利用区域地震记录测定地震辐射能量

地震辐射能量作为描述地震大小的物理量,可为地震应急和灾害评估提供重要参考.现有快速测定地震辐射能量的方法多使用远震记录(35°≤Δ<80°),受到几何扩展和频率相关衰减校正方法的限制,利用区域地震记录(5°≤Δ<35°)测定地震辐射能量的难度较大.因此,本文发展了一种利用区域地震记录快速测定地震辐射能量的方法.研究结果表明:(1)利用该方法可以测定5.0级以上地震的辐射能量,弥补了由于低信噪比和台站分布影响,导致利用远震记录只能稳定测定6.0级以上地震辐射能量的不足;(2)将该方法应用于2009-2021年发生在中国大陆的66次MW>5.0地震,结果显示74%的单台区域能量震级与远震能量震级的偏差在±0.3以内;对于44次MW≥5.5地震,区域结果与远震结果基本一致,86%的事件区域能量震级与远震能量震级的差在±0.2之间;(3)结合地震矩资料,得到中国大陆地区地震的能矩比范围为5.2×10^(-6)~8.1×10^(-5),平均能矩比为2.4×10^(-5);走滑型地震的平均能矩比高于倾滑型地震,能矩比整体分布存在区域特征,西域地块地震的平均能矩比高于青藏地块东部地震,青藏地块西部地震的平均能矩比最低,同一区域内的地震能矩比也存在差别,这表明不同断层上发生的地震能量释放过程存在明显差异;(4)该方法具有广泛的应用前景,可以在地震台网的日常工作中测定地震辐射能量,为科学研究、地震应急和地震灾害评估提供新的地震参数.

震源机制对地震辐射能量估计的影响

利用国家地震台网和全球地震台网的宽频带远震P波波形数据,通过测定2014—2019年间国内M_(W)≥6.0和国外M_(W)≥6.5共105次浅源地震的辐射能量和能量震级,研究了震源机制解对辐射能量估计的影响。结果表明:①震源机制不同导致地震能量辐射差异较大,其中走滑型地震对辐射能量的影响最大,对能量震级的平均影响因子为0.34,正断型地震对能量震级的平均影响因子为0.08,逆断型地震对能量震级的影响最小,平均影响因子为0.05;②不同震源机制类型地震的差震级ΔM也不同,走滑型地震的ΔM为0.31,正断型地震的ΔM为0.21,逆断型地震的ΔM为0.08,这表明走滑型地震辐射能量的效率较高,正断型次之,逆断型最低;③根据鲁甸地震的测定结果分析可知,当能矩比与慢度参数均远高于全球平均水平时,即使该地震震级较小,也存在造成严重破坏的概率;④能量震级Me和矩震级M_(W)分别反映了震源的动态和静态属性,二者的联合测定对地震灾害合理评估和地震应急具有重要意义。

2010年4月14日青海玉树7.1级地震序列中小地震辐射能量的估计

本文利用震后架设的4个流动台站和震源区周围3个固定台站记录到的青海玉树7.1级地震序列波形资料,资料时间截止到2010年5月19日.经过传播路径效应和场地响应校正后,估算了玉树地震序列中80个中小地震的辐射能量.比较了辐射能量估计中不同方法之间结果存在的差异性,首次考虑了由于仪器频带宽度的限制而造成的中小地震辐射能量的低估与补偿问题,得到以下主要结论:(1)分别采用Andrews方法、震源实际谱方法(区分能量补偿前和后二种情况)和根据理论模型并将积分上限外推到所计算地震拐角频率的10倍的方法(理论谱方法)计算出的中小地震辐射能量4种结果基本上位于同一个量级水平之上,表明结果具有一定的可靠性和稳定性.这其中,Andrews方法得到的辐射能量最低,理论谱方法得到的结果最高,而由实际谱方法得到的地震辐射能量介于两者之间.(2)由古登堡经验公式得到的地震辐射能量远高于上述4种方法计算出的结果,能够达到理论谱方法结果的4倍,而且随震级的增大,由它带来的辐射能量的高估趋势更加明显.(3)由于没有考虑地震能量的补偿,Andrews方法得到的地震辐射量明显偏低.用两种不同方法进行地震辐射能量补偿后得到的结果比较接近,但考虑到仪器频带上限值设定的复杂性,认为由理论谱方法计算中小地震的辐射能量更加合适.(4)经过能量补偿后地震辐射能量要高于未作能量补偿的结果,能量补偿带来的辐射能量增加的作用对于小地震更加明显.在本文研究范围之内,不同方法得到的折合能量均明显存在随地震矩的增大而增大的现象,反映出玉树余震序列中大震地震辐射效率高于小震.

由震源时间函数估算地震辐射能量

用实际地震观测中得到的震源时间函数讨论了地震辐射能量的测定问题。指出从辐射能量测定的角度看,实际地震的震源时间函数可以简化为三角形函数,同时一些复杂的地震可用两个或更多的三角形函数来表示。用三角形函数作为实际震源时间函数的简化,估算了一些地震的辐射能量。将NEIC的辐射能量测定结果与用震源时间函数得到的辐射能量的结果进行比较,结果表明两种估计具有比较好的一致性。

地震辐射能量测定方法研究及其在汶川8.0级地震中的应用

地震辐射能量是关于震源定量的特征量,地震辐射能量的测定是地震定量化研究中一个重要的基本问题.本文基于点源震源模型,开展了地震辐射能量测定方法的研究,推导了计算地震辐射能量的理论公式,自主研发了一套利用远场垂直向P波记录测定地震辐射能量的软件系统,能够快速测定全球范围内5.5级以上浅源地震的地震辐射能量.以2008年5月12日汶川8.0级地震为例,检验了地震辐射能量测定方法和软件系统的科学性和准确性,研究结果表明:(1)汶川地震的地震辐射能量为2.84×10^(16) J,各台站地震辐射能量的分布与震中距和方位角都没有明显的依赖关系,说明使用理论格林函数法消除路径效应对地震辐射能量测定的约束效果较好;(2)汶川地震的能量震级M_(e)为8.04,震源机制校正可以使能量震级测定结果的标准差更小,结果更稳定;(3)反演得到汶川地震的地震矩为8.97×10^(20) N·m,转化为矩震级M_(W)为7.9,M_(e)比M_(W)高0.14,说明汶川地震的地震辐射能量偏高.(4)汶川地震的能矩比为3.17×10^(-5),约为全球浅源地震平均能矩比的2.6倍,约为全球逆冲型地震平均能矩比的4倍,地震辐射能量释放效率明显偏高;能矩比取对数可得慢度系数为-4.50,慢度系数可以更直观地显示地震辐射能量释放效率的高低,更适合在普通群众中推广.(5)地震辐射能量、能量震级、能矩比、慢度系数和等效震级差这些新的地震参数,能够定量表示震源的动态特性,对于地震灾害快速评估具有重要意义.

2014-2019年浅源中强地震辐射能量的快速测定

根据地震波衰减特性,采用一维速度模型开展了快速测定辐射能量E_S和能量震级M_(e)的方法研究。利用全球地震台网和国家数字测震台网提供的宽频带资料,测定了2014-2019年间M_(W)≥6.0的115次浅源地震的辐射能量和能量震级,将计算结果与其它机构的结果进行对比。结果表明:利用本文方法可在得到地震数据半小时内计算出稳定的M_(e),且本文的测定结果与美国地震学研究联合会的结果基本一致。地震造成的灾害与能量震级的大小密切相关,当Me>M_(W)时,地震灾害较为严重;在所有的地震类型中,发震断层类型为走滑型时,其地震辐射能量的效率高,M_(e)明显大于M_(W)。通过分析2018年2月4日和2019年4月18日台湾花莲两次M_(W)6.1地震能量释放的差异得出,发生在相似位置且具有相同的震源机制的两次地震,尽管它们的M_(W)相同,但M_(e)相差很大,接近0.5。M_(e)与M_(W)的差异表明,M_(W)只能获得有关震源的静态特征,它与地震引起的断裂面积、断裂平均位错等静态构造效应密切相关,而M_(e)可以提供震源的动态信息,从而客观评价地震的破坏强度。因此,本文使用的方法既能准确测定能量震级M_(e)又能极大提高其测定速度,非常适用于快速反应系统。本研究可以为未来地震台网将能量震级M_(e)作为日常产出震级提供参考,为快速评估大地震造成的灾害提供更多信息。

宽频带地震辐射能量测定方法研究

地震辐射能量的测定是地震定量化研究中一个重要的基本问题,也是数字地震学中重要的研究课题,对地震定量化和工程地震学等研究具有不可忽视的推动作用。本文对地震宽频带辐射能量理论和测定方法研究的进展进行综述。在此基础上,总结近年来辐射能量测定方法和应用研究的最新进展,并对存在的问题进行比较,对今后的发展方向进行展望。

中国青藏高原M≥6.0地震的辐射能量测定

地震辐射能量主要由高频体波携带,与震源动态特征直接相关,能够有效地弥补地震矩和矩震级对震源动态过程和高频成分描述的不足,为地震应急和灾害评估提供更为全面的参考。本文使用自主研发的地震辐射能量测定软件测定了中国青藏高原自1990年以来M≥6.0浅源地震的地震辐射能量,并初步分析了中国青藏高原地区浅源地震的能量释放规律。研究结果表明:(1)利用该软件测定的中国青藏高原地区的34例浅源地震所得的测定结果稳定可靠。在一般情况下,地震的矩震级M_(W)与能量震级M_(e)并不相等,为了更全面地评估地震动效应,不仅需要考虑地震断层错动的静态特征,还需要考虑震源的动态特性。因此,在表示震源特性时,矩震级M_(W)和能量震级M_(e)各有特点,优势互补。(2)改则地震和尼玛地震的能量震级分别为6.47和6.00,地震辐射能量分别为1.26×10^(14) J和0.25×10^(14) J。两次震源位置相近、矩震级相同的地震,所释放的能量相差5倍之多。为了探究改则地震与尼玛地震能量释放差异的原因,我们通过S变换对两次地震的波形进行了时频分析。结果表明,震源动态过程的不同导致了地震辐射能量释放过程的差异。因此能量震级和地震辐射能量等动态震源参数比矩震级更适合描述震源的动态过程和地震的潜在破坏性。(3)结合地震矩资料得到中国青藏高原地区浅源地震的平均能矩比为1.9×10^(-5),是全球浅源地震平均能矩比的1.6倍。能矩比的大小与震源机制有关,走滑型地震的平均能矩比高于倾滑型地震。(4)中国青藏高原浅源地震的能矩比分布存在区域特征,东部和西部平均能矩比分别为2.25×10^(-5)和1.62×10^(-5),东部明显高于西部。能矩比的区域性差异与地质构造背景有关,地震辐射能量能够反映该地区的地质构造状态。同一区域内地震的能矩比也存在差别,中国青藏高原地区浅源地震的能矩比范围为5.03×10^(-6)—4.80×10^(-5),反映了不同断层上发生的地震能量释放过程存在差异。因此,为全面反映地震的震源特性有必要进行能量震级和矩震级的联合测定。

2022年9月5日泸定M_(S)6.8地震震源机制和辐射能量测定

中国地震台网(2022)测定2022年9月5日12时52分四川泸定县(29.59°N, 102.08°E)发生M_(S)6.8地震,震源深度为16 km。本次地震震中位于鲜水河断裂带(徐泰然等,2022),该断裂带北起甘孜东谷附近,向南经过炉霍、道孚、康定一线,至石棉县安顺场一带逐渐消失,全长约350 km,总体走向320°—330°,呈略向北凸出的弧形,与甘孜—玉树断裂共同构成川滇地块的北边界和巴颜喀拉地块的西南边界。鲜水河断裂带作为中国西南山区现今活动强烈的大型左旋走滑断裂带,具有规模大、活动强、地震频度高等特点(陈桂华等,2008)。

2023年12月18日甘肃积石山6.2级地震震源参数和破裂特征

2023年12月18日23时59分(北京时间)甘肃积石山发生6.2地震。中国地震局地球物理研究所在震后启动快速响应,组织相关领域研究人员对此次地震的震源参数、震源机制、破裂过程和地震辐射能量等进行了估计,余震序列进行了重定位,基于震源模型进行了震动图模拟、同震形变场模拟。结果表明,此次地震发生在拉脊山东侧,以逆冲机制为主,能量集中在前约8 s内释放;极震区震动烈度可能达Ⅷ度以上,可能的受灾范围近6 000 km~2;此次地震引起了显著的同震位移,最大水平向位移达到7.8 cm、垂直向位移达到15.8 cm。

2023年12月2日菲律宾棉兰老岛附近海域7.6级地震的快速产出参数

北京时间2023年12月2日22时37分在菲律宾棉兰老岛(Mindanao)东部海域发生7.6级地震。中国地震局地球物理研究所在震后启动快速响应,组织相关领域研究人员对此次地震的震源参数、震源机制、破裂过程和地震辐射能量等进行了估计,基于震源模型进行了震动图模拟、同震形变场模拟。结果表明,此次地震发生在菲律宾海板块与欧亚板块/巽他地块碰撞的俯冲带板片上,以逆冲机制为主,能量集中在前约40 s内释放,断层破裂最大滑动量达到7 m;震源辐射地震能量的效率偏低,慢度系数略低于全球平均水平,与同样矩震级大小的地震相比,震感不强烈;极震区震动烈度可能达Ⅸ度以上,可能的受灾范围近27000 km^(2);此次地震引起了显著的同震位移,最大水平向位移达到0.6 m、垂直向位移达到1.2 m。综合分析可知,此次地震不会产生大规模海啸。

2024年1月23日新疆阿克苏地区乌什7.1级地震的快速产出参数

2024年1月23日02时09分(北京时间)新疆阿克苏地区乌什县发生M_(S)7.1地震。中国地震局地球物理研究所在震后启动快速响应,组织相关领域研究人员对此次地震的震源参数、地震辐射能量等进行了估计,并对余震序列进行了重定位,同时基于震源模型进行了震动图模拟、同震形变场模拟。结果表明,此次地震发生在天山山脉内,以逆冲机制为主,能量集中在前约25 s内释放;极震区震动烈度可能达Ⅸ度以上,可能的受灾范围近65000 km^(2);此次地震引起了显著的同震位移,最大水平向位移达到21 cm、垂直向位移达到38 cm。

矩震级及震源机制相似地震的辐射能量差别——2014年鲁甸地震与景谷地震宽频带体波震级的比较

2014年8月3日鲁甸地震和10月7日景谷地震具有相似的矩震级和震源机制，但所造成的灾害却相差甚远。为考察地震辐射能量在这两次地震致灾过程中的作用，本文利用震中距6°～80°范围内记录了鲁甸地震的142个台站、记录了景谷地震的138个台站的宽频带地震记录，计算了累积宽频带体波震级mBc。结果表明鲁甸地震的mBc高于景谷地震，因此地震辐射能量的差别对解释两次地震灾害的差别有不可忽视的作用。

2024年4月3日台湾省花莲县海域7.3级地震的快速产出参数

2024年4月3日07时58分(北京时间)在台湾省花莲县海域发生7.3级地震。中国地震局地球物理研究所在震后启动快速响应,组织相关领域研究人员对此次地震的震源模型、地震辐射能量等进行了估计,同时基于震源模型进行了震动图模拟、同震形变场模拟。结果表明,此次地震发生在菲律宾海板块和欧亚板块的边界,以逆冲机制为主,呈现双侧破裂,能量集中在前约35 s内释放;极震区震动烈度可能达Ⅹ度以上,可能的受灾范围近35 000 km^(2);此次地震引起了显著的同震位移,最大水平向位移达到0.52 m、垂直向位移达到1.18 m。

2022-01-15汤加火山喷发的地震学震级测定

利用山东地震台网70个宽频带测震台站记录的2022-01-15南太平洋汤加海底火山喷发原始地震波形数据,从时间域和频率域分析火山喷发地震波的记录特征;通过对20 s优势周期面波进行研究,测算该次火山喷发的地震学震级与地震波辐射能量。研究表明,该次汤加火山喷发的面波震级为M_(S)5.674、能量震级为M_(e)5.704,与GFZ测定震级基本一致,比USGS测定震级小0.126。本次汤加火山爆炸指数(VEI)为5级,但本文测定的地震波辐射能量为8.155×10^(12)J,可见火山喷发以地震波辐射方式释放的能量较少,绝大部分能量以超过1000 km/h的冲击波形式穿过大气层迅速释放到空中,这种能量的快速释放会抑制深部应力的挤压与拉伸。

深源地震折合能量的标度性及其与深度的关系(英文)

利用1987年1月至2001年12月的哈佛CMT目录和美国NEIC地震辐射能量目录 ,研究了全球范围内震源深度大于 70km的地震的辐射能量与地震矩之比 (或称折合能量 )随地震矩的变化及其与震源深度之间的关系 .结果表明对震源深度为 70～ 40 0km的地震 ,折合能量随地震矩的增加而降低 ;对于深度大于 40 0km的地震 ,折合能量随地震矩的增加而增加 .这一特征与浅源地震似乎很不相同 .

地震视应力在中国大陆西部强震趋势预测中的应用

以中国大陆西部（20^o～50^oN，73^o～105^oE）为例，以中国地震台网中心月报目录为基础，参照美国哈佛大学（CMT）逐个筛选出1990年1月1日至2005年12月31日中国大陆191个地震作为样本，对用哈佛大学提供的地震矩和震级能量公式计算的视应力值σapp1与完全由震级经验公式估算出的地震矩和地震辐射能量计算出的视应力值σapp2。进行了对比分析。在此基础上，通过对1970年以来中国大陆7级以上强震的震例总结，对地震视应力异常区与强震发生地区的关系进行了研究。并结合钻孔应力、应变学科在年度预测中对中国大陆西部强震发生地区的预测情况进行了尺值评分。结果表明：①当震级上限固定时，σapp1与σapp2的差值序列之方差，表现出随着震级下限增大而增大的特征。在3．5≤Ms≤6．0区间内，以圳与σapp2拟合程度较好。②地震视应力异常区的变化与迁移可能是构造大区应力、应变场中显著应力变化区的变化与迁移的反映，具有图像直观、量化、预测区间有限等优点，可用于强震发生地区的预测，尺值约为0．35。并对强震发生地区趋势预测的总体思路进行了有意义的讨论。

2016年新西兰M_S8.0地震震源及强地面运动特征分析

2016年11月13日新西兰发生MS8.0地震,该地震造成2人死亡,20多人受伤,仅10余栋房屋严重受损,致灾特征较轻.本文针对新西兰MS8.0地震的震源参数特征,对该地震的震源过程进行了分析.结果表明,该地震的地震波辐射能量和视应力均偏低,震源破裂过程为应力上调模式,发震断层破裂相对充分,余震相对丰富.结合新一代衰减关系(NGA)的分析结果显示,该地震的强地面运动峰值加速度(PGA)观测记录整体偏低,与基于震源参数对该地震PGA的理论估算结果较为一致.进一步选取10km范围内6个台站的强震观测记录进行比较研究,初步认为影响该地震近断层区域PGA高值的因素主要是断层破裂面上最大滑动集中区的位置,而非主震的初始破裂位置.综合研究表明,新西兰MS8.0地震的强地面运动主要受到应力上调模式和最大滑动集中区位置的影响,致灾特征较轻则可能源于峰值加速度偏低和地表破坏较大地区的人口相对稀少.

谱比法反演震源谱拐角频率的改进研究

由于地震波的信噪比,传播路径效应,震源机制差异和震源过程等因素的影响,传统的谱比法反演的拐角频率结果不精确,离散性大。以谱比法为基础,引入Bootstrap重采样法,KolmogorovSmirnov检验以及谱比趋势检验的筛选方法,对谱比法的反演结果进行精度评定和筛选,提高谱比法反演的拐角频率精度。将此方法应用于汶川地震余震的拐角频率、地震辐射能量、辐射效率以及能矩比等震源参数反演,建立拐角频率与地震矩之间的对应关系,验证谱比法以及三种筛选方法的可靠性。汶川地震余震震源参数反演结果表明,汶川地震余震的拐角频率与地震矩对应关系M0∝fc-3.295±0.25存在与自相似关系M0∝fc-3偏离现象。在地震释放能量方面,存在能矩比随地震矩增大而增大,以及大地震的辐射效率大于小地震的现象。

地震和爆炸的P波层析成像——第二部分:由时频地震图得到的2004年苏门答腊-安达曼地震的断层破裂特征(英文)

本文分析了2004年12月26日苏门答腊-安达曼地震的宽频带地震图。目的是通过不同频率成分的子事件的发生时间了解断层的破裂过程。具体分析的是由相应宽频带地震记录得到的P波的时频地震图。分析结果说明,在S波到达前的时窗内发生了最大辐射强度的相应频率低于1 Hz的15次较大子事件,但在同样的时窗内,还发生了最大辐射强度的频率更高的数百次小事件,形成了准连续的次声频率的蜂鸣声,在远至8 000 km的距离上都还能观测到。由于高频波在射线传播路径上存在较强的吸收,因而可以断定,地震期间有一大部分的地震能量是以蜂鸣声的形式被释放了。