全球大地震破裂空间复杂度特征研究

基于有限断层反演得到的滑移数据, 用独立滑移单元的数量表征地震破裂复杂度, 据此对大地震破裂进行分组, 并研究破裂复杂度与主要震源参数之间的关系, 探讨破裂复杂度的全球及区域空间分布特征。结果表明, 矩震级很大(Mw ≥ 8.5)的事件, 地震破裂复杂度更大; 破裂复杂度较高的地震分布在浅层地壳(≤ 30 km)内的概率最大, 随着震源深度增加, 破裂复杂度对震源深度的敏感性逐渐消失; 走滑断层机制占比较大的事件, 破裂复杂度较高; 破裂复杂度与地震能矩比没有明确的关系; 破裂复杂度的空间分布特征与区域地质构造环境相关。破裂复杂度的空间分布特征可以分为3类, 第一类是板块之间简单碰撞产生的俯冲带, 板块交界处的滑动速率和方向较为一致, 这种情形下以比较简单的事件类型为主; 第二类是多板块交界处, 或者板块交界处的滑动速率和方向在整个区域内存在差异; 第三类是大陆内部的强烈挤压地带。与第一类空间分布特征相比, 第二类和第三类情形下破裂复杂度相对更高。地震破裂复杂度可以在一定程度上反映区域应力场的复杂性。     

利用SS前驱波研究纳斯卡–南美俯冲带周边上地幔间断面起伏及其动力学意义

利用USArray的远震记录资料, 对1万多条地震记录的SS前驱波进行共反射点叠加分析(叠加范围是半径为5°的球冠), 得到纳斯卡板块南部及南美板块西部(120°W—60°W, 30°S—5°N)上地幔间断面的起伏形态。由于数据很好地覆盖了研究区域, 叠加范围更小, 因此比以往的结果具有更高的空间分辨率。在Galapagos, Easter和 San Felix这3个热点下方观测到的间断面起伏形态符合地幔深部存在高温异常的假设。还观测到: 在东太平洋洋隆南段下方, 410 km间断面深度增加; 在俯冲带下方, 410 km和 660 km间断面深度增加。     

人工智能在拾取地震P波初至中的应用 ——以汶川地震余震序列为例

为了准确而迅速地拾取大量地震事件的P波初至, 将深度学习方法引入微地震P波初至到时拾取研究中, 对卷积神经网络的结构进行改造, 以便适应地震波形数据的特点 P波初至拾取的要求。该算法只需要输入10 s窗口的三分量地震波形数据, 就可以自动地判定P波初至时刻, 无需扫描连续波形, 运算时间远远小于长短窗、模板匹配等传统方法。使用该算法训练汶川地震主震后2008年7—8月7467条人工拾取的余震P波初至到时, 将得到的模型对测试集中 1867条数据的计算结果与人工拾取结果对比, 误差小于0.5 s者占比达到98.9%。在低信噪比条件下, 该方法仍能保持较好的拾取能力。     

利用点源叠加合成有限尺度运动源的理论地震图

在点源格林函数解析解的基础上,根据动力学的独立性原理,把运动的有限尺度破裂源看做是多个动态的点源的叠加。文中的叠加包含有两重意思,一是震源大小的叠加,二是运动过程的叠加。利用这个想法给出了不同传播模式下有限源的面元划分方法和时间延迟的计算方法,并以Bouchon模型为例,验证了点源叠加方法的正确性和合理性。系统分析了在用点源叠加方法合成有限面源理论地震图中,单元划分的精细程度对合成理论地震图精度的影响。结果表明在保证一定合成理论地震图精度的前题下,因震源破裂传播速度、震源时间函数的频率特征及接收点位置等参数的不同,对面源离散的精细程度要求也不同。研究结果对诸如强地面运动的模拟计算及用近场记录反演震源破裂过程等相关研究中所涉及的选定适当的尺度将断层面离散成系列子破裂单元有重要参考价值。     

利用基于全球三维模型的反投影方法研究2016年Mw7.8级新西兰地震

基于三维地球模型, 分别使用南美洲和亚洲的远场P波数据资料, 对2016年11月13日Mw7.8级新西兰地震的破裂过程进行反投影成像分析。结果显示, 该地震是破裂方向为东北的单边破裂, 破裂长度约为140 km, 延伸至海中, 破裂速度约为1.65 km/s。该地震的高频能量释放有两个阶段, 分别为20~40 s和60~80 s, 其中第二阶段为能量释放的主要阶段, 该阶段的低频能量聚束分布与该地震的矩心位置较为一致。从南美洲数据得到的高频破裂分布与地面峰值加速度的结果较为一致。通过对比分析南美洲和亚洲数据的结果, 指出在反投影分析中, 为了获取更精确的高频破裂细节, 应尽量选取位于三维不均匀性较弱区域的台阵数据, 以增强高频信号的相关性。     

起伏地形下地下间断面被动源叠前逆时偏移成像

为了在起伏自由边界条件下应用逆时偏移成像, 提出一种边界元与有限差分混合的方法来计算地震波场的逆时传播。首先, 使用边界元法反传地表台阵数据, 可以得到地下一水平界面上的波场位移数据; 然后, 将此水平面作为有限差分方法的边界, 并反传此水平面处的波形数据, 获得此水平面下空间的地震波场。为了应用成像条件, 利用地震波的性质, 将地震波场分离为矢量P波和S波成分, 对分离出的P波和S波分量, 应用互相关成像条件可获得地下界面。通过对理论数据的测试, 验证了方法的有效性。     

基于Malvar窗时频谱的反Q滤波方法

基于非弹性介质衰减模型, 将衰减和频散表示为振幅和相位的算子, 把补偿看成带衰减传播的逆传播过程, 理论计算得到补偿需要的反算子。通过构造满足Malvar小波条件下的时窗, 得到符合信号特征的时 间?频率谱, 再利用最小二乘方法计算品质因子Q值, 得到振幅和相位补偿需要的反算子, 作用于时频谱, 达到补偿的目的。 数值试验结果显示, 利用时频变换计算得到的Q值与先前设定Q值基本相符, 反Q滤波补偿后的信号与无衰减信号对比, 振幅和相位都得到很好的恢复。     

SS前驱震相有限频效应研究

首先, 根据有限频原理计算SS前驱震相的边界敏感核, 分析SS前驱震相对间断面起伏状况的敏感性。然后, 利用SPECFEM软件正演间断面存在起伏扰动下的SS前驱震相波形, 得到其到时扰动量, 与利用有限频敏感核计算得到的到时扰动量相比较, 说明有限频理论可以较好地解释SS前驱震相的波前愈合效应。最后, 利用边界敏感核反演界面起伏状况, 展示当考虑SS前驱震相的有限频效应时, 可以更好地恢复界面起伏的真实状况。研究结果为正确利用SS前驱震相反演地幔间断面起伏提供了必要的基础。     

台阵网格自动定位方法在鄂尔多斯地块南部和秦岭‒大别造山带的应用

利用新近发展起来的台阵网格自动事件定位方法, 对鄂尔多斯地块及秦岭-大别造山带区域136个宽频带流动台站记录的连续波形进行扫描和定位。通过与地震目录的对比发现, 不仅在常规地震带上分布着大量的事件, 而且在地震目录中极少发生地震的区域出现大量地震事件集中分布的现象。这些事件主要分布于鄂尔多斯地块南部以及秦岭-大别造山带附近的断层带。经过对定位台站的抽样分析和对定位事件地震波形的仔细人工确认, 验证了这些被扫描并定位的事件的真实性。通过慢度分析, 获得所定位事件的面波传播视速度, 绝大部分事件对应的视速度在2.5~5.2 km/s之间, 与地震面波群速度相符。所定位的地震事件可用于补充秦岭-大别造山带的地震目录, 同时可以通过进一步的波形拟合来分析其震源机制。     

利用相对反投影方法对2010年Mw 8.8级智利地震破裂过程成像

基于美国流动台网的三分量远震P波资料,利用相对反投影方法,对2010年2月27日Mw 8.8智利地震的破裂过程成像。根据美国地质调查局(USGS)给出的震源参数及源区地质资料,设定一个小倾角断层面。将远震P波反投影至该断层面上,获取震源破裂过程。结果表明,智利地震破裂由3个子事件组成,破裂长度至少为513 km,宽度至少为100 km。破裂从震中开始向北方和南方两个方向双侧扩展,但北侧的破裂明显强于南侧。北侧的破裂长度约为340 km,破裂持续时间约125 s,破裂速度约为2.87 km/s;而南侧破裂长度约为173 km,破裂持续时间约99 s,破裂速度约为1.84 km/s。另外,北侧两个子事件的能量释放高峰分别出现在破裂开始之后16 s和79 s,与初始破裂点的距离分别为75 km和230 km。南侧子事件的能量释放高峰出现时刻为80 s,与初始破裂点的距离为145 km。智利地震在破裂过程中可能受到了破裂区域的障碍体影响。