学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

利用1-Hz GPS数据反演日本东北大地震和汶川地震的震源破裂过程

作　者: 王振
导　师: 孟国杰
学　校: 中国地震局地震预测研究所
专　业: 固体地球物理
关键词: Yoshida（1996）反演方法频率波数法震源破裂过程日本东北大地震汶川地震
分类号: P315.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 18次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

利用地震波形资料对地震震源性质的研究，已有几十年的发展历程，从利用震级相对定量的描述地震大小，到地震矩张量的反演，再到地震震源破裂过程的反演。地震震源破裂过程的研究是震源物理的核心研究内容，不仅有助于认识地震的运动学特征，了解地震在地表的震动过程及其造成的破坏，而且对防灾减灾有重要的现实意义。随着GPS定位技术的发展，特别是Larson等（2003）证实了1-Hz GPS拥有足够的精度观测到地震引起的地表动态形变，在震源破裂过程反演研究中GPS数据不仅可作为地震数据的补充，而且1-Hz GPS波形数据可用于独立反演震源破裂过程。虽然1-Hz GPS波形数据用于震源破裂过程的研究较少，但对于震源破裂过程的研究，1-Hz GPS波形数据具有空间分辨率高、对位移变化更敏感、幅值不会出现饱和等特点，而且使震源破裂过程研究的数据类型更加丰富。本文将利用Yoshida et al.（1996）提出的反演方法，运用Zhu and Rivera（2002）提出的频率波数法计算格林函数，研究2011年日本东北大地震和2008年汶川地震的震源破裂过程，对于日本东北大地震使用1-Hz GPS波形数据独立反演，对于汶川地震使用1-Hz GPS波形数据和强震数据联合反演。本论文第一章介绍了论文的研究意义，回顾了震源破裂过程反演研究的发展历程，以及GPS数据应用于震源破裂过程反演研究的发展历程，最后从以下四个方面：先验信息的假定、数据权重的确定、算法的发展与优化和反演结果的可靠性检验，简要说明了震源破裂过程反演可能存在的一些问题。第二章详细介绍了Yoshida et al.（1996）提出的反演方法的原理、反演计算流程，并推导了Zhu and Rivera（2002）的频率波数法的计算公式。第三章中以位错不反向为约束条件，先验性地给出主滑方向，从而给定滑动分布矢量的变化范围，以平滑的滑动分布作为约束条件，用时间和空间上的离散拉普拉斯给出约束，以约束方程的形式参与反演。选取Wu et al.（2008）给出的一维层状速度结构模型，计算包含静态分量和动态分量的格林函数。根据平面断层模型进行反演计算，该模型的几何参数是参考已有文献中给出的断层模型、考虑震后24小时内的余震分布，以及太平洋板块的倾向和走向（Hasegawa et al.,1994）给出。使用日本列岛上观测到的三分量1-Hz GPS观测波形资料，利用Akaike’s Bayesian Information Criterion（ABIC）（Akaike,1980）选取最佳模型参数，用Yoshida et al.（1996）提出的反演方法反演得到2011年日本东北大地震（Mw9.0）的地震震源破裂过程。反演计算结果显示，断层面上在接近海沟处到达最大滑动量约70m，较大滑动量主要分布在浅于震中30km处以及海沟处，得到的断层滑动模型的地震矩为3.8×1022Nm。反演得到破裂最为集中的地区也是余震最少的区域，在此次地震中造成人员伤亡和财产损失最大的是海啸灾害，而且海啸数据的独立反演结果显示集中于海沟的滑动分布，这些都支持破裂集中于浅源的滑动分布特征。反演得到的10s破裂快照图，反映了地震震源的破裂过程，说明了破裂在断层面上变化的时间和空间特性，整个破裂过程至少持续120s，依次分为发震开始（0-60s）、主要发震阶段（60-100s）和破裂迅速减小（100-120s）等三个阶段：0-60s是破裂开始阶段，从地震发震时刻开始破裂从震中向周围缓慢传播，并在这个阶段破裂传播至海沟，在震中东北30km处形成一个较小的破裂区；60-100s是主要破裂阶段，也是能量主要的释放阶段，破裂迅速增加，破裂集中在震中附近及以上区域，并在震中以上30km处，以及断层南北段的海沟处分别形成了3个较大的位错区；在100-120s破裂急剧减小，并向断层的南半段传播，在此阶段结束时达到断层的最南端，在这个阶段中破裂主要集中在震中以南的断层面上。最后主要讨论了平滑因子、断层模型、破裂速度、震源时间函数的选择及其对反演结果的影响，说明了反演结果相对于这些影响因素的稳定性，并简要分析了不同震中距台站反演结果的不同。第四章中，尝试利用1-Hz GPS波形数据和强震记录联合反演汶川地震的滑移分布，显示在震中以北的映秀-北川段出现集中破裂，且最大滑移量约为14m，在北断层上并未出现明显破裂。一方面由于1-Hz GPS只有8个台站且时间窗长度为50s左右，并考虑到地震波传播时间，所以可用的时间窗长度只有30s左右，作为补充的数据的强震台站也只有7个台站；另一方面由于汶川发生在构造复杂的龙门山断裂带上，断层构造复杂，1-Hz GPS波形数据和强震记录都是近场数据，对于断层模型的选择很敏感，断层模型的精确选择对于反演结果影响很大，这两方面的因素造成反演结果的偏差较大。

全文目录

硕士学位论文摘要格式  3-5
摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-22
  1.1 研究意义  12-13
  1.2 地震震源破裂过程研究  13-15
  1.3 GPS 数据在震源破裂过程研究中的进展  15-17
    1.3.1 GPS 数据作为静态约束的联合反演  15-16
    1.3.2 GPS 数据作为波形数据的联合反演  16-17
    1.3.3 GPS 数据独立反演  17
  1.4 破裂过程反演研究存在的问题  17-20
    1.4.1 先验信息的假定  17-18
    1.4.2 数据权重的确定  18-19
    1.4.3 算法的发展与优化  19-20
    1.4.4 反演结果的可靠性检验  20
  1.5 本文的研究内容  20-22
第二章 Yoshida（1996）反演方法和频率波数法  22-38
  2.1 Yoshida（1996）反演方法  22-32
    2.1.1 观测方程  23-25
    2.1.2 约束条件  25-27
    2.1.3 ABIC  27-29
    2.1.4 反演程序流程  29-32
  2.2 频率波数法  32-38
    2.2.1 均匀介质中自由震源激发的位移-应力  32-34
    2.2.2 层状半无限空间中嵌入点源产生的地表位移  34-38
第三章利用 Yoshida（1996）反演方法计算日本东北大地震  38-58
  3.1 引言  38-39
  3.2 1-Hz GPS 波形数据  39-43
  3.3 断层模型和反演  43-46
  3.4 参数选择  46-52
    3.4.1 平滑因子  46-47
    3.4.2 破裂速度  47-48
    3.4.3 震源时间函数  48-49
    3.4.4 不同震中距的台站组合  49-52
    3.4.5 断层模型  52
  3.5 反演结果与讨论  52-56
  3.6 结论  56-58
第四章汶川地震  58-65
  4.1 引言  58-59
  4.2 数据  59-60
  4.3 断层模型和反演  60-61
  4.4 反演结果与讨论  61-65
第五章总结与展望  65-67
  5.1 总结  65-66
  5.2 下一步的研究工作  66-67
参考文献  67-73
致谢  73-74
附录43 个台站的观测波形与拟合波形的对比图  74-80
作者简历、在学期间研究成果及发表文章  80

利用1-Hz GPS数据反演日本东北大地震和汶川地震的震源破裂过程

内容摘要

全文目录

相似论文