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(shí)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(duì)中小地震應(yīng)力降時(shí)空演化特征的研究主要是探求中小地震應(yīng)力降的時(shí)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(qiáng)震發(fā)生的時(shí)間及空間的前兆信息。因此，中小地震的震源參數(shù)的計(jì)算與研究及其對(duì)時(shí)空分布特征的分析勢(shì)必可以對(duì)強(qiáng)震發(fā)生的時(shí)間及地點(diǎn)的預(yù)測(cè)提供重要依據(jù)。所以為了深入認(rèn)識(shí)地震的孕育發(fā)生過程，探討該地區(qū)地震的發(fā)震機(jī)制、估計(jì)地震趨勢(shì)、對(duì)未來發(fā)生大震的預(yù)測(cè)以及地震的危險(xiǎn)性評(píng)估而對(duì)震源參數(shù)進(jìn)行研究都具有實(shí)際意義。 目前，陜西省地震震源物理參數(shù)的系統(tǒng)計(jì)算和研究較少，本文對(duì)陜西省地震震源物理參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算和研究對(duì)深入認(rèn)識(shí)陜西省地震的孕育發(fā)生過程及地震預(yù)測(cè)研究有重要的意義。 當(dāng)前計(jì)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(diǎn)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(yùn)行的計(jì)算震源物理參數(shù)軟件。
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1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
研究者們之所以引進(jìn)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(cuò)、震源等效半徑等是因?yàn)閺椥晕诲e(cuò)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(jìn)了震源的物理參數(shù)之后便使得人們對(duì)震源有了更加深刻的認(rèn)識(shí)[1,2]。自 20 世紀(jì)70 年代以來，震源破裂過程的研究以及震源參數(shù)的測(cè)定越來越成為地震研究中的一項(xiàng)重要課題，并取得了重要進(jìn)展。在國(guó)內(nèi)，陳運(yùn)泰等（1976）根據(jù)一個(gè)適合中、小地震的圓盤位錯(cuò)模式，采用P波初動(dòng)振幅與半周期同時(shí)測(cè)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(cuò)的方法，并廣泛為研究者所用，特別是在通常只能得到一個(gè)臺(tái)站的可靠記錄時(shí)尤為方便[3]。朱傳鎮(zhèn)（1977）使用圓盤破裂震源模型，選用單臺(tái)或多臺(tái)短周期、地震震中分布較近的地震記錄，利用P波初動(dòng)半周期測(cè)定震源等效半徑和應(yīng)力降[4]。周克森（1985）采用了一個(gè)非均勻的破裂位錯(cuò)模式，由于考慮到介質(zhì)與儀器系統(tǒng)的影響，計(jì)算了它在不同輻射方向的P波初動(dòng)位移半徑與半周期，在采用 1/4 周期測(cè)定介質(zhì)的Q值和球面擬合震源機(jī)制解的基礎(chǔ)上，給出了一個(gè)將震源段層面作為被測(cè)參數(shù)的一部分，并同時(shí)考慮它對(duì)其它被測(cè)參數(shù)的影響，從而獲得單個(gè)小震的震源機(jī)制與震源參數(shù)的相應(yīng)解的聯(lián)合測(cè)定方法[5,6]。金亞夫等（1987）取多臺(tái)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(cuò)模式分別計(jì)算了P波和S波的多臺(tái)平均震源參數(shù)，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比[7,8]。韋士忠等（1987,1989,1992）利用遠(yuǎn)場(chǎng)P波位移振幅譜計(jì)算了小震震源參數(shù)，并分析了應(yīng)力降隨時(shí)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(duì)介質(zhì)衰減特性和震源參數(shù)進(jìn)行了聯(lián)合反演[12,13]。周榮茂、陳運(yùn)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(jī)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(chǎng)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(cuò)模式
Brune（1970）最先利用半理論、半經(jīng)驗(yàn)的方法假設(shè)在位錯(cuò)源各點(diǎn)上的錯(cuò)矩都是均勻的并且是同時(shí)破裂的，從而得到圓盤型位錯(cuò)輻射的橫波理論位移譜F(ω )，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)橫波的理論譜的低頻趨勢(shì)接近于一常數(shù)，高頻趨勢(shì)F(ω )與ω-2成正比，高頻漸近線與低頻漸近線交點(diǎn)處的頻率為拐角頻率，進(jìn)而可由S波的觀測(cè)震源頻譜的拐角頻率求得圓盤位錯(cuò)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(duì)稱雙側(cè)破裂模式的遠(yuǎn)場(chǎng)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(gè)等效彈性球震源模式，通過簡(jiǎn)單量取P波初動(dòng)寬度的方法，測(cè)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(yuǎn)場(chǎng)地動(dòng)位移頻譜測(cè)量法測(cè)定震源參數(shù)[22]。Nuttli（1983,1988）認(rèn)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(duì)地震序列采用經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)進(jìn)行研究后認(rèn)為，板內(nèi)地震也很好地符合ω-2震源模型，同時(shí)應(yīng)力降是不隨地震矩變化的[25]。Shi（1998）對(duì)美國(guó)東北板內(nèi)地震利用Sg（包括Lg波）位移譜對(duì)拐角頻率和應(yīng)力降進(jìn)行的研究表明，通過對(duì)儀器、路徑衰減校正后的震源譜與ω-2模型震源譜進(jìn)行擬合，得到的拐角頻率與經(jīng)驗(yàn)格林函數(shù)得到的拐角頻率非常接近。
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2.2計(jì)算公式
我們?cè)谑褂酶髋_(tái)站記錄的地震波形資料時(shí), 必須扣除地震波振幅隨距離的幾何擴(kuò)散、非彈性衰減、場(chǎng)地響應(yīng)和儀器響應(yīng)等影響才能得到較真實(shí)的地震震源參數(shù)。品質(zhì)因子Q值也是進(jìn)行震源參數(shù)計(jì)算時(shí)的一個(gè)重要的參數(shù)。對(duì)品質(zhì)因子的研究，自 20 世紀(jì) 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(jī)制與確定品質(zhì)因子的方法了，例如上升時(shí)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(kuò)展到了P波，得到能同時(shí)測(cè)量P波、S波衰減的擴(kuò)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(jì)算品質(zhì)因子的方法，并將其運(yùn)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(jì)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(hào)子波進(jìn)行互相關(guān)，取使互相關(guān)達(dá)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(tái)法計(jì)算北美地區(qū)Rayleigh波的衰減和頻散[29]。Romanowicz（1975）用雙臺(tái)法計(jì)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(duì)于臺(tái)站場(chǎng)地響應(yīng)，Borcherdt（1970）假定基巖場(chǎng)地的場(chǎng)地效應(yīng)在感興趣的頻率范圍里是平的，通過把在沉積場(chǎng)地的觀測(cè)譜除以在基巖場(chǎng)地的觀測(cè)譜來估算[32]。Tsurugi等人（1997）介紹了估算場(chǎng)地響應(yīng)的一種新方法，通過對(duì)基巖場(chǎng)地的傳播效應(yīng)校正后的觀測(cè)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(tái)站的場(chǎng)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(jì)與結(jié)構(gòu)....... 11
3.2 文件操作功能與設(shè)計(jì).....13
3.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理的功能與設(shè)計(jì)..........20
3.4 數(shù)據(jù)計(jì)算的功能與設(shè)計(jì).......22
3.5 設(shè)置菜單的功能與設(shè)計(jì).......23
3.6 幫助菜單的功能與設(shè)計(jì).......24
3.7 控制面板區(qū)的功能與設(shè)計(jì)..........25
3.8 結(jié)果輸出的功能與設(shè)計(jì).........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(cè)臺(tái)網(wǎng).......34
4.2 震源物理參數(shù)計(jì)算步驟.......35
4.3 計(jì)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(cè)臺(tái)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(cè)臺(tái)網(wǎng)。西安數(shù)字地震遙測(cè)臺(tái)網(wǎng)是我國(guó)首家全部采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備的無線傳輸數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)，該臺(tái)網(wǎng)采用我國(guó)“八五”攻關(guān)生產(chǎn)的 FBS-3 型寬頻帶數(shù)字地震計(jì)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(gè)樣點(diǎn)，臺(tái)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(duì)波形做了任何預(yù)處理或?qū)Σㄐ芜M(jìn)行了數(shù)值積分、微分操作則要先恢復(fù)原始波形，因?yàn)樵谥蟮姆治鎏幚碇袝?huì)一并對(duì)波形進(jìn)行預(yù)處理及相應(yīng)計(jì)算。在主界面控制面板中輸入起始時(shí)間與截止時(shí)間后點(diǎn)擊“顯示截取后的波形圖”按鈕，截取的波形圖顯示在此時(shí)打開的分析界面中。

結(jié)論

通過對(duì)大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算，已證實(shí)軟件的計(jì)算正確性與實(shí)用性，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的開發(fā)目標(biāo)�，F(xiàn)對(duì)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(guó)內(nèi)外其他計(jì)算震源參數(shù)軟件的特點(diǎn)，并與 MATLAB 強(qiáng)大的圖形功能相結(jié)合，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于 MATLAB 平臺(tái)的 Focal Parameter 震源物理參數(shù)分析軟件。它具有界面簡(jiǎn)潔友好、靈活方便、操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定安全、容錯(cuò)性高等特點(diǎn)。
（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(jì)算、圖形顯示和結(jié)果輸出。文件操作功能實(shí)現(xiàn)對(duì) 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(shí)現(xiàn)震中位置的輸入；數(shù)據(jù)計(jì)算功能實(shí)現(xiàn)對(duì)地震波形數(shù)據(jù)的積分、微分、計(jì)算地震基本參數(shù)以及震源物理參數(shù)計(jì)算功能；圖形顯示功能實(shí)現(xiàn)波形數(shù)據(jù)可視化；結(jié)果輸出功能實(shí)現(xiàn)震源物理參數(shù)結(jié)果的輸出、結(jié)果報(bào)告的輸出。
（4）使用 Focal Parameter 震源物理參數(shù)分析軟件，，分析計(jì)算了陜西地區(qū) 1997 年 7月至 2001 年 2 月間 61 個(gè)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(yàn)證了該軟件的計(jì)算正確性。
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參考文獻(xiàn)（略）