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。     

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。     

应用近场速度记录快速估算川滇地区中强地震强度

采用Wu等(2004)提出的地震强度测定方法,应用近场速度波形记录,测定地震参数M_(ew),实现了川滇地区中强地震(M_W≥5.7)强度近实时快速测定。M_(ew)是一个与矩震级M_W对接的地震参数,与传统的应用振幅测定震级的方法相比,不会存在震级饱和问题,与全球矩心矩张量(GCMT)的矩震级M_W具有较好的一致性。该方法解决了应用近场波形资料和矩张量反演方法求取大地震矩震级比较困难的问题,可为区域中强地震速报提供近实时矩震级提供参考,从而提高地震速报的时效性和准确性,同时为强震加速度数据的应用奠定基础。     

2014 年新疆于田MS 7. 3 地震矩心矩张量快速测定

基于中国大陆中强震自动矩张量测定系统,采用虚拟中国地震台网记录的近震波形(震中距4° ～ 12°),反演了新疆于田MS7. 3 地震的矩心矩张量。结果显示,地震发震断层面参数分别为走向243° /倾角70° /滑动角－ 18°,表现为1 次左旋走滑为主兼有少量正倾滑分量的事件。矩心在水平方向上位于震中(36. 123°N,82. 499°E)以东约13 km,矩心深度约10 km。总标量地震矩M0为3. 05 × 1019N·m,换算成矩震级MW6. 92,推断震源破裂时大部分能量释放的持续时间约14s。同时探讨了自动矩张量测定系统在未来地震灾情预判中的重要作用。     

中国地震台网面波震级与矩震级统计关系

基于1990-2016年中国地震台网地震目录中面波震级和全球矩心矩张量（GCMT）项目的矩震级数据,使用加权最小二乘法,给出中国地震台网面波震级与矩震级的统计关系,分析该统计关系与实际数据之间的残差分布,并将其与已有统计关系进行对比,结果表明,本研究所得统计关系式具有较好的无偏性,更能体现中国地震台网面波震级与矩震级的对应关系。     

中国海域及邻区基于BP神经网络的矩震级转换模型

海域地震对我国海洋资源开发和沿海地区的经济建设形成严重威胁,开展相关地震活动性研究的重要前提是编译我国海域及邻区的地震目录。我国常用的震级标度为面波震级(MS),而国际上最新的地震活动模型多采用矩震级(MW),因此在应用这些模型时需要拟合面波震级与矩震级之间的转换关系。本文以中国海域及邻区为研究区,收集了1988—2020年中国地震台网的面波震级和全球矩心矩张量(GCMT)项目的矩震级数据,从中提取年份、深度、经度、纬度、面波震级作为影响因子,以实际记录的矩震级值作为标记,训练BP神经网络建立以GCMT的矩震级为目标的震级转换模型。同时,使用最小二乘回归和正交回归建立线性模型作为对比。结果显示,最小二乘回归和正交回归的平均绝对误差和均方根误差比BP神经网络高40%左右。此外,BP神经网络的残差绝对值更小、分布更集中。     

广西北流—广东化州5.2级地震及前震的矩震级测定

利用理论波形与实际波形拟合方法 ,测定了发生于2019年10月12日22时55分26秒和24秒的广西北流-广东化州M_S5.2级地震(主震)及其M_L4.2级前震的矩震级,得到主震矩震级为M_W 4.7、前震矩震级为MW 4.2。     

2009年11月至2010年11月27次中强地震的快速矩张量解

经过半个世纪的发展,地震震源的矩张量表示及其反演已日臻成熟(Dziewonski,Woodhouse,1983).矩张量解不但能够较好地反映地震震源的特性,还能为其它研究提供有用的参考.一些科研机构和组织,如美国地质调查局(USGS)和全球矩心矩张量研究组(GCMT)已经能够在震后5小时内准实时地发布矩     

使用中国地震台网资料快速测定中强地震矩震级

利用中国地震台网数字地震资料,选取国内Ms≥5.3地震波形数据,采用长周期波形拟合方法,快速计算2008年至今86个中强震的标量地震矩MO和矩震级Mw,并将Mw与GCMT的测定结果及中国地震台网中心测定的面波震级Ms进行对比.结果表明：矩震级与GCMT测定一致,与中国地震台网中心测定的面波震级关系为Mw=0.86Ms＋0.63.     

M_(WP)震级测定方法在全球中强地震自动测定中的应用

本文使用M_(WP)震级测定方法,对地震参数自动测定系统进行了改进,实现了对全球M_W≥6.0地震震级更快更精确的自动测定.与传统的M_L、M_S等震级测定方法相比,M_(WP)震级测定方法有2个显著优点:1由于只使用P波列,因此该方法可使用S波或面波限幅记录,可用波形资料较多;2选取的时间窗位于S波之前,震级测定速度更快.对地震参数自动测定系统在2014年9月22日至2015年12月22日测定的254个全球M_W≥6.0地震参数进行分析,结果表明,M_(WP)与全球矩心矩张量(GCMT)产出的M_W的一致性较好,无明显系统偏差,86.2%的M_(WP)与M_W的偏差绝对值小于等于0.3,可在震后平均531 s获得全球地震时空强参数.中国地震台网对全球中强地震时空强参数的自动测定与准实时地震信息服务,对于提高中国地震台网对全球地震的应急处置能力,提升中国在国际防震减灾领域的影响有现实意义.     

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。     

传统地震目录中增加矩震级及震源机制解的必要性分析

本文梳理了我国地震目录的产出现状,对于我国近几年应急机构和区域台网产出的震源机制解、矩震级进行了比较研究。结果表明:中国地震局地球物理研究所和地震预测研究所对于国内陆地地区6级以上地震的地震矩张量解的产出率为100%,5级以上地震的地震矩张量解产出率为81%。这两个研究所给出的3种矩张量结果和GCMT给出的矩张量结果较为一致,类型统计一致率分别达到71%、86%和66%,其中P、T轴空间夹角优势分布在15°左右。产出的矩震级和GCMT解得到的矩震级相差不大,偏差在0.1以内的比率分别为46%、86%和71%,偏差在0.3以内的比率分别为85%、100%和97%。结果表明对于我国内陆地区的5级以上地震,这两个研究所产出率较高、结果较为一致。而由各台网据震源参数得出的5级左右地震的矩震级和GCMT求解的矩震级比较起来明显偏小。由此探讨了在传统地震目录中增加震源机制解及矩震级的必要性。     

喜马拉雅东构造结主要断裂的地震矩亏损与危险性评估

喜马拉雅东构造结是研究青藏高原构造演化的关键地区,地震活动频繁。文中基于地震矩平衡理论,利用GPS资料与历史地震目录分析东构造结地区的地震矩亏损,继而评估该区未来的地震活动。结果表明:研究区总体的地震矩累积率高于青藏高原的平均水平,近200a内的累积总量达(1. 15±0. 03)×10²²N·m,明显高于地震矩的释放总量(5. 50±2. 54)×10²¹N·m。而地震矩亏损量最高的主前缘断裂不丹段具备发生M_W8. 1以上地震的可能,那加山断裂及嘉黎断裂通麦段则不排除未来发生震级大于M_W7. 5与M_W7. 3地震的可能,其余断层发生强震(M_W7. 1以上)的概率相对较低。而对于米什米断层与主前缘断层东段,虽然察隅MS8. 6地震发生于此,但这2条断层未来的地震危险性仍不容忽视,且无论察隅地震发生于哪条断层,其复发周期均为660～1 030a。     

非对称地震矩张量时间域反演:理论与方法

本文在对称地震矩张量反演的基础上,进一步研究了非对称地震矩张量时间域反演的理论与方法,结果表明:非对称地震矩张量反演与对称地震矩张量反演类似,只需将对称地震矩张量反演方法略加改动,即增加3个待解参数,便可实现非对称地震矩张量反演.为了判断非对称地震矩张量反演相对于对称地震矩张量反演是否存在过度拟合,运用了AIC准则 (赤池信息准则).为了定量地描述地震矩张量之间的差异,引入了地震矩张量的矢量表示法.通过分析格林函数与地震矩张量各分量之间的关系,得出:在非对称地震矩张量反演时,若仅用垂直向地动位移数据,将无法区分M_xy与M_yx这两个分量, 需要同时运用垂直向与水平向地动位移数据进行联合反演才能区分M_xy与M_yx; 若采用不同的速度结构模型或不同的格林函数计算方法,则需重新评估地震矩张量各分量的分辨度问题.为检验非对称地震矩张量反演方法的可行性, 利用合成地震图进行了一系列数值试验.数值试验结果表明,在非对称地震矩张量反演中,有必要引入S波进行P波与S波联合反演以提高反演的准确性和判定断层面的能力.      

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.     

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。      

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...     

关于1920年海原大地震震级高估的讨论

1920年海原大地震作为史料记载以来中国大陆震级最高、伤亡最多的极具破坏性的地震之一,开启了我国用现代地震学方法研究大地震的新篇章,在我国地震研究史上具有里程碑的意义。最新研究结果表明,1920年海原大地震的矩震级为M_W(7.9±0.2),与文献和大众广泛接受的M8(1/2)的数值相差较大。本文通过对震级标度及其演化历史的总结和梳理,阐述了仪器记录早期阶段基于地震波波形振幅和频率的震级标定存在系统偏差的问题,这与仪器限制、台站稀疏、标定不统一等因素有关,也使得1920年海原大地震和同时期世界上其它一些重要大地震的震级不同程度被高估。在各种震级标度中,矩震级M_W与地震破裂面积和位移等物理参数关联,是地震震级的最佳标定方法。震级作为表述地震大小和能量的重要参数,被广泛地用于评估断层未来的地震潜势;震级的偏差对地震活动时空分布样式的研究会产生重要影响,并造成基于历史地震资料的地震危险性评价和灾害评估等产品的可信度降低。因此,本文倡导对历史地震震级进行检验和修订,并建议1920年海原大地震的震级采用矩震级M_W(7.9±0.2)表...     

内蒙古中西部地区震源参数研究

选取内蒙古测震台网2009—2016年内蒙古中西部M_L≥2.8中小地震波形记录,采用多台联合反演方法,计算该区中小地震震源谱参数,获得地震矩M₀、矩震级M_W、应力降Δσ和震源尺度r,利用线性回归,分析近震震级M_L、地震矩M₀、矩震级M_W、应力降Δσ和震源尺度r之间的关系。结果表明,各参数之间存在一定线性关系,内蒙古中西部地区应力降模型为增加应力降模型（ISD）。     

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.