一种矩张量反演新方法及其对2008年汶川Ms 8.0地震序列的应用

本文利用全球地震台网（GSN）的宽频带与长周期地震波形资料,采用矩张量反演的新方法,反演得到了2008年5月12日四川省汶川县MS8.0地震及其7个较大余震（MS5.0-6.0）的矩张量解与震源时间函数等震源参数.文章首先简要叙述矩张量反演新方法的理论背景和技术途径,并以汶川大地震的一个余震为例阐述了具体的实现过程;然后给出包括主震在内的8次地震的矩张量解和震源时间函数;最后分析探讨这些结果的构造意义.本文提出的矩张量反演新方法,不但与全球矩心矩张量（GCMT）一样,可以给出点源矩张量解,而且还可以给出点源的震源时间函数. 反演得到的汶川大地震的7个较大余震的震源时间函数表明,即使是中等强度的地震也可能有复杂的震源过程;汶川大地震的多数余震发生在以逆冲为主、兼具小量走滑分量的龙门山断裂带的主断裂上,但很可能有些余震则发生在主断裂附近的次级走滑断裂上.      

用长周期地震体波波形资料反演1990年青海共和地震的震源过程.

以广义反射、透射系数矩阵方法计算Green函数，用中国数字地震台网记录的1990年4月26日青海共和MS=6.9地震及5月7日发生的一次MS=5.0余震的长周期体波资料进行了矩张量反演.反演结果表明，MS=5.0余震是一次比较简单的事件,而主震的破裂过程则较为复杂,它至少是由时间相隔约35 s的两次事件构成．两次事件的震源机制与余震的一致，都是以逆冲为主的左旋-逆断层滑动，表明共和地震是共和盆地南部边缘的一条NWW向隐伏断层在接近水平的NE向压应力作用下自NW朝SE方向由较浅部往深部的进一步扩展.      

1997年中国西藏玛尼Mem>Ssub>7.9地震的时空破裂过程l

用中国数字地震台网（CDSN）的长周期波形资料反演了1997年11月8日中国西藏玛尼地区MS7.9地震的地震矩张量,用频率域里反褶积方法从P波和S波震相中分别提取了震源时间函数,并经反演依赖于方位的震源时间函数获取了断层面上破裂随时空变化的图象．矩张量反演结果表明:玛尼地震发震应力场的P轴和T轴均接近于水平,P轴在NNE方向（方位角29,倾角7）,T轴在SEE方向(方位角122,倾角23),断层错动以走滑为主;标量地震矩为3.41020 Nm,矩震级MW=7.6．由矩张量反演得到的震源时间函数显示,这次地震是由一次较小事件和较大事件组成的,较小事件大约持续5 s,较大事件持续约10 s．由余震分布可推断出玛尼地震的发震断层是走向为250、以走滑为主的左旋-逆断层,断层面的倾角比较陡,约88．根据反演结果计算了理论格林函数,然后用反褶积方法提取了震源时间函数．从不同台站的P波和S波中分别提取的震源时间函数一致表明这次地震破裂的时间历史比较简单,可用一宽度约10 s的正弦形的函数近似表示．进一步反演从不同台站上得到的、依赖于方位的P波和S波震源时间函数,获得了断层面上滑动的时空分布图象．从破裂的记忆式快照看,破裂开始于断层的西端,然后向东向下发展,总体上具有单侧破裂的特征．破裂面由3个破裂子区构成．一个在断层西端,深度约10 km(西区);另一个距断层西端约55 km,深度约35 km(东区);第3个距断层西端约30 km,深度约40 km(中区)．３个破裂子区构成约长70 km,宽60 km的破裂面．从破裂的遗忘式快照看,这次地震的破裂过程是相当复杂的,在不同时刻断层面上发生错动的地点并不相同,显示出这次地震的破裂过程具有愈合脉冲的特征,而且在断层面上的某些部位发生了多次错动;另一特征是最先和最后破裂的部位都不是主要的破裂区．根据标量地震矩计算了断层面上静态位错的分布,位错最高的3处（西区、东区和中区）的位错值分别为956 cm,743 cm和1 060 cm．由断层面上位错的分布推知,破裂主要集中在震中以东长约70 km的断层上;从余震的分布看,震中以西余震稀疏而震中以东余震密集．这些都表明这次玛尼MS7.9地震是北东东-南西西向至近东-西向断层向东扩展的结果．      

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.      

2009年3月19日汤加地震破裂过程快速反演/

2009年3月19日汤加MS7.9地震发生后,我们迅速利用地震破裂过程快速反演技术反演了全球地震台网(GSN)的宽频带波形资料,获得了这次地震的破裂过程．随后,收集了更多的资料重新进行了反演,反演结果的主要特征与快速反演结果基本一致．这次地震的震级为MW7.8,破裂持续时间约为70s,断层面上主要有3个滑动量较大的区域．      

利用视震源时间函数反演尼泊尔M_S8.1地震破裂过程

以2015年4月26日MS7.1余震为经验格林函数事件,利用全国和全球的宽频带记录提取了2015年4月25日尼泊尔MS8.1地震的P波视震源时间函数和Rayleigh波视震源时间函数,并通过联合反演这些视震源时间函数获得了这次地震的时空破裂过程图像.无论是P波视震源时间函数还是Rayleigh波视震源时间函数都呈现出很强的方位依赖性,表明震源断层具有相当的尺度且破裂朝东南方向扩展.时空破裂过程图像清楚地证实了这一特征,并更清晰地显示,破裂几乎是纯粹的单侧破裂,从破裂起始点开始,沿断层面向东南方向扩展~100km,同时沿断层面向深部扩展~80km,形成~125°的破裂优势方向和~5.8m的最大位错.地震的破裂时间历史相对简单,呈非间断性扩展,持续时间约50s.     

2003年9月27日中、俄、蒙边界Ms7.9地震震源机制及破裂过程研究

从IRIS全球数字地震台网长周期记录中, 选取震中距位于30deg;~90deg;的垂直向远震P波资料, 反演了2003年9月27日中、 俄、 蒙边界MS7.9地震及10月1日MS7.3强余震的地震矩张量解, 研究了MS7.9地震的时空破裂过程. 参考余震的空间分布及周围断层走向, 确定MS7.9地震发震断层走向127deg;、倾角为79deg;、滑动角为171deg;. MS7.9地震震源破裂过程反演结果表明,整个破裂过程持续了37 s,释放标量地震矩0.97times;1020 Nmiddot;m. 破裂主要发生在长110 km, 宽30 km的中地壳以上,最大位错3.6 m. 起始破裂处不是滑动量最大的地方. 断层面上显示出两个显著的、滑动量超过2.0 m的破裂区. 破裂传播至MS7.3震源区附近时, 滑动量迅速减小,显示出破裂传播过程的受阻停止, 反映了障碍体引起的破裂过程的不均匀性.      

用数字化宽频带波形资料反演共和地震的震源参数

1990年4月26日，在青海省共和县境内发生了一次MS＝6.9的地震．随后于1990年5月7日、1994年1月3日和1994年2月16日在同一地区相继发生了震级分别为MS＝5.5，6.0和5.7的余震．用频率域矩张量反演方法得到了上述地震的矩张量．结果表明，这4次地震的震源机制总体上比较接近，是以逆冲为主的、走向NWW、倾向SSW的断层，其标量地震矩M0分别为:MS＝6.9地震，9.41018 Nm；MS＝5.5地震，8.01016 Nm；MS＝6.0地震，4.91017 Nm；MS＝5.7地震，2.91017 Nm．反演结果还表明，这几次地震的震源过程明显不同，MS＝6.9地震比较复杂，它主要是由两次规模相当的事件构成的，第一次事件从0 s开始至12 s结束，地震矩为4.71018 Nm；第二次事件从31 s开始至41 s结束，地震矩为2.51018 Nm；另外，在上述两次主要事件之间(12～31 s)，还有一次较小的事件发生，地震矩为2.11018 Nm．与MS＝6.9主震相比，3次余震的震源过程比较简单，其震源时间函数呈简单脉冲形状，表明这几次余震都是主要由一次连续的破裂构成．MS＝5.5地震的上升时间为4 s，持续时间11 s；MS＝6.0地震的上升时间为6 s，持续时间16 s；MS＝5.7地震的上升时间约为6 s，持续时间13 s．      

2001年日本兵库县北部地震（Mw5．2）的破裂过程及余震活动与静态应力变化比较

2001年日本西南兵库县北部地区发生的一次地震（Mw5．2），一些余震群沿着不同于主震走向的方向发生。首先，我们通过近源强地面运动波形反演对此次事件的破裂过程进行研究。虽然这是一次5级地震，但高密度强震观测台网记录到了高质量的波形数据。为了取得震源反演的精确格林函数，我们通过对小事件实测波形数据的前向模拟来标定地壳结构模型。从0．4至2．0Hz波形数据反演得出的破裂过程似乎较为简单。较大的滑动区位于破裂成核点周围。其次，我们还研究了主震和大余震造成的静态应力变化对后续地震活动的影响。我们利用波形反演得到的主震断层面上的不均匀滑动分布，并考虑到随后大余震的影响，对库仑破裂函数（ACFF）变化进行了计算。因此，我们得出了震源区库仑破裂函数复杂的时空分布。大多数偏离主震断层的余震都发生在正库仑破裂函数区域内。这种结果表明，这些余震强烈地受到由主震和大余震引起的库仑破裂函数的影响。     

2021年5月21日云南漾濞MS6.4地震序列地震矩张量及发震构造

2021年5月21日云南大理州漾濞县发生了MS6.4 地震.我们利用区域地震台网记录的地震波形资料,首先采用多点源地震矩张量反演方法确定了漾濞地震序列中 3 次MS≥5.0地震的矩心矩张量解,分析研究了地震矩释放的最佳模型;然后对序列中较大地震进行了绝对定位,结合余震序列重新定位结果研究了地震矩心在断层面上的位置.结果显示MS5.6 前震可用2 点源模型模拟,矩震级分别为MW 5.3、MW5.1,矩心时间相隔约30 s,矩心位置相距约 2 km.MS 6.4 主震可用单点源模型模拟,矩心与起始破裂点平面距离约 5 km.前震和主震的矩心均位于地表以下 6 km处,矩心与起始破裂点的位置关系显示两地震向南东方向单侧破裂,断层以"前震-主震"型地震序列典型的"撤退式"方式破裂,MS5.6 前震的发生降低了断层面的抗剪强度,从而发生了更大的MS6.4 主震.MS5.2余震可用单点源模型模拟,起始破裂点与矩心空间位置相近,在地表以下约 10 km处.余震区构造应力场反演结果显示漾濞 6.4级地震序列属于区域应力场触发的地震活动,地震序列震源机制解符合走滑断裂伴生的负花状构造系统内部断裂的运动特征,余震的空间分布图像显示花状构造系统内部的两条断裂发生了地震活动.     

2013年甘肃岷县M_S6.6地震矩张量反演及发震构造初探

使用甘肃省测震台网记录的三分向宽频带长周期数字波形资料在时间域反演了2013年7月22日甘肃岷县MS6.6地震的矩张量解,并与Harvard大学CMT解进行了比较。最后结合该地区的地质资料和构造背景分析了岷县地震发震成因,对可能的发震断层进行了讨论。     

2012年5月3日甘肃金塔MS5.4地震矩张量反演

使用甘肃省测震台网记录的三分向宽频带长周期数字波形资料,在时间域反演2012年5月3日甘肃金塔5.4级地震的矩张量解,并与Harvard大学CMT解进行比较。结合该地区的地质资料和构造背景,分析金塔地震的发震成因。结果显示震源性质为走滑型,断层破裂面走向为166°、倾角66°、滑动角-168°,P轴走向为32°,与金塔地震余震分布和地震破坏分布情况大体一致,由此推测金塔地震的发震断层可能为神螺山-野马井断层。     

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。     

用长周期体波数据反演1988年11月6日澜沧-耿马Mem>Ssub>7.6地震的矩张量

应用中国数字地震台网(CDSN)记录的长周期体波波形数据,反演了1988年11月6日中国云南省澜沧-耿马MS7.6地震的矩张量,求得了其震源机制和震源时间过程．反演结果表明,断层面解的一个节面是右旋走滑断层,另一个节面是左旋走滑断层;震源时间过程较简单,持续时间约15 s;标量地震矩为6.41020 Nm．根据地质资料、区域构造、野外观测和余震震中分布,确认走向313的节面是地震断层面,主压应力轴位于几乎水平的南北向．      

关于2021年5月滇西漾濞MS6.4地震序列特征及成因的初步研究

2021年5月21日21时48分在滇西苍山西麓漾濞地区发生MS6.4(MW6.1)强震,相关地震活动表现为一个典型的前震-主震-余震序列.本研究分别就该地震序列的构造背景、M1.0以上地震的双差定位、主要地震的矩张量反演和破裂传播方向、应力场反演及断层滑动趋势以及潮汐作用等方面进行了初步分析.矩张量反演结果表明,矩心深...     

2008年汶川大地震震源机制的时空变化

本文提出了一种基于恒定破裂速度和固定子事件震源时间函数的假定、利用远场地震波形资料获取大地震震源机制的时空变化图像的线性反演方法,并利用这种方法及全球范围内48个台站的长周期波形资料反演建立了2008年汶川M_S8.0地震的震源机制随时间和空间变化的图像.根据这个图像可知,汶川大地震断层的西南端震源机制接近于逆冲,随着破裂向东北方向延伸,震源机制的走滑分量逐渐增大,走滑分量超过逆冲分量的转折点在震中东北大约190 km的位置.为了检验反演方法的有效性和反演结果的可靠性,我们特别设计了一个数值试验对反演结果进行了检验.检验结果表明,我们在本文中提出的反演方法是有效的,关于汶川大地震的反演结果也是可靠的（除长周期信号较弱的一段外).通过比较发现,反演结果与震后野外考察的结果也相当吻合.     

用地震波形资料反演中国大陆六个中强地震的矩张量和震源机制

利用 Helmberger(1968)的广义地震射线理论,研究了利用地震波形资料快速、大量地线性反演国内地震的地震矩张量和震源机制解的新方法,并对近年来先后发生在中国大陆的六个中强地震进行了反演,得到了这些地震的地震矩张量、标量地震矩、断层而解和震源时间函数等参数.     

用地震波形资料反演中国大陆六个中强地震的矩张量和震源机制.

利用 Helmberger(1968)的广义地震射线理论,研究了利用地震波形资料快速、大量地线性反演国内地震的地震矩张量和震源机制解的新方法,并对近年来先后发生在中国大陆的六个中强地震进行了反演,得到了这些地震的地震矩张量、标量地震矩、断层而解和震源时间函数等参数.      

2021年5月22日青海玛多Ms7.4地震发震构造分析

精确的余震序列定位及震源机制反演能够提供强震破裂尺度、发震断层面和区域应力场等信息,为震后应急决策和分析发震构造提供科学依据.本研究采用双差定位方法对2021年5月22日 青海玛多Ms7.4地震序列进行精定位,得到震后9天内共1055个事件的精定位结果;同时,利用青海、西藏、四川和甘肃台网记录的波形数据,采用近震全波形矩张量反演方法得到了玛多Ms7.4地震15次中等余震(Ms≥4.0)震源机制解,并进一步反演得到震源区构造应力场.地震定位结果显示,玛多主震位于玛多—甘德断裂与甘德南缘断裂之间,发震断层面较为陡立,余震序列在时间上呈现出不对称的双侧破裂模式,且沿主破裂面的两端均表现出分支破裂特征,说明本次地震触发了分支断层;震源机制结果显示15次中等余震包含12次走滑型和3次逆冲型地震,暗示主断层破裂受到局部异常结构的影响;另外,应力场反演表明震源区为近EW向挤压特征,与该区域最大水平主压应力优势取向一致.结合上述结果以及周边地质构造背景,我们认为玛多地震发震构造为位于巴颜喀拉地块内部一条NWW向的高倾角左旋走滑断裂,主破裂触发了东西两端分支断层活动,断层面的非均匀性控制了余震序列时空分布的差异性.     

2022年四川泸定MS6.8地震震源基本特征

2022年9月5日,在四川省甘孜州泸定县发生M_S6.8地震.本研究收集区域台网震相数据、全球地震台网(GSN)、国际数字地震台网联盟(FDSN)与德国地学中心GEOFON台网的宽频带P波数据,利用双差定位、矩心矩张量解反演、有限断层波形反演和视震源时间函数分析等方法,分析了此次地震震源的基本特征.重定位结果显示,余震分布具有丛集性,3个地震丛分别集中在震中附近以及相距30 km左右的东南端和西北端,总体上西北端地震较浅,东南端地震较深.矩心矩张量反演表明,矩心位于29.55°N,102.14°E,深度16 km,释放地震矩1.0068×10¹⁹ N·m,相当于矩震级M_W6.60,双力偶成分占88%,是一次近纯走滑的地震事件.结合余震分布可以断定,地震发生在走向163°、倾角77°(倾向西南),滑动角为-5°的断层面.有限断层反演显示,破裂区主要由两部分构成,破裂起始点及其周围是主要破裂区;另一破裂区位于其东南,总体表现为从西北向东南的单侧破裂,最大滑动量约1.4 m,位于起始破裂点附近.从矩心矩张量反演和有限断层反演得到...