基于地震和InSAR联合反演2018年M_(L)5.7兴文地震破裂过程

2018年12月16日发生的M_(L)5.7兴文地震很可能是由页岩气水力压裂所诱发,确定此类震级较大的诱发地震的震源破裂过程具有重要意义。文中利用近震数据和InSAR数据联合反演,获得了兴文地震的破裂过程。与单独使用地震数据或InSAR数据进行反演相比,联合反演得到的地震破裂过程可同时拟合2种类型数据,因此具有更高的时空分辨率。联合反演结果显示该地震为典型的单侧破裂,破裂方向近N向。破裂过程的持续时间为6s,能量释放主要集中在前5s,呈分段式破裂。主震破裂过程分为2个阶段:沿着断裂的走向,紧挨着震中的0~5km范围内为破裂的第1阶段(1~3s);距震中6~8km处为破裂的第2阶段(3~5s)。同震滑移主要集中在5km以浅的区域,峰值滑移约为0.27m,这可以解释为何M_(L)5.7兴文地震造成了较为严重的破坏。结合前震和余震分布可以看出,前震主要集中在滑移区的东部,说明该区域在主震发生之前就已发生破裂,意味着该区域可能存在注入的流体。余震主要分布在滑移区周围,是由主震破裂后的余滑引起的。对比单独反演结果,联合反演克服了台站分布不均匀的影响,提高了破裂分布的分辨率,所得结果更加符合真实物理过程。文中联合反演得到的破裂模型为进一步研究诱发地震机理、地震灾害评估和震后防灾减灾奠定了基础。

大地震破裂过程反演中的灵活性需求:现状及探讨

对于大地震破裂过程的反演是震源研究的重要问题,也是震源物理研究的基础.虽然大地测量、地震精定位等方法和数据的引进为大陆内部地震破裂过程的精细研究提供了重要依据,但对于大洋底部、俯冲带等区域的地震复杂破裂过程依然需要灵活度高的方法来获得多样的断层几何结构,并支持破裂过程反演.本文集中讨论震源研究中的一类灵活度高的方法:多点源模型反演.并结合震源反投影、有限断层模型等方法,分析这些方法在大地震破裂过程反演中的优势互补,提出反投影→多点源→有限断层模型串行的思路.通过上游方法的稳定性获得下游算法的先验约束,最终获得具有高灵活性、高时效性以及高精度的串行反演策略.

芦山4.20地震破裂过程及其致灾特征初步分析

采用全球地震台网的远震地震波数据快速反演了2013年4月20日雅安芦山地震(芦山4.20地震)的破裂过程,在震后3小时得到并发布了相关测定结果.结果显示这次地震的震级约MW6.8,包括两次破裂子事件,但都发生在断层面上震源(破裂起始点)附近,整个地震没有表现出明显的破裂方向性.雅安芦山地震的破裂没有大规模出露地表,主要地震灾害集中在断层上盘,位于芦山县和宝兴县一带.

2010年4月14日青海玉树地震破裂过程快速反演

基于远震资料的破裂过程反演方法,通过反演2010年4月14日玉树地震的全球宽频带地震垂直向P波波形记录,先后4次反演得到了玉树地震的破裂过程,并比较和讨论了这4次结果.结果表明,玉树地震的破裂过程具有如下基本特征:①地震主要由两次子事件组成,分别对应于震中附近以及震中东南方向上的两块滑动量集中的破裂区域,其中与第2次子事件对应的震中东南方向上滑动集中的区域破裂贯穿至地表;②最大滑动量和最大滑动速率分别为2.1m和1.1m/s,断层滑动速率较大;③玉树地震总体上是一次单侧破裂事件,破裂从初始破裂点(即仪器测定的震源位置)开始,主要向震中东南方向扩展,由"地震多普勒效应"导致在震中东南方向上产生强烈能量聚焦,是玉树城区遭受严重破坏在震源方面的主要原因.

2009年3月19日汤加地震破裂过程快速反演

2009年3月19日汤加MS7.9地震发生后,我们迅速利用地震破裂过程快速反演技术反演了全球地震台网(GSN)的宽频带波形资料,获得了这次地震的破裂过程.随后,收集了更多的资料重新进行了反演,反演结果的主要特征与快速反演结果基本一致.这次地震的震级为M7.8,破裂持续时间约为70s,断层面上主要有3个滑动量较大的区域.

2010年2月27日智利地震破裂过程快速反演

运用地震破裂过程快速反演方法,在2010年2月27日智利地震发生后,采用全球地震台网(GSN)的宽频带地震资料,反演了这次地震的破裂过程,在震后约3.5小时得到了这次地震破裂过程的反演结果.结果表明,这次智利地震的破裂过程具有如下基本特征:①矩震级为MW8.6;②地震破裂持续时间约为150s;③包括4个滑动量集中分布区域,最大滑动量约为8m,最大滑动速率约为0.8m/s;④这次地震总体上是一次不对称的双侧破裂事件,破裂从破裂起始点(震源)开始,同时向南北两个方向扩展,但以向北扩展的破裂为主.

利用多台阵压缩传感方法反演尼泊尔M_W7.9地震破裂过程

2015年4月25日,尼泊尔地区发生MW7.9地震,震中位于28.1°N,84.7°E.为了详细地研究此次破坏性极强的地震的破裂过程,本文利用多台阵压缩传感方法,使用了阿拉斯加、欧洲和澳大利亚三个台网的共计179个台站的远场P波垂直分量的数据来反演,结果表明本次地震的破裂过程是一个清晰的南东东方向的单侧破裂,破裂尺度约为105km,整体持续时间约为58s.在破裂初始的前15s,能量辐射基本围绕在震源附近,16s后破裂开始向南东东方向以1.9km·s-1的速度破裂.释放能量最大的时间为第38s,位于距震中70km处.该位置从第29秒开始破裂,并持续释放能量长达30s之久.

2009年9月29日萨摩亚群岛地区地震破裂过程快速反演

运用地震破裂过程快速反演方法,在2009年9月29日萨摩亚群岛地区地震发生后,采用全球地震台网(GSN)的宽频带地震资料,快速反演了这次地震的破裂过程,并于震后3.5小时内得出了这次地震破裂过程的反演结果.结果表明,这次萨摩亚群岛地区地震的破裂过程具有如下基本特征:①矩震级约为MW8.0;②地震主要破裂持续时间约为138s;③滑动量在断层面上的分布比较复杂,整个地震破裂包含至少2个滑动量较大的区域;④这次地震基本上是一次单侧破裂事件,破裂主要朝向西北方向.

2010年1月12日海地地震破裂过程快速反演

运用地震破裂过程快速反演方法,在2010年1月12日海地地震发生后,采用全球地震台网(GSN)的宽频带地震资料,反演了这次地震的破裂过程,得到了这次地震破裂过程的反演结果.结果表明,这次海地地震的破裂过程具有如下基本特征:①矩震级约为MW7.1;②地震主要破裂持续时间约为22s;③包括3个滑动量集中分布区域,最大滑动量约为4.9m,最大滑动速率约为3.3m/s;④这次地震基本上是一次双侧破裂事件,破裂从震中同时向东西两个方向延伸.

2009年8月10日安达曼地震破裂过程快速反演

运用地震破裂过程快速反演方法,在2009年8月10日安达曼地震发生后,采用全球地震台网(GSN)的宽频带地震资料,快速反演了这次地震的破裂过程,在地震发生约4小时后得出了这次地震的破裂过程反演结果.结果表明,这次安达曼地震的破裂过程具有如下基本特征:①矩震级约为MW7.6;②地震主要破裂持续时间约为65s;③滑动量在断层面上的分布比较简单,整个地震破裂主要包含一个滑动量较大的区域;④这次地震基本上是一次双侧破裂事件,同时破裂有明显地向地面扩展的趋势.

2009年7月15日新西兰南岛西海岸近海地震破裂过程快速反演

运用地震破裂过程快速反演方法,在2009年7月15日新西兰南岛西海岸近海地震发生后,采用全球地震台网(GSN)的宽频带地震资料,快速反演了这次地震的破裂过程,并于震后4小时内得出了这次地震破裂过程的反演结果.结果表明,这次新西兰南岛西海岸近海地震的破裂过程具有如下基本特征:①矩震级约为MW7.8;②地震主要破裂持续时间约为40s;③滑动量在断层面上的分布比较简单,整个地震破裂只包含一个滑动量较大的区域;④这次地震基本上是一次单侧破裂事件,破裂主要朝向西南方向.

唐山地震破裂过程的三维分析

本文提出一个三维力学模型,对1976年7月28日唐山地震的破裂过程做了进一步的理论分析。结果表明断裂面长轴两端存在一个10°左右的α角域,在这个角域内断裂面前缘的初始扩展方向是非共面扩展,即在与断裂面本身偏离一个角度(φ_0,θ_0)的面内扩展,而在其它区域断裂面的前缘是沿自身平面扩展的。在邻近长轴端部的点,扩展角φ_(?),0o=80.5°,这和二维分析得到的扩展分支的方向一致。由于主断裂面在长轴端部10°角域左右的非共面扩展,大量余震沿此方向发生,断裂面变成扭曲形状。

2009年10月7日瓦努阿图地震破裂过程快速反演

运用地震破裂过程快速反演方法,在2009年10月7日瓦努阿图地震发生后,采用全球地震台网(GSN)的宽频带地震资料,快速反演了这次地震的破裂过程,在震后3小时内得出了这次地震破裂过程的反演结果.结果表明,这次瓦努阿图地震的破裂过程具有如下基本特征:①矩震级约为MW7.8;②地震主要破裂持续时间约为80s;③滑动量在断层面上的分布比较简单,整个地震破裂只包含一个滑动量较大的区域;④这次地震的破裂模式接近圆盘破裂,其中心位于震源处.

基于等矩反投影方法的地震破裂过程研究

随着地震观测技术的进步，人们对地震震源的认识也在不断深入。当所考虑的地震波特征波长小于震源的总的特征尺度时，整个地震可以看成是多个“子事件”组成，每个“子事件”可以看成一个点源，随着破裂的传播，点源的位置发生移动，地震仪记录到的地面运动是所有这些点源引起的运动的延时叠加。

利用直达P波研究大地震破裂过程

利用地震波形资料,通过反演技术研究大地震震源的破裂过程是定量认识震源运动学特性的最有效的途径。因此,地震破裂过程的数字波形反演和成像成为近年来地震学研究的前沿和热点问题。快速而精确地从地震记录波形中获取震源运动学参数,以便从整体到细节上更加全面地描述地震破裂的复杂性,成为此类研究的努力方向。

利用大地观测台网对1992年6月28日兰德斯地震破裂过程的研究

使用正演点源求和技术对大地观测台网记录到的1992年6月28日兰德斯地震(M_W7.3)的位移地震图进行了决定性的模拟。虽然数据组是稀少的,但仍能有力地确定主要的破裂参数,例如,总滑动分布、破裂速度、上升时间和总的震源持续时间。如能得到本区合适的格林函数表,则本比较简单的方法适于大震后的快速跟踪使用。用来模拟兰德斯主震的断层具有沿走向70km的长度和沿倾斜方向15km的宽度。我们找到了一个模型,其在地表的滑动范围和幅度与观测到的表面滑动是一致的,并提供了对地震数据拟合非常好的参考。从地震方面来讲,兰德斯地震其特点为由两个小一点的地震所组成。第一个小震的最大滑动是在震中以北10km,而第二个小地震是沿断层走向在震中西北40km处。地震矩分布分别为,第一个地震是2×10^(26)dyne-cm(1 dyne-cm=10^(-7)Nm);第二个地震是6×10^(26)dyne-cm。在我们的模型中假设地震矩的分布沿走向并在各种深度是相同的。这个假设意味着,由于速度模型中材料性质的不同使得在深处的滑动是地表滑动的69％。震源模型对破裂速度和错位上升时间的灵敏度是经过检验的。我们发现2.9km/s的破裂速度(剪切波速度的80％)和1-3s的上升时间是与数据适合的。上升时间只是24s总的震源过程的一小部分,这意味着断层的滑动发生在一个很窄的地带上(3到10km),滑动会发生在整个破裂过程中的任何一个瞬间。

由近源强震记录得到的2008年日本岩手—宫城内陆地震破裂过程

推出了2008年日本岩手—宫城内陆地震(MJMA7.2)的破裂过程。此次地震期间在震源正上方KiK-net台网的上盘台站WITH25记录到至今最大的地面加速度,即4022cm/s2。对K-NET和KiK-net台网14个强震台站,包括IWTH25台站井下记录的速度波形数据(0.1～1Hz),使用多时间窗线性波形反演方法进行了反演。为了计算格林函数,我们假设了一个每个台站都为低速地下层的水平分层结构的速度模型。波形反演表明存在两个主要的滑动片区。一个片区从震源延展到断层较浅的南部。这个片区中最大滑动区的中心在震源以南约8km的地方,最大滑距约6.2m,该区的地表破裂发生在初始破裂后的4～9s。另一滑动相对较小的片区位于北部,它的破裂发生在南部滑动片区破裂之后。最初4s的破裂发生在IWTH25台站的下方,在该台站产生了速度脉冲向上独特的合成波。通过检查滑动对合成速度波形的贡献和对比滑动等时线的分布发现,在IWTH25台站观测到的超过4000cm/s的峰值加速度产生于南部特别大滑动区最靠近震源的区域。

1994年玻利维亚地震破裂过程中的摩擦熔融

1994年玻利维亚地震(M_w=8.3)的震源参数显示最大地震效率η为0.036,最小摩擦应力为550bar。因此,震源过程是耗散的,这与观测到的慢破裂速度相一致。破裂速度仅是局部S波速度的20％。在玻利维亚破裂中产生的非辐射能可以与1980年圣海伦斯火山喷发的热能相比,或者还大干它,足以融化31cm厚的地层。一旦破裂开始,熔融就可能发生,使摩擦力减弱并促使断层滑动。

基于高频GPS和强震资料的迭代反褶积与叠加方法对地震破裂过程的自动成像

结合传统台网反演方法和反投影方法的各自优点,本文提出了一种通过近场全波形数据的迭代反褶积与叠加(IDS)方法来反演地震破裂过程。这种新方法不需要引入或调整反演限制性条件,如给定破裂时间、持续时间以及光滑约束权重等,因此能够对复杂破裂过程进行自动成像。在2008年汶川地震和2011年日本东北地区地震的应用研究中,迭代反褶积与叠加方法显示了相对于传统反演方法在稳定性和效率方面的优势。此外,合成数据测试也证实了迭代反褶积与叠加方法的稳健性和高效性,表明其对海啸早期预警及地震应急响应有重要价值。迭代反褶积与叠加方法还可以用于远震波形反演。对上述两个大地震的应用研究证实,采用迭代反褶积与叠加方法,可以在无需物理和经验约束的前提下,自动反演远震数据,并得到与近场全球定位系统(GPS)资料和强震数据反演结果相一致的破裂模型。

2009年4月6日意大利拉奎拉(L′Aquila)M_W 6.3地震的破裂过程——视震源时间函数方法与直接波形反演方法比较

通过对视震源时间函数方法和直接波形反演方法在意大利拉奎拉(L′Aquila)M_w 6.3地震破裂过程反演中的应用,分析比较了两种方法的特点.视震源时间函数结果表明,这次地震的破裂过程由两次子事件组成,其中第二次子事件的多普勒效应显著,表明破裂主要朝震中的东南方向传播.分别采用视震源时间函数方法和滑动角固定以及滑动角可变的直接波形反演方法对拉奎拉地震时空破裂过程进行反演所得到的结果一致表明:断层面上有两块滑动量集中的区域,分别位于震源处和沿走向(132°)方向距震源5～10 km处,最大滑动量分别约为1.2 m和1.0 m.破裂持续时间约为9.5 S.最大滑动速率达0.6～0.7 m/S,快速的破裂和上盘下盘效应导致了拉奎拉城的严重破坏.