震源位错模型参数反演方法研究

发布时间：2017-04-21 09:01

  本文关键词：震源位错模型参数反演方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大地测量观测技术的快速发展,极大丰富了地壳形变观测数据,为研究地震断层错动等地球物理问题提供了全新的角度。震源参数反演不仅是研究断层错动特征、分析震源机制的重要手段,同时也为活动断层破裂扩展分析、震后形变、岩石圈应力变化及后期地震危险性评估提供基础。因此,准确获取地震震源参数对研究地震机理等问题至关重要。以更准确地反演地震震源参数为核心研究目标,本文对震源位错模型参数反演方法进行了相关研究。本文的主要研究内容及工作如下:(1)研究了含有不等式约束的总体最小二乘方法。分析了已有附不等式约束的总体最小二乘方法存在的不足,在ICEIV(inequality constrained errors-in-variables)模型基础上,提出附有不等式约束加权总体最小二乘问题的拟牛顿修正算法。研究表明,拟牛顿修正法具有良好的收敛性,同时避免了计算目标函数的Hesse矩阵,大大提高了算法的计算效率。模拟附有约束的单一断层滑动参数反演,研究了该方法在震源参数反演中的适用性。(2)研究了震源参数的非线性反演方法。本文将改进的多峰值颗粒群算法(Multiple peak Particle Swarm Optimization,MPSO)用于震源参数反演,详细分析了多峰值颗粒群算法的改进思路和迭代过程,并将该算法与常用的遗传算法进行了比较。通过模拟震源参数反演及研究芦山Ms7.0级地震和拉奎拉Mw6.3地震,表明了改进的MPSO算法具有控制参数少、快速收敛、解稳定可靠的优点,非常适合用于高度非线性的震源参数反演。(3)研究了震源滑动分布的反演方法。本文顾及格林函数矩阵的误差对滑动分布参数解的影响,将最小二乘法和总体最小二乘法同时用于反演震源滑动分布,根据观测值的数据精度给观测向量定权,并根据滑动模型的线性关系给系数矩阵元素定权。模拟不同断层模型的滑动分布反演及研究芦山Ms7.0级地震和拉奎拉Mw6.3地震反演。研究表明,总体最小二乘滑动分布解与最小二乘滑动分布解存在一定差别,但差别的量级在10-5以内。(4)研究了2013年4月20日四川芦山Ms7.0级地震和2009年4月6日意大利拉奎拉Mw6.3地震。分别反演得到两个地震的非线性震源几何参数及精细震源滑动分布。就芦山地震而言,通过震中周围的GPS三维约束形变数据反演的结果表明,断层走向为206.47o,断层倾角为44.11o,主要滑动的深度为4km-20km,平均滑动量为0.17m,最大滑动量为0.72m,主要分布在深度为13km-14km的范围,得到的地震矩为1.19?1019N.m,对应的矩震级为Mw6.68。就拉奎拉地震而言,通过Envisat卫星的SAR数据约束得到的同震形变场进行震源参数反演,结果表明,地震断层走向为144.37o,断层倾角为59.06o,主要滑动深度4km-15km的深度范围,最大滑动量为0.95m,平均滑动量为0.22m,最大滑动量的的深度范围为6km-8km,地震矩为3.63?1018N.m,对应的矩震级为Mw6.34。两个地震的研究结果都与地震学研究结果相符。
【关键词】：震源参数 位错模型 非线性 总体最小二乘 反演 芦山地震 拉奎拉地震
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P315.33
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 绪论12-20
• 1.1 选题背景12-13
• 1.2 研究现状13-16
• 1.2.1 附有不等式约束的总体最小二乘问题13-14
• 1.2.2 震源模型参数（几何参数）反演14-15
• 1.2.3 震源滑动分布反演15-16
• 1.3 研究意义、研究目标及内容16-20
• 1.3.1 研究意义16
• 1.3.2 研究目标及内容16-20
• 2 矩形位错理论与地震震源参数反演20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 弹性半空间位错模型理论20-24
• 2.2.1 点源位错模型21-22
• 2.2.2 有限矩形位错模型22-24
• 2.3 地震震源参数反演理论与方法24-31
• 2.3.1 InSAR观测值与形变观测值的转换24-25
• 2.3.2 震源模型参数反演25-26
• 2.3.3 震源滑动分布反演26-29
• 2.3.4 矩震级与震源参数的关系29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3 不等式约束加权总体最小二乘问题的拟牛顿修正方法32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 附有不等式约束的EIV模型32-33
• 3.3 求解不等式约束EIV模型的拟牛顿修正法33-36
• 3.4 拟牛顿修正法的收敛性分析36
• 3.5 算例验证36-38
• 3.5.1 等精度、不相关的情况36-38
• 3.5.2 不等精度的情况38
• 3.6 拟牛顿修正法在单一断层滑动参数反演中的应用38-41
• 3.7 本章小结41-42
• 4 震源位错模型参数的非线性反演方法42-58
• 4.1 引言42
• 4.2 震源参数的非线性反演42
• 4.3 改进的多峰值颗粒群算法（MPSO）42-45
• 4.4 遗传算法45-46
• 4.5 模拟实验46-49
• 4.6 实际震例反演49-57
• 4.6.1 2013年4月 20日芦山Ms7.0 级地震49-53
• 4.6.2 2009年4月 6 日拉奎拉Mw6.3 级地震53-57
• 4.7 本章小结57-58
• 5 震源滑动分布的反演方法58-80
• 5.1 引言58
• 5.2 地震滑动分布的反演算法58-61
• 5.2.1 最小二乘法59-60
• 5.2.2 总体最小二乘法60-61
• 5.2.3 权阵P及协因数阵GQ的确定61
• 5.3 模拟实验61-68
• 5.4 实际震例反演68-78
• 5.4.1 芦山地震震源滑动分布反演68-73
• 5.4.2 意大利拉奎拉震源滑动分布反演73-78
• 5.5 本章小结78-80
• 6 结论与展望80-82
• 6.1 主要工作与结论80-81
• 6.2 后续研究展望81-82
• 参考文献82-90
• 致谢90-92
• 攻读硕士学位期间发表的论文、主要学术活动92-93

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