波形反演震源机制中的权重优化:应用于2013年芦山地震

发布时间：2019-10-09 16:22

【摘要】：对剪切-粘贴方法(cut and paste,CAP)和地震软件包(computer programs in seismology,CPS)两个较常用的震源机制格点搜索反演方法的加权策略进行分析,发现二者权重分别仅单独考虑了波形数据信噪比或振幅差异,且权重数值大小随震中距的变化趋势相互冲突。为了解决此数值矛盾并保留二者权重的优势,将两种加权策略进行联合,综合考虑波形信噪比和振幅差异对反演的影响。此外,考虑到震中距定权的粗糙性,提出了针对各波形本身的数据信息精化计算权重方案。为了检验联合定权的优越性,以2013-04-20的芦山地震为例,利用CPS程序分别用联合及单独定权进行多次反演,比较发现联合加权方法反演结果最优。最终的震源机制解为(走向211°±3°,倾角41°±1°,滑动角94°±2°),震源深度17km,与其他研究者的研究成果有很好的一致性,且与震源区的应力及地质构造情况均相互吻合,表明所提出的权重方法优化效果明显。
【图文】：

波形,震中距,噪声强度,地震波

噪比与震中距的关系，本文以２０１３年芦山地震未经滤波处理的远场地震波数据为例，，计算分析信噪及振幅随震中距变化的情况。假设地震波直达纵波Ｐ波之前的噪声数据为该台站观测数据的噪声平均样本，并设其为高斯白噪声，分别用观测波形的标准差Ｓｗ和噪声的标准差Ｓｎ来衡量其振幅强度，并用比值Ｓｎ／Ｓｗ评估数据的相对误差。计算得到波形相对误差随震中距变化的关系如图１（ａ）所示，可以看出相对误差随震中距变化比较散乱。为了使图像更直观展示相对误差随震中距的变化趋势，图１（ｃ）对图１（ａ）中数据点进行最小二乘线性回归分析，将数据点进行连线并用虚线表示其回归直线，可以发现相对误差随着震中距增大而明显增加，表明信噪比确实随着震中距增大而降低。另一方面，如图１（ｄ）所示，地震波传播的几何扩散效应导致波形振幅强度随着震中距增大逐渐降低。图１不同震中距地震波及噪声强度分布Ｆｉｇ．１ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＷａｖｅａｎｄＮｏｉｓｅＥｎｅｒｇｅ６１７

曲线,拟合度,震源深度,反演

了使反演结果更合理的一种微调。表１本文３种反演方案所得的反演结果Ｔａｂ．１ＲｅｓｕｌｔｓｆｒｏｍＴｈｒｅｅＫｉｎｄｓｏｆＩｎｖｅｒｓｉｏｎｓｗ１ｗ２ｗ１×ｗ２深度／ｋｍ１６．０１８．０１７．０走向／（°）２０２２１３２１１倾角／（°）４７４１４１滑动角／（°）９６９５９４Ｍｗ６．４９６．４１６．４１Ｆ０．７８２７０．５８２２０．６０５２从反演理论可知，适当增加高质量数据的权重可以减小反演结果的误差，并使理论数据与观测值吻合得更好。从图２可以发现，ｗ１×ｗ２反演与ｗ２单独加权反演的拟合度曲线非常接近，不过后者的拟合度始终略高于前者，这是因为ｗ１×ｗ２加权反演对数据信噪比进行了分析，使得质量较差的数据在反演中的权重有所下降，减弱了较大随机噪声的干扰，导致数据拟合度有所提升。另一方面，ｗ１单独加权的反演拟合度是３次反演中最高的，这也正是由于ｗ１加权是根据数据随机噪声情况调节权重，使反演的拟合度尽量最高。３次反演的拟合度大小情况恰好符合ｗ１的理论预期效果。图２拟合度随震源深度的变化曲线Ｆｉｇ．２ＣｕｒｖｅｏｆＦｉｔＤｅｐｅｎｄｉｎｇｏｎＳｏｕｒｃｅＤｅｐｔｈ６１８
【作者单位】：武汉大学测绘学院;武汉大学地球空间环境和大地测量重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金(41374053)~~
【分类号】：P315.33

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