利用直达P波研究大地震破裂过程

刘 宁

(中国地震局地球物理研究所,北京 100081)

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。

反向投影方法是利用直达压缩体波来反演地震破裂过程的重要方法,其基本原理是将与地震记录相关的辐射能量值投影到震源区不同网格点和不同时间上。地震台阵中台站的几何分布、台阵中台站的数目、台站孔径以及地震检波器一致性对该方法具有一定的约束作用。针对这些约束,本论文在方法上将线性叠加优化到二次方叠加,且引入地震波形相似性的权重因子,同时运用多个台阵组合的方式追踪大地震的破裂过程。结果表明,这些改进在一定程度上提高了反向投影方法的空间分辨率和定位的准确性。

首先,本论文第2章主要回顾大地震有限破裂过程反演方法和确定中小地震震源机制及其破裂面方法。第3章主要介绍了基于直达压缩体波的反向投影方法的原理。

其次,本论文第4章从单个台阵出发,运用改进的反向投影方法对美国地震台网中宽频带台站记录到的远震P波辐射能量来解析2010年2月27日智利 M8.8级强震,得到智利M8.8级强震破裂过程是一次不均匀的双向破裂过程,整个破裂过程持续了近150 s,破裂尺度跨越震中南端80 km,北北东向上近200 km。

然后,本论文第5章从单个台阵反演发展到多个台阵联合反演,目的是为了克服利用单个日本 Hi-Net接收台阵反演2008年5月12日汶川MS8.0地震破裂过程中,出现的累积辐射能量分布区域与其余震分布和高烈度区的角度偏差问题。通过研究表明,多个台阵联合改善了其方法对汶川地震破裂过程解析的分辨率,汶川主震破裂持续时间长达100 s,破裂长度250 km;震源区累积能量图和拟合破裂速度都呈现出明显的分段性质;其中,最大的能量辐射区分布在龙门山断裂带的南段,即北川—映秀断裂、灌县—江油断裂带和茂县—汶川断裂。而且论文引入台阵响应函数,探讨不同方位角、不同台阵孔径、不同台站间距是如何制约反向投影方法的解析精度。同时结合理论地震图计算的频率-波束(F-K)方法,验证了反向投影方法的有效性。同时,本论文第6章通过多个台阵联合反演2004年至2010年期间发生在印尼—苏门答腊地区3次8级以上强震和2次 M7.7级地震破裂过程,结合余震分布,得到该区域5次强震的主要破裂区。

总而言之,当突发性大地震发生时,反向投影方法在理论简单,计算快捷的基础上,能在较短的时间内提交有关破裂过程的总体特征,对了解和认识大地震震源的复杂性和防震减灾都具有重要的理论意义和现实指导意义。

大地震破裂过程;有限断层方法;反向投影方法;二次方叠加;台阵传递响应函数