经验格林函数法和遗传算法在震源谱研究中的应用

发展了传统的经验格林函数方法，将其与遗传算法结合起来用于地震震源谱的研究，以求得较大地震震源谱的高频衰减趋势的斜率。在此基础上先用遗传算法较为精确地搜索出较大地震的拐角频率，再用遗传算法对较大地震的振幅谱因衰减造成的损耗进行补偿，从而确定自震源至地震台传播途径上的介质品质因子Q值，最后给出了利用乌鲁木齐区域遥测数字地震台网资料测定Q值的范例。从计算结果得出乌鲁木齐至北天山一带的乌苏地区地震震源谱的高频衰减趋势满足ω^-2形式，Q值在480左右。     

用经验格林函数确定中小地震的震源时间函数

采用正则化方法,并以小地震近似地代替通常由理论计算出的格林函数,结合近场加速度资料反演了1985年4月18日云南禄劝 Ms=6.1地震4个余震的震源时间函数.结果表明,较大余震除了震源持续时间较长外,其破裂过程也较为复杂,具有明显的阶段性.而较小余震的震源时间函数则近似为一脉冲函数.根据布龙震源模式,我们估计了这4个余震地震断层的破裂速度和断层面上的平均质点运动速度,结果表明,地震断层面的破裂速度小于地震波传播的横波速度;断层面上的平均质点运动速度为几至十几 cm/s,基本保持在同一水平.      

用经验格林函数方法从红山地震台数字化资料提取隆尧地震的震源时间函数

2002年4月22日在邢台老震区隆尧县境内发生了一次ML4．8地震，这次地震邢台地区震感强烈，随后又发生15次小的余震。我们从这些余震中任意选择了5次余震分别作经验格林函数，提取了该地震的震源时间函数，目的是从这个地震来反映邢台震区的地质构造和震源情况。结果表明：无论以哪次余震的记录作为经验格林函数，结果都相当一致。发生于2002年4月22日的ML4．8地震只是老震区断层的单次破裂，此次事件的持续时间较短，只有0．7s左右，上升时间约为0．5s。为了验证所提取的震源时间函数的稳定性和可靠性，作者用5个小余震的UD，EW，NS方向分别作经验格林函数处理，结果相当一致；同时用全波、P波和SH波进行提取震源时间函数的对比，结果表明，用全波和SH波效果较好，所得结果非常一致，而用P波提取的震源时间函数效果不很理想。即同一台站的不同震相求得的震源时间函数的幅度存在差异。     

应用经验格林函数研究禄劝余震震源参数

本文采用经验格林函数研究1985年禄劝地震的16个M_L3.0至4.1级较大余震的震源参数。地震矩为0.2至3.5×10~(21)达因厘米,应力降为3巴至59巴。沿北64°西的主震断裂面的余震应力降显示出典型的时空变化图象。     

震源时间函数与震源破裂过程

简要介绍了现代数字地震学的两个重要概念。一个是震源时间函数，另一个是地震震源的时空破裂过程。首先，从地震断层位移表示定量出发，介绍震源时间函数和震源破裂过程的基本概念。然后，分别介绍两种从远场地震记录中提取震源时间函数和获取有限断层面上时空破裂过程图像的反演方法。     

用余震作为经验格林函数从GDSN长周期波形资料中提取1999年集集地震的震源时间函数

1999年9月20日17ｈ47minUTC（北京时间9月21日01ｈ47min）中国台湾省南投县集集镇发生Mw7.6地震，随后又发生许多中强余震．我们从这些余震中选择了Mw6.1和Mw6.2两次余震分别作为经验格林函数，并从包括IRIS，GEOSCOPE和CDSN在内的全球数字地震台网的长周期波形资料中提取了主震的震源时间函数．对于发生在9月22日的Mw6.1余震，有26个台站的78条记录的97对震相清晰可用；对于发生在9月25日的Mw6.2余震，有24个台站的72条记录的81对震相清晰可用．对于每个台站，从Ｐ和Ｓ两种震相中提取震源时间函数，分别称之为Ｐ波震源时间函数和Ｓ波震源时间函数．这样，利用两次余震从长周期波形资料中共提取了178个震源时间函数．从这些震源时间函数可以看到，除在特殊方位的几个震源时间函数由于主震和余震的震源机制的差别引起较大的畸变外，大多数台站的震源时间函数都具有相似性；同时，其形状随方位发生一定程度的变化．这两种特征都是对所提取的震源时间函数的稳定性和可靠性的客观反映．通过分析确认，这次地震由两次子事件构成，总持续时间约26ｓ．第二次事件比第一次事件晚大约7ｓ，第一次事件的矩释放率比第二次事件大15％．      

考虑凹凸体理论的经验格林函数方法

以15次地震资料为基础,回归得到断层上所有凹凸体地震矩与凹凸体面积的关系;研究经验格林函数方法中凹凸体子源的应力降,提出基于断层凹凸体理论的经验格林函数方法;以唐山地震余震（Ms=6.9）作为经验格林函数,合成1976年唐山地震（Ms=7.8）的地震动,比较合成结果与观测记录表明,该方法符合断层破裂过程,计算结果可靠．      

应用动力学拐角频率对经验格林函数法的改进

针对大小震拐角频率的差异,假设大震断层上每个子源的拐角频率与已破裂的子源个数平方根成反比,基于ω2震源谱模型,通过理论推导构建了一个函数,将动力学拐角频率引入经验格林函数法。以汶川地震余震记录为格林函数,分别用改进前和引入动力学拐角频率后的经验格林函数法合成5·12汶川大地震强地面运动。对比合成结果与观测记录,结果表明改进前经验格林函数法合成的地震动在低频部分相对实际记录偏低;引入动力学拐角频率之后的经验格林函数法合成的结果在高频基本保持不变,低频部分得到提高,并与实际记录符合。引入动力学拐角频率后,大部分合成结果很好地符合实际记录。说明动力学拐角频率可有效改善经验格林函数法的低频合成结果,同时验证了经验格林函数法对MW7.9特大地震地震动合成的有效性。     

利用视震源时间函数反演尼泊尔M_S8.1地震破裂过程

以2015年4月26日MS7.1余震为经验格林函数事件,利用全国和全球的宽频带记录提取了2015年4月25日尼泊尔MS8.1地震的P波视震源时间函数和Rayleigh波视震源时间函数,并通过联合反演这些视震源时间函数获得了这次地震的时空破裂过程图像.无论是P波视震源时间函数还是Rayleigh波视震源时间函数都呈现出很强的方位依赖性,表明震源断层具有相当的尺度且破裂朝东南方向扩展.时空破裂过程图像清楚地证实了这一特征,并更清晰地显示,破裂几乎是纯粹的单侧破裂,从破裂起始点开始,沿断层面向东南方向扩展~100km,同时沿断层面向深部扩展~80km,形成~125°的破裂优势方向和~5.8m的最大位错.地震的破裂时间历史相对简单,呈非间断性扩展,持续时间约50s.     

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。     

用经验格林函数方法研究澜沧-耿马MS=7.6地震的破裂过程x,auto,auto,415px);} h

运用经验格林函数反褶积方法,用中国数字地震台网(CDSN)6个台记录的MS=6.3余震的地震图作为经验格林函数,研究了1988年11月6日中国云南澜沧-耿马MS=7.6地震的破裂过程．反褶积结果表明,MS=7.6地震是一次比较简单的事件．分析了破裂的方向性,得出MS=7.6地震的破裂开始于微观震中,然后沿西北、东南两个方向近似对称地扩展,破裂总长度为70 km,持续时间19 s,破裂速度约为2 km/s．      

震源因素对尾波干涉提取经验格林函数的影响

尾波干涉提取经验格林函数作为现今地震学一项重要的研究,其受震源因素的影响值得细致地探讨.本文通过模拟和实际数据的尾波干涉,系统性讨论了震源倾角、方位角和走向以及震中分布对于提取经验格林函数（主要是PKIKP²和PKIIKP²震相）的影响.我们发现PKIKP²震相的平均信噪比随倾角的增大呈现先增大后减小的变化趋势,并在倾角约为45°时达到最大.基于稳相点分析,本文认为这种变化趋势是因为提取的PKIKP²震相主要贡献来源于近乎径向方向,而倾角为45°的倾滑型断层事件辐射出的P波能量在径向上最大.此外,断层走向对尾波干涉提取Rayleigh面波并无明显影响,而方位角的影响非常显著.当事件近似在台站对的大圆弧上时,尾波干涉才能提取清晰的Rayleigh面波,这与面波稳相区的空间分布一致.对于PKIKP²和PKIIKP²震相,只有当事件分布与台站对大圆弧近垂直并且事件断层走向与线状台阵近平行时,才能提取清晰的波形.通过计算不同事件和台站分布的震源辐射能量,上述方位角和走向最有利于地核震相的提取.最后,震中分布对尾波干涉提取PKIKP²震相也有一定的影响：当震中与地心连线和PKIKP²震相射线路径之间的锐角夹角越小,并且震中距越小时,提取的地核震相的信噪比越高.

     

利用经验格林函数谱比法估计2013年芦山地震序列的应力降

本文以芦山地震余震为例,分析了基于强震动观测记录的经验格林函数（EGF）谱比法估计地震的拐角频率和应力降的可行性。首先给出能够可靠估计地震拐角频率和应力降的经验格林函数谱比曲线的质量标准;然后利用其估算出17次M_L3.8—5.4芦山强余震的拐角频率;最后,参考其它研究给出的地震矩震级,计算出地震应力降。结果显示,芦山强余震的拐角频率主要介于1.0—2.0 Hz之间,应力降平均值为9.98 MPa,且地震应力降表现出明显的震级相关性。      

用经验格林函数方法从长周期数字波形资料中提取共和地震的震源时间函数

1990年4月26日,在青海省共和县发生了一次震级MS=6.9地震．这次地震之后,于1990年5月7日、1994年1月3日和1994年2月16日在原震区又发生了MS分别为5.5,6.0和5.7的余震．我们分别以这几次余震的中国数字地震台网的长周期记录作为经验格林函数对该地震的长周期记录进行反褶积,提取了该地震的远场震源时间函数．无论以哪次余震的记录作为经验格林函数,反褶积的结果都相当一致．结果表明,发生于1990年4月26日的MS=6.9地震至少由两次规模相当的事件构成,两次事件的发震时刻相差约30 s．第一次事件的持续时间较短,约12 s,震源时间函数的上升时间约5 s;第二次事件的持续时间较长,约17 s,上升时间约8 s．分析分别从P波和SH波提取的震源时间函数,我们注意到,从SH波中提取的震源时间函数比从P波中提取的震源时间函数复杂,表明这次地震的震源过程除了上述两次规模相当的事件外,还存在规模较小的事件．这一结果与我们由矩张量反演得到的结果以及用宽频带波形资料借助于经验格林函数方法所得的结果一致．我们以较小余震对较大余震做反褶积得到较大余震的震源时间函数．结果表明,发生在1994年1月3日的MS=6.0和1994年2月16日的MS=5.7地震的震源过程相当简单,其震源时间函数为一简单脉冲．对于1990年4月26日MS=6.9地震,我们从不同台站的资料中得到的震源时间函数具有方位依赖性．然而,这种方位依赖性在3个余震的震源时间函数中几乎没有显示．从不同台站或同一台站的不同震相求得的震源时间函数的幅度存在差异,但震源时间函数在其持续时间上的积分却相当稳定,亦即从任何一个台站测得的标量地震矩相当一致．\r\n 以3个余震的记录作为经验格林函数得到的1990年4月26日地震的相对标量地震矩分别为22(以1994年1月3日MS=6.0地震的记录为经验格林函数)、26(以1994年2月16日MS=5.7地震的记录为经验格林函数)和66(以1990年5月7日MS=5.5地震的记录为经验格林函数)．据此推算,MS=6.0地震与MS=5.7地震的相对标量地震矩为1.18;MS=6.0地震与MS=5.5地震的相对标量地震矩为3.00;MS=5.7地震与MS=5.5地震的相对标量地震矩为2.54．这些结果与我们从资料中直接得到的相对标量地震矩(分别为1.15,3.43和3.05)一致,表明了作为提取震源时间函数的经验格林函数方法副产品的相对标量地震矩是地震大小的一种很稳定的度量.     

经验格林函数方法理论上的改进

以往的经验格林函数方法存在着两个问题:一是要求大小地震需满足"相似"或"准相似"条件,这就限制了经验格林函数方法的适用范围。二是对大地震断层面的位错不均匀性考虑得不充分,而实际上大地震断层的位错一般是不均匀的。本文在假定大小地震不满足"相似"和"准相似"以及大地震断层面位错不均匀的前提下,对经验格林函数方法进行了改进,并应用于卢龙地震的模拟,模拟的结果与记录符合得比较好,说明改进的经验格林函数方法可以用来估计场地地震动过程。     

拐折破裂震源模型

含穿透裂纹的脆性材料在受到轴压时,裂纹发生拐折破裂,这已被众多的实验所证实。本文根据这一实验事实,对地震观测中发现的现象进行了分析,表明平直断层模式对一些问题不能作出很好的解释,因而提出了拐折破裂模式。对拐折破裂模式进行了理论分析和数值计算,得到了各种参数条件下的理论地震图。结果表明:拐折震源模型可以改进平直断层震源模型的某些不足。     

震源体破裂行为的重整化群方法研究

应用重整化群方法对一维、二维和三维震源体的破裂问题进行了研究，得到了一维、二维和三辰原体破裂的临界概率值分别国０．２０６３、０．１７０７和０．１５９９，相关长度指数分别为１．４３８８、０．８０８４和０．５７５７。进而由此揭示了临界概率和相关长度指数随维数增大而减少的变化规律。     

用改进的经验格林函数方法模拟唐山地震动

建筑物的抗震设防需要尽可能地掌握未来大地震强震动记录信息,但大地震强震动记录的匮乏阻碍了抗震设防实践的发展。经验格林函数方法作为模拟地震动的主要方法,可以提供可靠的大地震强震动记录,但也存在着许多问题,如缺乏对大地震断层滑动分布不均匀的描述、用经验确定小震数目、模拟方法受到大小地震相似条件的限制等。文中对上述经验格林函数方法存在的问题进行了研究,改进的经验格林函数方法,有效地解决了上述问题。并用其对唐山大地震进行了模拟,并把模拟的地震动时程和反应谱与实际记录相比较,发现用改进方法模拟的地震动加速度反应谱比用未改进方法模拟结果更接近实际的地震动记录加速度反应谱。由此说明改进的经验格林函数可更准确的模拟地震动。     

地震破裂时-空过程的研究

我们以 1 990年 4月 2 6日在青海省共和县境内发生的 MS6.9地震及其强余震为例 ,利用中国数字化地震台网的长周期和宽频带波形资料 ,探讨了地震破裂时空过程的研究方法。首先 ,我们用频率域矩张量反演的方法 ,分别反演了 MS6.9的主震及其强余震的矩张量 ;然后 ,分别以几个余震作为经验格林函数 ,对MS6.9地震的长周期和宽频带记录进行反褶积 ,提取了 MS6.9地震的远场震源时间函数 ;最终 ,我们新发展了一种在时间域反演断层面上位错非均匀分布的方法 ,并用该方法分析了共和 MS6.9地震破裂的时空过程。1　长周期波形资料的反演关于 1 990年…