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.     

震源破裂过程反演方法研究现状及展望

介绍了震源破裂过程反演方法研究的必要性及意义,简要回顾了震源破裂过程反演研究的历史,详细阐述了现在几种主要的震源破裂过程反演方法,分析了它们各自的优势和不足。展望了震源破裂反演的发展方向,指出地震波数据同其他多类数据尤其是大地测量数据(InSAR和GPS)联合进行反演是未来震源破裂过程反演的发展趋势。     

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.     

利用地震波形反演研究震源破裂时空过程

本文对近10多年来利用地震波形反演推断震源破裂时空过程这一领域的研究进展作一简单介绍．论述了理论地震图的计算、反演确定震源参数、以及解释反演结果三方面的发展,并对反演结果进行了归纳总结．研究表明,在本文所提到的地震中,多数大地震的震中附近只有相对小的滑动,而在多数中等地震的震中或其附近有较大的滑动．本文认为,在进一步提高反演解答的稳定性和可信程度的基础上,在大地构造背景下研究震源的性质,对一批不同震级、发生在不同构造区的地震进行系统研究是有意义的．     

利用地震波形反演研究震源破裂时空过程

本文对近10多年来利用地震波形反演推断震源破裂时空过程这一领域的研究进展作一简单介绍．论述了理论地震图的计算、反演确定震源参数、以及解释反演结果三方面的发展,并对反演结果进行了归纳总结．研究表明,在本文所提到的地震中,多数大地震的震中附近只有相对小的滑动,而在多数中等地震的震中或其附近有较大的滑动．本文认为,在进一步提高反演解答的稳定性和可信程度的基础上,在大地构造背景下研究震源的性质,对一批不同震级、发生在不同构造区的地震进行系统研究是有意义的．     

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.     

近震源地震波波形资料反演震源破裂过程的可靠性分析

用近震源波形资料拟合反演地震的震源破裂过程,所包含的一些不确定因素将对反演结果的精度及可靠性产生影响,文中的数值实验分析了所假定的反演断层模型参数的某些不确定性对反演结果的影响程度,并对观测波形的截取长度对反演精度的影响进行了讨论．结果表明：(1)近震源地震波形资料能较好地分辨断层浅部的破裂过程.然而对断层深部的位错分布的约束和反演能力较差．联合使用近、远场地震波资料进行反演,能反演出一个更为完全的整个断层破裂过程的图像.(2)用近震源地震波资料反演时,反演结果对所假定的反演断层的走向和倾角非常敏感.断层走向偏离真实值2°或倾角偏离真实值5°都会导致一个虚假的反演结果.(3)反演中所使用的介质速度结构模型的不确定性,也会对反演结果产生影响.     

震源时间函数与震源破裂过程

简要介绍了现代数字地震学的两个重要概念。一个是震源时间函数，另一个是地震震源的时空破裂过程。首先，从地震断层位移表示定量出发，介绍震源时间函数和震源破裂过程的基本概念。然后，分别介绍两种从远场地震记录中提取震源时间函数和获取有限断层面上时空破裂过程图像的反演方法。     

用复合型法反演震源破裂过程的研究

本文探讨了用P波频谱研究不对称双侧破裂方式与正交破裂方式的方法,研究了用复合型法反演震源参数的可行性。 用这种方法反演了1966年3月8日邢台马兰6.8级地震及1966年3月22日东旺6.7级地震的震源参数。通过与用网格尝试法反演的结果及余震分布等进行比较,认为这种反演方法除了与过去的网格尝试法类似,可以得到最优拟合参数解外,还可以大大减少计算量,实现了网格尝试法难以实现的更复杂的震源模式的反演。 本文还用此方法研究了1962年3月19日广东河源6.1级地震及1969年7月26日广东阳江6.4级地震的破裂过程。研究结果表明:河源地震的破裂方式是正交三侧破裂。北西方向为主破裂,破裂长度8km,破裂速度0.6km/s. 南东方向破裂长度较短,约2km,破裂速度2.0km/s.正交侧指向南西,破裂长度3km,破裂速度0.5km/s,这个结果与余震分布图所显示的图象很相象。阳江地震的破裂方式是不对称双侧破裂。主破裂方向为北东东,破裂长度14km,破裂速度0.8km/s;朝南西西向的破裂长度5km,破裂速度0.6km/s。      

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）.

     

断层滑动分布与震源破裂过程联合反演研究

本论文的主要研究领域集中于地震震源破裂过程的联合反演。具体来说,就是试图通过对发生在中国大陆内部的3个典型震例的地震震源参数、地震断层几何结构及其地表形变特     

2000年姚安M_S6.5地震震源破裂过程研究

利用从IRIS上获取的11个台站震相清晰的P波波形记录资料对2000年姚安MS6.5地震的震源破裂过程进行了反演,结果表明:(1)地震破裂持续时间为5.6s,破裂主要集中在破裂开始0.2s后的时间段内,由两次2s多的破裂组成,而且后一次破裂的强度超过了前一次;(2)静态滑动位移和应力降分布图均显示存在震中区和震中以东区两个变化比较明显的区域,破裂沿北西向断裂进行。     

基于震源位置搜索的破裂过程联合反演方法及其在典型内陆浅源强震中的应用

众所周知,破裂过程的反演依赖于震源位置和断层面参数.然而,在一些台站稀疏地区,由于震源位置的精度不高,在进行破裂过程反演时,断层面上的初始破裂点的位置难以得到有效确定.     

2013年4月20日四川芦山地震震源破裂过程反演初步结果

使用远场体波资料和有限断层方法快速反演获得了2013年4月12日芦山地震的震源破裂过程模型,并计算了震中区理论烈度分布.结果显示这次地震是发生在龙门山断裂带南端的一次Mw6.7级的逆冲型地震,最大滑动量159 cm,震中区烈度达Ⅷ—IX度(中国地震烈度表).这次地震的震源性质与汶川地震同为逆冲型破裂,主要破裂滑动发生在汶川地震后的库伦应力增加区域,表明汶川地震对这次地震有触发效应,在宏观上可视为汶川地震一次"迟到"的强余震.     

模拟震源动力学破裂过程的数值方法研究

为模拟震源的动力学破裂过程,本文讨论一种求解剪切裂纹动力学扩展问题的有限差分法。在研究二维反平面破裂的基础上,我们把所用方法推广到三维问题。研究了许多简单震源模型,通过对比同一问题的解析解和其它数值解,对方法的正确性和计算精度进行了检验,结果表明我们的数值方法是可行的。最后,作为初步应用的例子,我们研究了非均匀断层的自发破裂问题。     

模拟震源动力学破裂过程的数值方法研究

为模拟震源的动力学破裂过程,本文讨论一种求解剪切裂纹动力学扩展问题的有限差分法。在研究二维反平面破裂的基础上,我们把所用方法推广到三维问题。研究了许多简单震源模型,通过对比同一问题的解析解和其它数值解,对方法的正确性和计算精度进行了检验,结果表明我们的数值方法是可行的。最后,作为初步应用的例子,我们研究了非均匀断层的自发破裂问题。     

2015年尼泊尔M_w7.9地震破裂过程:快速反演与初步联合反演

本文介绍了2015年4月25日尼泊尔Mw7.9(MS8.1)地震发生后的破裂过程快速反演工作,以及后续开展的地震波与少量GPS资料的初步联合反演工作.两项工作得到的反演结果尽管在最大滑动量估计方面存在一些差别,但都一致地显示此次地震是发生在低倾角俯冲断裂上的一次单侧破裂事件,破裂主要朝东南方向传播;断层滑动主要发生在震中至加德满都一带.在加德满都附近区域,其下方破裂与朝东南传播的地震波的多普勒聚焦效应可能造成较强的震感和较大的破坏.对比历史大地震发现,2015年尼泊尔Mw7.9地震的浅部破裂紧邻1934年Mw8.2地震的地表破裂,余震分布与1833年M7.6地震的宏观震中基本重合,其破裂填补了前两次地震破裂以西100km左右的空区,表明此次地震是1934年Mw8.2地震与1833年M7.6地震向西继续延伸的结果.     

用地震波波形拟合方法研究中小地震的震源机制

采用网格搜索方法,利用区域地震三分量全波形资料,对中小地震震源机制的反演方法进行了研究。反演采用初动约束、分段求相关系数,以及幅值加权的混合方法计算误差函数,通过格点搜索法确定震源深度。理论模型试验表明,反演结果具有较好的稳定性和可靠性。云南地区区域数字地震台网的观测资料反演表明,该方法可以合理地拟合观测波形资料。将2001年7月9日(24.93°N,101.47°E)发生的MS 5.3地震的震源机制解与哈佛大学CMT进行了对比,结果表明,Z分量波形拟合略比CMT拟合的好,R分量和T分量的波形拟合明显好于CMT的对应分量。 我们对2001年4月5日在(25.77°N,102.30°E)发生的mb 4.8地震进行了震源机制反演。结果表明,该地震主要表现为走滑断层,震源机制解为(180°,80°,11°)。根据这两个地震震源机制推断的主应力轴,与该地区现代构造应力场特征基本一致。     

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