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用初动P波波形反演中小地震震源机制解及其在首都圈地震震源反演中的初步应用研究

张项  
【摘要】: 随着我国区域地震台网内台站的加密,使确定区域内频繁发生的中小地震震源机制解成为可能。这将为区域构造活动和应力场作用提供重要约束信息,也正逐渐成为地震台网拓展功能的主要发展方向之一。发展自动或半自动化的地震震源机制解反演方法,提供较可靠的分析结果,是有效利用地震台网记录、拓展信息服务功能的重要途径。 本文的研究目的,是为综合利用初动P波波形搜索中小地震震源机制的自动处理提供理论及实例的支持。随着数字台网的越来越广泛的建立,为利用波形反演地震震源机制解提供了有利的条件。利用数字台网记录的波形资料反演地震震源机制解成为国际上的一种趋势。本研究所采用的格点搜索方法,借鉴了CAP(Cut and Paste)方法的思想,综合利用初动P波波形信息,分步搜索确定震源机制解:首先使用大步长三维格点搜索震源机制解,计算理论地震图并与记录的初动P波波形进行互相关运算,分析多个台站的结果获得震源机制解的精细搜索范围;然后在精细搜索范围内以小步长搜索计算理论地震图,与大步长搜索同样步骤,最终得到震源机制解。 本文首先介绍了理论地震图计算的频率-波数积分方法(F-K)和格林函数库方法。为了本文研究以及后续处理首都圈中小地震震源机制解的方便,吸收了格林函数库思想。建立首都圈一维P波速度模型,使用F-K程序计算了首都圈区域格林函数库并编写了相关搜索过程的脚本。然后为了检验本文方法所编写的搜索分析方法,计算了4个模拟地震的震源机制解,从数值模拟角度验证了基于初动P波波形反演地震震源机制解的可行性。进一步探讨了使用较少台站获得震源机制解的可能性,发现在台站数达到4个以上、台站方位角覆盖达到180°左右并且台站方位角分布比较均匀的情况下,可以获得与多个台站数据反演比较一致的结果。 本文最后以首都圈2006年7月4日文安地震为实例进行研究。首先利用首都圈33个台站的初动P波波形资料,通过大步长与小步长搜索,获得文安地震震源机制解的一个节面为:走向20°、倾角82°、滑动角158°。然后用该震源机制解计算所有33个台站的理论波形并与实际记录的初动P波波形进行比较,结果显示二者具有很好的一致性。中小地震辐射能量较小,能被记录的台站数量往往较少且方位角覆盖可能较差,所以最后研究尝试使用较少台站反演文安地震震源机制解的可能性。发现对于文安地震,使用本文方法,在台站数达到5个以上、台站方位角覆盖达到180°左右并且台站方位角分布比较均匀的情况下,可以获得与33个台站比较一致的结果,印证了数值模拟结果。 通过数值模拟以及文安地震震源机制解的反演应用,验证了本文方法的可行性,同时也表明本文方法在利用少数台站波形资料进行中小地震震源机制解反演具有潜在的优势。本研究为综合利用初动P波波形搜索中小地震震源机制的自动处理提供了理论和实践的基础。


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