震級(jí)是表征地震強(qiáng)弱的量度,是地震的基本參數(shù)之一。震級(jí)的準(zhǔn)確、及時(shí)測(cè)定能給震后的應(yīng)急救災(zāi)工作提供可靠依據(jù)并使相關(guān)部門(mén)做出恰當(dāng)響應(yīng),從而降低災(zāi)難造成的損失。當(dāng)大震發(fā)生后,近場(chǎng)測(cè)震儀記錄會(huì)出現(xiàn)振幅飽和現(xiàn)象,導(dǎo)致低估地震震級(jí)。雖然強(qiáng)震儀記錄不易限幅,但是其記錄的基線(xiàn)漂移現(xiàn)象仍有待解決,其在震級(jí)測(cè)定方面的運(yùn)用研究尚未開(kāi)展。目前,高頻GPS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))被廣泛用于瞬時(shí)地表運(yùn)動(dòng)的獲取,其全天候、高精度、不限幅等特點(diǎn)能有效拓展地震臺(tái)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)能力。GPS直接獲取地表位移的能力,有望實(shí)現(xiàn)對(duì)大震震級(jí)的快速、準(zhǔn)確評(píng)估,因此研究GPS在大震震級(jí)計(jì)算中的應(yīng)用對(duì)防災(zāi)減災(zāi)有重要的現(xiàn)實(shí)意義�；诖笳鸬腉PS資料,對(duì)GPS在面波震級(jí)、矩震級(jí)計(jì)算方面的應(yīng)用研究,本文主要工作及創(chuàng)新如下:1、介紹了論文的研究意義,回顧了利用寬頻帶地震儀記錄計(jì)算地震面波震級(jí)、矩震級(jí)的方法,以及GPS數(shù)據(jù)應(yīng)用于地震震級(jí)計(jì)算研究的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀。2、對(duì)高精度GPS定位基本原理進(jìn)行了學(xué)習(xí),并分別說(shuō)明了面波震級(jí)、矩震級(jí)計(jì)算所依據(jù)的震源模型以及GPS數(shù)據(jù)類(lèi)型。3、基于地震儀原理及單自由度系統(tǒng)動(dòng)力反應(yīng)原理,本文提出了將GPS記錄模擬為基式(SK)地震儀記錄的方法。通過(guò)對(duì)模擬公式的幅頻、相頻分析,認(rèn)識(shí)到:當(dāng)模擬為基式(SK)地震儀記錄時(shí),需要GPS記錄的最小采樣率是1Hz,可保證模擬記錄幅值誤差在5%以?xún)?nèi)。隨后的算法測(cè)試顯示,本文的模擬算法與金星等的仿真算法無(wú)相位差,幅值基本一致,說(shuō)明了算法的可靠性。然后,本文利用2011年3月11日日本Mw9.0地震及2010年4月4日墨西哥Mw7.2地震的1HzGPS數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)將GPS記錄模擬為基式(SK)地震儀記錄,并在模擬的波形上量取最大幅值與對(duì)應(yīng)周期,從而計(jì)算了兩個(gè)震例的面波震級(jí)。計(jì)算的墨西哥地震的面波震級(jí)為7.6,比我國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心編目結(jié)果大0.1個(gè)單位;日本地震的面波震級(jí)為8.5,比我國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心編目結(jié)果小0.2個(gè)單位。研究表明,本文的模擬算法可使1HzGPS地震記錄用于計(jì)算地震的面波震級(jí),與測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的計(jì)算結(jié)果基本吻合。4、利用Okada提出的矩形斷層位錯(cuò)理論,構(gòu)建了單一矩形斷層模型,并設(shè)定了9個(gè)未知參數(shù)以規(guī)定斷層在地下的具體位置。由斷層參數(shù)與觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的函數(shù)關(guān)系建立了反演問(wèn)題,并將觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的殘差均方根作為目標(biāo)函數(shù)。本文通過(guò)給定斷層參數(shù)不同的約束,建立了二個(gè)數(shù)學(xué)模型。本文利用的反演方法是“內(nèi)點(diǎn)-并行-多初始點(diǎn)”法,并用一個(gè)虛擬地震震例檢驗(yàn)了該算法的適用性、高效性。隨后本文將二個(gè)數(shù)學(xué)模型運(yùn)用到四個(gè)震例中,反演結(jié)果顯示:1、除墨西哥震例外,兩個(gè)模型均能反映較為可靠的斷層走向和矩震級(jí)信息;2、兩模型對(duì)斷層傾角的識(shí)別均不敏感;3、本文所施加的非線(xiàn)性約束條件并沒(méi)有顯著改善反演結(jié)果。5、嘗試了基于高頻GPS實(shí)時(shí)反演斷層參數(shù)與矩震級(jí)的研究,并以2011年3月11日日本Mw9.0地震為例。首先結(jié)合測(cè)震臺(tái)網(wǎng)給出了震中信息,對(duì)GPS站位移進(jìn)行坐標(biāo)變換,同時(shí)對(duì)原始的GPS位移記錄實(shí)時(shí)提取“偽同震位移”,然后用第四章的反演流程計(jì)算斷層參數(shù)與矩震級(jí)。反演結(jié)果顯示,高頻GPS能在震后22秒給出第一個(gè)矩震級(jí)值Mw7.8,震后100秒矩震級(jí)增大到Mw8.8,在震后120秒達(dá)到震級(jí)最大值Mw9.4。與JMA的預(yù)警震級(jí)發(fā)布結(jié)果相比,相同時(shí)間點(diǎn),本文反演的矩震級(jí)結(jié)果都大于JMA的值,并且在112秒后JMA預(yù)警震級(jí)達(dá)到8.1不再增大。但是本文反演的最終斷層走向與斷層傾角均不可靠,最終矩震級(jí)Mw9.4也是過(guò)于高估。分析其原因可能是由于GPS站分別于斷層一側(cè)導(dǎo)致的。隨后,本文利用汶川地震的同震位移數(shù)據(jù),并有意選取五類(lèi)不同分布的GPS站進(jìn)行反演測(cè)試,反演的斷層走向、傾角及矩震級(jí)均有較大誤差。測(cè)試表明,GPS站的分布沒(méi)有包圍住斷層是導(dǎo)致墨西哥地震及日本地震的反演結(jié)果偏差較大的主要原因。
【學(xué)位單位】：中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：P228.4;P315
【部分圖文】：

GPS衛(wèi)星分布

圖 2-2 GPS 地面控制站分布.2.2 GPS 衛(wèi)星廣播信號(hào)GPS 系統(tǒng)定位運(yùn)用了一趟測(cè)距到達(dá)時(shí)間（one-waytimeofarrival ，簡(jiǎn)稱(chēng) TOA

GPS信號(hào)的演變

【參考文獻(xiàn)】

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1 臧陽(yáng);孟令媛;周龍泉;;2016年新西蘭M_S8.0地震震源及強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)特征分析[J];地震學(xué)報(bào);2017年01期

2 譚凱;王琪;丁開(kāi)華;李恒;鄒蓉;聶兆生;王迪晉;楊少敏;喬學(xué)軍;;近場(chǎng)位移數(shù)據(jù)約束的2013年蘆山地震破裂模型及其構(gòu)造意義[J];地球物理學(xué)報(bào);2015年09期

3 陳娜;龔濤;李萌;馮威;費(fèi)先明;;利用高頻GPS反演強(qiáng)震面波震級(jí)的最優(yōu)適用范圍探討[J];大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué);2015年03期

4 顧鐵;李萌;陳聰;劉江;;基于高頻GPS位移時(shí)序的蘆山地震特性分析[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2015年16期

5 Zhou Yu;Nie Zhaosheng;Jia zhige;;An improved differential evolution algorithm for nonlinear inversion of earthquake dislocation[J];Geodesy and Geodynamics;2014年04期

6 方榮新;施闖;王廣興;劉經(jīng)南;;利用高頻GPS確定大地震震中和震級(jí)研究:2008年汶川8.0級(jí)地震應(yīng)用結(jié)果[J];中國(guó)科學(xué):地球科學(xué);2014年01期

7 殷海濤;劉希強(qiáng);甘衛(wèi)軍;;實(shí)時(shí)高頻GPS在地震學(xué)中的應(yīng)用研究[J];地震研究;2013年03期

8 孟令媛;史保平;;2010年墨西哥BajaM_W7.2地震與中國(guó)玉樹(shù)M_W6.9地震強(qiáng)地震動(dòng)特征的對(duì)比研究[J];地震學(xué)報(bào);2012年01期

9 許才軍;劉洋;溫?fù)P茂;;利用GPS資料反演汶川Mw 7.9級(jí)地震滑動(dòng)分布[J];測(cè)繪學(xué)報(bào);2009年03期

10 劉靜;張智慧;文力;孫杰;邢秀臣;胡古月;許強(qiáng);Paul TAPPONNIER;曾令森;丁林;劉延樂(lè);;汶川8級(jí)大地震同震破裂的特殊性及構(gòu)造意義——多條平行斷裂同時(shí)活動(dòng)的反序型逆沖地震事件[J];地質(zhì)學(xué)報(bào);2008年12期

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1 周宇;;利用GPS資料反演2013年10月31日Mw 6.3臺(tái)灣花蓮地震的震源參數(shù)與滑動(dòng)分布[A];2014年中國(guó)地球科學(xué)聯(lián)合學(xué)術(shù)年會(huì)——專(zhuān)題26：衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)及其在地球科學(xué)應(yīng)用論文集[C];2014年

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1 楊晨云鸝;GNSS在地震矩反演中的應(yīng)用研究[D];西南交通大學(xué);2015年

2 陳娜;高頻GPS在強(qiáng)震面波震級(jí)反演中的應(yīng)用研究[D];西南交通大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2815935