震源扫描算法：绘制震源时空分布图

提出了一种称为震源扫描算法（SSA）的新方法,用来绘制震源的时空分布。利用试验地点和发震时间,这种方法通过对所有台站在它们理论到时处观测到的绝对振幅求和来计算“亮度”函数。然后,对整个模型的空间和时间进行系统的搜索,寻找“亮度”函数最大值来确定震源的时空分布。这种方法的最大优点是：（1）不需要计算高频率理论地震图就可以获得波形信息（包括到时和相对振幅）;（2）既不需要对震源的几何特征做任何先验的假设也不需要拾取预先组合的相位数据。使用合成数据进行的一系列测试表明,这种方法是健全的并且能够在一个网格间隔中如实地还原震源结构。最后,我们通过对最近的卡斯凯迪亚北部消减带偶发的颤动及滑动产生的波形数据定位了一个典型的颤动事件,以此来证明震源扫描算法的有效性。     

首都圈地区中小地震全波形震源机制反演

目前对首都圈地区中小地震的震源机制研究所用的方法主要有P波初动极性法、 振幅比法及波形反演方法。 前两种方法只利用了波形中很少量的信息, 且对于稀疏台阵效果较差, 而传统的波形反演法也仅利用了波形的部分信息, 且对于震级、 数据资料等有一定的要求。 为克服上述传统方法中的局限并进一步提高震源机制解的准确性, 本文采用一种新的综合利用上述各种信息的全波形匹配方法来反演首都圈地区中小地震的震源机制解, 提高反演解的可靠性。 为了检验所使用的全波形匹配震源机制反演方法的可靠性, 我们首先进行了合成数据测试, 结果表明全波形匹配方法可以得到稳定可靠的震源机制解。 利用新的全波形匹配方法计算了2019年4月北京发生的两次地震震源机制解, 并结合活动断裂进行分析。 将新的全波形震源机制反演方法应用于首都圈地区2015年以来的22个地震(2.2≤M≤4.3), 并对22个地震的震源机制解及应力轴分布进行了分析, 与前人研究结果具有较好的一致性。     

基于精确震源函数的解调包络多尺度全波形反演

本文提出解调包络方法来重构地震记录中缺失的低频信号,同时该方法能够降低全波形反演的非线性程度;提出伴随状态震源函数反演方法来得到精确的震源函数,并推导了梯度计算公式;解调包络方法结合低通滤波技术,实现了从低频到高频的多尺度反演策略,有效缓解了全波形反演的周波跳跃问题.数值算例证明了解调包络、伴随状态震源函数反演方法和低通滤波多尺度反演策略的可行性及优越性.震源函数反演精度测试结果表明:即使观测记录在缺失低频信息的情况下,也能反演得到精确的震源函数.缺失低频测试和抗噪能力测试结果表明:即使地震数据中缺失9Hz以下的低频信号或者信噪比极低的情况下,利用反演得到的精确震源函数进行解调包络多尺度全波形反演,同样可以得到高精度的全波形反演结果.与Hilbert包络全波形反演对比结果表明:解调包络在重构低频和降低伴随震源主频方面具有一定优势.     

华北地区地震震源机制分区特征

利用华北地区(北纬36°—42°;东经111°—125°范围)2010年1月至2014年6月≥ML2.5的918个地震事件波形资料,采用FOCMEC方法计算震源机制,根据参与计算的清晰初动数量及振幅个数,以及在分别采用5°、10°、15°不同步长搜索震源机制解结果必须为同一组接近解的原则,我们共得到572个可靠的震源机制解.对于震级相对较大且波形低频部分信噪比较好的地震,同时采用TDMT全波形反演方法反演了矩张量,最终得到14个地震的矩张量,并与利用FOCMEC方法得到的震源机制解进行了比较.同时我们还搜集了1937年以来华北地区中强地震的震源机制解结果.根据震源机制类型特征及构造特点,我们从空间上对震源机制结果进行了分区分析.结果表明:研究区内中小地震的震源机制类型相对复杂,但仍能看出中小地震震源机制有显著的分区特征,震源机制主要类型是正断型和走滑型,并且大部分正断型震源机制分布在山西断陷带、唐山老震区、海城老震区内.该现象表明研究区内主要变形以平移和拉张为主;同时通过大于4级以上地震震源机制类型主要为走滑型可得出,走滑型应力在华北地区应力场上占绝对优势,但是局部地区的正断型应力也比较显著,比如山西断陷带、海城老震区、唐山老震区、渤海内(烟台—蓬莱段局部地区).     

基于视震源时间函数的震源过程复杂性分析新方法研究

在全面学习和了解震源破裂过程研究历史的基础上,从地震位移表示定理出发,梳理推导了地震震源时空破裂过程反演研究的基本原理、总结了地震破裂过程反演研究中惯用的约束条件、典型的视震源时间函数提取方法和已有的多种震源破裂过程反演方法,并在已有研究的基础上,尝试性地提出了两种新方法:等矩反投影方法和子事件成像方法。首先,为了提高区域(中强)地震震源过程的时空分辨能力,借助于2013年芦山M_W6.6地震和2014年康定M_W6.3以及M_W5.8地震等实际震例,我们探讨了利用经验格林函数技术从区域地震记录中提取视震源时间函数、进而利用不同视震源时间函数分析和反演中强地震震源过程的效果。其次,为了快速获取震源破裂过程信息,用于震后快速响应以及早期预警,在充分吸收了传统高频反投影方法的优点的基础上,提出了等矩反投影方法,用于对震源破裂过程激发的低频能量源的直接成像。通过多组数值实验测试了新发展的等矩反投影方法的可行性,并将该方法应用于2014年11月在我国四川省康定发生的两次(M_W6.3和M_W5.8)中强地震的震源破裂过程研究以检验新方法的实用性。结果表明,等矩反投影方法对于提取低频能量迁移的主要特征是有效的,是对高频能量反投影方法的必要补充。然后,基于等矩反投影方法的基本思想,并借鉴于传统的震源破裂过程反演方法,新发展了用于对震源破裂时间过程和同震滑动量分布进行直接成像的子事件成像方法。相较于震源破裂过程研究中传统的反演方法而言,新方法不需要事先经验性地给定最大破裂速度以及子断层滑动上升时间,故而在对震源破裂过程进行成像时,允许破裂速度发生变化,并且允许子断层发生多次破裂。同样,利用数值实验测试了新方法的可靠性,且为了检验该方法的实用性,将子事件成像方法用于2014年11月在我们四川省康定县发生的两次(M_W6.3和M_W5.8)中强地震的震源破裂过程研究。结果表明,子事件成像方法能够获取震源过程的主要破裂信息,但与视震源时间函数反演得到的结果相比,破裂尺度略小。最后,将多种方法应用于2015年4月发生的尼泊尔M_W7.8地震及其强余震,获得了这些地震的震源破裂过程图像,对比讨论了这些方法在揭示震源时空破裂过程复杂性信息方面各自的优缺点。具体讲,首先利用远场P波视震源时间函数分析了主震及其强余震的破裂方向,并利用P波波形资料和InSAR资料联合反演了这些事件的震源破裂过程;然后利用等矩反投影方法和子事件成像方法分析了这些事件的低频能量的时空迁移过程和震源破裂过程;最后对利用不同方法得到的结果进行了对比讨论。对于M_W7.8主震而言,联合反演结果表明其以单侧破裂为主,向南东东方向拓展约150km,并沿断层倾向方向向深部拓展约70km,这与利用等矩反投影方法和子事件成像方法直接成像结果得到的主要破裂特征较为一致,但破裂空间拓展尺度要略大,这可能是由于联合反演所给定的3km/s的最大破裂速度要大于直接成像获取的主震破裂速度所致;对于M_W6.7强余震而言,直接波形反演方法与等矩反投影方法和子事件成像方法得到的结果一致表明,该事件破裂主要沿断层倾向方向向深部拓展,并且利用直接波形反演方法搜索到的此次事件最大破裂速度为4km/s,与等矩反投影方法直接成像结果中获取的3.9km/s的破裂速度较为一致,均表明此次强余震可能是超剪破裂事件;对于M_W7.3强余震而言,由于融合了同震InSAR资料的缘故,联合反演结果表明,此次事件以朝向南—东南方向破裂为主,这与基于等矩反投影方法和子事件成像方法的直接成像结果中破裂以朝向南南西—南方向为主的主要破裂特征略有差别,并且直接成像结果表明此次事件破裂速度较慢。概而言之,本论文总结了震源破裂过程研究的发展历史,梳理推导了已有的方法;在此基础上提出了两种新方法,并通过必要的数值实验和对实际震例的应用,阐述了新方法的实用效果和优缺点。     

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.     

2013年7月22日甘肃定西地震的震源破裂过程

北京时间2013年7月22日上午7:45分,甘肃省定西市岷县、漳县交界地区(34.5°N,104.2°E)发生了里氏6.6级地震,引发山体滑坡等地质灾害,造成了严重的人员伤亡和经济损失.本研究基于有限断层模型反演方法,利用远震P波数据(2 Hz)和SH波数据(1 Hz)反演得到了此次地震的震源破裂过程.其中,为了对数据的高频信息进行分析,我们改进了传统的震源时间函数,采用混合震源时间函数(包含高频和低频信息)对地震震源进行描述.研究发现,通过改进的震源时间函数,反演过程中数据的高频信息得到了很好的解释,反演结果与观测波形的拟合效果更好.从反演结果来看,此次地震的破裂分量主要以逆冲方式为主,起震深度在6 km左右;在起始破裂处有最大的滑移量,最大滑移量在0.65 m左右,此次地震释放的标量地震矩为1.3×10~(18)N·m,相当于矩震级为Mw6.1.根据滑动分布推断此次地震的主要应力降发生在震源附近,平均应力降约为1.5 MPa,应力释放相对较小.     

用全局反演方法确定地震震源的最佳和极端模型

本文发展了一种利用波形资料反演地震矩张量的全局方法．这种方法不依赖于初始解的选择，也不受目标函数和约束条件的具体形式限制．当以记录图与理论地震图的误差函数作为目标函数时，用该方法得到的是震源最佳模型；当分别以矩张量分量某种组合的最小或最大为目标，约束误差函数在允许的界限内，能够得到震源的极端模型．由于许多震源性质可以用矩张量分量的组合表示，因此极端模型能够估计出最佳模型的不确定性范围．我们利用一真实地震的波形资料反演结果，证明了这个方法的有效性．      

基于组稀疏约束的微地震震源参数谱投影梯度反演

震源参数反演是微地震监测中的关键技术,常规走时或逆时定位方法可以快速获取震源的空间位置,但是会忽略震源的时间信息.全波形反演(FWI)是一种有效的工具,利用完整的波形信息,通过选用合适的优化算法对微地震事件震源参数进行迭代反演,虽然存在计算量大的问题,但是反演出的结果信息丰富并且精度较高.本文依据微地震震源的特点,提出...     

川青藏地区的地震活动及震源特征

在分析区域地震活动和构造环境及利用ＧＤＳＮ的宽频带波形资料分析震源破裂特征的基础上,结合余震资料,讨论了１９８８～１９９０年发生在四川和青海的９次强震的震源破裂和余震分布特征,分析了四川、青海、西藏相邻区域内的地震能量迁移,并用单键群分析方法对１９７０年以来的地震活动总体图象进行了研究。结果表明,这些地震的震源性质与构造应力环境相符,但青海地震的震源都具有较大的逆掩分量,与过去的走滑震源性质不同,而四川地震的震源Ｐ轴不接近水平方向与当地的“Ｙ”字形复杂构造有关     

论发震构造特性在潜在震源区参数确定中的应用

发震构造特性是潜在震源区划分及其地震年发生率确定的重要依据。潜在震源区除了反映“未来具有发生破坏性地震的地区”的内涵外,还应反映高震级档地震具有相似复发特征的涵义。由于在地震活动性参数统计单元内,有一些具有不同本底地震的活动构造块体,为更好地反映地震活动的空间不均匀性,考虑潜在震源区的三级划分是有必要的。通过分析潜在震源区内高震级档地震的复发特征,计算预测时段内潜在震源区的高震级档地震的发震概率,采用预测时段内概率等效转换获得地震年平均发生率的方法,有助于在中国地震危险性分析框架内考虑潜在震源区的强震复发特性。另外,文中还对潜在震源区内特征地震次级震级档频度不足的特性和发震构造上强震非均匀性在地震危险性分析中的应用问题进行了探讨     

利用GDSN宽频带资料研究青海地区1988—1990年强震的震源过程

１９８８至１９９０年，青海地区发生了４次震级大于６．０的强震。利用ＧＤＳＮ宽频带波形资料，通过波形模拟，结合地质构造的背景资料对这几次地震进行了震源破裂和发震构造背景的研究。使用台站的准震源时间函数和准时间差的分析方法，对震源和复杂性进行了讨论。     

青海可可西里地区的活动构造与地震

青海可可西里地区是青藏高原腹地，自有仪器记录以来，共发生Ｍｓ≥６．０级地震８次，是海省中强地震的主要发震场所之一。本文根据对青海可可西里地区活动断裂的野外考察，较为详细地研究了该区五条活动断裂的几何形态、空间分布及动力学特征。对该区地震活动与构造应力场的关系进行了探讨。结果表明：青海可可西里地区的活动断裂为继承性全新世活动断裂，多发育着史前和现代地震破裂形变带，是该区的主要发震断裂。其中乌兰乌拉湖─岗齐曲活动断裂带是现代地震的主要发震断裂，地表出露有１９８８年４月５日唐古拉Ｍｓ＝７．０级地震的破裂形变带，长达９公里。通过对可可西里地区的野外考察，未发现国外报道的１９７３年７月１６日青海可可西里地区火山活动的事实。     

青海东南部地区中强震前不同阶段的异常特征研究

在全面认识青海东南部及其邻近地区构造背景和深入分析区域地震活动基本特征的基础上,利用《中国震例》资料,系统总结和研究了青海东南部地区中强震前长期、中期、短期和临震阶段的地震活动性和前兆异常,获得了青海东南部地区具有区域特色地震活动性和前兆观测的震例资料及相关结论。     

确定潜在震源区地震年平均发生率的方法研究

为了在地震危险性分析方法中,较好地反映大陆内部地震活动的时空不均匀性,按照震级分档和空间概率分布函数的思路,本文选取并量化了多个地震、地质特征,以描述各震级档地震活动在时间上和空间上的性质.为避免同一因素的重复使用和主观作用的介入,文中引入了分量分析方法对特征进行正交变换.对变换得到的互不相关的新特征进行模糊综合评判,再结合七级以上强震发生后的减震作用,确定了各潜在震源区各震级档的地震年平均发生率作为例子,试算了京-津-唐-张地区的地震烈度区划图.该例子说明,本文的分析方法,不仅能反映华北地区地震活动的时空不均匀性,还避免了特征量的重复使用和专家判断的影响      

THE SOURCE PARAMETERS AND RUPTURE PROCESS OF THE MW7.0 EARTHQUAKE IN ALASKA,USA ON DECEMBER 1, 2018

A magnitude M_W7.0 earthquake struck north of Anchorage, Alaska, USA on 1 December 2018. This earthquake occurred in the Alaska-Aleutian subduction zone, on a fault within the subducting Pacific slab rather than on the shallower boundary between the Pacific and North American plates. In order to better understand the earthquake source characteristics and slip distribution of source rupture process as well as to explore the effect of tectonic environment on dynamic triggering of earthquake, the faulting geometry, slip distribution, seismic moment, source time function are estimated from broadband waveforms downloaded from IRIS Data Management Center. We use the regional broadband waveforms to infer the source parameters with ISOLA package and the teleseismic body wave recorded by stations of the Global Seismic Network is employed to conduct slip distribution inversion with iterative deconvolution method. The focal mechanism solution indicates that the Alaska earthquake occurred as the result of tensile-type normal faulting, the estimated centroid depth from waveform inversion shows that the earthquake occurred at the depth of 56.5km, and the centroid location is 10km far away in northeast direction relative to the location of initial epicenter. We use the aftershock distribution to constrain the fault-plane strike of a normal fault to set up the finite fault model, the finite fault inversion shows that the earthquake slip distribution is concentrated mainly on a rectangular area with 30km×20km, and the maximum slip is up to 3.6m. In addition, the slip distribution shows an asymmetrical distribution and the range of possible rupture direction, the direction of rupture extends to the northeast direction, which is same as that of aftershock distribution for a period of ten days after the mainshock. It is interesting to note that a seismic gap appears in the southwest of the seismogenic fault, we initially determined that the earthquake was a typical normal fault-type earthquake that occurred in the back-arc extensional environment of the subduction collision zone between the Pacific plate and the North American plate, this earthquake was not related to tectonic movement of faults near the Earth's surface. Due to the influence of high temperature and pressure during the subduction of the Pacific plate toward to the north, the subduction angle of the Pacific plate becomes steep, causing consequently the backward bending deformation, thus forming to a tensile environment at the trailing edge of the collision zone and generating the M_W7.0 earthquake in Alaska.     

宁夏及其邻区虚波速度与震源深度分布

本文采用和达法求宁夏五个区的虚波速度,并用各区虚波速度求得1460次地震震源深度,由这些深度的空间分布看出,宁夏地区震源深度由南向北逐渐加深,但几个地震集中的地区各有不同。西海固地区震源分布近似椭球形区域,在15～20公里处夹有不规则的间断面;吴银地区呈现出一条沿北东方向延伸的震源带;吴忠向马三湖地区有一逐渐加深的倾斜带;石咀山及以北地区多为连续的层状分布。由银川至石咀山一线向西北方向展布出一条倾斜面,在该面上有一小震空区。本文还对形成以上震源分布的力源情况进行了初步的讨论。     

用宽频带波形资料研究青海西捷6.8级地震的震源过程

利用中国数字地震台网（ＣＤＳＮ）的宽频带数字化波形资料进一步研究了１９８８年１１月５日青海省西捷ＭＳ６．８级强震的震源过程。通过波形模拟和基于优化遗传算法的全局反演,对该地震的震源参数和破裂特征进行了分析。初步结果表明,此强震是以一次主破裂为特征的事件,与略带逆掩分量的走滑活动断层有关。根据单向破裂对各台站视震源时间函数的影响的分析,认为破裂可能是沿北西走向的断层面由东南向西北传播     

1303年洪洞8级地震GIS系统与震害分布特征分析

采用GIS技术，建立了1303年洪洞地震的地理信息系统. 应用GIS平台空间分析功能研究了1303年洪洞地震的震害空间分布特征和地震等震线的特点. 通过与标准地震烈度衰减关系的对比，分析了地震烈度异常分布的空间特征及其与构造、场地条件、盆地之间的关系. 研究了震源与近源地下结构对地表地面运动的影响，探讨了这种烈度分布特征对区域地震区划、抗震设防、震害预测以及地震应急响应等方面的影响.