地震的应变张量观测与应用前景

地震发生时的动态应变场,在研究地震触发、地震破裂、地面破坏、水文和岩浆变化等方面都具有重要应用意义.地震的应变张量观测和现有的惯性地震仪观测的物理量不同.前者可以直接记录到地震发生时震源辐射的应变(应力)波,而后者记录到的是位移、速度或加速度.地震频率的应变测量在地震学中的应用前景主要表现在:①测量震源机制解理论预言的辐射4象限分布;②测量库仑应力变化;③换算成动态应力以评估地震烈度;④测量地震波的能量密度;⑤测量地震断层形变加速和形变局部化过程.用惯性地震仪的记录虽然在理论上也可以解算出动态应变值,然而种种原因导致计算结果的误差很大,往往不可接受.应变张量地震仪若能与现有的惯性地震仪配套起来,形成大规模台阵,则有可能推动应变地震学的诞生,在地震观测和地震学科领域引起重大革新.     

利用数字波形资料研究区域中小地震震源机制

应用矩张量概念对震源物理的研究是当代地震学的一个重要的前沿课题。近20年来,随着宽频带数字地震仪的广泛应用,地震波形记录的质量明显提高,极大地推动了对震源物理过程研究的进展。对于区域性中、小地震,由于区域性地震的波形记录包含了有关震源和区域地壳的丰富的信息,利用波形资料研究区域性中、小地震的震源机制,其结果有助于了解震源区和区域性应力状态以及断层的构造特性,是理解地震孕育过程的重要途径。近年来,随着计算合成理论地震图的理论和方法的进步,使用矩张量反演方法确定中小地震的点源机制解以及有限破裂参数等研究领域取得了显著进展。本论文在前人研究的基础上,发展了两种针对区域中、小地震震源参数反演的求解方法,通过数值试验讨论了震源机制反演结果的稳定性,并结合实际地震观测资料进行了检验。     

利用单台波形资料计算大柴旦6．3级地震余震震源机制

以2008年11月10日大柴旦Ms6．3级地震余震数字地震波观测资料为基础,运用矩张量反演方法,利用单台三分量波形资料计算余震的震源机制。收集整理大柴旦Ms6．3级地震公认的震源参数结果和青海区域地震台网数字地震波资料,以大柴旦Ms6．3级地震的震源参数作为约束,计算理论地震波来确定该区域的地壳速度模型。以此模型计算ML≥2．0级余震震源机制解。共收集160个余震资料,最后确定了85个余震震源机制解,其中最大震级为朋。4．7,最小震级为ML2.0。进行单台与多台联合矩张量反演结果对比,两种方法所确定的结果相差不大。实际计算表明,在观测资料信噪比较高的情况下,运用单台数字地震波观测资料可以较好地确定中小地震的震源机制。     

各向异性ATI介质地震矩张量理论研究

引言地震矩张量描述了地震点源的基本特征,其内容涉及到各类震源(包括剪切位错震源、张裂震源和体积震源)的力学机制、震源辐射、地应力场、震源运动学和强地面运动等地震学中的重要课题。一般认为,浅源构造地震是因断层面间的快速纯剪切错动而辐射地震波,造成在地表的振动,传统上该解释被称为双力偶机制。但实际地震观测和地震矩张量反演结果     

黏弹性VTI介质微地震正演模拟与震源机制全波形反演

微地震矩张量能够描述储层岩石破坏的细节,有助于了解水力压裂储层的地质力学特征,震源机制矩张量反演对于非常规油气开发具有重要的作用.水力压裂通常在页岩油气储层中进行,震源区介质表现出速度和衰减各向异性,需要研究衰减各向异性介质中微地震信号的传播规律.基于观测到的微地震记录,通过波形反演能够获得矩张量,忽视震源区介质的衰减...     

开辟应变地震学新领域的实验研究

之前的观测实验证明,YRY-4型四元件钻孔应变仪不仅可用于长周期变化观测,也可用于短周期的地震波记录。因为它与传统地震仪的观测对象不同,前者是张量,后者是矢量,所以能获得新的信息。在忻州开展的应变地震波观测实验,是一系列相关实验中的关键一环。实验拟选择现有忻州地区工作状况良好的5个四元件钻孔应变观测点,将观测采样率提高到100sps,除保证正常地震前兆观测外,对地震波进行记录。在此基础上,研究用钻孔应变观测资料解决:确定地震三要素、说明各种地震波的应变性质、识别主要震相以及求震源机制解的问题。该研究不但有实际的应用前景,而且有重要的理论意义。     

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.     

声发射矩张量反演

地震矩张量反演是获取震源过程的有效方法.岩石变形过程中的声发射与地震类似,均是弹性应变能快速释放.如假设条件得到满足,矩张量反演方法同样可用于了解声发射震源过程.声发射矩张量反演可使用P波位移进行计算.当样品尺寸远大于声发射波长,且声发射由微破裂产生,声发射源的尺度很小时,P波矩张量反演可采用远场近似.本文首先针对声发射的特点,实现根据远场P波反演声发射矩张量的算法,并通过人工声发射实验对算法的正确性和可靠性进行了检验.最后,用声发射矩张量反演方法对花岗岩单轴压缩实验的声发射源特征进行了分析.结果表明：对于纯剪切破裂模式,声发射矩张量反演可得断层面;对于非纯剪切破裂模式,如纵向挤压导致的横向张性劈裂,由于存在多解性不能得到断层面,但可通过矩张量的迹区分破裂模式.     

利用地球自由振荡观测约束芦山地震的震源机制解

地球自由振荡的振幅和地震的震源机制有密切的关系．利用长周期自由振荡的观测可对地震的震源机制解进行分析和约束．芦山地震虽然是中等强度的地震,但也激发了可观测的自由振荡信号．根据芦山地震的4种不同震源机制解计算了芦山地震的自由振荡,然后与超导重力仪和宽频带地震仪观测的结果进行比对分析,结果表明可利用2．3～5mHz的球型简正模分析和约束芦山地震的震源机制解．研究发现地震的标量地震矩Mo对自由振荡振幅的影响较大,而断层走向、倾角、滑动方向角和震源深度对自由振荡的振幅影响较小．分析了不同震源机制解理论计算的地球自由振荡参数,发现由GCMT反演的地震矩与实际观测符合较好,其相应的震级能较好反映芦山地震释放的总能量,而利用远场体波反演的地震矩偏小,联合远场和近场观测数据反演可显著改善体波的震源机制解．     

利用格林函数库计算2008年青海大柴旦6.4级地震的余震震源机制

通过建立格林函数库可以降低在矩张量反演过程中的计算量,提高获取中小地震震源机制解的速度。运用此方法对2008年11月10日青海大柴旦6.4级地震的地震序列中ML≥2.0的98个余震进行了震源机制解,在小震矩张量反演中克服了模拟资料无法准确得到小震震源机制解的缺陷,初步探索了运用区域数字地震台网资料确定中小地震震源机制解的方法,并对计算结果给出了解释。     

张北地震前小震活动和余震序列精确定位及主震破裂方向的讨论

1970年至1998年1月10日张北地震前,沿NWW向发生2级以上地震24次,其分布相对集中,呈条带状。对华北台网所记上述地震的到时数据全部重新查图核对,并补充了内蒙古台网5个台的数据以改善用于定位的台站分布,并采用主地震定位法重新定位,除一个地震外,其余地震更加集中,形成一小震条带。1998年2月中国地震局地球物理勘探中心在张北震区架设10台短周期数字化地震仪,记录了大量微震。作者采用P波和S波到时差重新进行了震源定位,得到184次微震的定位结果,连同1998年1～2月张北震区3级以上地震事件定位结果一起勾画出6．2级地震的震源破裂带。由张北地震震中向SEE向延伸存在由强震构成的张家口渤海地震带。根据精确定位结果,结合修订后主震的震源机制、宏观烈度分布和层析成像资料,讨论了张北地震和小尺度地震带(震源破裂带)、震前的中等尺度小震条带以及大尺度的张家口-渤海强震带的关系。     

2013年前郭MS5.8震群矩张量研究

2013年吉林前郭M_S5.8震群为爆发性震群,目前余震活动仍然在持续.基于吉林、辽宁、黑龙江、内蒙古四省地震台网记录的前郭震群波形资料,利用波形信噪比、震源类型、台站及速度模型组合的指标选择最佳的反演方案,应用矩张量的三种反演模式,对序列中5个M_S≥5.0地震进行矩张量反演研究,获得了全矩张量、偏矩张量和纯双力偶的矩张量.使用F-test对地震的三种模式的矩张量反演结果进行显著性检验来确定最佳反演模式.结果显示,5个地震的最优矩张量解均为全矩张量模式反演获得的结果,其双力偶分量仅有20%~65%,矩心深度位于地下3~4 km处,地震在Hudson震源类型图上的投影远离双力偶震源类型区域.这些结果表明,震源类型并非典型的构造地震,推断前郭地震可能是与人类活动有关的诱发地震.     

甘肃平凉地区地震活动特征及其发震机理研究

针对2001年以来甘肃省平凉地区中小地震活动增强现象比较突出问题,通过遗传算法重新定位地震深度,利用矩张量反演方法反演震源机制解,并根据平凉地区地震时空分布特征、震相特征以及区域地质构造环境,认为平凉地区地震主要为煤矿诱发地震,可能发震机理为煤体压缩、顶底板拉伸、断层矿震等.     

基于密集台阵研究2019辽宁抚顺M2.4矿震震源参数

分析矿震破裂机制及微震的时空分布能够为矿区灾害评估提供更多的有效信息.本研究基于密集台阵观测对2019年11月12日辽宁抚顺2.4级矿震开展震源参数研究,震源机制解显示地震破裂包含明显的非双力偶分量,表现为体积压缩的塌陷机制,且震源深度较浅,最佳拟合矩心深度为0.6 km.同时,对11月3日—25日记录的连续地震波形开展微震扫描,新检测出324个微震事件(-0.5~2.0级),定位结果显示在M 2.4矿震发生前M>1.0级事件显著增多,且在矿震位置存在近南北向的微震条带分布,微震序列随时间向深部迁移(约1.5 km),暗示存在断层活化迹象.结合震源破裂机制,我们认为此次事件与矿区塌陷破裂密切相关,同时伴随先存断裂的剪切滑动.本研究表明,基于密集台阵观测的地震矩张量反演和微震检测研究,对判定矿震类型及防范矿区灾害具有重要的研究意义.     

Decomposition of seismic moment tensors for underground nuclear explosions

Generally the decomposition of a seismic moment tensor is not unique. However, to favorably view the characteristics of a certain seismic source, one must decompose a seismic moment tensor into parts according to assumptions about the properties of the seismic source. Different from natural earthquakes in which the shear dislocation component plays a predominant role in the source process, and the seismic moment tensor can be separated into an isotropic component, a double couple, and a compensated linear vector dipole (CLVD), underground nuclear explosions have three major components in their source process, i.e., the explosion, the tensional spalling, and the tectonic strain release associated with the explosion. In such a situation the conventional moment tensor decomposition for earthquakes is not convenient to estimate the yield of the explosion and to characterize the tectonic strain release. In this paper, an alternative decomposition scheme is proposed to deal with the moment tensor of underground nuclear explosions, which might benefit the approach to study the tectonic strain release induced by underground nuclear detonations.     

2017年9月23日朝鲜ML3.4地震矩张量反演

利用区域地震台网数字波形资料,对2017年9月23日朝鲜M_L3.4地震进行地震矩张量反演计算与参数稳定性评估,获得了此次地震的震源机制解.结果表明,地震矩心深度为3 km,标量地震矩为1.34×10¹⁴ N·m,矩震级为M_W3.4.地震矩张量结果分解后,双力偶分量（DC）为96.4%,补偿线性矢量偶极分量（CLVD）为-0.8%,震源体体积变化的各向同性分量（ISO）为-2.8%.主压应力P轴方位角为144°,倾角为74°,主张应力T轴方位角为341°,倾角为15°.其中一个节面的参数为：走向248°,倾向60°,滑动角-94°.地震震源体积变化分量很小,震源机制类型属于典型的由断层剪切位错引起的正断层型地震事件,且主张应力T轴方向与区域近地表应变率场方向一致.由于朝鲜2017年9月3日核试验释放的能量对局部区域应力场进行了扰动,致使核试验场附近地壳岩体处于破裂的临界状态,2017年9月23日朝鲜M_L3.4地震事件可能是区域应力场作用下的一次山体滑动事件.     

Ambiguous Moment Tensors and Radiation Patterns in Anisotropic Media with Applications to the Modeling of Earthquake Mechanisms in W-Bohemia

Anisotropic material properties are usually neglected during inversions for source parameters of earthquakes. In general anisotropic media, however, moment tensors for pure-shear sources can exhibit significant non-double-couple components. Such effects may be erroneously interpreted as an indication for volumetric changes at the source. Here we investigate effects of anisotropy on seismic moment tensors and radiation patterns for pure-shear and tensile-type sources. Anisotropy can significantly influence the interpretation of the source mechanisms. For example, the orientation of the slip within the fault plane may affect the total seismic moment. Also, moment tensors due to pure-shear and tensile faulting can have similar characteristics depending on the orientation of the elastic tensor. Furthermore, the tensile nature of an earthquake can be obscured by near-source anisotropic properties. As an application, we consider effects of inhomogeneous anisotropic properties on the seismic moment tensor and the radiation patterns of a selected type of micro-earthquakes observed in W-Bohemia. The combined effects of near-source and along-path anisotropy cause characteristic amplitude distortions of the P, S1 and S2 waves. However, the modeling suggests that neither homogeneous nor inhomogeneous anisotropic properties alone can explain the observed large non-double-couple components.The results also indicate that a correct analysis of the source mechanism, in principle, is achievable by application of anisotropic moment tensor inversion.     

含衰减地层微地震震源机制反演及其反演分辨率

微地震震源机制的反演对于非常规油气开发具有至关重要的作用.微地震信号主频高、能量小,容易受地层吸收衰减作用的影响使其波形发生畸变,本文提出了一种考虑地层吸收衰减作用的微震源机制反演方法,并利用费雷谢偏导矩阵的SVD分解(特征值分解)方法,分析研究了地层的吸收衰减因子的变化对于微地震震源机制反演分辨率的影响,根据理论计算给出了不同地震数据对各种震源机制反演的适用条件.理论计算证明,采用直达P波和S波数据联合反演震源的T值,单独利用直达P波反演震源的k值,可以有效降低地层吸收衰减作用对反演结果的影响.     

Source parameters determination for earthquakes in Kushiro,Japan considering source time function

This paper applies a new formulation to do moment tensor inversion for earthquakes in the Kushiro area of Japan. Comparing with conventional moment tensor inversion method, the new one takes the effect of source time function into consideration. For the inversion, best solution is obtained by minimizing the difference between the observed seismograms and the synthetic ones. And the best-fitting focal depth is determined from the variance reduction. The results indicate that half duration of source time function is proportional to the magnitude of earthquakes. Large earthquakes have long half duration, whereas that of moderate-small earthquakes is comparatively shorter. The focal mechanisms of all three earthquakes are of thrust fault type, which is mainly ascribed to the collision of the North American plate with the Eurasia plate in the late Cretaceous or Paleogene.