錯理論用于地震震源的破裂的研究及其地震波輻射問題，在引進了震源的物理參數(shù)之后便使得人們對震源有了更加深刻的認識[1,2]。自 20 世紀70 年代以來，震源破裂過程的研究以及震源參數(shù)的測定越來越成為地震研究中的一項重要課題，并取得了重要進展。在國內(nèi)，陳運泰等（1976）根據(jù)一個適合中、小地震的圓盤位錯模式，采用P波初動振幅與半周期同時測定介質(zhì)的Q值、震源等效半徑、應(yīng)力降、地震矩與平均位錯的方法，并廣泛為研究者所用，特別是在通常只能得到一個臺站的可靠記錄時尤為方便[3]。朱傳鎮(zhèn)（1977）使用圓盤破裂震源模型，選用單臺或多臺短周期、地震震中分布較近的地震記錄，利用P波初動半周期測定震源等效半徑和應(yīng)力降[4]。周克森（1985）采用了一個非均勻的破裂位錯模式，由于考慮到介質(zhì)與儀器系統(tǒng)的影響，計算了它在不同輻射方向的P波初動位移半徑與半周期，在采用 1/4 周期測定介質(zhì)的Q值和球面擬合震源機制解的基礎(chǔ)上，給出了一個將震源段層面作為被測參數(shù)的一部分，并同時考慮它對其它被測參數(shù)的影響，從而獲得單個小震的震源機制與震源參數(shù)的相應(yīng)解的聯(lián)合測定方法[5,6]。金亞夫等（1987）取多臺的垂直向P波和水平向S波地震記錄，作路徑校正與消除系統(tǒng)頻響，利用Brune圓盤位錯模式分別計算了P波和S波的多臺平均震源參數(shù)，并對計算結(jié)果進行了對比[7,8]。韋士忠等（1987,1989,1992）利用遠場P波位移振幅譜計算了小震震源參數(shù)，并分析了應(yīng)力降隨時間的變化[9,10,11]。孫勇等（1991，1995）為消除用波譜分析求解震源參數(shù)和介質(zhì)衰減特性過程中的不確定因素的影響，發(fā)展了一種體波譜的反演方法，對介質(zhì)衰減特性和震源參數(shù)進行了聯(lián)合反演[12,13]。周榮茂、陳運泰等（1999）利用矩張量反演得到北部灣以及海南東方震群的震源機制[14,15]。劉杰等（2003）提出了利用遺傳算法聯(lián)合反演非彈性衰減系數(shù)、場地響應(yīng)和震源參數(shù)的方法[16]。
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第二章 震源參數(shù)的研究

2.1 布龍圓盤位錯模式
Brune（1970）最先利用半理論、半經(jīng)驗的方法假設(shè)在位錯源各點上的錯矩都是均勻的并且是同時破裂的，從而得到圓盤型位錯輻射的橫波理論位移譜F(ω )，進一步發(fā)現(xiàn)橫波的理論譜的低頻趨勢接近于一常數(shù)，高頻趨勢F(ω )與ω-2成正比，高頻漸近線與低頻漸近線交點處的頻率為拐角頻率，進而可由S波的觀測震源頻譜的拐角頻率求得圓盤位錯源的半徑[17,18]。Hanks and Wyss（1972）假定P波頻譜的拐角頻率和P波波速的關(guān)系在形式上與S波一樣，無非是把公式中的S波波速換成了P波波速，即把Brune的S波結(jié)果推廣到了P波[19]。Savage（1972）依據(jù)不對稱雙側(cè)破裂模式的遠場位移譜，提出了ω-3震源模型[20]。O’Neill（1973）根據(jù)均勻介質(zhì)中的一個等效彈性球震源模式，通過簡單量取P波初動寬度的方法，測定了介質(zhì)的Q值、應(yīng)力降和震源尺度[21]。Aki andRichards（1980）提出用遠場地動位移頻譜測量法測定震源參數(shù)[22]。Nuttli（1983,1988）認為板間地震符合ω-2震源模型，而板內(nèi)地震更符合ω-3震源模型[23,24]。Eric（1987）則通過對地震序列采用經(jīng)驗格林函數(shù)進行研究后認為，板內(nèi)地震也很好地符合ω-2震源模型，同時應(yīng)力降是不隨地震矩變化的[25]。Shi（1998）對美國東北板內(nèi)地震利用Sg（包括Lg波）位移譜對拐角頻率和應(yīng)力降進行的研究表明，通過對儀器、路徑衰減校正后的震源譜與ω-2模型震源譜進行擬合，得到的拐角頻率與經(jīng)驗格林函數(shù)得到的拐角頻率非常接近。
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2.2計算公式
我們在使用各臺站記錄的地震波形資料時, 必須扣除地震波振幅隨距離的幾何擴散、非彈性衰減、場地響應(yīng)和儀器響應(yīng)等影響才能得到較真實的地震震源參數(shù)。品質(zhì)因子Q值也是進行震源參數(shù)計算時的一個重要的參數(shù)。對品質(zhì)因子的研究，自 20 世紀 60年代以來就開始利用天然地震資料研究品質(zhì)因子的機制與確定品質(zhì)因子的方法了，例如上升時間法、譜模型法、波列模型法、尾波法和三段幾何衰減模型方法。Yoshimoto等（1983）將尾波歸一化方法擴展到了P波，得到能同時測量P波、S波衰減的擴展尾波歸一化方法，并得到了與頻率有關(guān)的Qp-1和Qs-1[26]。2000 年，Shengjie Sun提出了一種全波形廣義線性反演計算品質(zhì)因子的方法，并將其運用到地面地震資料的品質(zhì)因子的求取[27]。2002 年，Changjun Zhang等利用了地震波頻譜峰值與主頻的關(guān)系，提出了一種逐層迭代計算品質(zhì)因子的解析方法-剝層法[28]。2004 年，Pavan Elapavuluri等人提出了互相關(guān)的方法，通過品質(zhì)因子的掃描，將經(jīng)過品質(zhì)因子濾波的子波與信號子波進行互相關(guān)，取使互相關(guān)達到最大值的品質(zhì)因子作為品質(zhì)因子估算值。Mitchell（1975）應(yīng)用雙臺法計算北美地區(qū)Rayleigh波的衰減和頻散[29]。Romanowicz（1975）用雙臺法計算了全球上地幔剪切波衰減[30]。Aki（1980）用S波尾波歸一化方法得到日本關(guān)東地區(qū)與頻率有關(guān)的S波衰減[31]。對于臺站場地響應(yīng)，Borcherdt（1970）假定基巖場地的場地效應(yīng)在感興趣的頻率范圍里是平的，通過把在沉積場地的觀測譜除以在基巖場地的觀測譜來估算[32]。Tsurugi等人（1997）介紹了估算場地響應(yīng)的一種新方法，通過對基巖場地的傳播效應(yīng)校正后的觀測譜與參考地的ω-2的震源模型的震源譜，用遺傳算法求解臺站的場地響應(yīng)。
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第三章 FocalParameter震源物理參數(shù)分析軟件的開發(fā)與使用...... 11
3.1 軟件的總體設(shè)計與結(jié)構(gòu)....... 11
3.2 文件操作功能與設(shè)計.....13
3.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理的功能與設(shè)計..........20
3.4 數(shù)據(jù)計算的功能與設(shè)計.......22
3.5 設(shè)置菜單的功能與設(shè)計.......23
3.6 幫助菜單的功能與設(shè)計.......24
3.7 控制面板區(qū)的功能與設(shè)計..........25
3.8 結(jié)果輸出的功能與設(shè)計.........30
3.9 程序封裝與軟件安裝......32
3.10 軟件中的快捷鍵列表....33
第四章 陜西省地震震源物理參數(shù)的確定......34
4.1 西安數(shù)字地震遙測臺網(wǎng).......34
4.2 震源物理參數(shù)計算步驟.......35
4.3 計算結(jié)果與分析........41
第五章 結(jié)論與下一步工作.....46
5.1 結(jié)論....46
5.2 下一步的工作 .....46

第四章  陜西省地震震源物理參數(shù)的確定

4.1 西安數(shù)字地震遙測臺網(wǎng)
本章分析數(shù)據(jù)采用 1997 年 7 月—2001 年 2 月西安數(shù)字地震遙測臺網(wǎng)。西安數(shù)字地震遙測臺網(wǎng)是我國首家全部采用國產(chǎn)設(shè)備的無線傳輸數(shù)字地震臺網(wǎng)，該臺網(wǎng)采用我國“八五”攻關(guān)生產(chǎn)的 FBS-3 型寬頻帶數(shù)字地震計和 EDAS-3 型數(shù)據(jù)采集器，其頻帶范圍為 0.05~20s，采樣率為每秒 50 個樣點，臺站部分資料見表 4.1。值得注意的是在截取波形之前如果已經(jīng)對波形做了任何預(yù)處理或?qū)Σㄐ芜M行了數(shù)值積分、微分操作則要先恢復(fù)原始波形，因為在之后的分析處理中會一并對波形進行預(yù)處理及相應(yīng)計算。在主界面控制面板中輸入起始時間與截止時間后點擊“顯示截取后的波形圖”按鈕，截取的波形圖顯示在此時打開的分析界面中。

結(jié)論

通過對大量的實測數(shù)據(jù)的計算，已證實軟件的計算正確性與實用性，實現(xiàn)了預(yù)期的開發(fā)目標�，F(xiàn)對本文的主要工作總結(jié)如下：
（1）敘述了震源物理參數(shù)基本理論與確定方法。
（2）分析總結(jié)了國內(nèi)外其他計算震源參數(shù)軟件的特點，并與 MATLAB 強大的圖形功能相結(jié)合，設(shè)計開發(fā)了基于 MATLAB 平臺的 Focal Parameter 震源物理參數(shù)分析軟件。它具有界面簡潔友好、靈活方便、操作簡單、穩(wěn)定安全、容錯性高等特點。
（3）Focal Parameter 震源物理參數(shù)分析軟件按照主要功能分類，可分為文件操作、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)計算、圖形顯示和結(jié)果輸出。文件操作功能實現(xiàn)對 EVT、SAC、DAT和 TXT 等文本文件的打開、關(guān)閉、保存、打印功能；數(shù)據(jù)預(yù)處理功能實現(xiàn)震中位置的輸入；數(shù)據(jù)計算功能實現(xiàn)對地震波形數(shù)據(jù)的積分、微分、計算地震基本參數(shù)以及震源物理參數(shù)計算功能；圖形顯示功能實現(xiàn)波形數(shù)據(jù)可視化；結(jié)果輸出功能實現(xiàn)震源物理參數(shù)結(jié)果的輸出、結(jié)果報告的輸出。
（4）使用 Focal Parameter 震源物理參數(shù)分析軟件，，分析計算了陜西地區(qū) 1997 年 7月至 2001 年 2 月間 61 個地震（ 1. 7≤≤4.8LM ）的震源參數(shù)。所得結(jié)果與前人研究基本一致，驗證了該軟件的計算正確性。
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參考文獻（略）