近震源破裂过程反演研究--Ⅱ.9.21中国台湾集集地震破裂过程的近场反演

根据非线性规划研究的最新成果所设计的一种全新的震源破裂过程的反演方法, 用近场地震波观测资料反演了1999年9月21日发生在中国台湾省集集Mw7.6地震震源破裂过程.为了使反演中设置的断层模型与集集地震实际破裂面尽可能一致, 以尽可能减小由于断层模型设置的不确定性对震源破裂过程反演结果的影响, 设立的断层模型为与集集地震造成的主要地表破裂尽可能拟合的弯曲面模型.反演结果显示: (1) 集集地震震源的破裂大体持续了32 s, 其中主要破裂发生在第6～27 s间, 破裂主要集中发生在断层北段向东拐弯处.(2) 震源破裂以逆冲为主, 平均滑动角为64.5°, 与USGS, Harvard及CWB(台湾中央气象局)的结果相当.标量地震矩为7.76×1020牛顿米, 稍大于USGS和Harvard反演的标量地震矩.(3) 集集地震震源的破裂存在清晰的成核过程, 成核过程经历6 s后, 地震矩释放明显加速.起始破裂从断层南段开始, 10 s后破裂主要集中在断层北段发生.最后将反演结果与震后GPS观测结果进行了对照分析, 并对反演结果的科学意义进行了讨论.     

近震源破裂过程反演研究

根据非线性规划研究的最新成果所设计的一种全新的震源破裂过程的反演方法, 用近场地震波观测资料反演了1999年9月21日发生在中国台湾省集集Mw7.6地震震源破裂过程. 为了使反演中设置的断层模型与集集地震实际破裂面尽可能一致, 以尽可能减小由于断层模型设置的不确定性对震源破裂过程反演结果的影响, 设立的断层模型为与集集地震造成的主要地表破裂尽可能拟合的弯曲面模型. 反演结果显示: (1) 集集地震震源的破裂大体持续了32 s, 其中主要破裂发生在第6~27 s间, 破裂主要集中发生在断层北段向东拐弯处. (2) 震源破裂以逆冲为主, 平均滑动角为64.5°, 与USGS, Harvard及CWB(台湾中央气象局)的结果相当. 标量地震矩为7.76×10²⁰牛顿米, 稍大于USGS和Harvard反演的标量地震矩. (3) 集集地震震源的破裂存在清晰的成核过程, 成核过程经历6 s后, 地震矩释放明显加速. 起始破裂从断层南段开始, 10 s后破裂主要集中在断层北段发生. 最后将反演结果与震后GPS观测结果进行了对照分析, 并对反演结果的科学意义进行了讨论.     

1303年山西洪洞8级地震震源断层研究

1303年在山西洪洞附近发生的8级巨大地震, 是中国根据现存较为详细的文献记载史料所确定的最早的一次8级地震。 这次地震距今已有700多年的历史, 而地震所在区域至今仍有持续不断的小地震活动。 本文根据地震破裂区1981年至2013年的中小地震精定位地震目录, 采用震源断层面拟合方法, 反演得到了1303年山西洪洞地震的震源断层面参数: 走向19.3°、 倾角88.5°、 滑动角-170.0°。 断层面长75.5 km, 宽26.2 km, 深度为地下11.12 ～37.35 km。 将地震破裂区的地震精确定位资料以近东西向的洪洞断裂为界划分为地震北段和地震南段, 分段进行地震震源断层拟合, 反演得到洪洞地震北段震源断层面参数: 走向13.7°、 倾角76.6°、 滑动角-157.6°。 断层面长32.7 km, 宽21.7 km, 深度为地下11.97～32.86 km; 南段震源断层面参数: 走向20.3°、 倾角87.1°、 滑动角-154.6°。 断层面长45.9 km, 宽16.6 km, 深度为地下9.32 km～25.50 km。 无论是分段还是不分段, 反演得到的洪洞地震震源断层均是右倾的近直立断层, 属于右旋走向滑动性质。 分段计算得到的地震北段震源断层深度比南段更深, 将反演得到的震源断层与临汾盆地深部构造最新研究成果进行了分析对比, 北段震源断层深度及倾角大小与深地震剖面推测得到的深大断裂几乎相同。 震源断层在地表的投影与洪洞地震的高烈度区能够较好地对应。     

2004年东乌珠穆沁旗地震震源参数研究

利用波形反演方法, 研究并确定了2004年3月24日发生在内蒙古东乌珠穆沁旗与西乌珠穆沁旗交界处地震的震源机制及深度。 近震波形对震源机制有很好的约束, 而远震体波对于震源深度分辨率很高, 因此综合利用了近震和远震波形数据。 对于近震宽频带波形记录, 用CAP方法反演震源机制解。 利用远震直达P波、 pP波和sP波的到时能较好的确定震源深度。 综合利用近震宽频带波形和远震体波波形记录, 反演得出2004年03月24日地震为逆冲型, 震级为M_W5.3。 其两个节面分别为: 节面I的走向、 倾角、 滑动角分别为147°、 22°、 87°, 节面Ⅱ的走向、 倾角、 滑动角分别为 330°、 68°、 91°; 震源深度为(12±2) km, 是一个典型的浅源上地壳地震。 与前震序列对比, 节面Ⅰ是可能的发震构造。     

2022年1月8日青海门源MS6.9地震的静态和动态震源参数测定

震源特征可通过震源参数量化,震后快速测定震源参数,对于研究区域构造特征、地震的震源性质和孕育演化过程、开展震害评估和地震应急响应都具有重要意义.本研究采用区域地震台网和全球地震台网提供的宽频带波形资料,使用近震全波形反演方法得到了2022年1月8日青海门源M_S6.9地震的地震矩、矩震级和震源机制解等静态震源参数,并测定了地震辐射能量、能量震级和破裂持续时间等动态震源参数.结果显示：(1)本次地震为一次高倾角的走滑型地震,震源机制解节面I走向194°、倾角87°、滑动角175°,节面II走向285°、倾角85°、滑动角3°,地震矩为8.5×10¹⁸N·m,转化成矩震级为6.6,矩心深度为3 km.结合动态震源参数,可确定节面II为地震断层面;(2)地震辐射能量为4.3×10¹⁴J,转化成能量震级为6.8,高于矩震级;(3)地震呈现双侧破裂特征,破裂持续时间为11 s;(4)能矩比为5.1×10^-5,视应力为1.53 MPa,应力降为6.58 MPa,描述断层破裂复杂度的辐射能量增强因子为34;(5)综...     

2007年云南宁洱Ms6．4地震震源过程

通过反演全球范围内20个地震台的宽频带波形资料,获得了2007年6月3日在云南宁洱发生的Ms6．4地震的矩张量解、震源时间函数和断层面上滑动随时间和空间的变化过程．根据反演结果,这次地震的标量地震矩为5．51×10^18 Nm,相当于矩震级Mw6．4．震源机制解中,最佳双力偶对应的节面Ⅰ的走向、倾角和滑动角分别为152°,54°和166°,节面Ⅱ的走向、倾角和滑动角分别为250°,79°和37°．结合震后考察得到的烈度等震线分布特征以及当地的地质构造,可以判定这次地震的发震断层的走向为152°,倾角为54°,滑动角为166°,是一次以右旋走滑为主的地震．从震源时间函数的形态来看,震源破裂持续时间为14s,地震矩的释放主要集中在前11s,在11-14s之间释放的地震矩很少．震源的时空破裂过程图像表明,破裂过程分为3个阶段,在前4S的时间段内,破裂主要沿着走向方向和朝深处发展;在4～7s间,破裂呈扇形向着深处扩展;在7s之后的时间段,破裂点比较零散．地震破裂总体上表现为双侧破裂方式,但在走向方向和深度方向上的滑动略占优势．破裂较强的区域呈菱形,长约为19km．地震断层面上最大滑动量为1．2m,平均滑动量为0．1m,最大滑动速率为0.4m／s,平均滑动速率为0．1m/s．由反演得到的静态位错模型计算的震中区地表位移场的特征与地震的烈度分布特征具有很好的一致性．     

2007年云南宁洱M_S6.4地震震源过程

通过反演全球范围内20个地震台的宽频带波形资料,获得了2007年6月3日在云南宁洱发生的MS6.4地震的矩张量解、震源时间函数和断层面上滑动随时间和空间的变化过程.根据反演结果,这次地震的标量地震矩为5.51×1018Nm,相当于矩震级MW6.4.震源机制解中,最佳双力偶对应的节面Ⅰ的走向、倾角和滑动角分别为152°,54°和166°,节面Ⅱ的走向、倾角和滑动角分别为250°,79°和37°.结合震后考察得到的烈度等震线分布特征以及当地的地质构造,可以判定这次地震的发震断层的走向为152°,倾角为54°,滑动角为166°,是一次以右旋走滑为主的地震.从震源时间函数的形态来看,震源破裂持续时间为14s,地震矩的释放主要集中在前11s,在11~14s之间释放的地震矩很少.震源的时空破裂过程图像表明,破裂过程分为3个阶段,在前4s的时间段内,破裂主要沿着走向方向和朝深处发展;在4~7s间,破裂呈扇形向着深处扩展;在7s之后的时间段,破裂点比较零散.地震破裂总体上表现为双侧破裂方式,但在走向方向和深度方向上的滑动略占优势.破裂较强的区域呈菱形,长约为19km.地震断层面上最大滑动量为1.2m,平均滑动量为0.1m,最大滑动速率为0.4m/s,平均滑动速率为0.1m/s.由反演得到的静态位错模型计算的震中区地表位移场的特征与地震的烈度分布特征具有很好的一致性.     

采用CAP方法反演2016年广西苍梧M_S 5.4地震震源机制解

北京时间2016年7月31日广西梧州市苍梧县发生M_S 5.4地震,基于海南地震台网数字波形资料,采用CAP方法反演震源机制解。结果显示,此次M_S 5.4地震震源深度较浅,最佳深度为5.1 km,其中节面Ⅰ参数为:走向340°,倾角37°,滑动角-18°;节面Ⅱ参数为:走向85°,倾角79°,滑动角-125°。初步推断苍梧M_S 5.4地震破裂面运动以走滑为主,兼有正断性质,反演参数与中国地震台网中心结果较为一致。     

2022年四川马尔康6.0级震群序列震源机制特征分析

采用近震全波形矩张量方法反演了2022年四川马尔康6.0级震群序列22次地震的震源机制解,结果显示：这22次地震全部为走滑型,断层面走向呈NNW和NE两个优势方向,断层面倾角近似直立,滑动角分布在0°和180°附近,P轴优势方位为NWW-SEE向,倾伏角接近水平,表明此次地震事件主要受区域NWW-SEE向水平挤压应力场控制。3次5级以上地震震源机制均与序列其他地震的总体震源机制差异较小,说明序列震源机制较为一致。结合精定位结果综合分析认为：马尔康震群属于多断层面触发性震群,3次5级以上地震是不同断裂的破裂事件,其中5.8级和6.0级地震发震断层面走向为NNW,为左旋走滑破裂事件;5.2级地震发震断层面走向为NE,为右旋走滑破裂事件,3个发震断层均以走滑错动为主,断层面近似直立。     

2014年3月10日加州西北岸M_w6.9级地震震源破裂过程

2014年3月10日13时18分(北京时间)美国加利福尼亚州西北岸发生Mw6.9级地震,震中位于戈尔达板块内部.本文利用国际地震学研究联合会(IRIS)地震数据中心提供的远场体波数据,通过波形反演的方法来研究此次地震的震源破裂过程,并分析未造成重大人员伤亡及诱发海啸的原因,为该地区地球动力学的研究提供依据.选取19个方位角覆盖均匀的远场P波垂向波形记录和13个近场P波初动符号进行约束,基于剪切位错点源模型确定此次地震的震源机制解.结合地质构造背景资料,确定断层破裂面的走向.在考虑海水层多次反射效应的影响下,采用18个远场P波垂向波形数据和21个远场SH波切向波形数据,利用有限断层模型,将断层面剖分为17×9块子断层单元来模拟破裂面上滑动的时空分布,通过波形反演的方法获得此次地震的震源破裂过程.利用海水层地壳模型,剪切位错点源模型的反演结果为:走向323°,倾角86.1°,滑动角-180°,震源深度为10.6km.有限断层模型的反演结果表明,此次地震的破裂过程相对简单,主要滑动量集中于震源上方35km×9km的区域内,破裂时间持续19s左右,平均破裂传播速度约为2.7km·s-1,较大滑动量均沿着走向分布,最大滑动量为249cm.此次地震为发生在戈尔达板块内部的一次Mw6.9级的陡倾角走滑型地震.此次地震为单纯的走滑型地震,断层面接近竖直方向,且发生在洋壳底部,因此破坏力不大,不会对沿岸城市造成重大损失.陡倾角断层在走滑错动的过程中不会使海底地形发生大幅度变化,不会引起大面积水体的突然升降,因此不会诱发大规模海啸.     

2013年7月22日甘肃岷县-漳县M_S6.6地震震源破裂过程

2013年7月22日,在甘肃岷县漳县交界处发生MS6.6地震,地震震中位置靠近临潭—宕昌断裂.本文通过构建有限断层模型,利用国家强震动台网中心提供的12条强地面运动三分量资料,通过波形反演方法来研究这次地震的震源破裂过程.结果显示这次地震是发生在甘东南地区岷县—宕昌断裂带东段附近的一次MW6.1级逆冲兼具左旋走滑破裂事件,最大滑动量约为80cm.发震断层走向及滑动性质与岷县—宕昌断裂吻合,推断本次地震与东昆仑断裂向北的扩展和推挤密切相关,是岷县—宕昌断裂进一步活动的结果.     

剪切破裂源及其近场影响

本文利用有限差分法对垂直走滑断层和垂直倾滑断层两种剪切破裂源在不同埋深和不同破裂尺度(指垂直于地面方向上断层尺度)情况下的近场理论地震图进行了讨论,并得到了地表不同震中距处的加速度付氏谱。通过对上述两种源所产生的近场效应的对比分析,本文得到了以下初步结果: (1) 在埋深相同,断层面宽度相同的情况下,垂直走滑断层源对近场地表的影响比垂直倾滑断层源大。(2) 在垂直倾滑断层源的埋深、破裂尺度相同的情况下,在地表同一震中距处产生的水平位移要比垂直位移大。(3) 两种破裂源在地表同一震中距处产生的位移的最大振幅随破裂尺度的增大而增大,且近似为线性关系;在极震区内不同震中距处产生的位移的最大振幅随震中距的增大而减小,且随震中距的变化率在减小;在地表不同震中距处产生的加速度的付氏谱的主峰周期随震中距的增大而变长,随破裂的增大,付氏谱中主峰周期也加长,且长周期成份愈多;随着破裂源埋深的增加,地表不同震中距处产生的位移的最大振幅变小,即等震线变疏。(4) 走滑断层源产生的加速度付氏谱的主峰周期比倾滑断层源长。     

2017年精河MS6.6地震的断层参数和破裂过程

利用远震资料、近场强震资料和合成孔径雷达干涉同震形变资料确定了2017年8月9日精河M_S6.6地震的断层面参数及震源破裂细节。为得到可靠的断层几何参数,发展了一套基于InSAR数据滑动分布反演的三维格点搜索流程,对本次地震断层面的走向、倾角和震源深度进行了格点搜索。结果显示,地震断层面走向为95°,倾角为47°,震源深度为14 km。基于搜索得到的断层模型进行破裂过程联合反演的结果显示:精河M_S6.6地震为一次单侧破裂事件,最大滑动量约为0.8 m,滑动区域集中在断层面上震源以西5—15 km,沿倾向15—25 km,破裂主要发生在10 km深度以下区域。断层面上的平均滑动角为106°。整个破裂过程释放的标量地震矩为3.6×1018 N·m,对应矩震级为M_W6.3。破裂过程持续约9 s,期间的破裂速度约为2.1—2.6 km/s。由于地震破裂主要集中在10 km以下,未来可能需要关注该区域0—10 km发生潜在地震的可能性。      

GEODETIC AND TELESEISMIC CONSTRAINTS ON SLIP DISTRIBUTION OF 2015 MW6.4 PISHAN EARTHQUAKE

On July 3^rd, 2015, a M_W6.4 earthquake occurred on Pishan County, Xinjiang, located in the front of western Kunlun thrust belt, which is the largest earthquake(M_W6.0~7.0)in the past 40 years in this region. In this study, we collected both the near-filed geodetic coseismic deformation observations including 4 GPS sites and one high-resolution ALOS-2 InSAR imagery, and far-field teleseismic P waveforms from 25 stations provided by IRIS/USGS, to invert the fault parameters(strike and dip)and coseismic rupture model of 2015 M_W6.4 Pishan earthquake. Using the finite fault theory, a non-linear simulated annealing algorithm was employed to resolve our joint inversion problem. The strike (120°~130°) and dip angle(35°~40°)of optimal models are different from that of some previous studies, and the dip change is strongly constrained by combined data than that of strike. In fixing the geometric parameters of optimal fault model, we also considered data weight(5)(geodetic data/teleseismic P waveforms)and constrained weight from moment and smooth factor(2.5). Clearly, our results indicate that the slip distribution mainly concentrates in the depth range from 9 to 16km and a length range of 20km along the strike direction, which is similar to the spatial distribution of the relocated aftershocks. The maximum slip is~95cm. The seismic moment release is 5.45×10¹⁸N·m, corresponding to M_W6.42. Compared with the single data set, geodetic data or teleseismic waveform, our joint inversion model could simultaneously constrain the seismic moment and slip distribution well, thus avoiding effectively a lower-resolution rupture distribution determined by teleseismic-only inversion and a bias released moment estimated by the geodetic-only inversion. Importantly, we should consider both the near-field geodetic data and far-field teleseismic data in retrieving the rupture model for accurately describing the seismogenic structure of active fault in western Kunlun region.     

利用近场强震记录反演2016年日本熊本县地震震源破裂过程

2016年4月15日16时25分（UTC）,日本熊本县发生M_W7.1强烈地震,给当地人员、建筑及经济造成严重灾难和巨大损失.日本地震观测网F-net给出的震源机制解显示此次地震的震源位置为130.7630°E,32.7545°N,深度12.45 km,节面Ⅰ：走向N131°E、倾角53°、滑动角-7°;节面Ⅱ：走向N226°E、倾角84°、滑动角-142°.与此同时,余震的震中分布及其震源机制结果显示主震的震源机制在破裂过程中有可能发生了变化,单一的震源机制不足以充分解释观测数据.本文依据GNSS和InSAR地表形变反演结果为约束,并结合活动构造资料为参考,构建了震源机制变化的有限断层模型,采用水平层状介质模型,利用日本强震观测台网K-NET和KiK-net的近场加速度观测记录,通过多时间窗线性波形反演方法反演了此次地震的震源破裂过程.研究结果显示,这是一次沿Futagawa-Hinagu断层带发生的右旋走滑破裂事件,发震断层分为南北两段,其中北段走向N235°E、倾角60°,南段走向N205°E、倾角72°,断层深度范围和余震深度分布基本一致,断层面上滑动主要集中于断层北段,最大滑动量约7.9 m,整个断层的破裂过程持续约18 s,释放地震矩5.47×10¹⁹ N·m（M_W7.1）.     

震源破裂方式和断层性质对近场强地震动特征的影响

基于数值格林函数法的近场强地震动数值模拟方法,以1994年Northridge地震断层面上位错量的不均匀分布模式和该地区的地层剪切波速度结构为震源模型和计算模型,做了两个方面的模拟研究:(1)直立走滑断层(断层倾角为90°)情况下,模拟分析了有限断层单侧破裂模式和双侧破裂模式对强地震动特征——破裂方向性和上盘效应的影响;(2)对于倾斜断层(倾角为45°),模拟分析了正断层、逆断层和走滑断层情况下,单侧破裂模式对其强地震动主要特征——破裂方向性效应和上盘效应的影响.结果表明:断层的破裂方式直接影响着地表地震动峰值和矢量分布;在近场区无论直立断层还是倾斜断层,其地表地震动峰值分布所表达的破裂方向性效应显著,位于破裂传播前方的地震动强度大,反映了波前被压缩的趋势,破裂后方地震强度明显变小;倾斜断层引起的上盘效应明显,NS向分量和竖向分量的地表地震动峰值的最大值出现在上盘靠近断层迹线处,EW向分量的峰值在断层迹线两侧呈不对称分布,且逆断层引起的地震动峰值最大,走滑断层的次之,正断层的最小.     

2014年8月3日云南鲁甸MW6.1（MS6.5）地震破裂过程

2014年8月3日云南鲁甸（M_W6.1,M_S6.5）地震是一次规模不大、但灾害严重的走滑型地震事件.受走滑型地震辐射图型的影响,远震地震资料在特定方位上信噪比不高,给此次地震发震断层面的确定造成了一些干扰.本文概述了鲁甸地震发生后2.4小时发布的作为地震应急响应的破裂过程快速反演工作,以及随后对反演结果的修订工作.修订结果中,两个双力偶节面的反演都显示破裂方向朝地表和走向方向扩展.结合现有的烈度分布和余震精确定位结果,根据破裂方向和烈度与余震分布的优势方向的一致性,确定鲁甸地震是发生在走向162°,倾角86°的近乎垂直于地面的以左旋走滑为主的断层面上的一次破裂事件.根据破裂过程反演得到的震源时间函数,大部分地震矩在破裂开始后2~5 s内集中释放. 比较集中的地震矩释放过程可能是此次地震面波震级明显高于矩震级,且造成严重地震灾害的原因之一.     

2015年尼泊尔地震破裂过程的统一模型

模拟2015年尼泊尔地震（主震M_W7.8及最大余震M_W7.3） GPS/InSAR同震位移、远震体波、高频GPS位移波形和强震加速度记录,构建统一震源模型.统一模型分布特征主要由InSAR观测决定,地震矩释放过程则与P波模型相似,静态与高频GPS观测增加了对破裂时空特征的约束强度;各种比对表明,该模型对各基于单一类型反演模型具有很好的兼容性,棋盘测试展现其具有更优空间分辨率,最小可恢复20 km×20 km尺度的空间特征,压缩了非同震信号或误差导致的零散瑕疵,主、余震破裂具有更好的空间对应关系.主震展布范围为140 km×80 km;4 m以上破裂集中在加德满都以北30 km、深度15 km的狭长区域内,最大滑动量为7.4 m;破裂持续总时长为60 s,破裂速度为3.3 km·s^-1,子断层上升时间在10 s内.M_W7.3余震破裂区域位于主震东侧边缘,滑动量围绕震中扩散,扩展范围为30 km×20 km,最大滑动量约为4.4 m,总破裂持续时间为35 s.本次地震中静态和高频的GPS观测亦具备独立约束主震破裂扩展过程的能力.     

2001年昆仑山口西MS8.1地震破裂时空过程的统一模型

2001年昆仑山口西M_S8.1地震经历了一个复杂的破裂过程,其破裂长、幅度大、破裂速度多变,成为大陆型地震研究的典型地震。本文融合近场高精度大地测量观测（4幅InSAR影像,34个GPS点位同震位移）和高信噪比远震波形记录,基于有限断层反演理论,联合反演得到该地震同震破裂时空过程的统一模型;同时,基于欧洲区域台网波形数据,利用反投影方法获得高频破裂的时空展布。联合反演结果表明,破裂自西向东传播的过程中走向有所变化,破裂尺度达400km,最大滑移量达8m,地震矩大小为6.1×10²⁰Nm,对应的矩震级M_W为7.78。主断层破裂经历了3个阶段,其中,超剪切破裂阶段对应最大位错区域,破裂到达西大滩段与昆仑山口断层交叉处时,破裂速度与尺度迅速下降。反投影结果同样显示破裂的3个阶段空间上对应大地测量反演的3个最大破裂区,最大破裂区的扩展速度达6km/s,但超剪切破裂终止在断层交叉口东部约30km处断层走向发生转变的位置。