2016年日本熊本地震破裂时空过程联合反演

为了深入认识2016年4月15日日本熊本地震破裂的复杂性,利用远场体波资料和同震InSAR资料联合反演了此次地震的震源破裂时空过程. 联合反演结果表明:熊本地震的震源破裂持续时间约为25 s,整个破裂过程释放的总标量矩为6.03×1019 N·m,对应于矩震级M_W7.1;同震滑动主要集中分布于浅部,破裂以右旋走滑为主,但在沿倾向0—5 km范围内,破裂呈较强的正断特征;此次地震破裂的最大同震滑动量约为4.9 m,且最大同震位错区位于背离断层走向上、距离起始破裂点约5—10 km的区域;破裂前期（0—7 s）,在倾向上向浅表发生破裂,在走向上向东北和西南两侧扩展;大约7 s后,破裂背离断层走向主要向东北方向扩展. 根据有限断层联合反演结果推测,此次熊本地震破裂可能出露至地表.      

利用区域宽频地震数据反演2021年5月云南漾濞MS6.4地震震源破裂过程

本文基于有限断层模型反演方法,利用区域宽频带数据反演了2021年5月云南漾濞M_S6.4地震的震源破裂过程,结果显示:此次地震的发震断层走向为SE向,主要以右旋走滑为主.破裂主要发生在震源东南侧,最大错动量约为0.55 m,位于深度约9 km处,发生明显破裂的深度约达13 km.此次地震释放的标量地震矩为1.48×10¹⁸N·m,相当于矩震级M_W6.05.地震能量主要在前11 s释放.在深度为6~8 km处破裂速度有明显的变快,可能加剧了地表的震动.     

利用区域宽频地震数据反演2021年5月云南漾濞MS6.4地震震源破裂过程

本文基于有限断层模型反演方法,利用区域宽频带数据反演了2021年5月云南漾濞M_S6.4地震的震源破裂过程,结果显示:此次地震的发震断层走向为SE向,主要以右旋走滑为主.破裂主要发生在震源东南侧,最大错动量约为0.55 m,位于深度约9 km处,发生明显破裂的深度约达13 km.此次地震释放的标量地震矩为1.48×10¹⁸N·m,相当于矩震级M_W6.05.地震能量主要在前11 s释放.在深度为6~8 km处破裂速度有明显的变快,可能加剧了地表的震动.     

近震源破裂过程反演研究--Ⅱ.9.21中国台湾集集地震破裂过程的近场反演

根据非线性规划研究的最新成果所设计的一种全新的震源破裂过程的反演方法, 用近场地震波观测资料反演了1999年9月21日发生在中国台湾省集集Mw7.6地震震源破裂过程.为了使反演中设置的断层模型与集集地震实际破裂面尽可能一致, 以尽可能减小由于断层模型设置的不确定性对震源破裂过程反演结果的影响, 设立的断层模型为与集集地震造成的主要地表破裂尽可能拟合的弯曲面模型.反演结果显示: (1) 集集地震震源的破裂大体持续了32 s, 其中主要破裂发生在第6～27 s间, 破裂主要集中发生在断层北段向东拐弯处.(2) 震源破裂以逆冲为主, 平均滑动角为64.5°, 与USGS, Harvard及CWB(台湾中央气象局)的结果相当.标量地震矩为7.76×1020牛顿米, 稍大于USGS和Harvard反演的标量地震矩.(3) 集集地震震源的破裂存在清晰的成核过程, 成核过程经历6 s后, 地震矩释放明显加速.起始破裂从断层南段开始, 10 s后破裂主要集中在断层北段发生.最后将反演结果与震后GPS观测结果进行了对照分析, 并对反演结果的科学意义进行了讨论.     

基于多点源的W-phase反演及其在2004年 苏门答腊MW9.1大地震中的应用

在大地震发生后,快速准确地获得地震震源信息对应急救援十分重要,但是现有技术方法往往难以在快速准确地获取地震震源机制的同时获得破裂空间的分布特征。文章在传统W-phase反演技术的基础上开发了多点源W-phase反演方法,实现对大震破裂空间尺度上能量释放特征及震源机制的快速测定,并以2004年苏门答腊M_W 9.1大地震为例,测试程序的有效性。研究中设置了1、2、3、4、5、6个点源来分别测定此次地震的能量释放特征及震源机制。结果显示,震源机制随着空间位置由南向北的变化与俯冲面走向变化一致,与设定点源附近的历史地震震源机制高度吻合。因此,基于多点源的W-phase快速反投影技术将能更好获得大震空间能量释放特征,为震后应急及海啸预警提供科学支持。     

利用区域宽频带数据反演鲁甸MS6.5级地震震源破裂过程

基于有限断层模型反演方法,我们利用区域宽频带数据反演得到了2014年8月3日鲁甸M_S6.5级地震的震源破裂过程.反演结果显示：此次地震的发震断层走向为北北西向,破裂主要以左旋走滑为主,位移主要发生在震源左上方,最大滑动量为0.7 m,模型显示断层破裂可能接近地表,破裂长度约10 km.此次地震释放的标量地震矩为1.97×10¹⁸ N·m,相当于矩震级为M_w 6.1,地震能量主要在前15 s释放.鲁甸地震有四个显著的特点：（1）位移主要集中在浅部,从11 km起破点开始迅速向上传播,大部分位于10 km以上且最大位移位于深度3 km处,从模型来看,破裂可能接近地表,因此地表震动较为强烈;（2）应力降比较大,计算显示释放的同震静态应力降约为2.8 MPa;（3）破裂速度较快,在地表附近超过了2.5 km·s^-1;（4）主震可能发生在一个共轭断层系上.这四个特点可能是导致此次地震造成如此重大人员伤亡和财产损失的最重要的原因.     

基于地震数据子集的波形反演思路、方法与应用

地震数据与地下介质物性参数之间的复杂关系,决定了地震全波形反演在理论方法上面临着强烈的非线性难题.地下不同物性参数的不同分量在地震数据上具有不同的表现,勘探的不同阶段对地下介质模型的精度也具有不同的要求,这就决定了在地震全波形反演过程中不必时刻追求地震数据全部信息的匹配,部分信息的匹配就有可能解决现阶段的某些问题,还可以一定程度上规避匹配全部地震信息所遇到的强烈非线性难题.基于这样的考虑,我们提出了利用地震数据子集进行波形反演的思路,给出了统一的反演方法,并通过基于包络数据子集以及反射波数据子集的波形反演的理论模型与实际资料反演试验,证明了所提出的波形反演思路和方法的正确性.     

地震前兆异常时间分布非线性特征的初步探讨——以海城地震和唐山地震为例

震源系统是一个与外界既有物质交换又有能量交换的耗散系统,在其发展演化过程中会经历一系列的分岔突变。作者运用非线性动力学的方法,分析了海城地震和唐山地震的前兆资料。研究结果表明,前兆异常活动具有阶段性,相邻两个异常阶段的持续时间的比值为一常量(5左右)。这种前兆时间分布规律可用震源体内应变能密度随孕震时间的增加发生倍周期分岔进行解析。它可用于预测主震的发生时间     

区域宽频地震波形反演所揭示的2022年青海门源MS6.9地震震源破裂过程

基于有限断层模型反演方法,利用区域宽频带数据反演了2022年1月青海门源M_S6.9地震的震源破裂过程,并结合地质构造与地震重定位结果判断发震断层走向.综合反演结果表明:此次地震的发震断层走向为WNW向,主要以走滑为主;破裂主要发生在震源两侧,可能存在着双侧破裂,在震后2 s和9 s出现破裂极大值,最大错动量约为1.5 m,位于深度约6km处,发生明显破裂的深度约为16 km,地表破裂长度约20 km;此次地震释放的标量地震矩为1.23×10¹⁹N·m,相当于矩震级M_W6.7,地震能量主要在前15 s释放;发震断层面的倾角为84.6°,接近于垂直,由于破裂范围较大,所以发生明显错动分布的地表投影也长达34 km.     

基于InSAR和远场地震波联合反演2008年MW6.3大柴旦地震震源破裂过程

利用InSAR同震形变升、降轨数据和远场地震波数据,基于均方根最小与标量地震矩最小双重约束下的模拟退火方法,联合反演2008年11月10日大柴旦M_W6.3地震震源破裂过程.结果表明,2008年大柴旦地震震源破裂过程整体表现为沿倾向方向从深部破裂起始点处向上往地表传播,且破裂未到达地表;在前7 s内,滑动沿西北和东南两个方向传播,7 s后主要沿东南方向传播,破裂过程时间持续约为11 s,同震滑动分布主要集中在地下10~20 km范围内,最大滑动量达-0.71 m;反演结果揭示本次地震为西南倾高角度兼具微量走滑分量的逆冲破裂事件,反演矩张量为3.96×10¹⁸N·m,矩震级约M_W6.37.通过大柴旦地震发震断层和破裂机制综合分析,初步判断发震断层为西南倾向的大柴旦—宗务隆山断裂.

     

2021年日本福岛县冲地震的震源破裂过程分析基于采用经验格林函数方法的波形反演

利用中小震作为经验格林函数,选取0.2~2.0 Hz频段的强震数据进行波形反演,获得了2021年福岛县冲地震的破裂过程。结果表明:该地震的破裂主要集中在断层面距离震源约25 km的区域内,沿震源向东北延伸约5 km,向西南延伸约20 km;在该区域内,识别出两个滑动量集中的区域,均分布在距离震源约15 km西南侧,主要滑动量集中区域最大滑动量约3.2 m,深度基本与震源一致;次要滑动量集中区域略比主要滑动量集中区域浅约18 km。该震源模型对应矩震级M_w7.3,破裂速度为2.4 km/s。通过选择不同的中小震组合进行波形反演,结果对该震源模型特性无显著影响,揭示了该震源模型的稳健性;基于该震源模型合成反演分析中未使用的强震观测台站强震动,获得的合成波形与观测波形有很好的相关性,充分证明了该震源模型时空特征的可靠性。     

稀疏台网的中小地震震源机制解反演研究——以2017年1月4日西藏仲巴4.7级地震为例

本文应用ISOLA近震全波形方法,以2017年1月4日西藏仲巴4.7级地震为例,反演稀疏台网记录的中小地震震源机制解。该地震反演所得最佳双偶机制参数为：节面Ⅰ的走向109°/倾角85°/滑动角-177°,节面Ⅱ的走向19°/倾角88°/滑动角-4°,最佳矩心位置为30.590°N、83.784°E,最佳质心深度为6km,矩震级M_W4.6。震源机制反演结果表明此次地震是一次走滑型为主的事件,其与震源区域附近历史地震震源机制解具有相同性质。本文还应用CSPS初动扫描法,利用P波初动资料和近震波形联合约束反演此次地震的震源机制,并与ISOLA近震全波形反演结果进行比较,结果表明,联合少量台站的的三分量波形数据,能够定量地判断最佳震源机制解,降低了P波初动反演结果的非唯一性,同时也约束了由于少量台站参与全波形反演引起的解的不稳定性。本文研究为中小地震震源参数测定提供了一种简单有效的方法,具有较高的稳定性和可靠性。     

2013年南斯科舍海岭MW7.8地震的多点震源机制反演

2013年11月17日,在南极南奥克尼群岛北、南极板块与斯科舍板块之间发生了一次M_W7.8级地震(2013年南斯科舍海岭M_W7.8地震),我们利用全球分布的长周期和宽频带地震记录反演确定了这次地震随时间和空间变化的震源机制,验证了提出的一种多点震源机制反演的新方法.首先利用长周期记录的W震相反演了这次地震的矩心矩张量解并利用体波提取了视震源时间函数,同时利用台阵反投影技术从宽频带记录中获得了这次地震的高频源的时空分布,然后基于矩心矩张量解、视震源时间函数以及高频源的时空分布,实现了采用新方法对2013年南斯科舍海岭M_W7.8地震的多点震源机制反演.矩心矩张量解表明,地震矩心在44.50°W/60.18°S,矩心深度19 km,半持续时间49 s,释放标量地震矩4.71×10²⁰ N·m,发震断层走向104°,倾角54°,滑动角8°.视震源时间函数清楚地揭示了地震矩随时间变化的方位依赖性,总体上可以将时间过程分为前60 s和后50 s两个阶段,但前60 s可细分为两次子事件.根据台阵反投影结果,这次地震为沿海沟从西到东的单侧破裂,破裂长度达311 km,可以分为5次子事件,能量释放的峰值点依次为13 s、30 s、51 s、64 s和84 s,平均破裂速度分别为0.6 km·s^-1、2.6 km·s^-1、2.3 km·s^-1、2.8 km·s^-1和3 km·s^-1.多点震源机制反演显示,5次子事件的矩震级分别为M_W7.57,M_W7.48,M_W6.80,M_W7.53和M_W7.08,半持续时间依次为21 s,17 s,6 s,16 s和8 s,走向分别为95°,105°,81°,98°和98°,倾角依次为57°,49°,86°,46°和64°,滑动角-9°,1°,-17°,13°和-4°.这些在震源机制、能量释放以及持续时间方面的变化都是当地构造和应力环境复杂性的反映.

     

2009年4月6日意大利拉奎拉(L′Aquila) MW6.3地震的破裂过程——视震源时间函数方法与直接波形反演方法比较

通过对视震源时间函数方法和直接波形反演方法在意大利拉奎拉（L′Aquila）M_W6.3地震破裂过程反演中的应用,分析比较了两种方法的特点.视震源时间函数结果表明,这次地震的破裂过程由两次子事件组成,其中第二次子事件的多普勒效应显著,表明破裂主要朝震中的东南方向传播.分别采用视震源时间函数方法和滑动角固定以及滑动角可变的直接波形反演方法对拉奎拉地震时空破裂过程进行反演所得到的结果一致表明：断层面上有两块滑动量集中的区域,分别位于震源处和沿走向（132°）方向距震源5~10 km处,最大滑动量分别约为1.2 m和1.0 m.破裂持续时间约为9.5 s.最大滑动速率达0.6~0.7 m/s,快速的破裂和上盘-下盘效应导致了拉奎拉城的严重破坏.     

中小地震三维形变场重构方法研究与同震滑动分布反演——以2016年5月22日定日MW5.3地震为例

地震三维形变场对于研究地震发震机制等具有重要意义。 已有的InSAR三维形变场重构研究中, 只有中强地震的实例。 由于形变量级小、 InSAR方位向形变的误差较大, 中小地震的三维形变场重构易受噪声等影响。 本文以2016年5月22日西藏定日M_W5.3地震为例, 开展中小地震三维形变场重构的尝试。 首先基于InSAR技术获取了Sentinel-1升轨和降轨观测模式下的同震形变场, 再结合同震形变场的特点、 区域构造特征等, 添加限定方程(走滑运动为0), 重构了同震三维形变场。 结果显示, 震中附近以下降为主, 幅度达7 cm, 南北方向形变较小(约2 mm), 此区域还伴有2 cm的西向水平运动; 形变中心区域东西两侧部分区域均出现少许东向运动(1.5 cm)。 由同震形变场特征判断此次地震以正断破裂为主。 本文提出了基于连续性分层采样选取样本点方法, 以适应本地震形变场的实际情况。 对所得的LOS向位移场和重构的三维形变场进行降采样, 反演得到了断层面上的滑动分布, 两种数据得到的结果相似, 最优发震断层的走向约181°, 倾角约45°, 断层错动平均滑动角约-87.1°, 平均滑动量约为3.6 cm, 最大滑动量位于深度6.5 km处, 相当于一次M_W5.4的地震。     

基于多射线联合反演的速度无关叠前地震数据Q值估计

描述地震波衰减特征的品质因子Q对地震数据处理和油藏描述非常重要,在地震勘探领域,Q值一般通过垂直地震剖面(VSP)数据或地面地震数据得到.由于叠前地面地震数据具有复杂的射线路径且存在噪声、调谐干涉效应等影响,从叠前地震数据中准确估计Q值相对困难.本文以地震波射线传播为基础,根据同相轴局部斜率和射线参数的映射关系,将多射线波形频谱同时带入谱比法联合反演估计Q值,提出了基于多射线联合反演的速度无关叠前Q值估计方法.该方法通过局部斜率属性避开了速度对Q值估计的影响,局部斜率携带地震波传播的速度信息,具有相同局部斜率的地震反射波具有相同的传播射线参数.同相轴局部斜率是地震数据域的属性,而速度是模型域的参数,在估计Q值中采用数据域的属性参数可以直接应用于数据的联合反演,而不需要通过速度对其做进一步的转化,从而提高了Q值估计的精度.同时,本方法采用预测映射(predictive mapping)技术将非零炮检距反射信息映射到零炮检距处,从而获得零偏移距走时对应的Q值.模拟和实际算例验证了本文方法的有效性.     

基于相对质心震中的地震破裂方向性测定方法研究:以2008年云南盈江MS6.0地震为例

地震破裂方向性参数包含了断层几何形态、破裂长度等信息,对于地震灾害评估、孕震机理研究具有重要意义.但是基于点源近似的震源矩中心张量机制解(CMT)或断层面解(fault plane solution)只能给出两个节面,无法确定破裂断层面.本文提出一种基于质心与起始震中的差异确定发震断层的方法,该方法利用P波到时来测定主震与参考地震间相对起始震中,同时利用波形反演震源机制过程中的主震时移与参考地震时移之差测定相对质心震中,在假定单侧破裂的情形下,根据时移之差随方位角的变化推断破裂断层面.本文使用该方法研究了2008年云南盈江M_S6.0走滑型地震,发现其破裂方向与其他方法结果一致.由于该方法基于相对起始震中和质心震中,可有效削弱速度结构模型不准确以及地震绝对位置误差带来的影响,应可适用于其他类似类型6级左右地震的破裂方向性研究,但仍需进一步工作对其进行验证.     

计算综合地震图的广义反射、透射系数矩阵和离散波数方法（二）——对不同深度点源的算法

本文讨论了计算近场综合地震图时使用的广义反射、透射系数矩阵和离散波数方法,并对不同深度点源的情况给出了新的算法及相应的计算实例。用本文提供的新算法,与原算法相比,可以减少60％的计算时间。在需要计算大量点源格林函数时,该方法是很有实用价值的。     

基于恢复地震数据获取震级、震源机制及破裂过程的评价——以2013年四川芦山MW6.6地震为例

区域地震波形对于震源研究非常重要,但限幅问题限制了区域地震台网数据的运用,并影响到震源参数测定的准确度.本文利用恢复后的芦山地震区域地震波形,研究了芦山地震的震级、点源机制解以及破裂过程.基于震中距99~300 km恢复前与恢复后地震数据获取的面波震级分别为7.01与7.06级.分别利用7个震中距150~250 km宽频带台站的恢复前和恢复后的数据反演点源机制解,与参考机制解相比,滑动角偏差自13°减小到了4°.基于7个震中距81~134 km的区域地震波形联合远场数据获得的震源破裂过程结果,其主要参数（如滑动分布、破裂速度等）与强地面运动波形联合远场数据得到的结果具有很好的一致性.研究结果表明,本文所采用的数据恢复方法具有较高的可靠性,有效提高了震源参数测定的准确度.

     

计算综合地震图的广义反射、透射系数矩阵和离散波数方法（二）——对不同深度点源的算法

本文讨论了计算近场综合地震图时使用的广义反射、透射系数矩阵和离散波数方法,并对不同深度点源的情况给出了新的算法及相应的计算实例。用本文提供的新算法,与原算法相比,可以减少60％的计算时间。在需要计算大量点源格林函数时,该方法是很有实用价值的。