收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

数字地震波形研究区域中小地震震源机制

郑建常  
【摘要】:应用矩张量概念对震源物理的研究是当代地震学的一个重要的前沿课题。近二十年来,随着宽频带数字地震仪的广泛应用,地震波形记录的质量明显提高,同时,计算合成理论地震图的理论和方法也取得了长足的进步,极大地推动了对震源物理过程研究的进展,尤其对于区域性中小地震而言。由于区域性地震的波形记录包含了有关震源和区域地壳的丰富的信息,利用波形资料研究区域性中、小地震的震源机制,其结果有助于了解震源区和区域性构造应力状态以及断层的构造特性,是理解地震孕育过程的重要途径。 近年来,在使用矩张量反演方法来确定中、小地震点源机制解、中小地震有限破裂参数等研究领域取得了显著进展。本论文在前人研究基础上,系统阐述了用矩张量研究区域性中、小地震的震源机制的方法,发展了两种针对区域中、小地震震源参数反演的求解方法。 在本论文的第一章,作者简要叙述了震源参数和矩张量的一些基本概念,回顾了断层面参数和矩张量解的基本关系,并概要叙述了矩张量的一些特性及具有物理意义的矩张量分解方法;随后,给出了矩张量反演的基本关系式与地震学家已经提出的一些基本的矩张量反演方法,并对这些方法进行了简单的分类;在普遍意义上,对矩张量反演的一般步骤进行了陈述。 在第二章,作者首先回顾了区域矩张量反演的进展及现状,讨论了该研究方向的发展趋势;其次,结合论文的研究和应用需要,概述了双力偶震源机制的最小空间旋转角,即Kagan角的由来与定义,以及它的计算和表示方法;最后,以Kagan角为衡量,以2010年2月26日台湾Mw5.4级地震为例,讨论了稀疏台网反演区域偏量矩张量解的稳定性问题。计算结果显示:(1)选择分布不同的3个台站的组合,基本上都可以得到较为准确的矩张量解。其中,台站分布覆盖的方位角张角较小(≤30°)的台,得到的震源机制与GCMT给出的解的Kagan角在20°范围内,而台站覆盖的方位角张角较大(≥30°)的组合,得到的解与GCMT解的Kagan角在15°范围内。可以认为由三个台站的组合得到的解较为稳定。(2)研究了两个台站的所有组合求解矩张量解情况。统计结果显示:Kagan角≤15°的解占23.8%,在30°以内的解占所有解的76.2%。这说明在合适的情况下,用两个区域性的地震台求解也可以得到较为准确的矩张量解。 在论文的第三章,我们提出一种区域纯偏量矩张量的反演方法,并使用合成数据进行了数值实验。方法根据Langston (1981)的剪切位错源的位移表示理论和Minson和Dreger (2008)给出的远场位移矩张量表达式,强制约束矩张量中的各向同性分量为零,使用基于Hilbert变换的波形包络函数作为增强约束,采用迭代方法计算最佳时间平移,在时间域内进行全波形偏量矩张量的反演。数值实验的结果表明:(1)在速度结构模型和定位准确的情况下,噪声干扰水平30%以内时,矩张量解相当准确且稳定,与真实解的双力偶分量的百分比的偏差在5%以内,Kagan角在5°以内。(2)在震相到时误差限制在±3s以内时,矩张量解整体上仍然较为稳定,约有2/3的解与真实解可以认为非常接近(Kagan角15°,双力偶成分百分比的偏差在±5%范围内);约有近90%的解与真实解的偏差很小(Kagan角30°,双力偶成分百分比的偏差在±10%以内):说明该方法对地壳介质的各向异性和横向不均匀性不敏感。(3)使用不同模型进行测试的结果说明,速度模型对反演结果存在重要影响。我们一般所使用的一维模型接近真实地壳模型的平均时,可以得到接近真实的解;模型与真实的地壳结构相差不大时(小于±10%的误差水平),得到的解与真实解比较接近;误差程度超过10%甚至接近20%的水平时,矩张量解会出现很大的偏差。(4)地震的定位误差在矩张量反演中主要影响震源深度的判定,从而导致最终解中出现虚假的非双力偶成分,但在约束为偏量矩张量的情况下,反演得到的解的断层面参数与真实解的偏差不大。(5)在使用稀疏数据(最少3个台站)且台站方位角覆盖较差(60°)的情况下,使用平均模型仍可以得到较为准确的解。 通过不同水平的噪声干扰、震相到时误差、定位误差以及不同速度结构模型和台站布局情况下的检验和测试,表明本文给出的在时间域内通过全波形线性反演求解地震的纯偏量矩张量的方法有较好的稳健性和可靠性。使用该方法对2010年10月24日河南周口太康M4.7地震的震源机制进行了计算,得到的结果与用初动符号求得的断层面解比较一致。 在论文的第四章,我们发展了一种基于全波形振幅谱的频率域震源机制反演方法,在约束为纯双力偶解的情况下,通过理论谱与观测谱的相关拟合搜寻断层面参数,基于粒子群优化算法可以在较短的时间内得到稳定可靠的结果。数值试验表明:在定位误差较大,以及台站布局较差的情况下,振幅谱反演仍可较为准确地得到震源机制,并且由此计算得到的最优震源深度仍比较接近真实的震源位置。相对于时间域波形反演,振幅谱方法计算速度快,扣除仪器响应更容易,并且该方法既不需要确切的发震时刻,也无需对观测波形和合成波形进行人工对齐,减少了中间误差。此外,由于数据量少,观测谱与合成谱之间的拟合程度的量化也比波形要容易。因此更适合于区域中等地震的矩张量反演的自动化处理。使用该方法对2010年5月17日渤海ML4.0级地震的震源机制进行了检验计算,计算结果显示,此次地震的最佳深度9km,标量地震矩Mo=3.049×1014Nm,相当于矩震级Mw3.7;不同频段的反演结果相对稳定,由合成谱反变换得到的合成波形与观测波形拟合程度较好,震源机制结果与P波初动解结果较为一致。此外,研究表明,在反演过程中增加相对高频的成分,可以提高深度的分辨能力,但受一维速度结构模型的限制,可能会减弱合成波形的拟合程度。最后使用该方法对山东半岛及近海地区2003~2010年14次ML≥4.0地震震源机制进行了估计,给出了最佳的双力偶震源机制解。 第五章,我们利用山东台网以及由5个三分向仪器组成的临时台网的记录波形,使用时间域矩张量反演方法,研究了2010年11--12月间博山地区一次特殊震群事件的震源机制,结合当地的地质构造分析,讨论了区域小震矩张量解中非双力偶机制的可能来源及其物理成因。研究结果显示:(1)在震群活动的开始阶段,震源机制中双力偶分量的比例较高,主要是构造应力作用下的剪切破裂;而随后的几次事件的矩张量却显示出很大的非双力偶分量,震源性质属于拉张断裂;(2)震群事件的震源机制结果显示,除11月25日发生在震群南约16km的构造地震事件显示为逆冲断层外,其余震群事件的双力偶分量基本显示为正断层,P轴位置近乎垂直,且震群事件的震源滑动矢量的投影方向相对稳定;(3)结合震中区地质构造特征,分析认为此次震群事件是博山地区小区域应力调整作用下与王母山断裂有关的断裂构造活动的结果;(4)在讨论矩张量解的可靠性的基础上,分析认为高孔隙压力的地下流体参与了震源区的破裂过程,并在此次博山震群活动中扮演了重要的角色。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 周荣茂,陈运泰,吴忠良;由矩张量反演得到的海南东方震群的震源机制[J];地震学报;1999年04期
2 荣代潞;李亚荣;;甘肃岷县两次中强地震震源机制研究[J];地震研究;2006年04期
3 许力生;蒋长胜;陈运泰;李春来;张天中;;2004年首都圈地区中小地震的矩张量反演[J];地震学报;2007年03期
4 刘超;张勇;许力生;陈运泰;;一种矩张量反演新方法及其对2008年汶川M_S8.0地震序列的应用[J];地震学报;2008年04期
5 花笼靖;中西一郎;森谷武男;笠原稔;金能均;;根据长周期地震波确定近震震源机制[J];国际地震动态;1991年10期
6 赵翠萍;陈章立;郑斯华;张智强;;伽师震源区中等强度地震矩张量反演及其应力场特征[J];地球物理学报;2008年03期
7 王培德;田玉红;吴忠良;倪江川;;1991年9—10月北京马坊地震活动的观测与研究[J];地震地磁观测与研究;1992年02期
8 周荣茂,陈运泰,吴忠良;由矩张量反演得到的北部湾地震的震源机制[J];地震学报;1999年06期
9 荣代潞,李亚荣,金铭,蒋续媛;利用单台数字地震记录反演天祝-古浪5.4级地震矩张量[J];高原地震;2000年02期
10 荣代潞,张元生,李亚荣;天祝-古浪5.4级地震前震源区应力场的短临变化特征[J];高原地震;2000年02期
11 赵翠萍;陈章立;周连庆;李志雄;康英;;汶川M_w8.0级地震震源破裂过程研究:分段特征[J];科学通报;2009年22期
12 李亚荣;荣代潞;何新社;;用微震台网对2006年兰州M_S2.5地震定位和震源机制研究[J];西北地震学报;2006年04期
13 李文军;王培德;陈棋福;;1982年卢龙M_S6.1地震余震序列震源机制的矩张量反演[J];地震学报;2006年02期
14 王勤彩;陈章立;郑斯华;;汶川大地震余震序列震源机制的空间分段特征[J];科学通报;2009年16期
15 P.Mozafari,许力生,吴忠良,陈运泰;用长周期体波数据反演1988年11月6日澜沧-耿马M_S7.6地震的矩张量[J];地震学报;1999年04期
16 郝建国;潘怀文;;IDA和CDSN资料的长周期面波研究[J];地震地磁观测与研究;1993年06期
17 何斌;张元生;李稳;;计算地震初至波视出射角方法[J];西北地震学报;2010年01期
18 解文荣,张莉;地震波形的分形判别与特征提取[J];华北地震科学;2004年04期
19 宋美琴;王秀文;梁向军;贾建喜;程紫燕;唐垒黎;;利用数字化地震波形资料研究山西中南部地区的非弹性衰减系数、震源参数和场地响应[J];山西地震;2007年04期
20 许晏平;;日本研制出地震波形读取装置[J];国际地震动态;1989年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘培洵;李普春;刘力强;陈顺云;;声发射矩张量自动反演[A];中国地震学会第14次学术大会专题[C];2012年
2 程剑斋;曹士坷;张力军;;MIMO系统的循环频率域分离与辨识[A];通信理论与信号处理新进展——2005年通信理论与信号处理年会论文集[C];2005年
3 宋建勇;张研;郑晓东;徐基祥;秦臻;;多尺度频率域全波形反演[A];中国地球物理学会第二十七届年会论文集[C];2011年
4 阮百尧;;三维地形频率域人工源电磁场的边界元模拟方法[A];中国地球物理学会第二十届年会论文集[C];2004年
5 何继善;;频率域电法的新进展[A];纪念中国地球物理学会成立60周年专辑[C];2007年
6 陈国金;曹辉;张国宝;吴永栓;郭建;;频率域2.5维井间波形层析成像及数值试验[A];中国地球物理学会第二十三届年会论文集[C];2007年
7 李鲠颖;谢海滨;蒋瑜;;选择激发单元[A];第十届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];1998年
8 吴如山;A.Ben-Menahem;;弹性动力近场[A];中国科学院地球物理研究所论文摘要集(1985)[C];1989年
9 王卫平;;频率域航空电磁法特点及应用[A];中国地球物理2010——中国地球物理学会第二十六届年会、中国地震学会第十三次学术大会论文集[C];2010年
10 宋建勇;张研;郑晓东;徐基祥;秦臻;;叠前频率域波动方程波形反演[A];中国地球物理2010——中国地球物理学会第二十六届年会、中国地震学会第十三次学术大会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郑建常;数字地震波形研究区域中小地震震源机制[D];中国地震局地球物理研究所;2011年
2 赵翠萍;1997-2003年新疆伽师震源区特征的地震学方法研究[D];中国地震局地球物理研究所;2006年
3 曹安业;采动煤岩冲击破裂的震动效应及其应用研究[D];中国矿业大学;2009年
4 王彬;利用多种震源测量介质波速度变化的实验研究[D];中国科学技术大学;2009年
5 李小康;基于MPI的频率域航空电磁法有限元二维正演并行计算研究[D];中国地质大学(北京);2011年
6 李军峰;固定翼频率域航空电磁系统测量技术研究[D];中国地质大学(北京);2010年
7 李海侠;航磁梯度异常的延拓与转换方法研究[D];浙江大学;2009年
8 刘波;指纹图像增强及匹配算法的研究与应用[D];华中科技大学;2009年
9 段军;机车柴油机数字式电子调速系统智能PID控制理论和技术的研究[D];大连理工大学;2000年
10 王兆国;东北地区地震综合信息联合成像与震源机制反演[D];吉林大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张辉;青藏高原东北缘基于小震震源机制解的区域应力场特征研究[D];中国地震局兰州地震研究所;2007年
2 赵凌云;平凉地区地震活动特征及其发震机理研究[D];中国地震局兰州地震研究所;2008年
3 毕明霞;地震波形特征抽取算法研究与实现[D];广西师范大学;2011年
4 姚爽;地震波形结构分析技术及其在储层预测中的应用研究[D];成都理工大学;2011年
5 周海军;基于地震波形的震源类型自动识别研究[D];广西师范大学;2012年
6 李青;多尺度形态学在地震资料数字处理中的应用研究[D];石油大学(北京);2005年
7 孙东明;频率域航空电磁法数据处理方法研究[D];吉林大学;2010年
8 王小青;基于MPI+CUDA的频率域二维波形正反演并行算法研究[D];中国地质大学(北京);2012年
9 席振铢;层状极化介质频率域激发极化效应研究[D];中南大学;2002年
10 吴杏元;频率域中基桩完整性定量分析[D];河北工业大学;2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 彭德建 杨晓萍;地震波形自动提取技术通过鉴定[N];中国矿业报;2000年
2 余宁;见证震中人民的坚强[N];中国艺术报;2008年
3 记者 宗钢 雒永春;塔河油田递减率降低日产量上升[N];中国石化报;2008年
4 记者 许晓蕾通讯员 李培志 杨瑞平;地震专家开展调查评估[N];云南日报;2008年
5 李培志杨瑞平;省州地震专家深入永仁开展抗震救灾工作[N];楚雄日报(汉);2008年
6 记者 宗钢雒永春;西北油田立足油藏特点开发适用技术[N];中国石化报;2008年
7 ;严密监测跟踪震情 服务抗震救灾工作[N];陕西日报;2008年
8 梁勇;优化部件 确保性能[N];中国计算机报;2002年
9 刘侃;心电检查的革命[N];科技日报;2003年
10 彭冬梅;交互同态反褶积处理技术[N];中国石油报;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978