震级是表征地震强弱的量度,是地震的基本参数之一。震级的准确、及时测定能给震后的应急救灾工作提供可靠依据并使相关部门做出恰当响应,从而降低灾难造成的损失。当大震发生后,近场测震仪记录会出现振幅饱和现象,导致低估地震震级。虽然强震仪记录不易限幅,但是其记录的基线漂移现象仍有待解决,其在震级测定方面的运用研究尚未开展。目前,高频GPS(全球卫星定位系统)被广泛用于瞬时地表运动的获取,其全天候、高精度、不限幅等特点能有效拓展地震台网的监测能力。GPS直接获取地表位移的能力,有望实现对大震震级的快速、准确评估,因此研究GPS在大震震级计算中的应用对防灾减灾有重要的现实意义。基于大震的GPS资料,对GPS在面波震级、矩震级计算方面的应用研究,本文主要工作及创新如下:1、介绍了论文的研究意义,回顾了利用宽频带地震仪记录计算地震面波震级、矩震级的方法,以及GPS数据应用于地震震级计算研究的国内外现状。2、对高精度GPS定位基本原理进行了学习,并分别说明了面波震级、矩震级计算所依据的震源模型以及GPS数据类型。3、基于地震仪原理及单自由度系统动力反应原理,本文提出了将GPS记录模拟为基式(SK)地震仪记录的方法。通过对模拟公式的幅频、相频分析,认识到:当模拟为基式(SK)地震仪记录时,需要GPS记录的最小采样率是1Hz,可保证模拟记录幅值误差在5%以内。随后的算法测试显示,本文的模拟算法与金星等的仿真算法无相位差,幅值基本一致,说明了算法的可靠性。然后,本文利用2011年3月11日日本Mw9.0地震及2010年4月4日墨西哥Mw7.2地震的1HzGPS数据,经过将GPS记录模拟为基式(SK)地震仪记录,并在模拟的波形上量取最大幅值与对应周期,从而计算了两个震例的面波震级。计算的墨西哥地震的面波震级为7.6,比我国地震台网中心编目结果大0.1个单位;日本地震的面波震级为8.5,比我国地震台网中心编目结果小0.2个单位。研究表明,本文的模拟算法可使1HzGPS地震记录用于计算地震的面波震级,与测震台网的计算结果基本吻合。4、利用Okada提出的矩形断层位错理论,构建了单一矩形断层模型,并设定了9个未知参数以规定断层在地下的具体位置。由断层参数与观测数据的函数关系建立了反演问题,并将观测数据与理论数据的残差均方根作为目标函数。本文通过给定断层参数不同的约束,建立了二个数学模型。本文利用的反演方法是“内点-并行-多初始点”法,并用一个虚拟地震震例检验了该算法的适用性、高效性。随后本文将二个数学模型运用到四个震例中,反演结果显示:1、除墨西哥震例外,两个模型均能反映较为可靠的断层走向和矩震级信息;2、两模型对断层倾角的识别均不敏感;3、本文所施加的非线性约束条件并没有显著改善反演结果。5、尝试了基于高频GPS实时反演断层参数与矩震级的研究,并以2011年3月11日日本Mw9.0地震为例。首先结合测震台网给出了震中信息,对GPS站位移进行坐标变换,同时对原始的GPS位移记录实时提取“伪同震位移”,然后用第四章的反演流程计算断层参数与矩震级。反演结果显示,高频GPS能在震后22秒给出第一个矩震级值Mw7.8,震后100秒矩震级增大到Mw8.8,在震后120秒达到震级最大值Mw9.4。与JMA的预警震级发布结果相比,相同时间点,本文反演的矩震级结果都大于JMA的值,并且在112秒后JMA预警震级达到8.1不再增大。但是本文反演的最终断层走向与断层倾角均不可靠,最终矩震级Mw9.4也是过于高估。分析其原因可能是由于GPS站分别于断层一侧导致的。随后,本文利用汶川地震的同震位移数据,并有意选取五类不同分布的GPS站进行反演测试,反演的断层走向、倾角及矩震级均有较大误差。测试表明,GPS站的分布没有包围住断层是导致墨西哥地震及日本地震的反演结果偏差较大的主要原因。
【学位单位】：中国地震局工程力学研究所
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P228.4;P315
【部分图文】：
GPS卫星分布
图 2-2 GPS 地面控制站分布.2.2 GPS 卫星广播信号GPS 系统定位运用了一趟测距到达时间（one-waytimeofarrival ，简称 TOA
GPS信号的演变
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 臧阳;孟令媛;周龙泉;;2016年新西兰M_S8.0地震震源及强地面运动特征分析[J];地震学报;2017年01期
2 谭凯;王琪;丁开华;李恒;邹蓉;聂兆生;王迪晋;杨少敏;乔学军;;近场位移数据约束的2013年芦山地震破裂模型及其构造意义[J];地球物理学报;2015年09期
3 陈娜;龚涛;李萌;冯威;费先明;;利用高频GPS反演强震面波震级的最优适用范围探讨[J];大地测量与地球动力学;2015年03期
4 顾铁;李萌;陈聪;刘江;;基于高频GPS位移时序的芦山地震特性分析[J];科学技术与工程;2015年16期
5 Zhou Yu;Nie Zhaosheng;Jia zhige;;An improved differential evolution algorithm for nonlinear inversion of earthquake dislocation[J];Geodesy and Geodynamics;2014年04期
6 方荣新;施闯;王广兴;刘经南;;利用高频GPS确定大地震震中和震级研究:2008年汶川8.0级地震应用结果[J];中国科学:地球科学;2014年01期
7 殷海涛;刘希强;甘卫军;;实时高频GPS在地震学中的应用研究[J];地震研究;2013年03期
8 孟令媛;史保平;;2010年墨西哥BajaM_W7.2地震与中国玉树M_W6.9地震强地震动特征的对比研究[J];地震学报;2012年01期
9 许才军;刘洋;温扬茂;;利用GPS资料反演汶川Mw 7.9级地震滑动分布[J];测绘学报;2009年03期
10 刘静;张智慧;文力;孙杰;邢秀臣;胡古月;许强;Paul TAPPONNIER;曾令森;丁林;刘延乐;;汶川8级大地震同震破裂的特殊性及构造意义——多条平行断裂同时活动的反序型逆冲地震事件[J];地质学报;2008年12期
相关会议论文 前1条
1 周宇;;利用GPS资料反演2013年10月31日Mw 6.3台湾花莲地震的震源参数与滑动分布[A];2014年中国地球科学联合学术年会——专题26：卫星导航技术及其在地球科学应用论文集[C];2014年
相关硕士学位论文 前2条
1 杨晨云鹂;GNSS在地震矩反演中的应用研究[D];西南交通大学;2015年
2 陈娜;高频GPS在强震面波震级反演中的应用研究[D];西南交通大学;2015年
本文编号：
2815935
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/diqiudizhi/2815935.html
