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3.17×10^-5,约为全球浅源地震平均能矩比的2.6倍,约为全球逆冲型地震平均能矩比的4倍,地震辐射能量释放效率明显偏高;能矩比取对数可得慢度系数为-4.50,慢度系数可以更直观地显示地震辐射能量释放效率的高低,更适合在普通群众中推广.（5）地震辐射能量、能量震级、能矩比、慢度系数和等效震级差这些新的地震参数,能够定量表示震源的动态特性,对于地震灾害快速评估具有重要意义.

     

利用区域地震记录测定地震辐射能量

地震辐射能量作为描述地震大小的物理量,可为地震应急和灾害评估提供重要参考.现有快速测定地震辐射能量的方法多使用远震记录（35°≤Δ < 80°）,受到几何扩展和频率相关衰减校正方法的限制,利用区域地震记录（5°≤Δ < 35°）测定地震辐射能量的难度较大.因此,本文发展了一种利用区域地震记录快速测定地震辐射能量的方法.研究结果表明：（1）利用该方法可以测定5.0级以上地震的辐射能量,弥补了由于低信噪比和台站分布影响,导致利用远震记录只能稳定测定6.0级以上地震辐射能量的不足;（2）将该方法应用于2009—2021年发生在中国大陆的66次M_W>5.0地震,结果显示74%的单台区域能量震级与远震能量震级的偏差在±0.3以内;对于44次M_W≥5.5地震,区域结果与远震结果基本一致,86%的事件区域能量震级与远震能量震级的差在±0.2之间;（3）结合地震矩资料,得到中国大陆地区地震的能矩比范围为5.2×10^-6~8.1×10^-5,平均能矩比为2.4×10^-5;走滑型地震的平均能矩比高于倾滑型地震,能矩比整体分布存在区域特征,西域地块地震的平均能矩比高于青藏地块东部地震,青藏地块西部地震的平均能矩比最低,同一区域内的地震能矩比也存在差别,这表明不同断层上发生的地震能量释放过程存在明显差异;（4）该方法具有广泛的应用前景,可以在地震台网的日常工作中测定地震辐射能量,为科学研究、地震应急和地震灾害评估提供新的地震参数.

     

四川地震辐射能量和视应力的研究

利用国家地震台网和全球地震台网的宽频带远震P波波形数据,通过测定2014—2019年间国内M_W≥6.0和国外M_W≥6.5共105次浅源地震的辐射能量和能量震级,研究了震源机制解对辐射能量估计的影响。结果表明：① 震源机制不同导致地震能量辐射差异较大,其中走滑型地震对辐射能量的影响最大,对能量震级的平均影响因子为0.34,正断型地震对能量震级的平均影响因子为0.08,逆断型地震对能量震级的影响最小,平均影响因子为0.05;② 不同震源机制类型地震的差震级ΔM也不同,走滑型地震的ΔM为 0.31,正断型地震的ΔM为0.21,逆断型地震的ΔM为0.08,这表明走滑型地震辐射能量的效率较高,正断型次之, 逆断型最低;③ 根据鲁甸地震的测定结果分析可知,当能矩比与慢度参数均远高于全球平均水平时,即使该地震震级较小,也存在造成严重破坏的概率;④ 能量震级M_e和矩震级M_W分别反映了震源的动态和静态属性,二者的联合测定对地震灾害合理评估和地震应急具有重要意义。     

基于PMC方法评估青海省测震台网监测能力

采用基于概率的最小完整性震级方法(PMC),对青海省测震台网稳定运行以来实际产出的地震观测报告数据(2014—2021年)进行分析,获得该台网单台检测概率(P_D)、合成检测概率(P_E)以及基于概率的最小完整性震级(M_P)的空间分布。通过对青海及邻区地震监测能力的评估,获得如下认识：青海测震台网监测能力存在明显的空间差异,其中：在台站分布较为密集的青海东部、中部地区,地震监测能力较好,M_P分别为M_L 1.5—2.0和M_L 1.8—2.5;在台站分布较为稀疏的青海西部和南部地区,地震监测能力则相对较差,M_P分别为M_L 2.5—3.5和M_L 2.2—2.7;在台站分布最为稀疏的青藏交界地区,地震监测能力最差,M_P约为M_L 2.5—3.5。对青海测震台网监测能力的科学评估,可为进一步改善台网空间布局提供参考依据。     

地幔波震级的规范化标定与观测

本文基于瑞利面波的激发和传播理论,导出了零级地震的理论面波谱表达式;并以零级地震为参考地震,以零级地震所相应的面波谱和地震矩作为地幔波震级规范化标定的参照依据,进而提出了测定地幔波震级的新方案。利用CDSN-LPZ信道中的面波资料测定了1987-1990年间全球54次浅源大地震的地幔波震级M_m,并对Okal和Talandier（1989）用GEO-SCOPE-VLPZ及PAS-VLPZ信道中的基阶瑞利波所测1970-1987年间88次地震的结果作了校正。综合这两部分观测结果,得到M_m=1.00 1gM₀-12.13,由此测定的地幔波震级与中小地震的面波震级M_s趋势相一致,为解决面波震级饱和问题提供了一种可行的途径。     

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。     

用峰值速度估算姚安地震序列的地震能量

地震产生的地震波辐射能量的定量计算 ,长期以来一直是地震学基础研究领域中的一个重要问题 .例如 ,著名的 Gutenberg和 Richter (1 95 6 )震级 -能量关系 lg E=1 .5 MS+1 1 .8,至今仍然是一个估算地震波能量较好的经验统计关系 .自 2 0世纪 6 0年代建立地震位错模式以来 ,地震学家们依据这一基本理论模式 ,研究了许多地震波辐射能的定量估算关系 ,如 Haskell(1 96 4 )、Vassilion和 Kanamori(1 982 )、陈培善和 Duda(1 993 b)等在这方面作出了许多创新性的研究成果 .尤其是 2 0世纪 80年代以来 ,具有大动态、宽频带、高精度的数字地震…     

2021年5月21日云南漾濞地震及5月22日青海玛多地震的支持向量机震级估算

2021年5月21日及5月22日,云南漾濞县与青海玛多县分别发生破坏性地震,主震震级分别为M_s6.4级与M_s7.4级。本文基于机器学习中的支持向量机方法,以多类型特征参数为输入建立地震预警震级估算模型SVM-M,离线模拟云南漾濞M_s5.6级前震、M_s6.4级主震以及青海玛多M_s7.4级主震的连续震级估算。结果表明:对于云南漾濞M_s5.6级前震,支持向量机方法在首台触发后1s可估算震级为5.6级,且随着首台触发时间的增加,估算震级一直在实际震级附近波动;对于云南漾濞M_s6.4级主震和青海玛多M_s7.4级主震,随着首台触发时间的增加,支持向量机方法对于大震低估问题得到了有效的改善,且震级估算结果逐渐接近实际震级。同时,这3次地震的震级估算离线模拟表明:引入震源距的支持向量机方法（SVM-M1模型）对于震级估算有更好的稳定性,且在地震预警系统的震级估算中有着潜在的应用前景。     

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。      

由 CDSN 记录计算出的谱震级和地震辐射能

用10个数字化台的宽频带数字记录,计算了1986至1989年间发生在欧亚地震带上的18次 Ms6地震的谱震级和地震辐射能.10个数字化台中有9个属于中国数字化地震台网(CDSN),1个属于德国格拉芬堡台阵.计算得到的不同周期的谱震级,有的稳定性较好,有的稳定性较差.最大谱震级 mf和地震辐射能 E 稳定性较好,各台之间差异很小.特别是对于震中距较大,射线主要通过下地幔的台站,稳定性更好.而拐角周期的稳定性一般较差.辐射能与矩震级的关系满足lgE=1.5Mw+C,C 为常数.最大谱震级 mf=Mw+0.1,与理论预测值一致.      

鹤岗地震台阵记录的矿震与天然地震频谱特征分析

基于鹤岗地震台阵勘选数据,分析各子台记录的矿震和天然地震的频谱特征,从各子台频谱一致性角度对观测场地进行评估;采用希尔伯特—黄变换(Hilbert-Huang,简称HHT)方法,分析矿震和天然地震的时频特征。结果显示:勘选记录的地震频谱特征与已有研究一致,各子台特征也较一致,该勘选场地适合建设台阵;由经验模态分解(EMD)后的本征模态函数(IMF)分量可以明显识别出矿震面波,矿震和天然地震的HHT谱的时频特征有明显区别。     

京津唐地区地壳三维P波速度结构与地震活动性分析

本文利用华北遥测地震台网和首都圈数字地震台网112个台站记录到的1993~2004年发生在首都圈地区3983次地震的P波绝对到时资料和相对到时资料,采用双差地震层析成像方法联合反演了京津唐地区地壳三维P波速度结构和震源参数.京津唐地区的三维P波速度结构图像在浅层上很好地反映了地表地质、地形的特征.在平原和凹陷的盆地处呈现P波低速速度异常,而在隆起的山区或基岩出露区显示为P波高速速度异常.在研究区域内震级M≥6.0历史地震和经过重新定位后的震级ML≥3.0的地震的震源位置在10 km深度和15 km深度处的P波相对速度扰动图上的投影都显示出相似的特点,即:绝大部分的地震的震源位置在P波相对速度扰动图上的投影分布在低、高速异常的交界地带,且偏高速体一侧,只有极少数的地震分布在P波速度异常体内部.     

镇江地震台网理论监测能力评估

基于近震震级公式,对镇江地震台网理论监测能力进行评估,绘制地震监测能力图,以确定监测区不同地点发生地震时能被台网有效分析和定位的地震最小震级。镇江市句容县在该台网理论监测震级最小,为ML1.2—1.3;在镇江及相邻城市,发生M_L 1.8分析认为,以上地震均能被有效监测。     

库尔勒地震台远震体波震级偏差分析

选取库尔勒地震台2008—2015年记录的数字地震资料,与中国地震台网测定的体波震级进行对比,从震级大小、震中距、震源深度以及震中方位,分析二者之间的关系。结果可知,库尔勒地震台计算震级相对偏大,其中mb平均偏差为0.1455,mB平均偏差为0.1941;震源深度在0—96km时,mb和mB震级偏差接近平均值;当震源深度h>96km时,测定震级和中国地震台网测定震级基本一致;地震发生在第三象限时,台站测定震级与中国地震台网测定震级基本一致。     

鹤岗地震台阵地震波形特征分析

为了提高我国微小地震监测能力,"一带一路"项目拟在黑龙江鹤岗地区建设地震台阵。在2019年8月4日至9月4日,鹤岗地震台阵监测到部分近震及远震,与黑龙江省鹤岗地震台观测数据进行对比分析,得到以下结果:与鹤岗地震台相比,鹤岗地震台阵对近震及区域性地震的监测能力较高,对远震和极远震的监测范围较大,记录完整的地震个数更多,整体背景噪声更小,地震波形质量更高,定位更精确,提高了区域地震监测能力。     

M_(S(BB))、M、M_(S7)震级对比

选取2009—2015年内蒙古测震台网速报的46个M≥4.1地震,依据《地震震级的规定》(GB17740—2016)中关于量取地震宽频带面波震级M_(S(BB))的各项条款,重新量取M_(S(BB)),与中国地震台网中心编目结果产出的M震级和M_(S7)震级进行对比分析,结果显示:M_(S(BB))震级与M_(S7)震级的一致性较好。     

宝昌地震台面波震级偏差分析

选取宝昌地震台2016年1月至2018年12月国内外Ms≥5.0地震震级资料,将其与中国地震台网中心(CENC)地震数据管理与服务网站公布的标准震级进行震级偏差统计分析,并从震级、震中距、震中方位、震源深度等方面讨论了宝昌地震台面波震级存在偏差的原因.     

永安地震台钻孔体应变地震响应能力评估

统计永安地震台2007—2013年体应变记录的地震同震响应,与同期国家地震台网大震速报目录对比,响应率为15.21%。绘制地震能力线,量化评估永安地震台体应变仪映震能力,得到钻孔体应变对不同震级地震的响应范围为:震级5.5级,震中距425 km;震级6级,震中距860 km;震级7.0级,震中距3 514 km;震级7.5级,震中距7 104 km。