采用IDS方法反演强震数据确定2017年8月8日九寨沟地震的破裂过程

近场强震数据是地震观测的主要数据类型之一,但尚未广泛用于震源参数快速和常规测定.作者利用2017年8月8日九寨沟地震的近场强震数据,分别基于中国地震台网中心和美国地质调查局的定位结果,采用迭代反褶积和叠加（Iterative Deconvolution and Stacking, IDS）方法反演得到了两个破裂模型.反演结果显示,两个破裂模型除在时间上存在大约2.5 s的偏移外,在其他破裂特征上都极其相似,表明强震数据反演并不严重依赖地震定位结果.破裂过程大约持续8~10 s,释放的地震矩在6.9×10¹⁸ Nm左右,对应的矩震级约为M_W6.5.走向方向上,破裂覆盖了震中西北15 km至震中东南10 km的区域,整体表现为不对称的双侧破裂模式,其中西北方向的破裂略占优势.深度方向上,主要破裂集中在0~10 km的较浅区域.这些特征与目前的地震学和大地测量学结果基本一致,表明在当前的数据条件下,即使定位结果存在不确定性,通过反演强震数据也能够独立可靠地确定中强地震的破裂过程.特别地,未来强震数据的数据质量和获取效率得到进一步改进和提升后,这一工作有望成为震后快速确定破裂过程的主要方式之一,在震后应急工作中发挥积极作用.     

高频GPS和强震仪数据在汶川地震参数快速确定中的初步应用

高频GPS可以实时获取地表位移数据,在地震学中有十分重要的现实应用,比如快速获取震中、震级、地震烈度甚至震源破裂过程.本文以汶川地震为例,首先利用近场7个GPS台站数据反演震中位置,由于高频GPS和测震学确认的震相不一致,两种震中结果相距约15.7 km.然后对高频GPS和强震动数据进行了比较分析,我们的统计结果表明,尽管由于工作原理不同,高频GPS数据中的地震动峰值与强震记录相比存在明显差异,但是高频GPS记录的PGA、PGV和PGD同样可以作为计算地震烈度的指标.进而,使用SMBLOC程序对强震记录进行事后的基线偏移校正,得到与实时高频GPS精度相当的地表位移序列.最后,采用移动平均窗口对这些位移数据作平滑,基于最速下降法和OKADA模型,对汶川地震断层破裂的过程进行了回溯性准实时反演.结果表明,汶川地震主断层由西南向东北方向破裂,以14∶28∶04为基准,在震后20 s提供初始震级M_W7.0,震后70 s震级稳定在M_W7.8,但断层仍在破裂,在震后159 s根据位移波形判断事件基本结束.研究表明,实时地表位移数据可以快速准确获取强震震级和破裂方向,从而使得高频GPS将对现有地震预警系统提供很好的补充.     

地震动衰减模型在玛多Mw7.3级地震影响场快速评估中的应用

2021年5月22日青海省玛多县发生M_w7.3级地震。震后,根据初步估计的断层走向和破裂长度,基于YU15地震动衰减模型和三种NGA-West2（Next Generation Attenuation-West2）地震动衰减模型快速产出地震区震动图及理论烈度图。在获得强震记录和地表破裂长度信息后,对预测结果进行修正。通过比较理论烈度与调查烈度,并结合震动图分布形态以及衰减模型在2016年新疆呼图壁M_w6.0地震中的应用情况对四种地震动衰减模型的适用性进行了分析。结果表明:在台网稀疏地区,基于地震动衰减模型可在震后快速获得地震动分布,并产出具有应用价值的地震影响场;NGA-West2模型在断层破裂较长的大震中表现优于YU15模型,而在中强地震中后者适用性更强;近实时强震动记录可用来检验模型的适用性并对预测结果进行修正;断层破裂尺度、震源机制和破裂过程等信息的准确估计可有效提高地震影响场预测精度。     

利用同震和震后位移数据联合反演2011年日本MW9.0地震同震断层滑动

基于黏弹性球体位错理论, 联合陆地和海底同震GPS数据以及日本本岛330个陆地GPS站点5~10年的震后数据, 反演了日本M_W9.0地震的断层滑动模型, 提升了断层滑动分布在细节上的合理性。 首先, 基于日本本岛330个陆地GPS站点震前2年和震后10年的连续观测数据, 获取了日本M_W9.0地震震后5~10年的年平均位移, 该时段的位移几乎完全由地幔黏弹性松弛效应引起; 接着, 利用黏弹性球体位错理论对震后5~10年的位移进行反复拟合, 确定了日本M_W9.0地震震源及周边地区的地幔黏滞性系数最优解(9.0×10¹⁸ Pa·s)。 然后, 联合同震和震后位移数据, 引入黏弹性位错格林函数, 反演了2011年日本M_W9.0地震的断层滑动分布。 结果表明, 该地震同震破裂的最大值达到了62.72 m, 同震滑动的总地震矩为4.48×10²² Nm, 相应的矩震级为M_W9.03。 由于黏弹性松弛效应引起的震后位移中包含了同震破裂的信息, 基于黏弹性球体地震位错理论, 联合同震和震后位移数据反演断层同震破裂, 有效提高了日本M_W9.0地震断层滑动分布的可靠性。 最后, 本文提出的反演方法为同震观测结果缺乏的大地震震后科考提供了理论支撑: 在大地震发生之后, 即使在同震期间没有足够的观测数据, 也可以在震后通过对震源区的加密观测积累的震后数据, 使用本文提出的反演方法优化同震断层滑动模型。     

2016年苍梧MS 5.4地震活动、震害特征及应急对策

2016年7月31日苍梧M_S 5.4地震的发生,标志着东南沿海地震带第5活跃幕的开始。通过该地震序列、震源机制、强震动记录、地震地质背景,地震灾害及震前异常变化,分析此次M_S 5.4地震活动及震害特征,为广西地区强震震后趋势判断、强震响应提供依据,并对地震前后采用的应急对策及发挥的作用进行论述。     

2017年8月8日九寨沟MS7.0地震震源谱及震中区域品质因子

2017年8月8日四川省九寨沟县发生M_S7.0地震,国家强震动台网中心正式发布了此次地震中收集的66组强震动记录,采用其中震源距不超过150 km且台站场地反应已确定的8组记录,基于S波傅氏谱反演方法确定了此次地震的震源谱及震中区域的地壳介质品质因子.结果为：品质因子Q（f）=84.9f^0.71,说明该区域的S波非弹性衰减较为强烈;根据ω^-2震源谱模型,确定该地震的地震矩为9.42×10¹⁸Nm,其对数标准差为0.12,相应的矩震级M_W=6.616±0.079,拐角频率为0.131±0.011 Hz,应力降为3.854 MPa,该值明显低于全球板内地震的应力降平均水平（4.89 MPa）,但高于2013年芦山M_W6.6地震的应力降.     

2011年日本MW9.0地震震后形变机制与震源区总体构造特征

本文利用较为完备的球体位错理论,结合4.5年的震后位移数据,优化了2011年日本M_W9.0地震震源区岩石圈弹性层厚度与地幔黏滞性因子,更新了该强震断层余滑时空演化过程.首先,基于日本列岛215个均匀分布的GPS连续观测站震前2年与震后4.5年的观测数据,提取了2011年日本M_W9.0地震引起的震后位移时空变化;接着,依据断层余滑衰减相对较快的特点,利用黏弹性球体位错理论对震后3~4.5年的GPS观测数据进行反复拟合,确定2011年日本M_W9.0地震震源区地幔黏滞性系数和岩石圈弹性层厚度的最优解分别为6×10¹⁸ Pa·s和30 km;然后,从震后3年内GPS观测数据中剔除地幔黏滞性松弛效应,获取了断层余滑对应的震后位移场;最后,利用基于球体位错理论的反演算法,反演了2011年日本M_W9.0地震断层余滑的时空演化过程.结果表明,2011年日本M_W9.0地震引起的断层余滑在震后半年内变化显著,震后2年主震区域余滑基本停止,断层的两端存在一定的余滑效应,断层余滑的累计矩震级达到8.59;地震后4年,地幔黏滞性松弛效应对震后位移场的贡献在总体上超过断层余滑的贡献.     

2015年尼泊尔地震三维发震构造及地震危险性研究

2015年4月25日尼泊尔M_W7.8地震发生在喜马拉雅造山带上,人们普遍认为该地震不足以释放该造山带上累积的能量,但对该地区后续地震危险性评价多基于二维或是假三维的形变反演计算结果.本研究从2015年尼泊尔地震主震与其最大余震M_W7.3地震之间的关系出发,着重分析讨论了尼泊尔地震的时间和空间的非均匀性,结合震源机制解、地壳速度结构、精定位后的余震分布及InSAR反演结果,建立了三维发震构造模型,利用非线性摩擦有限元方法,对一个地震周期内断层摩擦行为和块体变形进行了模拟,将计算结果和地表同震形变、形变反演的同震破裂、历史地震时空演化进行对比,在确认该三维模型可靠性的基础上,讨论了该地区后续地震的可能位置,认为在1934年比哈—尼泊尔M_W~8.1地震以东区域,还存在发生大地震的可能,在最大余震M_W7.3地震东南部位,还存在发生中大地震的可能.     

2011年日本MW9.1地震前后破裂区内视应力时空变化

2011年3月11日, 一个 M_W9.1地震袭击了日本本州地区, 为了分析这次地震前后主震破裂区内应力时空变化, 我们选取1996年1月~2016年6月期间发生在破裂区内的563个5.0≤M_S≤6.9地震, 研究了视应力随时间的变化和空间分布。 日本M_W9.1地震前从2002年中起视应力开始呈趋势性上升变化, 到2009年初以0.18 MPa/a的速率从0.6 MPa上升到1.76 MPa, 相差约3倍, 直到地震发生前夕一直保持在1.5 MPa之上。 地震发生之后, 直到2016年6月在破裂区内视应力呈缓慢下降变化, 但仍保持在1.5 MPa之上较高水平。 视应力在地面上和断层面上的分布显示, 1996—2005年间破裂区仅存在个别视应力高值, 从2006年到2011年2月, 破裂区大面积出现视应力高值。 在日本M_W9.1地震发生之后的近3个月内, 破裂区视应力整体处于高值水平, 之后在较高的水平上缓慢减弱。 视应力是地震断层面上平均应力的下限, 视应力的高低在一定程度上反映的是震源断层面上平均应力的高低。 在日本M_W9.1地震前, 发生在破裂区内的地震, 其断层面上的平均应力经历了大约8.5年的趋势上升变化过程。 这次大地震前破裂区所在的地壳应力逐渐增加, 最后导致断层面错动发生日本M_W9.1地震。     

GRACE观测的区域重力场变化与大地震关系探讨

利用GRACE重力卫星观测资料, 系统地分析了喜马拉雅俯冲带及周边几次7级以上大地震前后的区域重力场变化特征。 研究发现, 2005年巴基斯坦M_S7.8、 2008年汶川M_S8.0、 2011年缅甸M_S7.2、 2013年芦山M_S7.0和2015年尼泊尔M_S8.1等大地震都发生在重力显著变化区域及周边, 地震前几年开始区域重力在原变化趋势下呈现快速减小特征, 而后, 减小后的重力恢复增加, 大地震均发生在这种重力变化过程中。 大地震前的这种重力变化过程与苏门答腊M_W9.3和东日本M_W9.0地震的同震和震后区域重力变化过程类似, 只是幅度要远远小于这两个地震的同震和震后变化, 而且重力减小恢复较快。 综合分析认为喜马拉雅俯冲带及周边区域几次7级以上大地震前后的区域重力变化, 都与巨大地震过程中, 板块活动调整的弹性变形、 区域地下深部地幔物质运移和热引起的区域气候改变有关。 据此, 为区域重力变化的共同特征提出一种物理过程模式解释。 苏门答腊M_W9.3及其巨大余震过程中, 喜马拉雅俯冲带局部区域出现地壳的拉伸、 下沉, 一段时间后, 转变为挤压、 抬升。     

2010智利莫尔M_W8.8地震对其破裂区及附近地区地震活动性的影响

强震的发生与地壳中应力增加有关。库仑破裂应力被用于研究由于某次强震发生所产生的应力变化。2010年智利莫尔M_W8.8地震发生之后,其破裂区以南地区没有发生M≥6.0地震,而在其以北地区于2015年在智利发生了伊亚佩尔M_W8.3级地震。在这两个地区地震活动性悬殊。本文利用库仑破裂应力研究了2010年智利莫尔M_W8.8地震在这两个地区产生的应力变化。结果表明,2010年智利莫尔M_W8.8地震在其破裂区以北地区产生的应力变化为正值,有利于断层错动发震,而在其破裂区以南地区产生的应力变化为负值,具有抑制断层错动发震的作用。     

基于InSAR和远场地震波联合反演2008年MW6.3大柴旦地震震源破裂过程

利用InSAR同震形变升、降轨数据和远场地震波数据,基于均方根最小与标量地震矩最小双重约束下的模拟退火方法,联合反演2008年11月10日大柴旦M_W6.3地震震源破裂过程.结果表明,2008年大柴旦地震震源破裂过程整体表现为沿倾向方向从深部破裂起始点处向上往地表传播,且破裂未到达地表;在前7 s内,滑动沿西北和东南两个方向传播,7 s后主要沿东南方向传播,破裂过程时间持续约为11 s,同震滑动分布主要集中在地下10~20 km范围内,最大滑动量达-0.71 m;反演结果揭示本次地震为西南倾高角度兼具微量走滑分量的逆冲破裂事件,反演矩张量为3.96×10¹⁸N·m,矩震级约M_W6.37.通过大柴旦地震发震断层和破裂机制综合分析,初步判断发震断层为西南倾向的大柴旦—宗务隆山断裂.     

新的震级国家标准在2018年陕西宁强MS 5.3地震震源参数测定中的应用

利用国家测震台网记录到的2018年9月12日陕西宁强M_S 5.3地震的波形数据,使用新震级国标计算了此次地震宽频带面波震级M_(S(BB)),利用CAP波形反演方法得到震源机制解及矩震级M_W。结果显示:利用50个宽频带测震台站的波形数据测得此次地震的M_(S(BB))为5.0,与GCMT测定的M_S震级一致;由CAP方法反演得到的最佳双力偶参数为节面Ⅰ:走向169°/倾角81°/滑动角9°,节面Ⅱ:走向78°/倾角81°/滑动角171°;矩震级M_W为5.0,与USGS公布的结果较一致,与GCMT公布的结果仅差0.1。研究认为,此次地震震级应为5.0左右,在日常地震速报中可将M_W作为首选发布震级;而对于中强地震,M_(S(BB))震级相较于M_S震级作为发布震级更为合理。     

基于球体位错理论的地震形变分析

地震形变分布特征主要取决于地震断层破裂特征, 不同震级的地震引起的形变响应范围存在差异。 本文中, 我们基于球体位错理论, 以5 mm的形变测量值为基准, 针对逆冲型和走滑型地震断层, 分析了M_W6.0~M_W8.5地震在跨断层法方向上的形变响应范围, 提出了地震震级和响应范围的经验公式, 并与实际地震(2001年昆仑山口西地震、 2013年芦山地震等)结果进行了比较。 比较结果显示, 经验公式计算结果和实际观测值相符合, 可以用于估算M_W6.0~M_W8.5地震在跨断层法方向的形变响应范围, 同时为地震远场形变特征分析与同震、 震后形变测量点布设等方面提供参考数据。     

2013年巴基斯坦俾路支MW7.7地震震源过程研究

利用高分辨光学影像获取的同震水平位移场资料联合远场波形数据反演获得了2013年巴基斯坦俾路支M_W7.7地震的震源过程模型.结果显示这是发生在具有弧形铲状几何形态的Hoshab断层上的一次左旋走滑为主要运动特征的强烈地震事件.推断这种具有罕见运动模式的强烈地震是斜向应力场与特殊的断层几何形态共同作用的结果.研究工作中采用大数据量均匀分布的同震位移资料参与反演计算,结果表明这种以完整图像的形式使用位移场资料的方式可以克服资料可能存在的系统误差获得可信的结果.     

2016年印尼苏门答腊岛海域MW7.8地震震源运动学特征

根据中国和全球地震台网记录的波形记录,采用W震相矩张量反演、反投影分析及有限断层模型反演方法,研究了2016年3月2日印尼7.8级地震破裂过程,分析讨论印尼地震震源运动学特征.结果表明：此地震为一次对称的双侧破裂走滑型事件,北北东─南南西向的断层节面（走向5°/倾角85°）为发震断层面.标量地震矩约6.19×10²⁰ Nm,矩震级为7.79,最大的滑动量约11 m,位于破裂起始点北东,沿着断层走向约30 km处.破裂平均速度2.0~2.2 km·s^-1,破裂持续时间35 s,破裂在5~25 s内释放的能量,约占总能量的97%.最终形成了总长度90 km左右的断层.印尼地震具有破裂持续时间短、破裂速度慢、高滑动能量带相对集中等显著特点.本研究对进一步增进海洋岩石圈地震的震源特性认识有重要参考意义.     

2015年智利Illapel M_W8.3地震同震效应及其对南美大陆地震危险性影响

基于高性能并行有限元方法,建立含地表地形和Moho面起伏的大规模非均匀椭球地球模型,计算了2015年9月17日智利Illapel M_W8.3地震同震效应,同时讨论2010年智利Maule M_W8.8地震和2014年智利Iquique M_W8.1地震对2015年智利Illapel地震的加载作用,进一步分析这3个地震共同作用对南美大陆及周围断层的地震危险性影响.结果表明:对此次智利Illapel地震CEA(中国地震局地球物理研究所)滑动模型计算的地表最大水平位移约为3 m,USGS(美国地调局)模型的最大水平位移约6 m.特大地震影响范围广,南美大陆接近一半区域同震水平位移量级达到0.5 mm;受3次地震共同作用,智利2010年Maule地震南部俯冲带、2015年Illapel地震和2014年Iquique地震之间俯冲带,以及2014年Iquique地震以北俯冲带,受到10 kPa东西向压应力加载;2010年Maule地震和2014年Iquique地震共同加速了2015年Illapel地震滑动;1960年Valdivia M_W9.5地震破裂区、2014年Iquique地震和1995年Antofagasta地震之间区域以及2010年Maule地震和2015年Illapel地震的未破裂区重合处库仑应力变化均超过10 kPa,有可能加速强震的发生.     

联合强震记录和InSAR/GPS结果的四川九寨沟7.0级地震震源滑动分布反演及其地震学应用

2017年8月8日我国四川九寨沟发生里氏7.0级地震.本研究利用基线校正方法获得距震中100km范围内9个强震台站同震位移,基于Sentinel-1卫星干涉SAR影像对获取了InSAR同震形变场.结合GPS形变数据,本研究进行了震源滑动模型联合反演,结果显示此次地震整体以走滑运动为主,释放地震矩约为7.60×1018 N·m(～MW6.52).通过对比模拟形变场和观测值显示,联合反演结果优于单独基于InSAR形变场的反演结果.静态应力变化计算结果显示断层平均静态应力降为1.07MPa.反演滑动模型沿走向和倾角方向拐角波数值分别为0.99×10-4和1.10×10-4.同震静态库仑应力变化计算结果显示共有83.6%的余震位于库仑应力增加的区域,被主震所触发的余震占总数的77.9%,主震对后续余震具有显著触发作用.强地面运动模拟结果显示模拟结果在烈度分布范围和等级方面与调查烈度符合度很高,模拟结果能够很好地反映断层破裂的方向性效应等特征.本研究计算结果显示九寨沟地震无论是平均静态应力降还是拐角波数均低于同类型地震的平均水平,这可能是造成本次地震强地震动水平相对不高的原因.