断层厚度的地震效应和非对称矩张量

近几十年来,震源的矩张量表示及其反演获得了巨大成功。在震源物理的研究中,地震矩张量作为一个二阶对称张量已被广泛接受并且得到了成功的应用,但非对称矩张量则鲜有提及。本文阐述了在震源理论中非对称矩张量在物理上的合理性及其重要性,指出断层厚度的地震效应需要用非对称矩张量来表示。     

断层厚度的地震效应和非对称地震矩张量

本文导出了具有厚度和滑动弱化区域的断层的非对称地震矩张量表示式,指出要求地震矩张量具有对称性不是一个绝对必要的限制.在非对称地震矩张量中,位错项对应于对称地震矩张量,拉力项对应于非对称地震矩张量.由于拉力项等效于单力偶,所以在非对称地震矩张量解的两个节面上,沿滑动矢量方向的力偶强度不再相同,与较大力偶相联系的节面为断层面,与较小力偶相联系的节面为辅助面.这一性质可用以从两个正交的节面中判断哪一个节面是断层面.如果忽略拉力项,会高估与位错对应的标量地震矩.只有满足相应的约束条件的非对称地震矩张量才能表示具有厚度和滑动弱化区域的断层模型,并从中分离出与位错和拉力对应的地震矩张量.     

地震动旋转分量用于矩张量反演的数值试验

地震动旋转分量可以提供传统平动分量所欠缺的空间梯度信息,理论上可以提升对震源参数的约束.本文对旋转分量用于矩张量反演进行了较为全面的数值试验.首先分析了均匀无限空间中位错点源产生的旋转波场与平动波场在辐射花样上的互补性,由此推测旋转分量用于矩张量反演能提供额外的约束.随后基于层状介质模型合成的平动和旋转记录,开展了地震矩张量反演测试研究.我们通过对比反演得到的矩张量、矩张量差异角Δφ和地震矩,定量评估在矩张量反演中引入旋转分量的作用,发现在合适的条件下,在原平动记录基础上加入旋转记录来联合反演会显著提升反演结果的可靠性,可减小矩张量差异角Δφ30%以上,极端条件下70%以上;如保持总记录数量不变（即在部分台站添加旋转分量替换其他台站的平动分量）,某些矩张量元素反演效果会变好,但某些元素可能会变差.整体而言,在多数台站分布的情况下加入旋转都能起到强于增加同等数目平动台站的作用.同时,我们还发现在低频情况下,旋转分量对于深度非常敏感,引入旋转分量对于约束矩心深度有非常显著的效果.此外,还尝试了不同的试验条件,发现在低频、震中距较小、信噪比较低、速度结构模型较为准确的情况下,加入旋转分量对结果的提升更明显.整体而言,尽管旋转分量的使用需要满足一定的条件,将旋转用于矩张量反演是可行的,它能为矩张量反演提供与平动分量互补的信息,在稀疏台站和密集平动的台站的情况下加入旋转观测将显著增强对地震的监测能力.

     

断层厚度的地震效应和非对称矩张量

在震源物理的相关研究中,矩张量作为一个二阶对称张量已被广泛接受并且得到了成功的应用,但对矩张量为非对称矩张量的情况则鲜有提及.理论和实践两方面因素造成非对称矩张量在过去的研究中被忽视或遗忘.