中等強(qiáng)度地震的震源參數(shù)聯(lián)合反演.pdf

1、震級在5～6.5級之間的中等強(qiáng)度地震既頻繁地發(fā)生在板塊邊界，在板塊內(nèi)部也不罕見，這些地震常會(huì)對設(shè)防程度較低的人類聚居區(qū)域造成破壞。另外，當(dāng)這些地震為城市直下型、極淺源等時(shí)，即使是抗震建設(shè)較為完備的發(fā)達(dá)國家也會(huì)遭受較大的人員與財(cái)產(chǎn)損失。根據(jù)大森定律(Omori Law)及Gutenberg-Richter關(guān)系，震級M7以上的強(qiáng)震往往會(huì)伴隨著中等強(qiáng)度余震，這些地震對受災(zāi)區(qū)的二次破壞也不容忽視。因此，準(zhǔn)確快速獲取中等強(qiáng)度地震的震源參數(shù)在抗震救

2、災(zāi)中具有重要意義，同時(shí)也為區(qū)域構(gòu)造、巖石流變特性、應(yīng)力狀態(tài)等地震學(xué)研究提供關(guān)鍵信息。本研究分為六個(gè)部分：
　　第一章首先回顧了震源描述理論的發(fā)展過程，并討論這些模型對中等強(qiáng)度地震的適用性;同時(shí)，在這一章中，我們還介紹了震源參數(shù)反演方法的研究歷史;由于地震矩張量模型的廣泛應(yīng)用，我們詳細(xì)介紹這種模型下的主要反演方法，并對比它們各自主要的優(yōu)點(diǎn)和不足之處。
　　第二章通過總結(jié)不同的震源模型表述和反演方法，針對中等強(qiáng)度地震震源的特點(diǎn)，

3、選擇了CAP方法(Cut And Paste)作為反演這些震源參數(shù)的工具。論述了在CAP方法基礎(chǔ)上發(fā)展的一套可以同時(shí)利用近震與遠(yuǎn)震地震波數(shù)據(jù)對中等強(qiáng)度地震震源參數(shù)進(jìn)行反演的軟件(CAPjoint)。在該章中，我們介紹CAP方法的基本原理以及CAP joint程序的基本架構(gòu)與程序使用說明，并給出在國內(nèi)外多個(gè)地震反演震源參數(shù)的實(shí)例，并與其它機(jī)構(gòu)和程序給出的結(jié)果進(jìn)行對比分析，以驗(yàn)證其可靠性與效率。另外還將單獨(dú)近震或遠(yuǎn)震數(shù)據(jù)反演的結(jié)果與聯(lián)合反演

4、得到的參數(shù)進(jìn)行對比，探討聯(lián)合反演適用的環(huán)境以及其在當(dāng)前全球臺(tái)站分布下的必要性。該章還研究了在稀疏臺(tái)站條件下CAP joint方法反演結(jié)果的可靠性，結(jié)果表明，和傳統(tǒng)CAP相比，CAP joint方法適用情形更加廣泛，同時(shí)采用近遠(yuǎn)震數(shù)據(jù)也給反演結(jié)果提供了更多約束。該程序作為一套開源軟件，目前已經(jīng)公開在互聯(lián)網(wǎng)上，提供給感興趣者使用。
　　第三章則展示了CAP joint的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，我們利用全球?qū)掝l帶地震臺(tái)網(wǎng)的遠(yuǎn)震數(shù)據(jù)以及臺(tái)灣地震學(xué)寬

5、頻帶臺(tái)陣（Broadband Array in Taiwan for Seismology，BATS)所提供的近震臺(tái)站數(shù)據(jù)，基于CRUST2.0給出的當(dāng)?shù)氐貧そY(jié)構(gòu)模型，對2010年M6.4級高雄地震進(jìn)行近遠(yuǎn)震聯(lián)合反演，獲取該地震的震源機(jī)制解，矩震級與震源矩心深度，聯(lián)合反演的結(jié)果顯示，該地震的最佳雙力偶機(jī)制解為:節(jié)面1:走向317°，傾角36°，滑移角52°，節(jié)面2:走向181°，傾角62°，滑移角114°，為當(dāng)?shù)爻Ｒ姷哪鏇_型地震，并帶有

6、部分左旋分量。兩個(gè)節(jié)面中，南北走向節(jié)面的傾角較大（本文結(jié)果均高于60°），震源的矩心深度為21.0km，矩震級為Mw6.24。較深的震源深度與震源地區(qū)在復(fù)雜的構(gòu)造歷史、應(yīng)力背景及較厚的地殼相吻合。在本章中，我們采用Bootstrap統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，對臺(tái)站數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣分析，結(jié)果顯示近震和遠(yuǎn)震對不同的震源參數(shù)具有不同的敏感度，表明了聯(lián)合反演的必要性。另外，本章還展示了在不同的典型機(jī)制解下，遠(yuǎn)震和近震波形對震源參數(shù)的約束效果測試，進(jìn)一步驗(yàn)證了聯(lián)

7、合反演的優(yōu)越性。
　　第四章以2013年蘆山地震為例，研究分析利用遠(yuǎn)震體波反演得到的震源深度誤差。我們從數(shù)據(jù)完備性和反演參數(shù)兩個(gè)方面分析影響質(zhì)心深度反演結(jié)果準(zhǔn)確性的因素。通過對不同震源持續(xù)時(shí)間以及濾波頻帶等參數(shù)條件下反演結(jié)果的分析，我們發(fā)現(xiàn)這些反演參數(shù)對質(zhì)心深度反演有明顯的影響。與其他震源參數(shù)相比，質(zhì)心深度對反演使用的參數(shù)敏感性很高，尤其應(yīng)當(dāng)引起注意的是，在機(jī)構(gòu)目錄中常用的長周期濾波會(huì)導(dǎo)致深度反演結(jié)果的大幅度偏移。這可能是Glob

8、alCMT等機(jī)構(gòu)給出的質(zhì)心深度出現(xiàn)誤差的原因之一。當(dāng)然，長周期濾波可以回避介質(zhì)中小尺度結(jié)構(gòu)對波形的影響，從而有效地提高反演其他參數(shù)的穩(wěn)定性。因此，如何權(quán)衡其中的利弊需要針對所研究的具體問題進(jìn)行細(xì)致的研究和探討。
　　第五章展示了近地表極低速度結(jié)構(gòu)對地表形變有顯著影響。結(jié)果顯示，在渤海盆地等具有極低速沉積層覆蓋的區(qū)域，結(jié)構(gòu)對地表形變具有較高程度的放大效應(yīng)，因此，在利用大地測量學(xué)數(shù)據(jù)反演該種地區(qū)震源參數(shù)等問題上，必須注意速度模型的選用

9、。
　　第六章以1998年張北地震為例，將由InSAR震源參數(shù)反演結(jié)果計(jì)算得到的合成地震圖與實(shí)際地震圖進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)在近臺(tái)的面波與多個(gè)遠(yuǎn)臺(tái)的SH波分量上出現(xiàn)明顯的振幅與波形差異，表明InSAR反演得到的結(jié)果與地震學(xué)反演得到的震源參數(shù)有著一定的差距。為此，基于鄰域算法將InSAR數(shù)據(jù)與近震以及遠(yuǎn)震數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合反演，利用地震學(xué)數(shù)據(jù)對傾角、滑移角等參數(shù)的約束進(jìn)行優(yōu)化，得到更加精確的震源參數(shù)反演結(jié)果。合成地震圖與觀測波形對比的結(jié)果顯示，聯(lián)