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中强地震前数字地震记录异常特征的研究

邓菲  
【摘要】:数字地震台网记录到的大量数字地震记录为地震预测、地球科学研究、国家经济建设和社会公众提供更加丰富的数据服务。一般情况下,在中强地震发生前,震源区附近的台站通常会记录到一些震级较小的中小地震事件波形。研究这些事件波形特征可为地震预测提供有用信息。但另一方面,很多大震前没有明显的前震活动,不过仍然记录到了大量大震前的连续波形,从这些连续波形资料中提取有用信息,如慢地震事件,也是本研究的一项内容。因此,根据中强地震发生前有无前震的情况,用数字地震记录研究中强地震震前异常特征分为二个方向:有前震活动,通过震源参数研究区域应力场的变化过程。无前震活动,检测大震前数月是否有慢地震事件的发生。 目前较为普遍和有效地研究应力场变化的途径可以归纳为二类:第一类方法是计算地震的震源参数(如应力降),用其间接估计介质应力的大小。另一类方法通过震源机制解来推断应力的方向变化。本文联合震源参数(应力降)和震源机制解类型的变化,分析震前、震时和震后,震源区应力场大小和方向随时间的变化的变动过程,这是寻找地震前兆进行地震预测的一条重要途径,也可为强余震预测提供新的方法和物理力学依据。 对于震前有地震记录的地震序列,本文主要开展了以下研究工作: (1)采用波谱分析方法和Brune震源模型理论,计算震源参数和谱振幅相关系数。 (2)据地震之间的谱振幅相关系数进行震源机制类型聚类分组。并收集地震序列中已知的震源机制解结果,联合分析各组震源机制解的差异。 (3)联合震源参数结果和震源机制解分组分析区域内应力场大小和方向随地震序列发展的变化。 基于云南数字地震台网记录的2008年和2011年盈江地震序列的数字波形资料,本文用震源参数和震源机制解类型开展了上述研究工作,得到如下结论: (1)总体上,随着震级增加,应力降也有增大趋势,但2008年盈江地震Ms4.0以下地震应力降和震级的依赖关系不明显,2011年盈江地震Ms3.5级以下地震应力降和震级的依赖关系不明显。 (2)低震级、高应力降的地震事件对于地震序列发生强震有一定的指示意义,高震级、低应力降的地震的发生可能地震序列衰减的标志。 (3)收集到的已知的震源机制解结果与聚类分组结果对比显示:每组内震源机制解P轴的相关性较好,且相关系数越大,P轴的方位角就越接近。 (4)震源机制解类型趋于一致,并且其反映的应力场与区域应力场一致或接近,可能是前震阶段震源机制解类型的特征。 (5)余震阶段,震源机制解类型较为发散,一般主震震源机制类型和局部构造有关的震源机制解类型占多数,其余为少量发散和随机的震源机制解类型。 (6)总的说来,不同阶段震源机制解类型的变化和转化特征一定程度上反映了前震、余震和震群的震源机制类型和孕震过程中构造应力场随时间的变化特征,并且地震震源机制解类型在时间段上的集中并向区域构造应力场方向转换的现象可能是发生强震的标志。震源机制解类型随时间发散,可能是地震序列活动性减弱的标志。 (7)震源机制解类型应力降都有一定关系:震源机制解类型反映的应力场与区域应力场接近的地震应力降高,震源机制解类型反映的应力场与区域应力场差距较大的地震应力降普遍较低。 在大震前的各种频段的噪声包含大量的可用信息,例如在常规地震前有很大一部分能量是以各种形式缓慢释放,这被称为慢地震,这些事件对于研究强震发生前的异常是非常有益。慢地震的识别是慢地震研究中最基础的问题,基于国内外的研究现状在地震记录中慢地震一般分为二个频段,一个是10-20s的甚低频事件,另一类是低频事件1-10Hz,我们主要是检测和识别2-8Hz频段的低频事件。 对于震前无地震记录的大地震,本文发展了一种单台检测低频地震事件的方法,主要开展了以下工作: (1)震前数月的垂直向连续波形经过2-8Hz带通滤波,消除远场大震体波和面波以及其他低频噪声(如台风)的影响。 (2)窗长为10s的包络平滑。 (3)窗长为20min的中值滤波,只保留持续时间超过10min的事件,滤掉区域小震和当地噪声。 使用2008年汶川Ms8.0地震、2013年芦山Ms7.0地震震前数月的连续波形,经过上述工作的处理和分析,得到如下结果: (1)发现这两个大地震震前有少数台站在连续数天的时间内,出现持续时间长(数十分钟到数小时)、包络中值明显大于背景噪声的现象:汶川地震出现在震前1一个月(2008年4月中旬),芦山地震出现在震前1个半月(2013年3月初)。 (2)异常波形记录及包络特征与非火山震颤(NVT)的波形记录及包络特征具有较好的相似性,我们认为这是汶川地震和芦山地震震前的疑似慢地震事件。 (3)初步应用表明,本文中的方法对于从宽频带连续波形资料中提取NVT信号是可行的。 地震的孕育、发生是一个复杂的过程。根据地震前有无明显地震记录的情况,我们分别通过震前应力场变化和震前地脉动检测不同的手段分析开对震前异常特征的研究,这对于加深人们对地震发生过程的认识有着十分重要的意义,也是数字化地震资料得到充分应用的理论和实践意义。


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