利用纵、横波的拐角频率比值和位移谱零频极限比值计算波速比——以芦山M_S7.0地震序列为例

使用区域固定台网数字地震记录资料,计算2013年4月20日四川芦山MS7.0地震余震序列的震源谱参数,通过纵、横波的拐角频率比值和纵、横波位移谱零频极限比值计算波速比。结果显示:1拐角频率比值得到的波速比平均值约为1.27,零频极限比值得到的波速比平均值约为1.67,零频极限比值得到的结果更接近泊松介质的波速比1.73;2两种方法得到的波速比变化趋势基本一致:在主震后均处于较低异常水平,最后一个MS5.4余震后,波速比回返升高;3零频极限比值得到的波速比异常形态较明显,在3个MS5.4余震前都呈现出"降低-回返"的过程,在回返之后发生最大余震;4在数据处理过程中,是否对介质做非弹性衰减校正对两种方法的结果影响不大;5单台波速比与多台波速比的变化趋势基本一致。

福建仙游5.0级地震序列P波、S波拐角频率比值变化研究

利用福建仙游震区附近的3个数字地震台记录的仙游地震序列波形资料,采用PITSA软件,对2013年9月4日仙游ML5.0地震发生前后73个前、余震的P波、S波拐角频率比值进行分析。结果表明:3个地震台的拐角频率比值在主震前均出现较明显的下降趋势,不同台站间主震前后的变化形态存在较明显差异。

岫岩5.4级地震前后拐角频率比的变化特征

本文在利用多台研究1999年11月29日和2000年1月12日发生在辽宁岫岩Ms5.4级和5.1级地震前拐角频率比随时间变化的基础上,对岫岩、营口、苏家屯、丹东、宽甸、北镇、新民单台记录的纵横波拐角频率比fcp/fcs做了比较详细的波谱分析。结果表明:在震中距小于200 km以内的不同方向的台站,记录到的地震波拐角频率比值在5.4级前和后均出现不同程度的异常显示,能够捕捉到一些带有短临性质的信息,不过,距震中较远的台站,地震波拐角频率比值在震前异常不如近台明显,表明不同距离的台站,记录的地震拐角频率比值存在着差异。

爆破与地震的拐角频率比较

应用辽宁地震台网记录的爆破与地震数字资料,采用小波计算方法,对该区域记录的爆破与地震计算S波拐角频率,将计算结果与前期采用PITSA软件得到的结果进行比较,试图获得爆破与地震识别的定量指标。

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。

三峡库区构造和塌陷地震的拐角频率特征

利用频谱分析方法,对三峡数字遥测地震台网记录的ML2.0以上地震进行统计计算的结果表明:绝大多数构造型地震的拐角频率大于5.0Hz,塌陷型地震的拐角频率分布在2.5～4.5 Hz之间;拐角频率较小的塌陷型地震主要分布于煤矿和岩溶管道发育地区,如秭归泄滩和巴东官渡口、火峰等地;拐角频率较大的构造型地震主要分布在断裂构造带附近。

应用动力学拐角频率对经验格林函数法的改进

针对大小震拐角频率的差异,假设大震断层上每个子源的拐角频率与已破裂的子源个数平方根成反比,基于ω2震源谱模型,通过理论推导构建了一个函数,将动力学拐角频率引入经验格林函数法。以汶川地震余震记录为格林函数,分别用改进前和引入动力学拐角频率后的经验格林函数法合成5·12汶川大地震强地面运动。对比合成结果与观测记录,结果表明改进前经验格林函数法合成的地震动在低频部分相对实际记录偏低;引入动力学拐角频率之后的经验格林函数法合成的结果在高频基本保持不变,低频部分得到提高,并与实际记录符合。引入动力学拐角频率后,大部分合成结果很好地符合实际记录。说明动力学拐角频率可有效改善经验格林函数法的低频合成结果,同时验证了经验格林函数法对MW7.9特大地震地震动合成的有效性。

拐角频率在营海岫地区地震序列判定中的应用

利用拐角频率方法,研究营、海、岫地区1999年以来发生的显著震群性质,结果表明,前震序列与其他震群拐角频率曲线变化形态不同,拐角频率的大小能较好反映震源区应力场的大小。

地震动随机合成中与震源谱相关的动力学拐角频率

介绍了基于有限断层震源的地震动随机合成中静力学拐角频率和动力学拐角频率,讨论了两者的缺点;进而提出了一种改进的震源谱模型,它能够表达破裂面上地震波频率辐射不均匀性、大震时拐角频率随破裂面积增加而有所下降的趋势.据此,可以形成与该震源谱模型相关联的动力学拐角频率,应用于地震动的随机合成,避免结果对子源尺寸的依赖.通过对美国北岭MW6.7地震近场6个基岩台站合成的地震动与实际记录的比较,验证了本文方法的有效性.

基于动力学拐角频率的汶川主震近场地震动随机合成

对汶川Ms8.0级地震主震近场范围地震动进行模拟。模拟采用基于动力学拐角频率的有限断层地震动随机合成方法,即,每个子源的震源谱拐角频率与该子源被触发时已破裂的子源总数相关,同时借助一个能量守恒标度因子弥补动力学拐角频率可能引起的高频地震动幅值水平的低估。震源采用加州理工大学构造观测组CTO反演的有限断层模型。借助加速度反应谱及反应谱比的计算,将模拟得到的52个近场强震观测台站处的地震动,与国家地震台网数据中心提供的主震观测记录进行对比。最后基于对断层附近面积为387.2km×195.2km区域内地震动的模拟,将模拟地震动的峰值加速度分布图与震后调查得到的水平峰值加速度分布图进行分区对比。

岩体裂隙充水后对拐角频率的影响

2002年在浙江温州的珊溪水库发生了一系列水库诱发地震,其拐角频率明显小于同震级的构造地震。本文从二相介质理论出发,讨论了水库岩体在扩容、流体渗入饱和和强度弱化过程中波速和波速比的变化以及对拐角频率的影响。根据实验结果,当孔隙度为0.15,岩体弹性模量减小23%时,拐角频率可以减小约29%。由此解释了水库诱发地震拐角频率偏小主要是由裂隙发育和库水渗透扩散使地壳浅部岩体强度弱化引起的。因此拐角频率可以作为区别两者的一个依据。

地震波拐角频率对地震序列的依赖性研究

使用皎口、海城、陡和、浑源等地震序列的地震波记录,研究了拐角频率随地震序列进程的变化特征。为了消除地震震级对拐角频率趋势性变化的影响,求得了每个地震的拐角频率与序列中同震级地震拐角频率的比值随地震序列发展而变化的曲线,较好地反映出该比值的发展进程;即在一个前-主-余地震序列中,同震级前震拐角频率高于余震拐角频率;而对震群地震序列则看不出这种变化。利用地震序列外围地区适当范围小震资料的拐角频率作为背景值,其比值曲线同样很好地反映出地震序列发展的规律。本方法可以作为对地震序列发展趋势进行较客观评估的新方法。

广西龙滩库区地震拐角频率时空差异性特征

采用2006年9月-2013年7月广西龙滩数字地震台网记录的1 284次ML≥1.0地震波形资料,利用Brune模型,通过几何扩散校正、介质衰减校正、仪器校正等将速度记录谱归算为震源位移谱方法,通过遗传算法计算拐角频率及零频极限,最后计算出地震矩、震源破裂半径等震源参数。对拐角频率特征进行了研究,结果表明：广西龙滩水库库区地震拐角频率存在明显的局部差异性,离坝首较近的坝首地震丛地震的拐角频率与地震矩关系不明显;离坝区越近,拐角频率与水位变化关系在时间上的一致性更强,负相关关系也越明显,同时拐角频率也相对较低。2010年9月18日广西天峨与贵州交界的ML4.8地震发生在拐角频率上升阶段,此前1年多拐角频率的变化较为稳定。

考虑椭圆模型M_W≥5.5地震震源参数时域计算方法

为提高时效性,地震预警系统对震源的处理一般采用“点源”假定,不考虑震源尺度、破裂方向和震源区应力降,对震源参数简化处理使得预测地震动参数分布过于粗略,特别是对破坏性大震.本文应用日本地震(M_W≥5.5)强震动数据,考虑椭圆震源模型,提出了一种适用于中、大地震矩震级、拐角频率和应力降等震源参数时域计算方法,并分析了场地效应、地震动传播衰减、震源效应和滤波频带等因素对时域方法的影响.结果表明,该方法能利用P波信息快速获取震源能量释放过程,量化随破裂传播震源谱拐角频率、应力降和破裂面积的演化过程,为地震动预测提供更多重要的震源参数.

基于拟流场法的堤坝管涌渗漏检测频率研究

拟流场法为病险水库隐患探测和汛期堤坝查险提供了必不可少的技术支撑和科学抢险决策依据,而堤坝管涌渗漏检测仪通过设置合适的频率才能提高隐患探测的准确性。通过数值计算比较了水体外电磁干扰在同一水深的衰减情况,计算了相同测量装置下不同频率的发射电流变化,以此来评估信噪比。计算结果表明,水体具有低通特性,频率越高,水体外电磁干扰衰减越快;发射电流由于电缆的感抗会随发射频率的升高而降低,发射频率超过拐角频率时,无法形成稳定的人工源。因此,在保证发射电流强度的前提下,频率越高,水体外电磁干扰影响越小,信噪比越高。在已知渗漏区域的水库开展了对比试验工作,对比了30 Hz、300Hz、1 024Hz三种频率的检测效果,结果表明,频率为1 024 Hz的检测效果最好,与数值计算结果一致。因此,在施工时频率设置尽可能接近拐角频率可有效保证检测效果。

沂沭断裂带小震震源参数特征分析

利用山东台网记录的2010-2020年沂沭断裂带范围内的地震波形资料,基于高频截止模型,以理论震源谱对观测震源谱之间的最小绝对残差值作为目标函数,使用稳健的最小二乘法估计模型参数,得到93个地震震源谱的特征参数和震源参数,对不同震源参数之间的定标关系及视应力的时空特征进行分析。研究结果表明,高频截止模型的理论震源谱对观测震源谱有较好的拟合效果,能够明显改善拐角频率识别效果,因此该模型更适用于观测震源谱;沂沭断裂带中小地震的拐角频率为2~15 Hz,与矩震级有较好的相关关系,震级越大,拐角频率越低;地震矩M_(0)与震级M_(L)在单对数坐标系下存在较好的线性关系,利用稳健函数线性拟合,可表示为logM_(0)=1.096M_(L)+9.78;地震视应力的时间分布特征表明,沂沭断裂带2012-2014年地震视应力偏高,地震强度和频次明显增加,2016年后地震视应力有所降低,地震强度和频次有所降低;沂沭断裂带地震多发生在高视应力内部和边缘地区,断裂带中南部的莒南-临沂和断裂带北段的安丘段存在明显高视应力集中区,这些区域为沂沭带未来可能发生中强地震的潜在震源区,有必要对高视应力区的地球物理特征进行监测。

岫岩5.4和5.1级地震前波谱异常特征研究

使用辽宁数字地震台网1999年11月9日至2000年1月10日记录的52次地震共360余条数字化波形事件,采用PITSA软件,对发生在岫岩5.4级地震的27个前震和5.4级地震后的5.1级地震(最大余震)前25个余震的纵、横波拐角频率比值fcp/fcs进行了研究。结果表明:在岫岩5.4级和5.1级地震前的纵波和横波拐角频率比值fcp/fcs,在2次较大地震前均出现较明显的下降异常,此异常可作为今后地震预测可能的参考与临震判断的依据。

伽师地震序列的地震波谱变化研究

利用新疆伽师震区附近的喀什、乌什、巴楚3个数字台记录到的伽师地震序列波形资料,开展地震波谱研究。首先分析了伽师6.8级地震序列各台的地震波拐角频率及其比值的时序变化特征,然后从中选出对这3个台都有较好记录的66个地震事件,进行拐角频率比时序变化特征的对比研究。结果表明,这3个台的拐角频率及其比值在伽师6.8级地震前后都出现了不同的变化趋势,尤以比值的变化更为明显,而且不同台站间的变化趋势存在较为明显的差异。最后讨论了这些差异可能存在的一些原因。

乳山震群震源谱参数的稳健反演

本文引入截止频率f_(max)提出基于Brune模型的高频截止(High-Cut)模型,采用两步反演的方法来拟合求解震源谱的特征参数,并给出其误差范围;实际应用显示该模型的理论谱对观测谱有很好的拟合,可明显改善拐角频率识别的准确度.将该方法应用于2013—2015年的乳山震群,计算了乳山震群25次M_L≥3.0事件的震源参数(地震矩、破裂半径、应力降等),进一步对乳山震群的震源破裂特性进行了讨论.结果显示:拐角频率、应力降与震源尺度大小明显相关;高频衰减系数γ与震源破裂区的复杂程度以及破裂性质有关,当观测记录中混杂有其他事件的波形或微破裂时,高频衰减系数大于2,并且不确定性增大;截止频率f_(max)与地震大小存在一定相关性;使用Beresnev(2001)给出的震源半径计算公式,得到的乳山震群的结果显示与华北地区的经验关系较为一致;乳山震群的应力降明显偏小(最大不超过0.15 MPa),一方面反映了震中区域的构造应力水平,另一方面可能还意味着此次震群是一个相对非耗散型的脆性破裂过程,属于低摩擦应力的断层作用.

汶川地震科学钻探3号井孔附近微震震源参数确定及其意义

基于微震监测仪器频带及波形记录的时频特征,我们筛选出汶川地震科学钻探3号井孔周围微震台阵2012年记录的218个t_s-t_p<1 s的微震.通过盖戈法与和达法相结合确定微震震源的几何参数,发现这些微震分布大体呈NE-SW展布,与龙门山断裂带的走向基本一致.无论是采用《地震台站观测规范》中的量规函数(量规函数GF)还是李学政等(2003)的量规函数(量规函数LXZ),近震震级均与矩震级呈现出较好的线性关系,向震级小的一端延伸时都表现为M_L<M_W,但采用李学政等的量规函数时该趋势更加明显.同时采用Brune和Boatwright震源谱衰减模型对观测震源谱的拟合表明拐角频率具有模型依赖性:基于Brune模型拟合得到的拐角频率大于基于Boatwright模型得到的拐角频率.无论基于哪一种模型,矩震级与拐角频率、破裂半径的对数线性关系均较弱,与应力降、视应力的对数则存在较好的线性关系.这些关系不支持应力降、折合能量、视应力为常数的观点,表明微震与大地震的震源物理过程存在差异.视应力与应力降成比例,比例系数小于0.5,表明破裂动力学模式符合SavageWood模式.近震震级与矩震级拟合关系Mw=a+bM_L中b的大小与应力降和地震矩的关系有关,△σ∝M_0~γ,则b=1/(1+γ),因此从b的大小可以粗略地判断应力降与地震矩的关系.本文对应于γ≈1的情况,与基于量规函数LXZ得到的近震震级与矩震级关系中系数b=0.53吻合,这说明仅从辐射能量的角度考虑量规函数LXZ较量规函数GF准确.