劉 寧

(中國(guó)地震局地球物理研究所,北京 100081)

利用地震波形資料,通過(guò)反演技術(shù)研究大地震震源的破裂過(guò)程是定量認(rèn)識(shí)震源運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的最有效的途徑。因此,地震破裂過(guò)程的數(shù)字波形反演和成像成為近年來(lái)地震學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)問(wèn)題?？焖俣_地從地震記錄波形中獲取震源運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù),以便從整體到細(xì)節(jié)上更加全面地描述地震破裂的復(fù)雜性,成為此類(lèi)研究的努力方向。

反向投影方法是利用直達(dá)壓縮體波來(lái)反演地震破裂過(guò)程的重要方法,其基本原理是將與地震記錄相關(guān)的輻射能量值投影到震源區(qū)不同網(wǎng)格點(diǎn)和不同時(shí)間上。地震臺(tái)陣中臺(tái)站的幾何分布、臺(tái)陣中臺(tái)站的數(shù)目、臺(tái)站孔徑以及地震檢波器一致性對(duì)該方法具有一定的約束作用。針對(duì)這些約束,本論文在方法上將線性疊加優(yōu)化到二次方疊加,且引入地震波形相似性的權(quán)重因子,同時(shí)運(yùn)用多個(gè)臺(tái)陣組合的方式追蹤大地震的破裂過(guò)程。結(jié)果表明,這些改進(jìn)在一定程度上提高了反向投影方法的空間分辨率和定位的準(zhǔn)確性。

首先,本論文第2章主要回顧大地震有限破裂過(guò)程反演方法和確定中小地震震源機(jī)制及其破裂面方法。第3章主要介紹了基于直達(dá)壓縮體波的反向投影方法的原理。

其次,本論文第4章從單個(gè)臺(tái)陣出發(fā),運(yùn)用改進(jìn)的反向投影方法對(duì)美國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中寬頻帶臺(tái)站記錄到的遠(yuǎn)震P波輻射能量來(lái)解析2010年2月27日智利 M8.8級(jí)強(qiáng)震,得到智利M8.8級(jí)強(qiáng)震破裂過(guò)程是一次不均勻的雙向破裂過(guò)程,整個(gè)破裂過(guò)程持續(xù)了近150 s,破裂尺度跨越震中南端80 km,北北東向上近200 km。

然后,本論文第5章從單個(gè)臺(tái)陣反演發(fā)展到多個(gè)臺(tái)陣聯(lián)合反演,目的是為了克服利用單個(gè)日本 Hi-Net接收臺(tái)陣反演2008年5月12日汶川MS8.0地震破裂過(guò)程中,出現(xiàn)的累積輻射能量分布區(qū)域與其余震分布和高烈度區(qū)的角度偏差問(wèn)題。通過(guò)研究表明,多個(gè)臺(tái)陣聯(lián)合改善了其方法對(duì)汶川地震破裂過(guò)程解析的分辨率,汶川主震破裂持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)100 s,破裂長(zhǎng)度250 km;震源區(qū)累積能量圖和擬合破裂速度都呈現(xiàn)出明顯的分段性質(zhì);其中,最大的能量輻射區(qū)分布在龍門(mén)山斷裂帶的南段,即北川—映秀斷裂、灌縣—江油斷裂帶和茂縣—汶川斷裂。而且論文引入臺(tái)陣響應(yīng)函數(shù),探討不同方位角、不同臺(tái)陣孔徑、不同臺(tái)站間距是如何制約反向投影方法的解析精度。同時(shí)結(jié)合理論地震圖計(jì)算的頻率-波束(F-K)方法,驗(yàn)證了反向投影方法的有效性。同時(shí),本論文第6章通過(guò)多個(gè)臺(tái)陣聯(lián)合反演2004年至2010年期間發(fā)生在印尼—蘇門(mén)答臘地區(qū)3次8級(jí)以上強(qiáng)震和2次 M7.7級(jí)地震破裂過(guò)程,結(jié)合余震分布,得到該區(qū)域5次強(qiáng)震的主要破裂區(qū)。

總而言之,當(dāng)突發(fā)性大地震發(fā)生時(shí),反向投影方法在理論簡(jiǎn)單,計(jì)算快捷的基礎(chǔ)上,能在較短的時(shí)間內(nèi)提交有關(guān)破裂過(guò)程的總體特征,對(duì)了解和認(rèn)識(shí)大地震震源的復(fù)雜性和防震減災(zāi)都具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

大地震破裂過(guò)程;有限斷層方法;反向投影方法;二次方疊加;臺(tái)陣傳遞響應(yīng)函數(shù)