SH波地表散射的局域边界元模拟

本文提出了一种计算不规则起伏地形中SH波散射的有效方法——局域边界元法.本方法基于传统边界元法,为计算复杂地表散射问题提供了一种更加高效的解决方案.根据地震波满足的边界积分方程中牵引力格林函数的特性,我们将自由边界分解成水平部分和起伏部分.通过公式推导,可将水平部分的位移由起伏部分的位移通过格林函数线性叠加表示,因此只需对起伏部分的位移进行直接求解,从而极大地减少了待求解的未知数个数,显著提高了计算效率.通过与半圆形山谷SH波平面波入射的解析解比较,验证了方法的正确性.数值模型比较显示,局域边界元模拟结果与传统边界元数值解完全吻合,但是大幅提高了计算效率.因此,局域边界元法可以作为模拟不规则地形中地震波散射的有效工具.     

近震源破裂过程反演研究——I.方法和数字试验

利用非线性规划研究的最新成果,设计了一种全新的震源破裂过程的反演方法,同时反演震源破裂的时间图像和滑动在破裂面上的分布.该方法与目前震源过程破裂反演计算所用的两类主要方法(线性矩阵方法和全局搜索寻优方法)相比,在线性矩阵方法对初始模型依赖大、解不稳定和全局搜索寻优方法在高维解空间寻优效率不高、易出现伪解等方面有较显著改善.数字试验的测试表明,本方法计算效率高,反演结果稳定、可靠,可有效应用于实际地震震源过程的反演研究中.     

利用多台阵压缩传感方法反演尼泊尔M_W7.9地震破裂过程

2015年4月25日,尼泊尔地区发生MW7.9地震,震中位于28.1°N,84.7°E.为了详细地研究此次破坏性极强的地震的破裂过程,本文利用多台阵压缩传感方法,使用了阿拉斯加、欧洲和澳大利亚三个台网的共计179个台站的远场P波垂直分量的数据来反演,结果表明本次地震的破裂过程是一个清晰的南东东方向的单侧破裂,破裂尺度约为105km,整体持续时间约为58s.在破裂初始的前15s,能量辐射基本围绕在震源附近,16s后破裂开始向南东东方向以1.9km·s-1的速度破裂.释放能量最大的时间为第38s,位于距震中70km处.该位置从第29秒开始破裂,并持续释放能量长达30s之久.     

云南地区背景噪声层析成像

选取云南省区域台网46个地震台从2007年11月—2009年10月的宽频带噪声数据, 通过互相关方法获得经验格林函数, 采用自适应时频分析方法获取相速度频散曲线, 并且反演得到8—40 s的相速度分布图. 研究结果表明: 云南地区短周期相速度低速异常与地表断裂带分布和沉积层厚度密切相关; 在短周期相速度分布图上, 红河断裂南北段呈现差异, 表明红河断裂南北段周边介质存在物性差异, 这可能是造成地震活动南北差异的主要原因; 长周期相速度分布图显示, 红河断裂和小江断裂带存在低速异常, 可能是切穿地壳的超壳断裂, 该低速异常可能与深部热作用有关; 红河断裂和小江断裂带交汇地区存在高速异常, 该高速异常体对川滇块体深部介质向南运动可能起到了阻挡的作用. 本文结果为下一步反演云南地区的三维剪切波速度结构奠定了基础.      

Lg波Q值随震源深度的变化作为地壳本征衰减深度的判据

Lg波的Q_Lg值是描述区域地壳结构及介质衰减特性的重要参数之一，Q_Lg层析成像被广泛应用于地壳衰减结构横向不均匀性的研究中.但是，对Q_Lg在垂直方向上的不均匀性的研究较少.当发现一个地区发生Q_Lg值低时，我们希望进一步了解这种介质衰减深度.本文通过数值模拟合成地震图的方法，通过分析不同震源深度和介质模型计算Q_Lg，判断Lg波发生主要衰减的深度.研究结果显示：（1）当震源深度浅时，上地壳介质衰减对于Lg波Q值的影响明显比下地壳的影响更大.而震源深度深时，两者贡献基本相当；（2）如果上地壳介质衰减强，则随着震源深度的增加，η值逐渐减小；如果下地壳介质衰减强，η值先增大后减小；但如果下地壳存在低速层，则η值持续增大；（3）如果上地壳介质衰减强，则随着震源深度的增加，Q₀逐渐增大；反之如果下地壳介质衰减强，则Q₀逐渐减小.因此，我们可以通过调查某一区域不同深度地震的Lg波衰减规律，来判断这一地区的地壳介质衰减情况.     

2020年Mw7.7加勒比海地震:反投影成像确定的一次超剪切事件

利用反投影方法,使用美国阿拉斯加台网的远场P波垂直分量地震数据,对2020年1月28日M_W7.7加勒比海地震的破裂过程分两个频段(0.2~1.0 Hz,0.5~2.0 Hz)进行成像.结果显示,地震沿西向单侧近线性破裂,破裂规模约为250 km,破裂时长约为98 s,平均破裂速率约为2.55 km·s^-1.破裂的瞬时速率存在明显波动,在大约53~62 s达到约6 km·s^-1,超过了所在深度的S波速度,为超剪切破裂.地震在5~15 s,21~30 s和66~79 s存在三个高频能量释放峰值,相应时段破裂速率较低,破裂能量得以在局部区域集中释放.破裂一直延伸至大洋中脊附近受阻挡而停止,转换断层几乎完全破裂,释放了加勒比板块和北美板块之间由于相对运动而长期积累的应力.发震断层特殊的空间几何特征和长期积累的应变能,为此次超剪切破裂事件的发生提供了断层几何和动力条件.     

用于不规则界面多层介质的地震波方法比较研究：不规则地形问题

通过研究SH波入射时各种地形的散射，从计算结果的精确性、稳定性和计算效率三个方面研究Aki Larner方法、Bouchon Campillo方法、以及全局广义反-透射矩阵方法（Chen's方法），比较这三种计算具有不规则界面多层介质中理论地震图的离散波数方法. 由于利用了FFT算法，Aki Larner方法速度最快，但由于方法本身受到Rayleigh假设的限制，结果精度最差. Bouchon Campillo方法非常稳定，结果较精确；但其计算效率最低，并且不能正确地处理非常陡峭的地形问题. 全局广义反-透射矩阵方法非常稳定，结果最精确，能够很好地处理非常陡峭的地形问题，并具有适中的计算效率；因此是三种方法中的最佳方法，为计算复杂介质中的地震波动问题提供了十分有效的工具.     

1999年11月29日辽宁岫岩5.4级地震序列的破裂过程研究a

众所周知 ,对地震破裂过程的研究不仅会深化对地震发生过程的认识 ,同时也有助于攻克地震预测这一世界性科学难题 .对这方面的研究一直受到国内外地震学家的重视 .从 2 0世纪 90年代初 ,他们开始着眼于研究主震发生过程中的主破裂时空过程的研究 .这方面的研究通常是利用数字化地震观测波形资料 ,借助于反演方法 ,反演出地震的震源破裂过程 .通过对地震破裂时空进程成像 ,发现了地震破裂过程的复杂性 .地震破裂不但在空间上是非均匀的 ,而且在时间上也是错综变化的 ,这些成果使我们对地震的发生过程有了更加深入的认识 (Chen etal.,1 996;…     

断层自发破裂传播的数值模拟:速率状态摩擦定律本构参数的影响

地震往往受控于滑动面的摩擦性质,这种摩擦性质可以由速率状态摩擦定律较好地描述.速率状态摩擦定律中的本构参数a和b与动态摩擦系数相关,从而影响着同震位移与剪切应力的时空演化.本文在前人工作的基础上,采用三维边界积分方程法模拟速率状态摩擦定律控制下均匀全空间中平面断层的自发破裂传播过程,并详细讨论了a和b对滑动速率、剪切应力和破裂传播速度的影响.数值结果表明a和b的不同取值将导致不同的破裂行为,b－a的值越大,断层越不稳定,这种不稳定性有利于裂纹的产生与扩展.但滑动速率的时空分布不只依赖b－a,而且还与a和b的具体取值有关,断层面上滑动速率峰值与剪切破裂强度均随着a的减小而增大,随着b的增大而增大.相关结果有助于加深对断层自发破裂传播的认识.     

大地震震源破裂模型:从快速响应到联合反演的技术进展及展望

解析大地震的破裂模型是研究地震成因、破裂动力学机制和探究活动断层结构等研究方向的基础.在地震防灾、应急响应和危险性评估等实际问题中发挥着重要的作用.文章对近年来在大地震破裂模型反演的方法及应用上取得的进展进行综述和分析,结合北京大学地球物理专业相关研究人员在大地震破裂模型的快速反演、震源反投影、大地测量、地震波与形变观测数据的联合反演、复杂地球模型中破裂过程的反演及强地面运动模拟等方面的工作,分析不同研究方法的特长以及不足.提出从短期快速响应到长期科学问题的系统化研究思路,并对从震源模型反演到强地面运动预测的一体化自动应急系统,以及全动力学反演方法进行了分析和展望.