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.     

Fast and robust inversion of earthquake source rupture process and its application to earthquake emergency response

Fast inversion of source rupture process for significant earthquake is introduced and applied to earthquake emergency response. We retrieve and use the apparent source time functions (ASTFs) to stabilize the rupture process inversion, aiming to get the rupture process results correctly and quickly. The applications to 22 significant earthquakes occurred between January 2009 and July 2011 show an average inversion time consumed of about four hours, suggesting a high efficiency of this method, which much improves the inversion speed of the rupture process and is helpful in earthquake disaster mitigation and relief.     

用复合型法反演震源破裂过程的研究

本文探讨了用P波频谱研究不对称双侧破裂方式与正交破裂方式的方法,研究了用复合型法反演震源参数的可行性。 用这种方法反演了1966年3月8日邢台马兰6.8级地震及1966年3月22日东旺6.7级地震的震源参数。通过与用网格尝试法反演的结果及余震分布等进行比较,认为这种反演方法除了与过去的网格尝试法类似,可以得到最优拟合参数解外,还可以大大减少计算量,实现了网格尝试法难以实现的更复杂的震源模式的反演。 本文还用此方法研究了1962年3月19日广东河源6.1级地震及1969年7月26日广东阳江6.4级地震的破裂过程。研究结果表明:河源地震的破裂方式是正交三侧破裂。北西方向为主破裂,破裂长度8km,破裂速度0.6km/s. 南东方向破裂长度较短,约2km,破裂速度2.0km/s.正交侧指向南西,破裂长度3km,破裂速度0.5km/s,这个结果与余震分布图所显示的图象很相象。阳江地震的破裂方式是不对称双侧破裂。主破裂方向为北东东,破裂长度14km,破裂速度0.8km/s;朝南西西向的破裂长度5km,破裂速度0.6km/s。      

Inversion of near-field waveform data for earthquake source rupture process (I): Method and numerical test

In seismological study, most of the earthquake source rupture processes are inverted via matching the waveforms. The hypocenter location and fault parameters (such as strike direction, dip angle, etc.) are assumed firstly, and the fault is divided into a …     

An overview of joint inversion in earthquake source imaging

We reviewed joint inversion studies of the rupture processes of significant earthquakes, using the definition of a joint inversion in earthquake source imaging as a source inversion of multiple kinds of datasets (waveform, geodetic, or tsunami). Yoshida and Koketsu (Geophys J Int 103:355–362, 1990), and Wald and Heaton (Bull Seismol Soc Am 84:668–691, 1994) independently initiated joint inversion methods, finding that joint inversion provides more reliable rupture process models than single-dataset inversion, leading to an increase of joint inversion studies. A list of these studies was made using the finite-source rupture model database (Mai and Thingbaijam in Seismol Res Lett 85:1348–1357, 2014). Outstanding issues regarding joint inversion were also discussed.     

亚像素相位相关法在获取汶川地震近场形变中的应用

震后地表实际破裂带的分布及其近场的形变特征,是理解块体运动学特性、断层破裂特征、地震发生机制等科学问题的十分重要的约束条件。基于InSAR获取的汶川地震同震形变场,由于发震断层附近同震形变梯度巨大,沿断层带出现了非相干条带,以致于无法获得断层附近的形变量。而基于亚像素级的光学影像偏移量法为获取断层附近大形变分布提供了可能。文中以SPOT卫星影像为数据源,采用光学影像偏移量法获得了什邡及茂县地区的水平位移形变场。结果显示龙门山断裂带上至少2条断裂同时发生破裂,形成了主要地表破裂带(龙门山镇-高川破裂带)和次级地表破裂带(汉旺破裂带),沿龙门山镇-高川破裂带平均位移量为4～6m,在高川附近伴随的平均右旋水平位移为1～3m; 汉旺破裂带因逆冲导致水平缩短,平均位移量一般为1～2m。汶川-茂县断裂带没有明显的地表破裂带。研究表明,利用光学影像相位相关法能够获得近断层位错量,可以成为InSAR手段的重要补充。     

1999年台湾集集地震震源破裂过程

使用GPS同震位移资料和远场P波记录,研究了1999年台湾集集地震震源破裂过程．根据地质构造和余震分布引入了一个由弯曲断层面构造的三段“铲状”断层模型．在使用静态GPS位移资料反演集集地震的断层破裂滑动分布时,由于集集地震断层北部近地表破裂的复杂性,在位错模型中考虑拉张分量对地表同震位移的贡献,可更好地同时拟合GPS观测资料的水平和垂向分量．而纯剪切位错弹性半空间模型和分层地壳模型都无法同时拟合水平和垂向GPS观测资料．在此基础上,同时使用静力学同震位移资料和远场地震波形记录,反演集集地震的震源破裂过程．结果表明,一种垂直于断层面的“挤压性”(负)拉张分量几乎集中分布于地震断层的浅部和北部转折处,而这一带地表破裂远较没有(负)拉张分量出现的南部断层复杂．“冒起构造”的数字模拟表明,这种在集集地震破裂转折处及北部断裂带广为出现的典型破裂造成的地表位移可以用具有负拉张分量(挤压)的逆冲断层更好地模拟．而这种负拉张分量(挤压)的分布正是地震破裂性质和几何复杂性的综合反映,震源破裂过程也显示北部转折处破裂在空间和时间上的复杂性.高滑区域与余震分布表现为负相关.     

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。     

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．      

2015年尼泊尔M_w7.9地震破裂过程:快速反演与初步联合反演

本文介绍了2015年4月25日尼泊尔Mw7.9(MS8.1)地震发生后的破裂过程快速反演工作,以及后续开展的地震波与少量GPS资料的初步联合反演工作.两项工作得到的反演结果尽管在最大滑动量估计方面存在一些差别,但都一致地显示此次地震是发生在低倾角俯冲断裂上的一次单侧破裂事件,破裂主要朝东南方向传播;断层滑动主要发生在震中至加德满都一带.在加德满都附近区域,其下方破裂与朝东南传播的地震波的多普勒聚焦效应可能造成较强的震感和较大的破坏.对比历史大地震发现,2015年尼泊尔Mw7.9地震的浅部破裂紧邻1934年Mw8.2地震的地表破裂,余震分布与1833年M7.6地震的宏观震中基本重合,其破裂填补了前两次地震破裂以西100km左右的空区,表明此次地震是1934年Mw8.2地震与1833年M7.6地震向西继续延伸的结果.     

汶川M_S 8.0地震断层与地震灾害初步分析

对于特大地震近断层地震场的空间分布的复杂性学术界一直很关注,由于样本地震数量和资料的不足,至今还没有非常清晰的结论。通过参加汶川MS8.0地震的应急科学考察,对震中区和高烈度区断层破裂带附近的地震灾害情况进行了现场调查。文中以典型事例为主线介绍了现场考察的结果,结合既往的研究成果和汶川地震的震源特性,分析讨论了地表破裂带、地震动以及建筑物震害之间的关系。结果表明:1)地震断层发生强变形和地表破裂对建筑物的损害现象非常明显,对具有大震级发震危险的断裂带,今后应该考虑进行一定宽度的破裂避让或采取针对性的必要措施。2)初步探讨了紧邻断裂带的建筑物没有倒塌的可能机理,第一,出现地表破裂的大部分区域为基岩或坚硬的场地,场地条件相对较好;第二,存在导致地表破裂的浅部有效应力降和破裂速率相对较低,导致了1s附近的地震动相对低下的可能性     

Stochastic coupled simulation of strong motion and tsunami for the 2011 Tohoku,Japan earthquake

This study conducts coupled simulation of strong motion and tsunami using stochastically generated earthquake source models. It is focused upon the 2011 Tohoku, Japan earthquake. The ground motion time-histories are simulated using the multiple-event stochastic finite-fault method, which takes into account multiple local rupture processes in strong motion generation areas. For tsunami simulation, multiple realizations of wave profiles are generated by evaluating nonlinear shallow water equations with run-up. Key objectives of this research are: (i) to investigate the sensitivity of strong motion and tsunami hazard parameters to asperities and strong motion generation areas, and (ii) to quantify the spatial variability and dependency of strong motion and tsunami predictions due to common earthquake sources. The investigations provide valuable insights in understanding the temporal and spatial impact of cascading earthquake hazards. Importantly, the study also develops an integrated strong motion and tsunami simulator, which is capable of capturing earthquake source uncertainty. Such an advanced numerical tool is necessary for assessing the performance of buildings and infrastructure that are subjected to cascading earthquake–tsunami hazards.     

2008年汶川大地震单侧破裂过程的动力学机制研究

2008年汶川大地震的破裂过程极其发杂,向东北方向的破裂距离长达300 km,而向西南方向的破裂长度很小,呈现出单侧破裂的主要特征.尽管汶川地震破裂呈单侧传播的现象引起许多地震学家的关注,但其物理机制至今还不是十分清楚.本文利用有限单元计算方法,模拟了汶川地震的破裂过程.模型中根据龙门山断裂带两侧（东南侧为四川盆地,西北侧为川西高原）实际的地震波速度来确定模型的介质物性参数,利用目前观测的应力环境来选定初始应力条件.模拟结果表明：破裂在汶川地震的震中处成核后,先向断层两侧自发传播,但向东北方向的传播距离明显大于向西南方向;断层面上的正应力在东北方向（破裂的正方向）随着传播距离的增大而不断减小,位错速率随着破裂的传播距离而越来越大,其脉冲变得越来越尖锐,即产生了Weertman脉冲.研究结果显示：由于这种脉冲的出现,破裂在正方向上（东北方向）能够自己放大、自己愈合、自行维持,摩擦热极小,所以破裂能够沿着东北方向一直传播,直到应力场方位发生变化,不利于破裂时才最后终止.但在西南方向,破裂过程中断层面上的正应力增大,阻碍破裂继续扩展.最后就出现了汶川地震中破裂朝东北方向单侧优势传播的基本格局.模拟结果还表明：若断层面两侧介质均匀,则破裂向两侧是对称传播,且破裂距离很短,因此这种情况无法产生像汶川大地震那样的特大地震.因此,文中的模拟结果表明龙门山断裂带两侧的物性差异是造成汶川大地震单侧传播的决定性因素.断层两侧物性差异（bimaterial contrast）影响断层破裂过程的研究对于深入认识地震动力学过程、地震灾害预测及评估等有重要的科学意义.     

Studies on seismic source

During the period of 1999~2002, the Chinese seismologists made a serious of developments in the study on seismic sources including observations, experiments and theory. In the field of observation, the methods of the accuracy location of earthquake sources, the inversion of seismic moment tensor and the mechanism of earthquake source are improved and developed. A lot of important earthquake events are studied by using these methods. The rupture processes of these events are inverted and investigated combined with the local stress fields and the tectonic moment by using the measurements of surface deformation. In the fields of experiments and theory, many developments are obtained in cause of seismic formation, condition of stress and tectonics, dynamics of earthquake rupture, rock fracture and nucleation of strong earthquakes.     

Studies on seismic source

During the period of 1999-2002, the Chinese seismologists made a serious of developments in the study on seis-mic sources including observations, experiments and theory. In the field of observation, the methods of the accu-racy location of earthquake sources, the inversion of seismic moment tensor and the mechanism of earthquake source are improved and developed. A lot of important earthquake events are studied by using these methods. The rupture processes of these events are inverted and investigated combined with the local stress fields and the tec-tonic moment by using the measurements of surface deformation. In the fields of experiments and theory, many developments are obtained in cause of seismic formation, condition of stress and tectonics, dynamics of earthquake rupture, rock fracture and nucleation of strong earthquakes.     

基于强震动资料的破裂过程快速反演及其自动化的可行性

破裂过程快速反演是目前快速获取地震灾害特征的主要手段之一,是震后应急工作的重要内容.近十年来基于远震资料开展的手动快速反演工作取得了长足进步,但在响应时间方面存在固有的局限,阻碍了反演效率的持续提升.我们根据新近发展的IDS （Iterative Deconvolution and Stacking）自动反演方法,尝试反演近场强震动资料确定破裂过程,探讨破裂过程反演自动化的可行性.对近几年国内发生的强震——包括2013年芦山M_W6.6地震、2016年青海门源M_W5.9地震和2016年新疆阿克陶M_W6.6地震——的应用结果表明,采用IDS方法反演强震数据可以得到稳定可靠的破裂模型,且反演计算时间都控制在几十秒内.此外,以2008年汶川M_W7.9地震为例,测试了不同子断层尺度、截止频率和地壳速度结构模型对反演结果的影响,发现滑动分布主要特征不强烈依赖于反演参数和地壳模型,证实了自动反演的稳定性和很强的适应能力.这一研究表明,基于强震动资料的自动反演可能是破裂过程快速反演的主要发展方向.特别地,在未来强震动台网持续发展、强震动数据的质量和共享速度都得到进一步提高之后,这一工作可望纳入到地震参数的常规自动测定工作中,为震后应急和海域地震的海啸预警提供急需的震源模型.     

2023年8月6日山东平原M5.5地震破裂过程快速反演

北京时间2023年8月6日2时33分,山东德州市平原县发生M5.5地震。震后第一时间利用国家烈度速报与预警工程项目在山东地区建成的强震台站数据对该次地震进行破裂过程快速反演。基于破裂方向性效应,通过趋势面拟合的方法确定了此次地震的主破裂面。反演得到的破裂模型表明,破裂面呈现NE-SW走向,破裂主要由震中向NE方向拓展,地震破裂持续时间为8s,破裂长度约为8km,最大滑动量为0.024m。相对于6级以上地震,此次地震震级相对较小,破裂最大滑动量偏小,破裂过程也相对简单。震后统计的余震分布与破裂模型显示的破裂区域能够较好地吻合,在破裂区域的边界附近余震分布也较为集中,推断可能是由于积累的应力能量进一步释放引发的余震。     

2010年玉树超剪切破裂地震破裂过程反演

为探讨玉树地震是否为超剪切破裂事件,利用Yagi的方法重新进行了此次地震震源破裂过程的反演。通过给定不同的破裂速度进行对比,发现当破裂速度为4.7km/s时,理论与实际观测结果拟合残差最小,且反演结果更符合实际。另据P波高频辐射能量包络反演,破裂传播速度在4.7～5.8km/s范围内,而该地区的剪切波速度则为3.0～3.6km/s,从而证明了此次地震超剪切破裂现象的存在。反演结果表明,此次地震在玉树段的NW和SE段形成了19和31km的地表破裂,而震中所在的中段由于隆宝湖拉分盆地的存在,造成了15km的未破裂区。超剪切破裂是造成SE段玉树县城遭受严重破坏的原因之一。     

Rapid earthquake hazard and loss assessment for Euro-Mediterranean region

The almost-real time estimation of ground shaking and losses after a major earthquake in the Euro-Mediterranean region was performed in the framework of the Joint Research Activity 3 (JRA-3) component of the EU FP6 Project entitled “Network of Research Infra-structures for European Seismology, NERIES”. This project consists of finding the most likely location of the earthquake source by estimating the fault rupture parameters on the basis of rapid inversion of data from on-line regional broadband stations. It also includes an estimation of the spatial distribution of selected site-specific ground motion parameters at engineering bedrock through region-specific ground motion prediction equations (GMPEs) or physical simulation of ground motion. By using the Earthquake Loss Estimation Routine (ELER) software, the multi-level methodology developed for real time estimation of losses is capable of incorporating regional variability and sources of uncertainty stemming from GMPEs, fault finiteness, site modifications, inventory of physical and social elements subjected to earthquake hazard and the associated vulnerability relationships.     

基于断层运动和应力演化分析断层强震危险程度的研究进展

震间断层强震危险性研究是地震中长期预测中的基础科学问题, 其中断层运动及应力演化的研究对认识地震的孕育发生、 破裂过程具有重要意义, 为地震危险性分析提供科学依据。 本文首先回顾了震间断层运动模型的理论研究进展; 其次, 简略地回顾了断层不均匀性和断层摩擦定律的研究历程, 论述了确定摩擦参数、 圈定凹凸体的发展趋势与研究动态, 并阐述了基于断层不均匀性和断层摩擦定律的强震过程数值模拟的应用; 最后, 论述了基于断层运动和应力演化分析断层中长期强震危险程度的应用, 并叙述了与地震短期、 临震预测密切相关的断层运动成核过程。