大地震破裂过程反演中的灵活性需求:现状及探讨

对于大地震破裂过程的反演是震源研究的重要问题,也是震源物理研究的基础.虽然大地测量、地震精定位等方法和数据的引进为大陆内部地震破裂过程的精细研究提供了重要依据,但对于大洋底部、俯冲带等区域的地震复杂破裂过程依然需要灵活度高的方法来获得多样的断层几何结构,并支持破裂过程反演.本文集中讨论震源研究中的一类灵活度高的方法：多点源模型反演.并结合震源反投影、有限断层模型等方法,分析这些方法在大地震破裂过程反演中的优势互补,提出反投影→多点源→有限断层模型串行的思路.通过上游方法的稳定性获得下游算法的先验约束,最终获得具有高灵活性、高时效性以及高精度的串行反演策略.     

大地震震源破裂模型:从快速响应到联合反演的技术进展及展望

解析大地震的破裂模型是研究地震成因、破裂动力学机制和探究活动断层结构等研究方向的基础.在地震防灾、应急响应和危险性评估等实际问题中发挥着重要的作用.文章对近年来在大地震破裂模型反演的方法及应用上取得的进展进行综述和分析,结合北京大学地球物理专业相关研究人员在大地震破裂模型的快速反演、震源反投影、大地测量、地震波与形变观测数据的联合反演、复杂地球模型中破裂过程的反演及强地面运动模拟等方面的工作,分析不同研究方法的特长以及不足.提出从短期快速响应到长期科学问题的系统化研究思路,并对从震源模型反演到强地面运动预测的一体化自动应急系统,以及全动力学反演方法进行了分析和展望.     

考虑椭圆模型MW≥5.5地震震源参数时域计算方法

为提高时效性,地震预警系统对震源的处理一般采用“点源”假定,不考虑震源尺度、破裂方向和震源区应力降,对震源参数简化处理使得预测地震动参数分布过于粗略,特别是对破坏性大震.本文应用日本地震(M_W≥5.5)强震动数据,考虑椭圆震源模型,提出了一种适用于中、大地震矩震级、拐角频率和应力降等震源参数时域计算方法,并分析了场地效应、地震动传播衰减、震源效应和滤波频带等因素对时域方法的影响.结果表明,该方法能利用P波信息快速获取震源能量释放过程,量化随破裂传播震源谱拐角频率、应力降和破裂面积的演化过程,为地震动预测提供更多重要的震源参数.     

中强地震破裂方向性测定方法及其在发震断层判定中的应用

中强地震(M 5.5～7)数量多,复发周期短,空间分布广,有时会造成严重的灾害,因此快速准确地测定中强地震的震源参数是防震减灾研究的重要内容之一.基于点源近似的矩张量解是常用的震源描述方式,然而,在此理论框架下,断层面与辅助面是等效的、无法区分.引入破裂方向性(Rupture directivity),可以描述地震的破裂过程有限性(包括破裂面、破裂方向、破裂长度、破裂速度等),区分发震断层面.确定地震破裂方向性主要有野外地质调查、大地测量观测及反演、地震学观测及反演等三大类方法;前两种方法更为直观,而地震学方法的数据获取更为迅速、时间分辨率更高.通过余震空间分布、地面震动强度分布、震源时间函数的时频特征、破裂起始点与质心点的相对位置以及地震波形反演等,可以确定地震的破裂面、破裂方向等破裂方向性参数.对于大地震或者浅震,对地表破裂的野外地质调查以及大地测量观测反演提供了对发震断层的直观约束.台站密集地区的精定位余震分布、场地效应已知地区的地面震动强度分布可以用于推测破裂面、破裂方向等.基于不同方位角震源时间函数的持续时间或频谱特征差异的方法,一般适用于有比较密集地震观测台网的地区,能够较好约束地震的双侧破裂特征.基于破裂起始点与质心点的相对位置差异的方法,在稀疏台网下仍有较好的适用性,但是主要适用于单侧破裂的地震.利用地震波形直接反演,对于较大的地震或者三维速度结构较好地区,可以获取更丰富的破裂过程信息.需要综合不同测定方法使之流程化,并在重点研究区建立历史地震及噪声互相关函数等数据库,快速提供三维速度结构路径校正.在此基础上,仍然需要继续发展方法利用地震的早期波形确定破裂面、破裂方向等,为地震预警提供关键信息.结合密集经济型的地震观测、连续GNSS观测等数据,对中强地震的破裂方向性参数提供更好的约束.     

1989年大同震群的体破裂特征

采用点源位错模型,由区域地震台网的P,S振幅资料,反演得到1989年10月大同震群135次小震的可信震源机制解.结果显示机制解的空间取向分布比较离散,但其优势及平均方向与震群中3次最大地震的断层面解一致,和华北构造应力场的应力作用方式相符.讨论了小地震对序列地震过程的贡献,表明大量小震的群体行为对震源体起着重要的作用.由震源的时空分布图像,展现出震源体动态扩展、“处处”破裂的特征.由此得出,大同震群并非沿着已有的断层面滑动所致,而可能是该区域新生的破裂;震源体内的多次破裂没有沿一个断层面扩展,而表现为一种体破裂的过程.     

2008年汶川大地震震源机制的时空变化

本文提出了一种基于恒定破裂速度和固定子事件震源时间函数的假定、利用远场地震波形资料获取大地震震源机制的时空变化图像的线性反演方法,并利用这种方法及全球范围内48个台站的长周期波形资料反演建立了2008年汶川M_S8.0地震的震源机制随时间和空间变化的图像.根据这个图像可知,汶川大地震断层的西南端震源机制接近于逆冲,随着破裂向东北方向延伸,震源机制的走滑分量逐渐增大,走滑分量超过逆冲分量的转折点在震中东北大约190 km的位置.为了检验反演方法的有效性和反演结果的可靠性,我们特别设计了一个数值试验对反演结果进行了检验.检验结果表明,我们在本文中提出的反演方法是有效的,关于汶川大地震的反演结果也是可靠的（除长周期信号较弱的一段外).通过比较发现,反演结果与震后野外考察的结果也相当吻合.     

2021年5月21日云南漾濞MS6.4地震序列地震矩张量及发震构造

2021年5月21日云南大理州漾濞县发生了MS6.4 地震.我们利用区域地震台网记录的地震波形资料,首先采用多点源地震矩张量反演方法确定了漾濞地震序列中 3 次MS≥5.0地震的矩心矩张量解,分析研究了地震矩释放的最佳模型;然后对序列中较大地震进行了绝对定位,结合余震序列重新定位结果研究了地震矩心在断层面上的位置.结果显示MS5.6 前震可用2 点源模型模拟,矩震级分别为MW 5.3、MW5.1,矩心时间相隔约30 s,矩心位置相距约 2 km.MS 6.4 主震可用单点源模型模拟,矩心与起始破裂点平面距离约 5 km.前震和主震的矩心均位于地表以下 6 km处,矩心与起始破裂点的位置关系显示两地震向南东方向单侧破裂,断层以"前震-主震"型地震序列典型的"撤退式"方式破裂,MS5.6 前震的发生降低了断层面的抗剪强度,从而发生了更大的MS6.4 主震.MS5.2余震可用单点源模型模拟,起始破裂点与矩心空间位置相近,在地表以下约 10 km处.余震区构造应力场反演结果显示漾濞 6.4级地震序列属于区域应力场触发的地震活动,地震序列震源机制解符合走滑断裂伴生的负花状构造系统内部断裂的运动特征,余震的空间分布图像显示花状构造系统内部的两条断裂发生了地震活动.     

2014 年云南盈江Ms 6.1 地震震源机制研究

利用中国数字地震台网记录的区域宽频带波形,通过频率域和时间域多步反演,研究了2014年云南盈江Ms6.1地震基于点源模型的震源机制解和有限断层模型.考虑到使用不同的波形资料类型和简化的一维速度模型等因素对震源参数反演结果的影响,进行了大量的测试比较.结果表明,使用近震波形和本区域简化一维速度模型M1,波形拟合误差最小.基于点源模型的震源机制解显示此次地震发震断层面参数分别为:走向176°/倾角84°/滑动角-173°,表现为一次右旋走滑错动为主的事件.矩心在水平方向上位于震中(24.99°N,97.84.E)北东向约7km,最佳波形拟合矩心深度7km.平均总标量地震矩M0为7.56×1017N·m,计算成矩震级为Mw5.8.进一步模拟高达0.5Hz的高频波形,获得了盈江地震的有限断层模型,结果显示此次地震未表现出明显的破裂方向性.破裂半径约10km,整个破裂面积为267.2km2,平均滑动量约0.05m,破裂在5 s内释放了大多数能量.震后0～2s内,破裂以孕震点为中心向四周同时扩展,在深度7～ 17km内释放了部分能量.2s后,破裂朝断层面顶部和沿走向两侧进一步延伸,约5s后破裂基本停止.     

2022年1月8日青海门源MS6.9地震的静态和动态震源参数测定

震源特征可通过震源参数量化,震后快速测定震源参数,对于研究区域构造特征、地震的震源性质和孕育演化过程、开展震害评估和地震应急响应都具有重要意义.本研究采用区域地震台网和全球地震台网提供的宽频带波形资料,使用近震全波形反演方法得到了2022年1月8日青海门源M_S6.9地震的地震矩、矩震级和震源机制解等静态震源参数,并测定了地震辐射能量、能量震级和破裂持续时间等动态震源参数.结果显示：(1)本次地震为一次高倾角的走滑型地震,震源机制解节面I走向194°、倾角87°、滑动角175°,节面II走向285°、倾角85°、滑动角3°,地震矩为8.5×10¹⁸N·m,转化成矩震级为6.6,矩心深度为3 km.结合动态震源参数,可确定节面II为地震断层面;(2)地震辐射能量为4.3×10¹⁴J,转化成能量震级为6.8,高于矩震级;(3)地震呈现双侧破裂特征,破裂持续时间为11 s;(4)能矩比为5.1×10^-5,视应力为1.53 MPa,应力降为6.58 MPa,描述断层破裂复杂度的辐射能量增强因子为34;(5)综...     

利用直达P波研究大地震破裂过程

利用地震波形资料,通过反演技术研究大地震震源的破裂过程是定量认识震源运动学特性的最有效的途径。因此,地震破裂过程的数字波形反演和成像成为近年来地震学研究的前沿和热点问题。快速而精确地从地震记录波形中获取震源运动学参数,以便从整体到细节上更加全面地描述地震破裂的复杂性,成为此类研究的努力方向。     

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.     

我国大地震发生后继发强震的时空分布特征

本文系统地研究了本世纪以来发生在中国大陆M_s≥6.0级地震的时空分布特征和大地震发生后一定时间尺度、空间范围内的减震作用,并计算出了大震发生后继发性强震的时空累积概率。结果表明,中国大陆7级以上大震发生后在一定时间、空间尺度范围内对后续强震的发生具有比较明显的缓解作用,这是由于大地震造成的破裂释放了震源及周围区域长期积累的大部分应变能,从而大大减弱了这个区域一定时间尺度内再次产生大破裂的可能性,使该区强震的继发累积概率表现出低值。以上结果可以作为一次大震发生后对相对安全区和危险区中期预测的主要依据。     

基于等矩反投影方法的地震破裂过程研究

<正>随着地震观测技术的进步,人们对地震震源的认识也在不断深入。当所考虑的地震波特征波长小于震源的总的特征尺度时,整个地震可以看成是多个"子事件"组成,每个"子事件"可以看成一个点源,随着破裂的传播,点源的位置发生移动,地震仪记录到的地面运动是所有这些点源引起的运动的延时叠加,这就涉及到地震的破裂过程问题。地震破裂过程是一个非常复杂的问题,由于构成断层的物质的非均匀性,能量辐射源传播的速度不断发生变化,所用的地震波波长越短,越有可能得到震源破裂过程的细节。目前,     

联合高频GNSS和强震数据快速反演四川泸定6.8级地震断层破裂特征

北京时间2022年9月5日12时52分,四川甘孜藏族自治州泸定县发生6.8级地震.利用震中附近1 Hz高频GNSS观测数据获取了同震速度和位移波形,并快速测定了泸定地震的震中和震级.实验结果表明：高频GNSS反演的震中与美国地质调查局(USGS)发布的震中相差32 km,与中国地震台网中心发布值相差16 km;高频GNSS反演的震级,与两个机构均仅差0.1个震级单位.针对地震预警、震后快速响应等时效性应用,提出了一种联合高频GNSS和强震数据的线源破裂特征快速反演方法.泸定地震实验结果表明：在震后20 s时可获得稳定的线源模型,破裂长度、方向和破裂模式值分别为33.3 km、151°和0.6,破裂方向与USGS震源机制解断层走向相差14°,反演的断层破裂模式为双侧破裂.提出的地震断层破裂特征快速反演方法可用于地震预警、震后灾害快速评估以及紧急响应,同时可为今后联合高频GNSS和强震数据快速测定地震破裂特征提供参考.     

1966年以来华北地区一系列七级大震破裂过程的数值模拟

用非连续变形分析方法(DDA+FEM)数值模拟，在华北地区各地块相互制约的块体系统环境中，地块边界断层上发生1966年邢台地震、 1969年渤海地震、 1975年海城地震、 1976年唐山地震等不同类型破裂模式大震的破裂过程. 数值模拟结果给出每个大震释放的主应力场，最大剪应力变化等值线图，地震前后位移变化矢量图，发震断层滑移随时间变化以及走滑错距和应力降等震源参数. 这些结果与地震的震源机制，用地震波资料研究得到的震源参数,宏观等震线,地表观测的水平位移矢量图基本一致. 其中1969年渤海地震正交破裂模式的结果与宏观等震线及小震分布图像更接近. 1976年唐山地震复杂震源模式与该震早期余震分布图像更相符. 表明用DDA+FEM方法进行数值模拟研究，能较好地模拟地震破裂过程.     

汶川大地震地震波传播的谱元法数值模拟研究

汶川大地震震中位于震害活跃的龙门山断裂带上,其强度超过1976年唐山大地震．地震激发的地震波可以用来研究震源破裂过程及地球内部的层次结构．从弹性波理论基础出发,采用AK135理论地球模型,考虑地表地形、地球介质衰减及地球椭率等特性,利用谱元法结合高性能并行计算,分别对人工点源和复合源所激发的汶川大地震地震波的全球传播过程进行数值模拟重现．数值模拟结果显示了地震波在地球表面的传播形态．通过比较发现,复合源数值模拟结果较点源数值模拟结果更能体现汶川地震震源破裂过程的时空特性．另外,将两种震源的数值模拟结果分别与实际观测台站记录波形资料进行拟合对比,进一步定性地认识到多个点源组成的复合源的数值模拟结果较单个点源的数值模拟结果与实际观测资料的拟合程度更好,证明了汶川大地震破裂过程为多阶段破裂组成的一个复合破裂过程．     

1996年2月3日云南丽江地震双重破裂的初步估计及其相关问题研究x,auto,auto,415px);}style> hf=httprztl.com >business week launch

利用同时反演两个点源震源机制的原理,估计了1996年2月3日云南丽江主震的震源机制,得到丽江主震由两次主破裂组成,两次破裂的时差约12 s,相距约26 km．第1次破裂形成近南北向的张性倾滑-走滑断裂,第2次破裂的机制需进一步研究．介绍了同时反演两个点源机制的方法及直接分析数字化波形记录的结果,讨论了一些相关问题．认为1995年10月的武定地震和本次丽江地震是同一力学过程在不同时空点上的表现,其发生顺序与动力传递的方向有关．      

2013年8月香格里拉德钦—得荣M_S5.9地震序列震源机制与应力场特征

利用中国区域台网地震波形记录,采用CAP方法反演了香格里拉德钦(位于云南省)—得荣(属于四川省)2013年8月28日MS5.1、8月31日MS5.9地震及8次MS4余震的震源双力偶断层面解和震源质心深度.结合震区地质构造、余震分布、烈度分布、动力学背景等资料,分析了此次地震序列的震源机制和应力场特征.反演结果表明,此次地震序列为节面倾角倾斜的正断层型地震,发震断层为NWW向活动构造带.序列中最大地震MS5.9和次大地震MS5.1地震的破裂节面分别为走向299°、倾角53°、滑动角-73°;走向290°、倾角55°、滑动角-72°.震源区受到强烈的水平拉张力、垂直挤压力作用.MS5.9地震后续余震T、P轴方位角随时间变化强烈,表明MS5.9地震后震源区应力调整作用明显.震源区应力场反演结果显示,地震发生的构造带上最大主拉应力为NNE-SSW向,最大主压应力为NW-SE向,与GPS观测所反映的地表最大主应力分布方向基本一致,表明震源区的应力状态可能主要受到背景大尺度构造应力场的控制.此次地震序列填充了川滇地区震源机制及应力场的空间分布图像,1976年以来可靠的震源机制解资料表明香格里拉次级块体是川滇块体及周边区域显著的拉张作用区域.香格里拉次级块体和保山次级块体正断层地震的断层节面及震源应力轴分布的空间变化,与GPS观测反映的地表最大主拉应力分布较一致,其空间分布特征反映了在青藏高原物质挤出背景下,块体之间相互作用、地势差异等作用对构造活动的影响.     

利用反投影技术快速测定中强震矩震级及破裂过程——以2023年9月9日摩洛哥MW6.9地震为例

利用远场台阵反投影技术可以较少地依赖先验经验,于震后快速获得震源破裂过程时空分布特征,并据此估算矩震级。本文使用美国阿拉斯加宽频带台阵记录到的远场直达P波数据,基于反投影方法,对2023年9月9日摩洛哥M_W6.9地震震源破裂过程及震级进行分析。结果显示,地震破裂走向以NE-SW向为主,地震能量在10～20s集中在震中距10km范围内释放,与震源机制解和震中区亚特拉斯山脉走向基本一致。震源破裂持续时间结合在全球分布均匀的GSN台网记录到的P波最大位移数据,在震后约15min即可快速估算出本次地震矩震级为M_W7.0,与中国地震台网中心和美国地质调查局发布震级基本一致。     

地震矩张量反演在地震快速反应中的应用

利用地震矩张量反演的方法,对1996年11月～1998年1月发生于我国境内的10次MＳ5.2地震的震源机制进行了快速测定,并以地震震源参数简报的形式将测定结果及时发送中国地震局震情值班室和有关省地震局,在大震的快速反应中发挥了作用．