發(fā)布時(shí)間：2017-03-21 20:12

  本文關(guān)鍵詞：中等強(qiáng)度地震的震源參數(shù)聯(lián)合反演，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：震級在5-6.5級之間的中等強(qiáng)度地震既頻繁地發(fā)生在板塊邊界,在板塊內(nèi)部也不罕見,這些地震常會(huì)對設(shè)防程度較低的人類聚居區(qū)域造成破壞。另外,當(dāng)這些地震為城市直下型、極淺源等時(shí),即使是抗震建設(shè)較為完備的發(fā)達(dá)國家也會(huì)遭受較大的人員與財(cái)產(chǎn)損失。根據(jù)大森定律(Omori Law)及Gutenberg-Richter關(guān)系,震級M7以上的強(qiáng)震往往會(huì)伴隨著中等強(qiáng)度余震,這些地震對受災(zāi)區(qū)的二次破壞也不容忽視。因此,準(zhǔn)確快速獲取中等強(qiáng)度地震的震源參數(shù)在抗震救災(zāi)中具有重要意義,同時(shí)也為區(qū)域構(gòu)造、巖石流變特性、應(yīng)力狀態(tài)等地震學(xué)研究提供關(guān)鍵信息。 震源參數(shù)包含至少兩個(gè)層面：震源的發(fā)生時(shí)刻、空間位置及強(qiáng)度代表點(diǎn)源近似下的震源時(shí)空位置以及能量標(biāo)度,是震源的基本信息；而通過對地震波形數(shù)據(jù)的細(xì)致分析,可以得到更具細(xì)節(jié)的震源描述,例如發(fā)震斷層的幾何特性、地震位錯(cuò)的空間展布、震源時(shí)間函數(shù)等等。在本文的第一章中,首先回顧了震源描述理論的發(fā)展過程,并討論這些模型對中等強(qiáng)度地震的適用性；同時(shí),在這一章中,我們還介紹了震源參數(shù)反演方法的研究歷史；由于地震矩張量模型的廣泛應(yīng)用,我們詳細(xì)介紹這種模型下的主要反演方法,并對比它們各自主要的優(yōu)點(diǎn)和不足之處。 通過總結(jié)不同的震源模型表述和反演方法,針對中等強(qiáng)度地震震源的特點(diǎn),選擇了CAP方法(Cut And Paste)作為反演這些震源參數(shù)的工具。在本文第二章中,論述了在CAP方法基礎(chǔ)上發(fā)展的一套可以同時(shí)利用近震與遠(yuǎn)震地震波數(shù)據(jù)對中等強(qiáng)度地震震源參數(shù)進(jìn)行反演的軟件(CAPjoint)。在該章中,我們介紹CAP方法的基本原理以及CAPjoint程序的基本架構(gòu)與程序使用說明,并給出在國內(nèi)外多個(gè)地震反演震源參數(shù)的實(shí)例,并與其它機(jī)構(gòu)和程序給出的結(jié)果進(jìn)行對比分析,以驗(yàn)證其可靠性與效率。另外還將單獨(dú)近震或遠(yuǎn)震數(shù)據(jù)反演的結(jié)果與聯(lián)合反演得到的參數(shù)進(jìn)行對比,探討聯(lián)合反演適用的環(huán)境以及其在當(dāng)前全球臺(tái)站分布下的必要性。該章還研究了在稀疏臺(tái)站條件下CAPjoint方法反演結(jié)果的可靠性,結(jié)果表明,和傳統(tǒng)CAP相比,CAPjoint方法適用情形更加廣泛,同時(shí)采用近遠(yuǎn)震數(shù)據(jù)也給反演結(jié)果提供了更多約束。該程序作為一套開源軟件,目前已經(jīng)公開在互聯(lián)網(wǎng)上,提供給感興趣者使用。 本文第三章則展示了CAPjoint的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例,我們利用全球?qū)掝l帶地震臺(tái)網(wǎng)的遠(yuǎn)震數(shù)據(jù)以及臺(tái)灣地震學(xué)寬頻帶臺(tái)陣(Broadband Array in Taiwan forSeismology, BATS)所提供的近震臺(tái)站數(shù)據(jù),基于CRUST2.0給出的當(dāng)?shù)氐貧そY(jié)構(gòu)模型,對2010年M6.4級高雄地震進(jìn)行近遠(yuǎn)震聯(lián)合反演,獲取該地震的震源機(jī)制解,矩震級與震源矩心深度,聯(lián)合反演的結(jié)果顯示,該地震的最佳雙力偶機(jī)制解為：節(jié)面1：走向317°,傾角36°,滑移角52°,節(jié)面2：走向181°,傾角62°,滑移角114°,為當(dāng)?shù)爻Ｒ姷哪鏇_型地震,并帶有部分左旋分量。兩個(gè)節(jié)面中,南北走向節(jié)面的傾角較大(本文結(jié)果均高于60°),震源的矩心深度為21.0km,矩震級為Mw6.24。較深的震源深度與震源地區(qū)在復(fù)雜的構(gòu)造歷史、應(yīng)力背景及較厚的地殼相吻合。在本章中,我們采用Bootstrap統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,對臺(tái)站數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣分析,結(jié)果顯示近震和遠(yuǎn)震對不同的震源參數(shù)具有不同的敏感度,表明了聯(lián)合反演的必要性。另外,本章還展示了在不同的典型機(jī)制解下,遠(yuǎn)震和近震波形對震源參數(shù)的約束效果測試,進(jìn)一步驗(yàn)證了聯(lián)合反演的優(yōu)越性。 在各項(xiàng)震源信息中,地震的質(zhì)心深度是一個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù),它對孕震機(jī)制的研究以及地震破壞性的評估非常重要。目前,以GlobalCMT, NEIC等為代表的機(jī)構(gòu)所提供的地震目錄中,斷層機(jī)制解,質(zhì)心的水平位置,地震矩等參數(shù)都具有較高的可信度,而質(zhì)心深度、尤其是淺源地震的質(zhì)心深度常常出現(xiàn)較大的偏差,表明如何獲取準(zhǔn)確的震源深度仍然是地震學(xué)研究中的一個(gè)難點(diǎn)。在第四章中,我們以2013年蘆山地震為例,研究分析利用遠(yuǎn)震體波反演得到的震源深度誤差。我們從數(shù)據(jù)完備性和反演參數(shù)兩個(gè)方面分析影響質(zhì)心深度反演結(jié)果準(zhǔn)確性的因素。通過對不同震源持續(xù)時(shí)間以及濾波頻帶等參數(shù)條件下反演結(jié)果的分析,我們發(fā)現(xiàn)這些反演參數(shù)對質(zhì)心深度反演有明顯的影響。與其他震源參數(shù)相比,質(zhì)心深度對反演使用的參數(shù)敏感性很高,尤其應(yīng)當(dāng)引起注意的是,在機(jī)構(gòu)目錄中常用的長周期濾波會(huì)導(dǎo)致深度反演結(jié)果的大幅度偏移。這可能是GlobalCMT等機(jī)構(gòu)給出的質(zhì)心深度出現(xiàn)誤差的原因之一。當(dāng)然,長周期濾波可以回避介質(zhì)中小尺度結(jié)構(gòu)對波形的影響,從而有效地提高反演其他參數(shù)的穩(wěn)定性。因此,如何權(quán)衡其中的利弊需要針對所研究的具體問題進(jìn)行細(xì)致的研究和探討。 盡管地震學(xué)方法在研究震源參數(shù)中起到了關(guān)鍵作用,但是,由于地震學(xué)數(shù)據(jù)與方法本身的局限性,在震源參數(shù)反演過程中仍有許多問題亟待解決。除了第四章所提到的質(zhì)心深度以外,利用地震學(xué)手段也很難獲取中等地震的高精度水平位置及真實(shí)的發(fā)震斷層(及難以分辨真實(shí)破裂斷層與共軛斷層)。隨著大地測量學(xué)觀測手段的進(jìn)步和觀測精度的提高,大地測量學(xué)數(shù)據(jù)在地震學(xué)研究領(lǐng)域也開始發(fā)揮越來越重要的作用。這些數(shù)據(jù)可以分為兩大類,可記錄實(shí)時(shí)地震動(dòng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),如高頻GPS信號,以及記錄地表靜態(tài)位移的數(shù)據(jù),如合成孔徑干涉雷達(dá)(InSAR)等等。這些數(shù)據(jù)近年來非常廣泛地應(yīng)用在震源參數(shù)反演等一系列地震學(xué)課題的研究,取得了大量的成果。雖然一些研究表明不同速度模型對反演震源得到的有限斷層滑移量分布有一定影響,但由于模型差異較小時(shí),變化效應(yīng)并不顯著,故大量研究仍采用均勻半空間假設(shè)簡化模型,提高計(jì)算效率。然而,在本文第五章中,我們展示了近地表極低速度結(jié)構(gòu)對地表形變有顯著影響。結(jié)果顯示,在渤海盆地等具有極低速沉積層覆蓋的區(qū)域,結(jié)構(gòu)對地表形變具有較高程度的放大效應(yīng),因此,在利用大地測量學(xué)數(shù)據(jù)反演該種地區(qū)震源參數(shù)等問題上,必須注意速度模型的選用。 目前,在大地測量學(xué)數(shù)據(jù)中,國內(nèi)外利用InSAR干涉數(shù)據(jù)進(jìn)行地震震源參數(shù)反演的工作進(jìn)展迅速。1993年Massonnet等人利用InSAR技術(shù)第一次獲取了Landers地震的地表位移形變,之后大量的研究工作表明InSAR技術(shù)反演震源參數(shù)擁有地震學(xué)所不具備的多重優(yōu)點(diǎn)：如精準(zhǔn)的地震水平位置(Ground Truth),準(zhǔn)確的斷層識(shí)別等等。由于其參數(shù)精確度的提升,InSAR技術(shù)作為更新地震參數(shù)目錄的重要手段,產(chǎn)出了許多全新的地震參數(shù)結(jié)果。然而,當(dāng)我們檢視這些震源參數(shù)反演結(jié)果,并與其與地震學(xué)反演結(jié)果對比后發(fā)現(xiàn),InSAR在部分參數(shù)反演上精度較低：由于地表形變受淺處滑移量的影響較大,導(dǎo)致質(zhì)心深度系統(tǒng)性的偏淺,而傾角與滑移角這兩個(gè)關(guān)鍵的斷層機(jī)制解參數(shù),也常常偏向于淺處斷層的幾何形態(tài)。因此需要結(jié)合地震波形及InSAR數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合反演。在第六章中,以1998年張北地震為例,將由InSAR震源參數(shù)反演結(jié)果計(jì)算得到的合成地震圖與實(shí)際地震圖進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)在近臺(tái)的面波與多個(gè)遠(yuǎn)臺(tái)的SH波分量上出現(xiàn)明顯的振幅與波形差異,表明InSAR反演得到的結(jié)果與地震學(xué)反演得到的震源參數(shù)有著一定的差距。為此,基于鄰域算法將InSAR數(shù)據(jù)與近震以及遠(yuǎn)震數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合反演,利用地震學(xué)數(shù)據(jù)對傾角、滑移角等參數(shù)的約束進(jìn)行優(yōu)化,得到更加精確的震源參數(shù)反演結(jié)果。合成地震圖與觀測波形對比的結(jié)果顯示,聯(lián)合反演的參數(shù)精度相對于InSAR單獨(dú)反演以及GlobalCMT目錄給出的結(jié)果均有較大的提升。本章展示了地震學(xué)與InSAR聯(lián)合反演對參數(shù)精度的改進(jìn),未來可以結(jié)合高頻GPS等大地測量學(xué)數(shù)據(jù),以及更多種類的地面運(yùn)動(dòng)觀測數(shù)據(jù),從而進(jìn)一步提高震源參數(shù)反演的準(zhǔn)確性。
【關(guān)鍵詞】：中等強(qiáng)度地震 震源參數(shù) 聯(lián)合反演 震源深度 CAPjoint InSAR
【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】：2015
【分類號】：P315.33
【目錄】：

• 摘要5-8
• Abstract8-13
• 第一章 緒論13-30
• 1.1 地震震源的描述與震源模型研究的歷史13-24
• 1.2 震源參數(shù)反演方法24-28
• 1.3 地震矩張量的地震目錄例行反演方法28
• 1.4 合成地震圖計(jì)算方法簡介28-30
• 第二章 CAPjoint,一個(gè)利用近遠(yuǎn)震波形聯(lián)合反演中等強(qiáng)度地震震源參數(shù)的軟件30-47
• 2.1 引言30-31
• 2.2 近震與遠(yuǎn)震數(shù)據(jù)的聯(lián)合反演算法31-33
• 2.3 CAPjoint程序的運(yùn)用,以2008年內(nèi)華達(dá)州Wells地區(qū)M6級地震為例33-36
• 2.4 結(jié)果與討論36-45
• 2.5 結(jié)論45-47
• 第三章 2010年高雄地震震源參數(shù)的近遠(yuǎn)震聯(lián)合反演47-60
• 3.1 引言47-48
• 3.2 研究方法48-50
• 3.3 數(shù)據(jù)與結(jié)果討論50-59
• 3.3.1 近震與遠(yuǎn)震波形數(shù)據(jù)處理50-51
• 3.3.2 波形反演結(jié)果51-55
• 3.3.3 Bootstrap方法對近震臺(tái)站進(jìn)行重抽樣計(jì)算55-57
• 3.3.4 典型機(jī)制解下對不同距離震中距波形對震源參數(shù)的約束效果測試57-59
• 3.4 討論與結(jié)論59-60
• 第四章 利用遠(yuǎn)震體波反演震源深度的誤差研究：以2013年蘆山地震為例60-79
• 4.1 引言60-61
• 4.2 數(shù)據(jù)與方法61-71
• 4.2.1 tCAP方法61
• 4.2.2 數(shù)據(jù)61-64
• 4.2.3 影響質(zhì)心深度反演結(jié)果的參數(shù)分析64-71
• 4.3 反演算法本身的誤差71-77
• 4.3.1 時(shí)間項(xiàng)的重建71-72
• 4.3.2 均勻破裂假定-純走滑型地震72-75
• 4.3.3 隨機(jī)破裂假定75
• 4.3.4 有限破裂模型合成數(shù)據(jù)反演驗(yàn)證75-77
• 4.4 討論與結(jié)論77-79
• 第五章 沉積層效應(yīng)在大地測量學(xué)反演震源參數(shù)時(shí)的影響79-88
• 5.1 簡介79-80
• 5.2 三種模型的地表形變模擬80-86
• 5.3 討論與結(jié)論86-88
• 第六章 中等強(qiáng)度地震震源參數(shù)的大地測量學(xué)與地震學(xué)聯(lián)合反演88-102
• 6.1 引言88-93
• 6.2 算法93-96
• 6.2.1 正演算法93
• 6.2.2 反演程序的描述以及算例展示93-96
• 6.3 張北地震反演實(shí)例96-98
• 6.4 討論與結(jié)論98-102
• 第七章 結(jié)論與展望102-107
• 7.1 結(jié)論102-104
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)104-105
• 7.3 展望105-107
• 參考文獻(xiàn)107-120
• 致謝120-122
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和取得的科研成果122

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張學(xué)民;剪切波速度結(jié)構(gòu)研究方法綜述[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2005年01期

2 陳運(yùn)泰,林邦慧,王新華,黃立人,劉妙龍;用大地測量資料反演的1976年唐山地震的位錯(cuò)模式[J];地球物理學(xué)報(bào);1979年03期

3 許忠淮,汪素云,黃雨蕊,高阿甲;由大量的地震資料推斷的我國大陸構(gòu)造應(yīng)力場[J];地球物理學(xué)報(bào);1989年06期

4 吳建平,明躍紅,張恒榮,蘇偉,劉一鳴;2002年夏季長白山天池火山區(qū)的地震活動(dòng)研究[J];地球物理學(xué)報(bào);2005年03期

5 朱艾斕,徐錫偉,周永勝,尹京苑,甘衛(wèi)軍,陳桂華;川西地區(qū)小震重新定位及其活動(dòng)構(gòu)造意義[J];地球物理學(xué)報(bào);2005年03期

6 胡幸平;俞春泉;陶開;崔效鋒;寧杰遠(yuǎn);王艷華;;利用P波初動(dòng)資料求解汶川地震及其強(qiáng)余震震源機(jī)制解[J];地球物理學(xué)報(bào);2008年06期

7 韋生吉;倪四道;崇加軍;鄭勇;陳槞;;2003年8月16日赤峰地震:一個(gè)可能發(fā)生在下地殼的地震?[J];地球物理學(xué)報(bào);2009年01期

8 黃建平;倪四道;傅容珊;鈕鳳林;邵志剛;鄭勇;;綜合近震及遠(yuǎn)震波形反演2006文安地震(M_w5.1)的震源機(jī)制解[J];地球物理學(xué)報(bào);2009年01期

9 裴順平;劉杰;馬宏生;高星;蘇金蓉;;川滇地區(qū)橫波Q值動(dòng)態(tài)變化[J];地球物理學(xué)報(bào);2010年07期

10 高景春,刁桂苓,張四昌,蔡華昌,張宏志,賴曉玲,李欽祖,王勤彩,李松林,張彥清,朱振興;以震源精確定位結(jié)果分析張北地震序列的破裂特征[J];地震地質(zhì);2002年01期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 韋生吉;稀疏臺(tái)網(wǎng)震源參數(shù)方法研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

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本文編號：260240