震級是表征地震強(qiáng)弱的量度,是地震的基本參數(shù)之一。震級的準(zhǔn)確、及時測定能給震后的應(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,近場測震儀記錄會出現(xiàn)振幅飽和現(xiàn)象,導(dǎo)致低估地震震級。雖然強(qiáng)震儀記錄不易限幅,但是其記錄的基線漂移現(xiàn)象仍有待解決,其在震級測定方面的運(yùn)用研究尚未開展。目前,高頻GPS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))被廣泛用于瞬時地表運(yùn)動的獲取,其全天候、高精度、不限幅等特點(diǎn)能有效拓展地震臺網(wǎng)的監(jiān)測能力。GPS直接獲取地表位移的能力,有望實現(xiàn)對大震震級的快速、準(zhǔn)確評估,因此研究GPS在大震震級計算中的應(yīng)用對防災(zāi)減災(zāi)有重要的現(xiàn)實意義�；诖笳鸬腉PS資料,對GPS在面波震級、矩震級計算方面的應(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算地震面波震級、矩震級的方法,以及GPS數(shù)據(jù)應(yīng)用于地震震級計算研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀。2、對高精度GPS定位基本原理進(jìn)行了學(xué)習(xí),并分別說明了面波震級、矩震級計算所依據(jù)的震源模型以及GPS數(shù)據(jù)類型。3、基于地震儀原理及單自由度系統(tǒng)動力反應(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。通過對模擬公式的幅頻、相頻分析,認(rèn)識到:當(dāng)模擬為基式(SK)地震儀記錄時,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%以內(nèi)。隨后的算法測試顯示,本文的模擬算法與金星等的仿真算法無相位差,幅值基本一致,說明了算法的可靠性。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應(yīng)周期,從而計算了兩個震例的面波震級。計算的墨西哥地震的面波震級為7.6,比我國地震臺網(wǎng)中心編目結(jié)果大0.1個單位;日本地震的面波震級為8.5,比我國地震臺網(wǎng)中心編目結(jié)果小0.2個單位。研究表明,本文的模擬算法可使1HzGPS地震記錄用于計算地震的面波震級,與測震臺網(wǎng)的計算結(jié)果基本吻合。4、利用Okada提出的矩形斷層位錯理論,構(gòu)建了單一矩形斷層模型,并設(shè)定了9個未知參數(shù)以規(guī)定斷層在地下的具體位置。由斷層參數(shù)與觀測數(shù)據(jù)的函數(shù)關(guān)系建立了反演問題,并將觀測數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的殘差均方根作為目標(biāo)函數(shù)。本文通過給定斷層參數(shù)不同的約束,建立了二個數(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,并用一個虛擬地震震例檢驗了該算法的適用性、高效性。隨后本文將二個數(shù)學(xué)模型運(yùn)用到四個震例中,反演結(jié)果顯示:1、除墨西哥震例外,兩個模型均能反映較為可靠的斷層走向和矩震級信息;2、兩模型對斷層傾角的識別均不敏感;3、本文所施加的非線性約束條件并沒有顯著改善反演結(jié)果。5、嘗試了基于高頻GPS實時反演斷層參數(shù)與矩震級的研究,并以2011年3月11日日本Mw9.0地震為例。首先結(jié)合測震臺網(wǎng)給出了震中信息,對GPS站位移進(jìn)行坐標(biāo)變換,同時對原始的GPS位移記錄實時提取“偽同震位移”,然后用第四章的反演流程計算斷層參數(shù)與矩震級。反演結(jié)果顯示,高頻GPS能在震后22秒給出第一個矩震級值Mw7.8,震后100秒矩震級增大到Mw8.8,在震后120秒達(dá)到震級最大值Mw9.4。與JMA的預(yù)警震級發(fā)布結(jié)果相比,相同時間點(diǎn),本文反演的矩震級結(jié)果都大于JMA的值,并且在112秒后JMA預(yù)警震級達(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Mw9.4也是過于高估。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),并有意選取五類不同分布的GPS站進(jìn)行反演測試,反演的斷層走向、傾角及矩震級均有較大誤差。測試表明,GPS站的分布沒有包圍住斷層是導(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】：中國地震局工程力學(xué)研究所
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：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GPS 系統(tǒng)定位運(yùn)用了一趟測距到達(dá)時間（one-waytimeofarrival ，簡稱 TOA

GPS信號的演變

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2815935