【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(shí)會(huì)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(cè)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(wú)法區(qū)分。而引入破裂方向性(RuptureDirectivity)描述地震的破裂過(guò)程有限性(包括破裂面、破裂方向、破裂長(zhǎng)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(duì)地面運(yùn)動(dòng)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(dòng)振幅大、持續(xù)時(shí)間短,逆著破裂方向地區(qū)的地面運(yùn)動(dòng)振幅小、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。快速準(zhǔn)確地測(cè)定破裂方向性,有助于計(jì)算更接近真實(shí)烈度分布的地面運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)(地震動(dòng)圖,ShakeMap),為評(píng)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(shí)空過(guò)程的主要信息,可以用于快速測(cè)定地震的發(fā)震斷層和破裂長(zhǎng)度。在具有較好三維速度結(jié)構(gòu)模型、臺(tái)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(cè)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(tái)站分布仍然相對(duì)稀疏,或者尚無(wú)精細(xì)的三維速度模型,例如云南四川、意大利、土耳其、美國(guó)中東部等,難以使用已有的算法。本文主要針對(duì)這些地區(qū),探討中強(qiáng)地震的破裂方向性測(cè)定方法。本文在秦劉冰等(2014)的基礎(chǔ)上,針對(duì)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(cè)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(guò)正演測(cè)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(duì)位置存在偏差(小于25%破裂尺度)時(shí),仍可穩(wěn)定測(cè)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(guó)川inois地震、2014年Mw6.1云南魯?shù)榈卣鹨约?016年Mw5.4韓國(guó)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度約4km。對(duì)這三個(gè)地震,測(cè)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(jí)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(dòng)性較低區(qū)域的適用性。因此,本文發(fā)展了參考臺(tái)站法,從臺(tái)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(cè)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(shí)的質(zhì)心位置測(cè)定方法。對(duì)于基于波形的參考臺(tái)站法,考察了不同參考臺(tái)站選擇、多臺(tái)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(gè)參考臺(tái)站測(cè)定破裂方向性時(shí)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(shí)依然可以得到較為穩(wěn)定的結(jié)果。對(duì)于基于走時(shí)的參考臺(tái)站法,探討了震源項(xiàng)對(duì)Rayleigh波群走時(shí)的影響、頻譜零點(diǎn)對(duì)群到時(shí)測(cè)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(shí),可以通過(guò)理論計(jì)算時(shí)移對(duì)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(guó)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(kù),可應(yīng)用參考臺(tái)站法快速測(cè)定未來(lái)中強(qiáng)走滑地震的破裂方向性。針對(duì)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(cè)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(guò)一系列正演測(cè)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(cè)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(guó)Northridge地震、2008年Mw6.0美國(guó)Nevada地震、2011年Mw5.8美國(guó)Virginia地震以及2016年Mw5.9青海門(mén)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(zhǎng)度約20 km;Nevada地震主要沿東南傾的節(jié)面向下破裂,破裂長(zhǎng)度約13 km;Virginia地震主要沿西南傾的節(jié)面向上破裂,破裂長(zhǎng)度約8km;門(mén)源地震主要沿西南傾的節(jié)面(冷龍嶺斷裂的次級(jí)斷層)向下破裂,破裂長(zhǎng)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(cè)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(shí)移快速測(cè)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(tái)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(shí)間及矩震級(jí)。利用不同震中距臺(tái)站的遠(yuǎn)震P波時(shí)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(cè)定破裂長(zhǎng)度。綜合不同震中距臺(tái)站、不同機(jī)制解的測(cè)定結(jié)果,得到本次地震的破裂長(zhǎng)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(cè)定方法,通過(guò)正演測(cè)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(dòng)圖計(jì)算提供基礎(chǔ)信息。
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【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：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(bào);2015年01期

2 沈蒲生;張超;葉縉W，

本文編號(hào)：2275111