【摘要】：中強(qiáng)地震(M5.5-7)數(shù)量多,復(fù)發(fā)周期短,空間分布廣,有時會造成嚴(yán)重的災(zāi)害,因此中強(qiáng)地震的快速準(zhǔn)確震源參數(shù)測定是防震減災(zāi)研究的重要內(nèi)容之一。基于點(diǎn)源近似的矩張量解是常用的震源描述方式,然而,在此理論框架下,斷層面與輔助面是等效的、無法區(qū)分。而引入破裂方向性(RuptureDirectivity)描述地震的破裂過程有限性(包括破裂面、破裂方向、破裂長度、破裂速度等),則可區(qū)分發(fā)震斷層面。地震的破裂方向性可對地面運(yùn)動產(chǎn)生較大的影響,例如,沿著破裂方向地區(qū)的地面運(yùn)動振幅大、持續(xù)時間短,逆著破裂方向地區(qū)的地面運(yùn)動振幅小、持續(xù)時間長�？焖贉�(zhǔn)確地測定破裂方向性,有助于計算更接近真實(shí)烈度分布的地面運(yùn)動預(yù)測(地震動圖,ShakeMap),為評估地震災(zāi)害、指導(dǎo)快速救援提供關(guān)鍵信息。寬頻帶三分量地震波形數(shù)據(jù)中包含了震源破裂時空過程的主要信息,可以用于快速測定地震的發(fā)震斷層和破裂長度。在具有較好三維速度結(jié)構(gòu)模型、臺站分布密集的地區(qū),已經(jīng)發(fā)展了一系列的中強(qiáng)地震破裂方向性測定方法。然而,世界上地震多發(fā)、人口集中的部分地區(qū),或者臺站分布仍然相對稀疏,或者尚無精細(xì)的三維速度模型,例如云南四川、意大利、土耳其、美國中東部等,難以使用已有的算法。本文主要針對這些地區(qū),探討中強(qiáng)地震的破裂方向性測定方法。本文在秦劉冰等(2014)的基礎(chǔ)上,針對沿走向破裂的中強(qiáng)地震,發(fā)展了基于參考地震的破裂方向性測定方法。該方法利用參考地震進(jìn)行路徑校正,有效壓制了三維速度結(jié)構(gòu)效應(yīng)。通過正演測試驗(yàn)證了該方法的可行性,并發(fā)現(xiàn)該方法在地震存在部分雙側(cè)破裂,或參考地震與主震的相對位置存在偏差(小于25%破裂尺度)時,仍可穩(wěn)定測定破裂面與破裂方向。將參考地震法應(yīng)用于2008年Mw5.2美國川inois地震、2014年Mw6.1云南魯?shù)榈卣鹨约?016年Mw5.4韓國慶州地震,發(fā)現(xiàn)川inois地震主要沿297°節(jié)面向東南側(cè)破裂,破裂長度約2～3 km;魯?shù)榈卣鹬饕?68°節(jié)面(包谷惱-小河斷裂)向東南側(cè)破裂,破裂長度至少4 km;慶州地震主要沿24°節(jié)面(梁山斷層,Yangsan Fault)向西南側(cè)破裂,破裂長度約4km。對這三個地震,測定得到方向性與余震展布、烈度分布一致,表明其可罪性。研究表明,一些中強(qiáng)震發(fā)于地質(zhì)構(gòu)造的次級共軛斷裂上。參考地震法一般需要選取合適的余震、前震或歷史地店作為參考事件進(jìn)行路徑校正,限制了該方法在歷史地震活動性較低區(qū)域的適用性。因此,本文發(fā)展了參考臺站法,從臺站噪聲互相關(guān)函數(shù)提取的近似格林函數(shù)進(jìn)行路徑校正,并測定地震的破裂方向性。在Zhan et al.(2011)、Zeng et al.(2014)提出的噪聲定位研究基礎(chǔ)上,發(fā)展了基于波形和基于走時的質(zhì)心位置測定方法。對于基于波形的參考臺站法,考察了不同參考臺站選擇、多臺站平均路徑校正及震源參數(shù)偏差的影響,發(fā)現(xiàn)結(jié)合多個參考臺站測定破裂方向性時殘差更小、分辨能力更強(qiáng),而且該方法在機(jī)制解存在一定偏差時依然可以得到較為穩(wěn)定的結(jié)果。對于基于走時的參考臺站法,探討了震源項(xiàng)對Rayleigh波群走時的影響、頻譜零點(diǎn)對群到時測量的影響以及進(jìn)行震源項(xiàng)改正的可行性,發(fā)現(xiàn)當(dāng)震源參數(shù)比較準(zhǔn)確時,可以通過理論計算時移對遠(yuǎn)離頻譜零點(diǎn)周期進(jìn)行震源項(xiàng)校正。將兩種方法應(yīng)用于2011年Mw5.7美國Oklahoma地震,發(fā)現(xiàn)該地震沿234°節(jié)面向西南側(cè)破裂約6-11 km。如果建立了研究區(qū)NCF數(shù)據(jù)庫,可應(yīng)用參考臺站法快速測定未來中強(qiáng)走滑地震的破裂方向性。針對沿傾向破裂的傾滑地震,本文發(fā)展了約化有限源方法,利用遠(yuǎn)震P波測定破裂方向性。實(shí)現(xiàn)了基于點(diǎn)源和震源有限性改正的約化有限源遠(yuǎn)震體波正演算法,并通過一系列正演測試考察其效果,發(fā)現(xiàn)即使點(diǎn)源參數(shù)、震源有限性參數(shù)或速度結(jié)構(gòu)存在一定偏差,利用敏感方位角的遠(yuǎn)震P波也可以穩(wěn)定地測定出地震的破裂面與破裂方向。將該方法應(yīng)用于1994年Mw6.7美國Northridge地震、2008年Mw6.0美國Nevada地震、2011年Mw5.8美國Virginia地震以及2016年Mw5.9青海門源地震,發(fā)現(xiàn)Northridge地震主要沿西南傾的節(jié)面向上破裂,破裂長度約20 km;Nevada地震主要沿東南傾的節(jié)面向下破裂,破裂長度約13 km;Virginia地震主要沿西南傾的節(jié)面向上破裂,破裂長度約8km;門源地震主要沿西南傾的節(jié)面(冷龍嶺斷裂的次級斷層)向下破裂,破裂長度約8 km。以2015年Mw7.9尼泊爾地震為例,探討了利用遠(yuǎn)震P波和CAP方法快速測定大地震點(diǎn)源參數(shù)的穩(wěn)定性,以及利用遠(yuǎn)震P波時移快速測定大地震破裂方向性的可行性。利用CAP方法反演震中距40°內(nèi)臺站的遠(yuǎn)震P波,可以在地震發(fā)生后10分鐘內(nèi)得到較為穩(wěn)定的機(jī)制解、深度、震源持續(xù)時間及矩震級。利用不同震中距臺站的遠(yuǎn)震P波時移數(shù)據(jù)并應(yīng)用P波初至校正,均能夠比較準(zhǔn)確地測定破裂長度。綜合不同震中距臺站、不同機(jī)制解的測定結(jié)果,得到本次地震的破裂長度約155±15km,平均破裂速度3.1±0.3km/s。綜上所述,本文發(fā)展了適用于不同破裂模式的中強(qiáng)地震破裂方向性測定方法,通過正演測試及多組震例分析探討了這些方法的有效性、穩(wěn)定性及適用范圍,可為快速準(zhǔn)確的地震動圖計算提供基礎(chǔ)信息。
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【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P315

【參考文獻(xiàn)】

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1 張勇;陳運(yùn)泰;許力生;魏星;金明培;張森;;2014年云南魯?shù)镸_W6.1地震:一次共軛破裂地震[J];地球物理學(xué)報;2015年01期

2 沈蒲生;張超;葉縉W，

本文編號：2275111