由震源时间函数估算地震辐射能量

用实际地震观测中得到的震源时间函数讨论了地震辐射能量的测定问题。指出从辐射能量测定的角度看，实际地震的震源时间函数可以简化为三角形函数，同时一些复杂的地震可用两个或更多的三角形函数来表示。用三角形函数作为实际震源时间函数的简化，估算了一些地震的辐射能量。将NEIC的辐射能量测定结果与用震源时间函数得到的辐射能量的结果进行比较，结果表明两种估计具有比较好的一致性。     

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．      

可变震源深度及结构参数情况下的点源矩张量波形反演

在利用区域台网记录到的高颇地震图进行震源参数反演的过程中.作者采用不带约束条件的地震矩张量研究反映小尺度构造复杂性的小震的震源过程.为了措述地震机制解随时间的变化地震矩张量的每一个分量都具有各自的时间函数.合成地震图与观测地震图的拟合程度由两者均方差的极小值几表示.初始的地蔑图由一系列称为差函数的时变函数叠加得到.考虑所研究地区的两个可能的极端情况给出两个结构模型.针对这两个模型的一系歹〔震源深度.用多模蚕加(modal:ummation)方法算出羞函数.在反演过程中.针对两模型之间的过渡情况和不同的震源深度用线性插值方法给出新的墓函数.从而计算出新的合成地震图.将这些合成地震图与观测地震图进行比较反复迭代.直至两者均方差的极小值乓收数至预先指定的阅值之内为止.使用脉冲时间函数和有限宽度时间函数算出位移和速度的合成地震图作为‘观测.记录,用以对反演方法进行检验一针对两种结构模型作出合成的“观测’记录:一种模型处于用来计葬墓函数的两个给定结构的范围之内另一种模型在这个范围之外.在合成记录中还考虑了随机噪声的影响.对上述第一种模型.当噪声水平小于信号蜂值20%时.矩张最反演得到满意的震源时间函数.而上述第二种模型出现虚假的体积量.如果消除了这种虚假录.则用矩张量的偏差部分可较好地确定震源机制解.使用上述方法.用意大利东北部Friuli地区1987年12月27日M乙=29地震的垂直分摄地震凶进行矩张盆反演.所得震源机制解与几个台站的P波初动极性分布相符.其震源时间函数则显示出一个可能的多次破裂过程.     

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。     

用经验格林函数方法从长周期数字波形资料中提取共和地震的震源时间函数

1990年4月26日，在青海省共和县发生了一次震级MS=6.9地震．这次地震之后，于1990年5月7日、1994年1月3日和1994年2月16日在原震区又发生了MS分别为5.5，6.0和5.7的余震．我们分别以这几次余震的中国数字地震台网的长周期记录作为经验格林函数对该地震的长周期记录进行反褶积，提取了该地震的远场震源时间函数．无论以哪次余震的记录作为经验格林函数，反褶积的结果都相当一致．结果表明，发生于1990年4月26日的MS=6.9地震至少由两次规模相当的事件构成，两次事件的发震时刻相差约30 s．第一次事件的持续时间较短，约12 s，震源时间函数的上升时间约5 s；第二次事件的持续时间较长，约17 s，上升时间约8 s．分析分别从P波和SH波提取的震源时间函数，我们注意到，从SH波中提取的震源时间函数比从P波中提取的震源时间函数复杂，表明这次地震的震源过程除了上述两次规模相当的事件外，还存在规模较小的事件．这一结果与我们由矩张量反演得到的结果以及用宽频带波形资料借助于经验格林函数方法所得的结果一致．我们以较小余震对较大余震做反褶积得到较大余震的震源时间函数．结果表明，发生在1994年1月3日的MS=6.0和1994年2月16日的MS=5.7地震的震源过程相当简单，其震源时间函数为一简单脉冲．对于1990年4月26日MS=6.9地震，我们从不同台站的资料中得到的震源时间函数具有方位依赖性．然而，这种方位依赖性在3个余震的震源时间函数中几乎没有显示．从不同台站或同一台站的不同震相求得的震源时间函数的幅度存在差异，但震源时间函数在其持续时间上的积分却相当稳定，亦即从任何一个台站测得的标量地震矩相当一致． 以3个余震的记录作为经验格林函数得到的1990年4月26日地震的相对标量地震矩分别为22(以1994年1月3日MS=6.0地震的记录为经验格林函数)、26(以1994年2月16日MS=5.7地震的记录为经验格林函数)和66(以1990年5月7日MS=5.5地震的记录为经验格林函数)．据此推算，MS=6.0地震与MS=5.7地震的相对标量地震矩为1.18；MS=6.0地震与MS=5.5地震的相对标量地震矩为3.00；MS=5.7地震与MS=5.5地震的相对标量地震矩为2.54．这些结果与我们从资料中直接得到的相对标量地震矩(分别为1.15，3.43和3.05)一致，表明了作为提取震源时间函数的经验格林函数方法副产品的相对标量地震矩是地震大小的一种很稳定的度量.      

近震源宽频带记录的地震矩张量反演

以1985年4月18日云南禄劝地震(Ms=6.1)的15次余震为例, 使用简单介质模型进行近震源记录的地震矩张量反演, 并试图通过反演结果的讨论, 进一步明确有关方法的意义和限度。将DCS-302数字磁带加速度仪组成的小孔径流动台网获得的三分向近震源宽频带记录进行两次积分得到位移地震图, 对依据震相特征选出的信噪比较大的直达P波、直达S波和SP转换波波形在频率域进行矩张量反演。反演中采用均匀弹性半空间的格林函数。计算结果表明, 采用简单的介质模型, 选取信噪比较大的震相进行矩张量反演, 对MLL约为4-5的地震可以较好地给出震源机制解。在不十分了解详细结构的情况下, 用本文所发展的反演方法处理大量中小地震求震源机制和构造应力场是十分便利的。地震矩张量反演的结果给出禄劝地区的主压应力轴为近NNW向, 接近水平, 表明该地震与欧亚板块和印度板块边界的构造运动有关。      

地震长期概率预测

利用地震矩解目录外推估算了全球长期地震概率。该预测基于地震矩张量解,预测结果用一幅表示预测的地震发生率密度和震源机制方位图来表示。震源机制首先用于平滑地震活动图以获得望的危险性图,然后用于预测未来地震的机制。使用了几种类型的平滑影响函数核。在空间域,使用１／距离影响函数核来计算任一震周围的地震活动性分布。该影响函数核使用两个可调参数;即最大距离和方向性因子（任一震中周围考虑了一次地震震源机制的地震     

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.     

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。      

中国西北地区几个中强地震的Pnl波研究

本文用波形拟合方法,对中国西北地区四个中强地震的Pnl波进行了研究,获得了这些地震的断层面解、震源时间函数、地震矩等参数。我国地震台网所记录到的国内地震大部分落在3—13°的范围内,因此在此范围内的Pnl波对研究区域应力场,板块动力学及地壳结构具有非常重要的意义。     

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.     

利用宽频带数字地震记录测定谱震级

谱震级是表征地震强弱的量度,是地震学研究中的一个重要的地震参数。在地震预测和工程地震研究中具有重要的实际意义。谱震级测定还可得到地震辐射的能量,再通过和标量地震矩的比较,可以估计地震震源处的视应力,而视应力也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,本文尝试利用单台的宽频带波形资料进行谱震级的测定。选用CDSN昆明地震台(KMI)记录的近震宽频带波形资料,分析地震图垂直分量上的P波,采用 Duda等人提出的谱震级的测定方法,改进并提出了一种能够利用宽频带波形资料,直接用速度谱值测定地震谱震级的方法。所得谱震级结果与ISC给出的Ms震级对比后,发现相差不大;所得的能量结果与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,将来还可对不同地区更小的地震进行谱震级的测定,这无疑对地震学的进一步研究很有帮助。     

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。     

编码震源提高地震探测能力的野外实验研究

地球深部结构研究是地震预报和地球动力学研究的基础,传统人工地震受到探测深度、分辨率或震源能量的环保限制,探索利用小能量震源进行深部高分辨率探测技术具有重要意义.本文借鉴雷达探测中的编码原理,开展了震源编码探测实验,利用人工震源向地下发送具有独特特征的随机编码序列脉冲,作为一次等效激发,利用准确记录的编码震源的源函数与地震连续观测的互相关进行“解码”分析,获取地下信息,形成编码地震探测技术.实验表明编码地震能够大幅度提高地震探测能力,利用小能量震源获得远距离的探测和高分辨率,是一种具有重要发展前景的人工探测技术.     

新疆北天山中东段地区震源参数研究

本文首先利用经验格林函数方法证明了新疆北天山中东段地区的震源谱基本满足ω-2 模型。在此基础上 ,通过对S波观测谱中的噪音、仪器、路径、场地等影响的逐一消除 ,得到了研究区 10 5次ML2 5～ 5 7地震的震源谱 ,进而根据Brune的圆盘震源模型计算了地震矩、应力降、震源半径等震源参数。结果表明 ,这些地震的标量地震矩M0 与ML 震级线性相关较好 ,关系为Log10 M0 =1 10ML+ 17 2 0 ;震源半径在 10 0～ 15 0 0m之间 ;应力降介于 1～ 16 0bar之间 ,优势分布于 1～ 10 0bar。地震矩与拐角频率的关系呈现出两段趋势 ,可能表明了研究区震源的多重标度特征 :当M0 小于 4× 10 2 1dyne cm时 (相当于ML4 0地震 ) ,应力降显示出对M0 有依赖关系 ;当M0 大于 4× 10 2 1dyne cm时 ,地震的应力降不依赖于M0 。     

日本大地震矩震级估计的长周期地震动预测方程

建立了壳内地震、板间地震、板内地震的峰值地动速度(PGV)和峰值地动位移(PGD)的长周期(5~30s)地震动预测方程(GMPE)。使用了剪切波速大于或等于2 000m/s的层间的KiK-net井下台网台站强地震动数据。这些数据由日本及其周边的20次6≤MW≤9.1的地震构成,包括2011年的日本东北地震。在推导长周期地震动预测方程时运用了两阶段回归分析。尽管附加了诸如震源深度和地震类型这些尽量能够使回归曲线与数据保持一致的因素,但在双线性回归时于MW7.5处产生了弯曲。所建公式表明:壳内地震的长周期峰值地动速度和峰值地动位移要大于板间地震和板内地震。长周期峰值地动速度和峰值地动位移衰减系数随着震源深度的增加而增加。估计的矩震级符合观测的峰值地动速度和峰值地动位移在5~30s周期范围内的长周期地震动预测方程。得到了由KiK-net井下台网台站加速度计记录的23次地震的震级估计,而且这一结果与全球矩心矩张量项目得到的矩震级一致。上述方法对于大地震的矩震级估计是有效的,如果能够获取震源区的信息,就能快速进行矩震级的估计。     

监测区域应力场变化的一种方法——测定中小地震应力降及其结果

本文介绍一种通过地震图上的简单测量获得地震矩的方法,并由地震波能量公式的简单变换计算应力降。文中用该方法测定了近几年来发生在北三省(河北、山西和内蒙古自治区)交界地区,南三省(河北、山西和河南省)交界地区.以及渤地区共30个中小地震(M_(?)为3.7—5.1)的地震矩和应力降。结果表明,这一方法可较方便地测定一些中小地震的震源参数,从而对区域的地震危险性进行判别     

朝鲜半岛及黄海板内地震的体波分析

本文研究了朝鲜半岛及黄海板内４次中强度浅震，求出它们的震源机制、震源深度、震源时间函数及地震矩。结是要发现，用短周期合成地震图与观测结果对比求得的震源深度是很浅的，在６－９ｋｍ之间。为了测定震源机制、震源时间函数及地震矩，我们根据ＧＤＳＮ资料反演了远震长周期Ｐ与ＳＨ波。反演虽仅依据少数远震体波作出，但矩张量的辐射图形与在近震及远震距离上观测到的大多数Ｐ波初动方向一致。相对振幅及波形在观测结果与合成     

2010年4月14日青海玉树7.1级地震序列中小地震辐射能量的估计

本文利用震后架设的4个流动台站和震源区周围3个固定台站记录到的青海玉树7.1级地震序列波形资料,资料时间截止到2010年5月19日.经过传播路径效应和场地响应校正后,估算了玉树地震序列中80个中小地震的辐射能量.比较了辐射能量估计中不同方法之间结果存在的差异性,首次考虑了由于仪器频带宽度的限制而造成的中小地震辐射能量的低估与补偿问题,得到以下主要结论:(1)分别采用Andrews方法、震源实际谱方法(区分能量补偿前和后二种情况)和根据理论模型并将积分上限外推到所计算地震拐角频率的10倍的方法(理论谱方法)计算出的中小地震辐射能量4种结果基本上位于同一个量级水平之上,表明结果具有一定的可靠性和稳定性.这其中,Andrews方法得到的辐射能量最低,理论谱方法得到的结果最高,而由实际谱方法得到的地震辐射能量介于两者之间.(2)由古登堡经验公式得到的地震辐射能量远高于上述4种方法计算出的结果,能够达到理论谱方法结果的4倍,而且随震级的增大,由它带来的辐射能量的高估趋势更加明显.(3)由于没有考虑地震能量的补偿,Andrews方法得到的地震辐射量明显偏低.用两种不同方法进行地震辐射能量补偿后得到的结果比较接近,但考虑到仪器频带上限值设定的复杂性,认为由理论谱方法计算中小地震的辐射能量更加合适.(4)经过能量补偿后地震辐射能量要高于未作能量补偿的结果,能量补偿带来的辐射能量增加的作用对于小地震更加明显.在本文研究范围之内,不同方法得到的折合能量均明显存在随地震矩的增大而增大的现象,反映出玉树余震序列中大震地震辐射效率高于小震.     

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...