中等强度地震的破裂方向性测定研究

发布时间：2018-10-16 17:25

【摘要】：中强地震(M5.5-7)数量多,复发周期短,空间分布广,有时会造成严重的灾害,因此中强地震的快速准确震源参数测定是防震减灾研究的重要内容之一。基于点源近似的矩张量解是常用的震源描述方式,然而,在此理论框架下,断层面与辅助面是等效的、无法区分。而引入破裂方向性(RuptureDirectivity)描述地震的破裂过程有限性(包括破裂面、破裂方向、破裂长度、破裂速度等),则可区分发震断层面。地震的破裂方向性可对地面运动产生较大的影响,例如,沿着破裂方向地区的地面运动振幅大、持续时间短,逆着破裂方向地区的地面运动振幅小、持续时间长。快速准确地测定破裂方向性,有助于计算更接近真实烈度分布的地面运动预测(地震动图,ShakeMap),为评估地震灾害、指导快速救援提供关键信息。宽频带三分量地震波形数据中包含了震源破裂时空过程的主要信息,可以用于快速测定地震的发震断层和破裂长度。在具有较好三维速度结构模型、台站分布密集的地区,已经发展了一系列的中强地震破裂方向性测定方法。然而,世界上地震多发、人口集中的部分地区,或者台站分布仍然相对稀疏,或者尚无精细的三维速度模型,例如云南四川、意大利、土耳其、美国中东部等,难以使用已有的算法。本文主要针对这些地区,探讨中强地震的破裂方向性测定方法。本文在秦刘冰等(2014)的基础上,针对沿走向破裂的中强地震,发展了基于参考地震的破裂方向性测定方法。该方法利用参考地震进行路径校正,有效压制了三维速度结构效应。通过正演测试验证了该方法的可行性,并发现该方法在地震存在部分双侧破裂,或参考地震与主震的相对位置存在偏差(小于25%破裂尺度)时,仍可稳定测定破裂面与破裂方向。将参考地震法应用于2008年Mw5.2美国川inois地震、2014年Mw6.1云南鲁甸地震以及2016年Mw5.4韩国庆州地震,发现川inois地震主要沿297°节面向东南侧破裂,破裂长度约2～3 km;鲁甸地震主要沿168°节面(包谷恼-小河断裂)向东南侧破裂,破裂长度至少4 km;庆州地震主要沿24°节面(梁山断层,Yangsan Fault)向西南侧破裂,破裂长度约4km。对这三个地震,测定得到方向性与余震展布、烈度分布一致,表明其可罪性。研究表明,一些中强震发于地质构造的次级共轭断裂上。参考地震法一般需要选取合适的余震、前震或历史地店作为参考事件进行路径校正,限制了该方法在历史地震活动性较低区域的适用性。因此,本文发展了参考台站法,从台站噪声互相关函数提取的近似格林函数进行路径校正,并测定地震的破裂方向性。在Zhan et al.(2011)、Zeng et al.(2014)提出的噪声定位研究基础上,发展了基于波形和基于走时的质心位置测定方法。对于基于波形的参考台站法,考察了不同参考台站选择、多台站平均路径校正及震源参数偏差的影响,发现结合多个参考台站测定破裂方向性时残差更小、分辨能力更强,而且该方法在机制解存在一定偏差时依然可以得到较为稳定的结果。对于基于走时的参考台站法,探讨了震源项对Rayleigh波群走时的影响、频谱零点对群到时测量的影响以及进行震源项改正的可行性,发现当震源参数比较准确时,可以通过理论计算时移对远离频谱零点周期进行震源项校正。将两种方法应用于2011年Mw5.7美国Oklahoma地震,发现该地震沿234°节面向西南侧破裂约6-11 km。如果建立了研究区NCF数据库,可应用参考台站法快速测定未来中强走滑地震的破裂方向性。针对沿倾向破裂的倾滑地震,本文发展了约化有限源方法,利用远震P波测定破裂方向性。实现了基于点源和震源有限性改正的约化有限源远震体波正演算法,并通过一系列正演测试考察其效果,发现即使点源参数、震源有限性参数或速度结构存在一定偏差,利用敏感方位角的远震P波也可以稳定地测定出地震的破裂面与破裂方向。将该方法应用于1994年Mw6.7美国Northridge地震、2008年Mw6.0美国Nevada地震、2011年Mw5.8美国Virginia地震以及2016年Mw5.9青海门源地震,发现Northridge地震主要沿西南倾的节面向上破裂,破裂长度约20 km;Nevada地震主要沿东南倾的节面向下破裂,破裂长度约13 km;Virginia地震主要沿西南倾的节面向上破裂,破裂长度约8km;门源地震主要沿西南倾的节面(冷龙岭断裂的次级断层)向下破裂,破裂长度约8 km。以2015年Mw7.9尼泊尔地震为例,探讨了利用远震P波和CAP方法快速测定大地震点源参数的稳定性,以及利用远震P波时移快速测定大地震破裂方向性的可行性。利用CAP方法反演震中距40°内台站的远震P波,可以在地震发生后10分钟内得到较为稳定的机制解、深度、震源持续时间及矩震级。利用不同震中距台站的远震P波时移数据并应用P波初至校正,均能够比较准确地测定破裂长度。综合不同震中距台站、不同机制解的测定结果,得到本次地震的破裂长度约155±15km,平均破裂速度3.1±0.3km/s。综上所述,本文发展了适用于不同破裂模式的中强地震破裂方向性测定方法,通过正演测试及多组震例分析探讨了这些方法的有效性、稳定性及适用范围,可为快速准确的地震动图计算提供基础信息。
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【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P315

【参考文献】