地震辐射能量测定方法研究及其在汶川8.0级地震中的应用

地震辐射能量是关于震源定量的特征量,地震辐射能量的测定是地震定量化研究中一个重要的基本问题.本文基于点源震源模型,开展了地震辐射能量测定方法的研究,推导了计算地震辐射能量的理论公式,自主研发了一套利用远场垂直向P波记录测定地震辐射能量的软件系统,能够快速测定全球范围内5.5级以上浅源地震的地震辐射能量.以2008年5月12日汶川8.0级地震为例,检验了地震辐射能量测定方法和软件系统的科学性和准确性,研究结果表明：(1)汶川地震的地震辐射能量为2.84×10¹⁶J,各台站地震辐射能量的分布与震中距和方位角都没有明显的依赖关系,说明使用理论格林函数法消除路径效应对地震辐射能量测定的约束效果较好;(2)汶川地震的能量震级M_e为8.04,震源机制校正可以使能量震级测定结果的标准差更小,结果更稳定;(3)反演得到汶川地震的地震矩为8.97×10²⁰N·m,转化为矩震级M_W为7.9,M_e比M_W高0.14,说明汶川地震的地震辐射能量偏高.(4)汶川地震的能矩比为3.17...     

2022年1月8日青海门源MS6.9地震的静态和动态震源参数测定

震源特征可通过震源参数量化,震后快速测定震源参数,对于研究区域构造特征、地震的震源性质和孕育演化过程、开展震害评估和地震应急响应都具有重要意义.本研究采用区域地震台网和全球地震台网提供的宽频带波形资料,使用近震全波形反演方法得到了2022年1月8日青海门源M_S6.9地震的地震矩、矩震级和震源机制解等静态震源参数,并测定了地震辐射能量、能量震级和破裂持续时间等动态震源参数.结果显示：(1)本次地震为一次高倾角的走滑型地震,震源机制解节面I走向194°、倾角87°、滑动角175°,节面II走向285°、倾角85°、滑动角3°,地震矩为8.5×10¹⁸N·m,转化成矩震级为6.6,矩心深度为3 km.结合动态震源参数,可确定节面II为地震断层面;(2)地震辐射能量为4.3×10¹⁴J,转化成能量震级为6.8,高于矩震级;(3)地震呈现双侧破裂特征,破裂持续时间为11 s;(4)能矩比为5.1×10^-5,视应力为1.53 MPa,应力降为6.58 MPa,描述断层破裂复杂度的辐射能量增强因子为34;(5)综...     

基于频谱分析的矩震级测定方法——以山西地震带为例

矩震级M_W是目前量度地震大小最理想的物理量,已成为国际地震学界开展研究的首选震级。对于中强地震事件,矩震级M_W通常可以利用长周期地震波,基于矩张量反演计算获得;对于约3级以下的地震事件,直接进行矩张量反演有时会产生较大误差。本文以山西地震带为例,利用山西地震台网数字波形资料,开展研究区Q值函数模型的分析评估与基于频谱分析的矩震级测定。研究结果表明,基于Q值函数Q(f)=299.4f^0.563计算的频谱M_W更接近矩张量反演的M_W,与Q值模型参数Q₀、α和κ的优化组合结果存在较好吻合;对于3.6≤M_L≤5.1地震事件,基于频谱分析计算得到的矩震级与基于矩张量反演矩震级较接近。在已具有详细的区域非弹性衰减模型基础上,基于频谱分析快速测定中小地震的矩震级具有可行性。     

中强地震能量震级测定

本文根据地震波衰减特性,开展了利用宽频带地震波形数据测定地震波能量E_S和能量震级M_e的方法研究。利用震中距处于20°—98°范围内的宽频带远震P波波形数据,测定了4次国外和4次国内中强震的能量震级M_e,并对其面波震级M_S、矩震级M_W及能量震级M_e进行了分析对比。结果表明:面波震级M_S表示的是地震在某一固定频率所辐射的地震波能量大小;矩震级M_W与地震所产生的断层长度、断层宽度、震源破裂的平均位错量等静态构造效应密切相关;而能量震级M_e反映的是震源动态特征,与地震震源的动力学特性密切相关。由于地震是以地震波形式辐射,能量主要集中在震源谱的拐角频率附近,因此能量震级M_e更适合描述地震的破坏性。由此可见,联合测定面波震级M_S,矩震级M_W和能量震级M_e对于地震定量研究以及地震灾害与风险评估具有重要作用。      

江苏数字地震台网P波谱震级和地震辐射能的计算

基于江苏数字地震台网的宽频带记录,对38次M≥5.0地震的P波谱震级M_P进行测定,对地震的辐射能量进行了估算。结果表明:本文测定的M_P与中国地震台网中心(CENC)测定的MS、德国地学中心(GFZ)测定的MW具有很好的一致性,与该2种震级之间的平均偏差分别约为0.17和0.10级,基本小于世界主要地震机构之间对同一震级的测定误差(约0.2级);同时,基于M_P估算的地震辐射能与基于修正G-R关系由MS震级换算获得的结果十分接近,两者平均能量之比约为1.1,表明M_P与P波群(P+pP+sP)能量流是基本等效的。因此,基于宽频带数字记录测定中强地震的P波谱震级以及地震辐射能是可行的,且测定过程简便。     

2013年岷漳地震和2014年景谷地震的能矩比对比研究

2013年岷漳地震和2014年景谷地震两个地震的矩震级均为M_W6.1,但相同等级烈度区域的面积差异显著,前者均明显大于后者.地面震动的强烈程度与震源破裂过程中辐射的地震波高频成分密切相关,作者系统地测定与研究了这两个地震的震源谱和反映其震源特征的能矩比等震源参量.结果表明,虽然岷漳地震和景谷地震释放的地震矩基本相同,分别为1.6×10¹⁸Nm和1.8×10¹⁸Nm,而且前者还比后者略小些,但其释放的地震波辐射能却差异显著,分别为1.3×10¹⁴J和0.6×10¹⁴J;因而前者的能矩比（8.1×10^-5）是后者能矩比（3.3×10^-5）的大约2.5倍.相应地,岷漳地震的视应力和应力降也都明显大于景谷地震的视应力和应力降.此外,这两个地震震源谱结果均显示出其高频趋势均按角频率ω的-2幂次衰减,符合"ω²模式";采用理论震源谱公式计算结果分别约占实际结果的54%和50%,两个地震的地震波辐射能解析解之间的差异依然约2.3倍.震源破裂特征的显著差异导致岷漳地震单位地震矩释放的地震波辐射能更多,即岷漳地震能矩比更大,是导致这两个矩震级均为M_W6.1地震的地震烈度差异显著的一个重要原因.     

用强震动观测资料估算2007年宁洱M_S6.4地震震源参数

通过对2007年6月3日宁洱M_S 6.4、M_S 5.1两次地震的强震动台站观测记录的谱分析,估算了两次地震的辐射能量、地震矩、矩震级等震源参数.结果表明,虽然对拐角频率、应力降等参数各台站的估算结果离散性较大,效果不甚理想,但利用近场强震动观测记录,可以对地震辐射能量、地震矩、矩震级3个参数作出较好的估计.     

新疆中强地震矩震级的初步研究

整理新疆地震台网2010年1月至2023年2月M_L≥4.0的623个中强地震波形数据，利用CAP方法反演得到相应矩震级，使用回归分析得到矩震级M_W和近震震级M_L之间的关系式为M_W=0.668+0.789M_L,相关系数为0.841,标准差0.272 4。回归的标准化残差近似正态分布，矩震级M_W和近震震级M_L呈正相关关系，表明在新疆地震台网日常工作中使用CAP方法测定中强地震的矩震级是可行的。     

利用区域宽频地震数据反演2021年5月云南漾濞MS6.4地震震源破裂过程

本文基于有限断层模型反演方法,利用区域宽频带数据反演了2021年5月云南漾濞M_S6.4地震的震源破裂过程,结果显示:此次地震的发震断层走向为SE向,主要以右旋走滑为主.破裂主要发生在震源东南侧,最大错动量约为0.55 m,位于深度约9 km处,发生明显破裂的深度约达13 km.此次地震释放的标量地震矩为1.48×10¹⁸N·m,相当于矩震级M_W6.05.地震能量主要在前11 s释放.在深度为6~8 km处破裂速度有明显的变快,可能加剧了地表的震动.     

利用区域宽频地震数据反演2021年5月云南漾濞MS6.4地震震源破裂过程

本文基于有限断层模型反演方法,利用区域宽频带数据反演了2021年5月云南漾濞M_S6.4地震的震源破裂过程,结果显示:此次地震的发震断层走向为SE向,主要以右旋走滑为主.破裂主要发生在震源东南侧,最大错动量约为0.55 m,位于深度约9 km处,发生明显破裂的深度约达13 km.此次地震释放的标量地震矩为1.48×10¹⁸N·m,相当于矩震级M_W6.05.地震能量主要在前11 s释放.在深度为6~8 km处破裂速度有明显的变快,可能加剧了地表的震动.     

矩震级及震源机制相似地震的辐射能量差别——2014年鲁甸地震与景谷地震宽频带体波震级的比较

2014年8月3日鲁甸地震和10月7日景谷地震具有相似的矩震级和震源机制,但所造成的灾害却相差甚远。为考察地震辐射能量在这两次地震致灾过程中的作用,本文利用震中距6°~80°范围内记录了鲁甸地震的142个台站、记录了景谷地震的138个台站的宽频带地震记录,计算了累积宽频带体波震级m_(Bc)。结果表明鲁甸地震的m_(Bc)高于景谷地震,因此地震辐射能量的差别对解释两次地震灾害的差别有不可忽视的作用。     

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.      

2013年4月20日四川芦山MW6.7 (MS7.0)地震参数的测定

2013年4月20日四川芦山M_W6.7(M_S7.0)地震发生后, 中国地震台网中心(CENC)发布了地震速报参数. 该文利用中国国家地震台网97个台站的资料对地震速报参数进行了修订, 得出: 四川芦山M_W6.7地震的发震时刻为北京时间8时2分47.5秒(世界时间0时2分47.5秒), 震中位置为30.30°N、 102.99°E, 震源深度17 km. 该地震的面波震级为M_S7.0, 短周期体波震级为m_b6.0, 中长周期体波震级为m_B7.0; 利用波形反演的方法计算了震源机制解, 得到的最佳双力偶解的参数分别为节面Ⅰ: 走向17°/倾角48°/滑动角80°; 节面Ⅱ: 走向212°/倾角43°/滑动角101°, 矩震级为M_W6.7. 中国地震台网中心发布本次地震为面波震级M_S7.0, 而美国地质调查局(USGS)国家地震信息中心(NEIC)发布为矩震级M_W6.6. 为了消除这种差别, 建议我国也应将矩震级作为对外发布的首选震级, 使震级的发布与国际接轨.      

2013年四川芦山MS7.0地震自动速报震级偏差分析及方法改进

使用震中距320 km范围内40个台站的波形记录, 大致还原了2013年4月20日芦山M_S7.0地震的自动速报震级测定过程． 结果表明, 在中国地震局对外发布自动速报参数的时间点上, 震级还处于快速上升段, 此时测得的标准震级为M5.8, 与对外公布的标准震级M5.9比较一致, 却远小于之后人工修订的震级M7.0． 分析芦山地震自动速报震级偏差较大的原因: ① 使用限幅记录, 造成震级低估; ② 地震参数发布过于强调快而忽略了准, 参数发布时有些台站的S波(或Lg波)未到达或未完全到达, 造成计算的平均震级偏小． 通过选择合适的震中距范围, 减小限幅记录的影响并适当延时, 在震后137 s得到震级为M6.8． 另外, 应用M_WP震级测定方法, 在震后77 s获得矩震级为M_W6.8, 显示该方法在测定矩震级时具有快速稳定的优势． 基于上述研究结果, 本文提出改进自动测定震级的措施和方法: ① 对于M＜7.0的地震, 在使用M_L震级测定方法确定震级时, 需在未限幅台站占绝对优势的震中距范围内使用未限幅记录, 并延时到最远台站的S波(或Lg波)最大振幅到达后测定M_L; ② 应用M_WP震级测定方法测定大地震的矩震级．      

区域宽频地震波形反演所揭示的2022年青海门源MS6.9地震震源破裂过程

基于有限断层模型反演方法,利用区域宽频带数据反演了2022年1月青海门源M_S6.9地震的震源破裂过程,并结合地质构造与地震重定位结果判断发震断层走向.综合反演结果表明:此次地震的发震断层走向为WNW向,主要以走滑为主;破裂主要发生在震源两侧,可能存在着双侧破裂,在震后2 s和9 s出现破裂极大值,最大错动量约为1.5 m,位于深度约6km处,发生明显破裂的深度约为16 km,地表破裂长度约20 km;此次地震释放的标量地震矩为1.23×10¹⁹N·m,相当于矩震级M_W6.7,地震能量主要在前15 s释放;发震断层面的倾角为84.6°,接近于垂直,由于破裂范围较大,所以发生明显错动分布的地表投影也长达34 km.     

爆炸地震的能量转换系数计算及其应用

本文提出爆炸地震的能量转换系数计算公式 α=(k·10^-2)^3/n·10^-3和 α=2.03·10^-3 multiply from i=1 to 6 （F_i）上式中k、n为爆炸地震效应的统计参数。下式中F_i（i=1,2,…,6）为反映爆炸方式和场地条件的影响因子。 利用爆炸地震的能量转换系数α,还可建立不同爆炸方式的药量等效系数η: η=α/α₀和爆炸震级估算公式 M=4.42+0.53logαQ.上式中α₀为井下组合（标准）爆破的转换系数。下式中Q为以吨（t）为单位的药量（TNT）。     

中小地震宽频带辐射能量的单台测定

辐射能量是独立于地震矩的另一个重要的震源参数，在地震危险性和地震危害的评估工作中具有重要的实际意义。通过辐射能量和地震矩的比较可以估计视应力，而视应力是震源物理研究中一个重要的物理量。考虑到我国地震台网分布不均匀的情况，本文尝试利用单台宽频带波形资料进行辐射能量的测定。选用CDSN昆明台(KMI)记录的中小地震宽频带波形资料，分析地震图横向分量上的SH波及其后续震相，采用哈佛大学的震源机制结果进行辐射花样因子的校正，通过采用Brune模型，用补偿谱的方法试错得到品质因子Q。所得结果与NEIC用远震体波测得的能量结果具有较好的一致性。用同样的方法，还对更小的地震进行了能量测定的尝试，结果表明小地震的视应力一地震矩标度关系似乎与中强震有所不同。     

辽宁地区中小地震辐射能量的单台测定

辐射能量是独立于地震矩的一个重要的震源参数,在地震危险性和地震危害的评估工作中具有重要的实际意义。目前国际上常用的地震辐射能量的测定是利用Boatwright and Choy和Choy and Boatwright的方法,测定的均是Ms≥5.5以上地震的辐射能量。考虑到辽宁地震台网分布不均匀的情况,本文尝试利用单台宽频带波形资料进行中小地震辐射能量的测定。选用营口台记录的岫岩地震序列的宽频带波形资料,分析地震波形横向分量上的SH波及其后续震相,对每个地震去除场地效应和几何扩散效应,并进行辐射花样因子和非弹性衰减校正。衰减因子Q值的确定是通过与震源参数fc、Ω0的联合反演得到的。最后分析了地震辐射能量与震级ML的关系,总体上,地震辐射能量与震级呈正比。     

2019年北京海淀M2.9和怀柔M3.0地震震源参数测定

本文介绍了2019年4月7日北京海淀M2.9及4月14日北京怀柔M3.0地震的基本参数速报情况,并利用区域台网波形数据,采用全波形反演方法ISOLA获得了这两次地震的最佳双力偶解。反演结果显示:M2.9地震的节面Ⅰ走向29°,倾角70°,滑动角?149°,节面Ⅱ走向288°,倾角61°,滑动角?22°;矩心深度14 km,矩震级M_W=3.4。M3.0地震的节面Ⅰ走向93°,倾角84°,滑动角?30°,节面Ⅱ走向186°,倾角60°,滑动角173°;矩心深度16 km,矩震级M_W=3.4。震源机制反演结果表明,两次地震均为走滑型为主的地震,其与震源区域附近历史地震震源机制解具有相同性质。      

云南地区中小地震静力学和动力学参数定标关系

通过消除S波观测谱中的传播路径、场地响应、仪器响应等影响因素,得到中小地震的震源谱.根据Brune震源模型,运用遗传算法计算了地震矩、应力降、震源半径等震源参数;通过考虑由于有限的仪器带宽带来的地震辐射能量低估及补偿问题,测定了中小地震辐射能量;分析了云南地区ML2.0 ～5.3地震静力学和动力学参数定标关系.结果表明:地震矩为2.1×1012～1.2 ×1016N·m,地震矩M0和震级ML的线性关系式为lgM0=1.01ML+10.59;震源破裂半径在86.9～1220.4m之间,地震矩M0与震源半径a之间的关系式为lgM0 =0.003a+ 12.90;应力降结果介于0.03 ～57.55MPa之间,当M0＜4×1014N.m时,应力降随地震矩的增大而增大,当M0≥4 ×1014N·m时,应力降与地震矩之间无明显的依赖关系;地震矩M0与拐角频率∫c明显有依赖关系,二者之间的关系式为lgfc=- lgM0+5.32;地震辐射能量ER在3.01×106～2.06×1012J之间,地震辐射能量ER与震级ML之间的关系为lgER=1.18ML+5.69.当M0＜4×1014N·m时,折合能量有随地震矩增大而增大的趋势,当M0≥4×1014N·m时,折合能量不随地震矩的增大而变化;地震视应力范围为0.02～31.4MPa之间,视应力与震源深度之间没有明显的依赖性.