一种确定震源中心的方法:逆时成像技术(一)——原理与数值实验

研究地震断层的精细结构需要对地震活动精确定位,然而,盖戈类标准定位方法已经不能胜任.现今计算机技术的发展使我们能够直接面对地震定位这个非线性问题,所以,我们提出一种称为逆时成像技术的确定地震震源中心的非线性方法.首先,从位移表示定理出发,阐述了逆时成像技术的原理;然后,通过多组数值实验,论证了这种技术的可行性.由于直接采用直达波信号构建包络信号,进而采用互相关技术测量观测到时,因此,观测到时的准确性和客观性得到了提升;由于采用波形聚束方法直接建立观测到时和震源位置的非线性关系,因此,绕开了盖戈类方法的线性化过程,从而杜绝了非线性问题线性化过程造成的误差;由于采用波形聚束方法而不是经典的最小二乘法求解,所以,克服了最小二乘解对于少数或者个别"出格数据(outlier)"敏感的缺点;由于采用非均匀网格搜索的方法确定非线性系统的解,所以,可以利用解集的特征半径描述解的分辨率,进而利用观测到时的标准差和分辨率来描述解的不确定性,避免了以观测误差为正态分布的假设为前提的统计方法,克服了这类方法常常给出脱离实际意义的结果的不足.然而,由于采用网格搜索方法求解非线性方程,所以,与盖戈类方法相比,计算效率相对较低.例如:这里的每次定位过程在普通的个人计算机上需要大约30s.不过,用时间换取精度也是惯常的选择.

一种确定震源中心的方法:逆时成像技术(二)——基于人工地震的检验

人工地震的激发时间和震源位置是已知的,因此,用人工地震观测资料检验地震定位技术是十分有效的技术途径.为了检验逆时成像技术的实用性,我们收集了10次人工地震的观测资料,5次气枪和5次化学爆破.气枪记录台网的孔径20km左右,而化学爆破记录台网的孔径200km左右.首先,通过测定值与真实值的比较,从已有速度模型中筛选出两种较好的模型,然后,利用筛选出的两种模型分别对10次事件定位,并通过测定值与真实值的比较以及测定值的不确定性分析挑选出最佳模型,与此同时确定出最佳定位结果.结果表明,在现有最佳速度模型情况下,气枪与化学爆炸的震中偏差均在500m左右;气枪震源深度的偏差在100m左右,而化学爆破震源深度的偏差在200m左右;化学爆破的激发时间的偏差在0.06s左右,而气枪的激发时间的偏差较大,约在0.4s左右,这可能是由于局部水域的较低波速所致.由此可见,利用逆时成像技术能够在合理的准度和精度水平上确定发震时刻和震源位置,甚至包括震源深度.

2015年11月23日祁连5.2级地震发震构造初步研究

基于喜马拉雅地震科学台阵和青海区域数字地震台网的资料,采用广义极性振幅技术反演了2015年11月23日祁连5.2级地震的震源机制;利用逆时成像技术重新定位了祁连5.2级地震及64次ML1.0以上余震的震源位置。基于上述研究,综合分析祁连5.2级地震的震源位置和震源机制以及64次ML1.0以上的余震空间分布特征,结合托莱山断裂构造性质探讨了发震构造。结果显示,祁连5.2级地震的发震时刻为北京时间2015年11月23日5时2分38.9秒,震中位置位于(37.95°N,100.46°E),震源深度为12.4km。祁连5.2级地震的震源机制为节面Ⅰ的走向108°/倾角44°/滑动角40°,节面Ⅱ的走向347°/倾角63°/滑动角126°。节面Ⅰ与托莱山断裂左旋走滑兼具逆冲的性质相同,也与余震勾勒出的断层面倾向SW,倾角约48°的产状相同,因此节面Ⅰ为发震断层面。结合震源机制结果和托莱山断裂的构造性质,推测主震的发震构造为一条北西西向的断层,倾向SW,倾角在深部较缓而在浅部可能较陡。由于托莱山断裂带次级断裂发育、产状复杂、缺乏准确位置,因此无法通过定位结果来判断发震构造为托莱山主断裂还是其次级断裂。

2007年9月苏门答腊岛近海三次大地震能量辐射源时空特征

2007年9月12～13日在苏门答腊西海域发生了3次震级分别为MW8.4,MW7.9和MW7.0的强烈地震.用全球范围内震中距在30°～90°的宽频带数字地震台的资料,借助于逆时成像技术,重新确定了这三次地震的震中位置和震源深度.利用北京首都圈数字地震台网33个宽频带数字地震台构成的"广义"台阵,借助于非平面波台阵技术,构建了这三次地震能量辐射源的时空变化图像,获得了它们的破裂持续时间、破裂尺度以及破裂速度,讨论了3次地震能量辐射源的相互关系。