用单纯形法和PTD法对2016年新疆阿克陶M_S6.7地震序列的震源深度测定分析

用单纯形法计算了阿克陶M_S6.7主震的震源深度,结果为7.5 km,但单纯形法对设定的初始深度依赖值过高,震源深度值不一定可靠。用PTD法计算了阿克陶M_S6.7主震的震源深度,结果为9.4 km,且用了44个台站的震相数据共组成99个有效样本数参与了计算,不仅样本数多,而且震源深度样本数的集中度也比较符合高斯分布的特征,所以震源深度值可信度高,也非常接近国内和国外地震研究机构给出的此次地震的震源深度。当主震的震源深度已知且适合单纯形法设定的初值时,用单纯形法来计算地震序列的震源深度,不仅残差小,而且软件实现简单,确保了地震序列的按时提交。再用PTD法来检验该地震序列震源深度的准确性,结果显示,2种方法得到的震源深度差值不超过10 km,符合中国地震台网对震源深度误差的要求。     

基于深度扫描法精确判定鲁甸MS6.5地震震源深度

1 研究背景 2014年8月3日云南鲁甸发生MS6.5地震(简称鲁甸地震),震源深度10 km(中国地震台网中心发布).此次地震发生后,关于震源深度,一些研究者给出不同结果,如:张广伟等(2014)利用gCAP方法进行拟合,得到此次地震矩心深度为5 km;Xie等(2015)利用CAP方法进行拟合,得到此次地震矩心深度为3 km.笔者采用gCAP方法和全波形方法,获得此次地震矩心深度分别为3 km和10 km.由此可见,不同研究人员采用不同方法拟合所得此次地震的震源深度结果并不一致.文中拟采用Yuan等(2020)开发的深度扫描法重新判定鲁甸地震的震源深度.     

基于深度扫描法精确判定鲁甸MS6.5地震震源深度

1 研究背景 2014年8月3日云南鲁甸发生MS6.5地震(简称鲁甸地震),震源深度10 km(中国地震台网中心发布).此次地震发生后,关于震源深度,一些研究者给出不同结果,如:张广伟等(2014)利用gCAP方法进行拟合,得到此次地震矩心深度为5 km;Xie等(2015)利用CAP方法进行拟合,得到此次地震矩心深度为3 km.笔者采用gCAP方法和全波形方法,获得此次地震矩心深度分别为3 km和10 km.由此可见,不同研究人员采用不同方法拟合所得此次地震的震源深度结果并不一致.文中拟采用Yuan等(2020)开发的深度扫描法重新判定鲁甸地震的震源深度.     

阜阳M_S4.3地震震源深度的确定及地震成因分析

2015年3月14日在安徽阜阳地区发生了M_S4.3地震,随后发生3月23日M_s3.6余震.主震造成2人死亡13人受伤.房屋倒塌155间,受损1万多间.主震震级不大,而造成的灾害巨大.本文使用CAP方法反演了两次地震的震源机制解和震源深度,结果显示两次地震的震源机制解和深度一致.主震的机制解节面Ⅰ走向110°,倾角75°,滑动角—10°;节面Ⅱ走向202°,倾角80°,滑动角—164°;矩震级M_w4.3,余震矩震级M_w3.7,反演最佳深度均为3 km.最佳深度时波形拟合相关系数较高,表明反演结果是可靠的.使用sPn和sPL深度震相进一步分析了两次地震的震源深度.结果显示,选取的7个台站的sPn震相与Pn震相的平均到时差为1 s,对应的震源深度为3 km.震中距为36 km的利辛台的sPL震相与Pg震相到时差约为1.1 s,对应震源深度约3~4 km之间.两种深度震相分析的震源深度与CAP方法的结果一致,表明本文给出的阜阳地震震源深度为3 km左右基本是可靠的.本次地震造成较大灾害的原因很可能与地震震源较浅有关.阜阳地区地壳结构相对稳定,地质构造演化形成3 km厚的沉积层,本次地震可能是区域应力作用下发生在沉积层里的一次地震.     

甘青交界地区sPn震相研究及其震源深度计算

通过对甘青交界地区3个M≥4.5级地震震相的分析,认为在震级M≥4.0级,震中距300km~800 km的甘青交界地区地震,青海数字地震台网部分台站可记录到清晰的sPn震相。采用sPnPn平均到时差方法计算2013年2月12日的青海海西5.1级地震震源深度为14.3 km、9月20日青海门源5.1级地震震源深度9.9 km;2014年10月25日甘肃碌曲4.5级地震震源深度15.2 km。为了验证上述计算结果,用CAP法反演上述3个地震矩心深度,误差比国家地震台网给出的震源深度均小于5km。进一步说明sPn-Pn平均到时差在甘青走时模型下,只要能识别出sPn震相,就能快速准确算出震源深度且震源深度误差较小,结果可靠。     

利用CAP方法和瑞利面波振幅谱联合反演宁强5.3级地震震源深度

2018年9月12日19时6分,陕西省汉中市宁强县发生5.3级地震,不同机构给出的震源深度结果相差较大。为进一步确定宁强5.3级地震的震源深度,基于区域速度模型,首先利用CAP方法反演得到该地震的震源机制解,然后采用瑞利面波振幅谱和CAP深度误差函数联合反演,进一步测定了此次地震的矩心深度。结果显示:CAP方法得到的陕西宁强5.3级地震矩心深度约为12km,瑞利面波振幅谱测定的矩心深度为13km,结合引入的误差函数联合反演,最终确定陕西宁强5.3级地震的矩心深度为13km左右,表明此次地震仍属于发生于上地壳的地震。     

CAP方法反演2014年山东乳山M4.2、M4.0地震震源机制解

选用山东数字地震台网波形资料,利用CAP方法反演乳山2014年1月7日M4.2及4月4日M4.0地震震源机制解。反演结果显示,两次地震均在矩心深度为6 km处获得最佳震源机制解,其节面参数基本一致,属于近走滑型地震。震中附近流动台站的震源距计算表明地震序列震源深度应略小于7 km,与CAP方法反演结果具有一致性,表明地震的主体破裂发生在上地壳。     

利用河北台网sPn震相计算近震震源深度的初步研究

以河北台网记录到的地震数据为基础,根据sPn震相所具有的特征对该震相进行精确识别,计算出2001年以来河北地震台网记录的2个代表性地震的震源深度,为了得到更加准确的震源深度,采用sPn震相计算出多个台站震源深度的平均值,将结果与中国地震台网中心给出的震源深度进行比对,2个地震的震源深度误差均比较小,说明该方法在日常工作中可以得到应用,为地震科研工作提供有利的依据。     

2020年阿拉斯加Mw7.8地震震源特征及邻区地震危险性分析

2020年7月22日,在美国阿拉斯加半岛南部发生了一次Mw7.8地震.本文利用远场地震波形记录与近场GPS台站同震位移资料,反演了本次地震震源机制和震源破裂过程.结果表明:阿拉斯加地震为一震源深度为23 km,地震断层倾角约17°,破裂面上最大的同震位移达到914 cm的逆冲型地震.由此得到该地震的地震矩为6.94X1...     

Calculating Focus Depth Using sPn Phase Recorded on Hebei Digital Seismic Network

以河北台网记录到的地震数据为基础,根据sPn震相所具有的特征对该震相进行精确识别,计算出2001年以来河北地震台网记录的2个代表性地震的震源深度,为了得到更加准确的震源深度,采用sPn震相计算出多个台站震源深度的平均值,将结果与中国地震台网中心给出的震源深度进行比对,2个地震的震源深度误差均比较小,说明该方法在日常工作中可以得到应用,为地震科研工作提供有利的依据.     

基于Langston分解和Hilbert变换约束的区域偏量矩张量反演方法及其应用

本文基于Langston的震源机制分解方法以及Minson和Dreger修正后的近场位移的解析解表达式,给出了一种区域纯偏量矩张量的求解方法,方法使用基于Hilbert变换的波形包络作为增强约束．对该方法进行了数值试验. 试验结果表明,定位准确且速度结构已知的情况下,背景高斯噪声水平达30%时,该方法仍可以得到较稳定的解;使用0.01——0.1 Hz的中长周期频段进行反演,在随机震相到时误差最大plusmn;3 s的情况下,近90%的情况可以得到相对准确的解. 速度结构模型的干扰试验表明,平均模型接近真实地壳结构时,可以得到接近真实的解;模型与真实的地壳结构的误差在10%以内时,得到的解与真实解比较接近;误差接近20%时,矩张量解会出现很大的偏差;地震的定位误差主要影响震源深度的判定,从而导致最终解中出现虚假的非双力偶成分,但在约束为偏量矩张量的情况下,反演得到的断层面参数与真实解偏差不大;在台站方位角覆盖较差(＜60deg;)的情况下,使用平均模型仍可以得到较为准确的解．使用该方法研究了2010年10月24日河南周口太康MW4.7地震的震源机制,结果显示矩张量解与初动符号解较为一致．      

Inversion of free oscillation data for an elliptical rotating earth in source moment tensor studies

It is shown, through numerical experiments, that the effect of ignoring ellipticity and rotation of the earth when inverting free oscillation data in moment tensor studies, is to introduce spurious spectral components in the solution. For numerical simulation of the data conditions of the 1970 deep Colombian event the spurious part has isotropic and deviatoric components, besides a distortion in the phase spectra which may lead to artificial precursive source in the solution. The magnitude of the artificial isotropic component is of the order of 10% of the real source moment tensor, depending on the data set used in the inversion. Measuring the excitation of each mode at each station using the technique of integrating over the spectral peaks does not cancel completely the effect of multiplet splitting, in particular that splitting due to rotation of the earth. The effect of lateral heterogeneities was simulated by introducing arbitrary splitting parameters which produced scattering in the eigenperiods compatible with those observed. For that splitting the inversion rendered additional isotropic components.We conclude that the observed implosive precursor the the 1970 Colombian event could have been artificially introduced by ignoring rotation, ellipticity and lateral heterogeneities of the earth.A procedure to invert free oscillation data for an elliptical rotating earth is proposed. It could be applied to a laterally inhomogeneous earth if the excitation for that model could be computed. Its application to real data for the deep Colombian event indicates that we will need to improve our knowledge on the effect of rotation, ellipticity, lateral heterogeneities and anelasticity on free oscillation and their excitation in order to solve accurately for the six components of the moment tensor independently.     

2013年前郭MS5.8震群矩张量研究

2013年吉林前郭M_S5.8震群为爆发性震群,目前余震活动仍然在持续.基于吉林、辽宁、黑龙江、内蒙古四省地震台网记录的前郭震群波形资料,利用波形信噪比、震源类型、台站及速度模型组合的指标选择最佳的反演方案,应用矩张量的三种反演模式,对序列中5个M_S≥5.0地震进行矩张量反演研究,获得了全矩张量、偏矩张量和纯双力偶的矩张量.使用F-test对地震的三种模式的矩张量反演结果进行显著性检验来确定最佳反演模式.结果显示,5个地震的最优矩张量解均为全矩张量模式反演获得的结果,其双力偶分量仅有20%~65%,矩心深度位于地下3~4 km处,地震在Hudson震源类型图上的投影远离双力偶震源类型区域.这些结果表明,震源类型并非典型的构造地震,推断前郭地震可能是与人类活动有关的诱发地震.     

Full moment tensor inversion constrained by double-couple focal mechanism for induced seismicity*

In this study, we propose a new method to determine full moment tensor solution for induced seismicity. This method generalizes the full waveform matching algorithm we have developed to determine the double-couple (DC) focal mechanism based on the neighbourhood algorithm. One major difference between the new method and the former one is that we adopt a new misfit function to constrain the candidate moment tensor solutions with respect to a reference DC solution in addition to other misfit terms characterizing the waveform matching. Through synthetic tests using a real passive seismic survey geometry, the results show the new constraint can help better recover the DC components of inverted moment tensors. We further investigate how errors in the velocity model and source location affect the moment tensor solution. The synthetic test results indicate that the constrained inversion is robust in recovering both the DC and non-DC components. We also test the proposed method on several real induced events in an oil/gas field in Oman using the same observation system as synthetic tests. While it is found that the full moment tensor solutions without using the DC constraints have much larger non-DC components than solutions with the DC constraints, both solutions are able to fit the observed waveforms at similar levels. The synthetic and real test results suggest the proposed DC constrained inversion method can reliably retrieve full moment tensor solutions for the induced seismicity.     

Uncertainty of moment tensor determination from surface wave analysis for shallow earthquakes

We treat the problem of the non-uniqueness of the moment tensor inversion for shallow earthquakes from long period surface wave data. We give an existence condition for double couples radiating the same long period surface waves as the deviatoric moment tensor obtained by such inversion. We describe the family of such double couples and show that they may provide better estimates of double couple mechanisms than the traditional “best double-couple” solution. We demonstrate the results of application to four large shallow earthquakes with different source signatures.     

Moment tensor inversion of explosive long period events recorded on Arenal volcano,Costa Rica,constrained by synthetic tests

In order to constrain the moment tensor solution of an explosive seismic event recorded on Arenal volcano, Costa Rica, we perform tests using synthetic data. These data are generated using a 3D model including the topography of the volcano and the best estimation of the velocity model available for Arenal. Solutions for (i) the moment tensor components, and (ii) the moment tensor plus single forces, are analyzed. When noisy data and mislocated sources are used in the inversion, spurious single forces are easily generated in the solution for the moment tensor components plus single forces. Forces also appear when the inversion is performed using an explosive event recorded on Arenal in 2005. Synthetic tests indicate that these forces might be spurious. However the mechanism is correctly retrieved by the inversion in both solutions. The ability to recover the explosive mechanism for the 2005 event combined with the interpretative aids from the synthetics tests will enable us to invert for the large variation in events observed on Arenal.     

基于W震相技术的全球强震(MW≥6.5)矩心矩张量自动反演系统评估

使用最近构建的虚拟全球地震台网记录的波形数据,采用OpenMP的并行编程技术优化原有算法, 研制了基于W震相技术的全球强震(M_W≥6.5)矩心矩张量自动反演系统.为了评估该系统的准确度和时效性,将离线自动测定的2008年1月—2013年7月全球140次地震(M_W6.5—9.0)的矩心矩张量与全球矩心矩张量工作组(GCMT)的结果进行了比较.结果表明:该系统可准确测定全球M_W≥6.5地震的矩张量,绝大多数地震矩震级与GCMT给出的矩震级呈现出良好的线性趋势,两者之差ΔM_W的标准方差约0.13,ΔM_W位于区间(-0.2,0.2)的地震占总数的96%;地震矩6个分量分别与GCMT相应的结果沿对角线近线性分布,多数地震矩心水平位置与GCMT给出的矩心水平位置比较接近,两者间大圆弧距离位于区间(0,50km)的地震次数占总数的84%;在台站覆盖较均匀的条件下,该系统能够实现震后25—40分钟自动准确测定全球M_W≥6.5地震的矩心矩张量.      

Rapid earthquake focal mechanism inversion using high-rate GPS velometers in sparse network

In this study, we demonstrate an approach for inverting earthquake source parameters based on high-rate global positioning system(GPS) velocity seismograms. The velocity records obtained from single-station GPS velocity solutions with broadcast ephemeris are used directly for earthquake source parameter inversion using the Cut and Paste method, without requiring conversion of the velocity records into displacement records. Taking the El Mayor-Cucapah earthquake as an example, GPS velocity records from 10 stations with reasonable azimuthal coverage provide earthquake source parameters very close to those from the Global centroid moment tensor(Global CMT) solution. In sparse network tests, robust source parameters with acceptable bias can be achieved with as few as three stations. When the number of stations is reduced to two, the bias in rake angle becomes appreciable, but the magnitude and strike estimations are still robust. The results of this study demonstrate that rapid and reliable estimation of earthquake source parameters can be obtained from GPS velocity data. These parameters could be used for early earthquake warning and shake map construction, because such GPS velocity records can be obtained in real time.     

利用区域台网快速自动反演中等强度地震矩张量

震后快速得到地震矩张量, 可以更好地为烈度速报、 应急救援和震后趋势判定等服务。 本文基于中国区域地震台网现状, 对Dreger的矩张量反演方法进行改进。 结合区域地震速报系统, 将系统触发、 地震相关信息与地震波形记录获取、 矩张量反演计算和最佳解挑选等过程实现自动化, 建立了地震矩张量快速自动反演系统。 将该系统在线运行于福建地震台网, 实现了对闽台地区中等强度地震的矩张量在线快速自动反演。 将反演结果与其他研究机构的结果对比, 验证了本文方法的可靠性。     

用应变地震观测求解震源矩张量的基本原理

震源机制解,即对地震矩张量的推断,对于地震研究具有至关重要的意义.应变地震观测是张量观测,与摆式地震仪的位移矢量观测不同,可以为地震研究提供新的数据源.本文讨论用应变地震观测求解震源矩张量的基本原理.在距离震源足够远的地方,地震波可以看成平面波,其性质决定于震源矩张量.假设平面地震波的应变张量可以由震源矩张量通过坐标变换计算得到,就可以通过观测应变地震波求解震源机制.这个假设至少对于双力偶震源机制是成立的.由此可以证明,在理想的无限介质中,只要有两个以上不同地点的应变地震波观测,就可以解出震源矩张量.这为解决震源机制问题提供了新的方法.目前的地震矩张量求解方法需要两方面的条件:或者需要很多观测点(例如体波反演),或者需要长周期地震波资料(例如面波反演).这些方法只适用于分析比较大的地震.对于小震,因为通常其震中周围不会有足够多的摆式地震仪观测点观测到其地震波,而地震波周期又短,难以利用传统方法给出可靠的震源机制解,所以只需少数观测点就能求解震源矩张量的新方法特别有意义.用应变地震观测求解震源机制,可以给出更为精确的结果.