利用數(shù)字波形資料研究區(qū)域中小地震震源機制

鄭建常

1）中國地震局地球物理研究所，北京100081

2）山東省地震局，濟(jì)南250014

利用數(shù)字波形資料研究區(qū)域中小地震震源機制

鄭建常1，2）

1）中國地震局地球物理研究所，北京100081

2）山東省地震局，濟(jì)南250014

應(yīng)用矩張量概念對震源物理的研究是當(dāng)代地震學(xué)的一個重要的前沿課題。近20年來，隨著寬頻帶數(shù)字地震儀的廣泛應(yīng)用，地震波形記錄的質(zhì)量明顯提高，極大地推動了對震源物理過程研究的進(jìn)展。對于區(qū)域性中、小地震，由于區(qū)域性地震的波形記錄包含了有關(guān)震源和區(qū)域地殼的豐富的信息，利用波形資料研究區(qū)域性中、小地震的震源機制，其結(jié)果有助于了解震源區(qū)和區(qū)域性應(yīng)力狀態(tài)以及斷層的構(gòu)造特性，是理解地震孕育過程的重要途徑。近年來，隨著計算合成理論地震圖的理論和方法的進(jìn)步，使用矩張量反演方法確定中小地震的點源機制解以及有限破裂參數(shù)等研究領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展。本論文在前人研究的基礎(chǔ)上，發(fā)展了兩種針對區(qū)域中、小地震震源參數(shù)反演的求解方法，通過數(shù)值試驗討論了震源機制反演結(jié)果的穩(wěn)定性，并結(jié)合實際地震觀測資料進(jìn)行了檢驗。

本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：

作者首先引入了雙力偶震源機制的最小空間旋轉(zhuǎn)角，即Kagan角，來衡量稀疏臺網(wǎng)反演區(qū)域偏量矩張量解的穩(wěn)定性。

論文基于Langston（1981）的剪切位錯源的位移表示理論，在C J Ammon的方法基礎(chǔ)上發(fā)展了區(qū)域純偏矩張量的反演方法，使用基于Hilbert變換的波形包絡(luò)函數(shù)作為增強約束，采用迭代方法計算最佳時間平移，利用共軛梯度法和粒子群算法（PSO，Particle Swarm Optimization algorithm）在時間域內(nèi)進(jìn)行全波形偏矩張量的反演。通過不同水平的噪聲干擾、震相到時誤差、定位誤差以及不同速度結(jié)構(gòu)模型和臺站布局情況下的檢驗和測試，表明本文給出的方法有較好的穩(wěn)健性和可靠性。使用該方法對2010年10月24日河南周口太康M 4.7地震的震源機制進(jìn)行了反演計算，得到的結(jié)果與用初動符號求得的斷層面解比較一致。

論文另外對Jiri Zahradník（2001）的ASPO（Amplitude Spectrum and Polarities，振幅譜與初動符號）方法進(jìn)行了改進(jìn)，在約束震源為純雙力偶模型的情況下，通過理論譜與觀測譜的相關(guān)擬合搜尋斷層面參數(shù)。作者使用粒子群算法進(jìn)行震源機制解的非線性優(yōu)化搜索，為了避免反演過程收斂到局部極小值，作者對算法進(jìn)行了修改，采用斷層的走向、傾角、滑動角的10°×10°×10°步長，對震源機制參數(shù)的解空間進(jìn)行網(wǎng)格搜索得到的結(jié)果作為初始解，這樣就保證了搜索過程可以穩(wěn)定地收斂到全局最優(yōu)解。數(shù)值試驗表明，使用該算法進(jìn)行搜索，可以在較短的時間內(nèi)得到相對穩(wěn)定可靠的結(jié)果。使用該方法對2010年5月17日渤海ML4.0地震的震源機制進(jìn)行了檢驗計算，計算結(jié)果顯示，此次地震的最佳深度為9 km，標(biāo)量地震矩M0＝3.049×1014Nm，相當(dāng)于矩震級MW3.7；不同頻段的反演結(jié)果相對穩(wěn)定，反演結(jié)果的合成波形與觀測波形擬合程度較好，震源機制與P波初動解較為一致。此外，研究還表明，在反演過程中增加相對高頻的成分，可以提高深度的分辨能力，但受一維速度結(jié)構(gòu)模型的限制，可能會減弱合成波形的擬合程度。最后，使用該方法對山東半島及近海地區(qū)2003—2010年14次ML≥4.0地震的震源機制進(jìn)行了估計，給出了最佳的雙力偶震源機制解。

論文最后以博山震群事件為例，探討了區(qū)域小震矩張量解中非雙力偶機制的可能來源及其物理成因。

矩張量反演；頻率域；震源機制；粒子群優(yōu)化；振幅譜；全波

（作者電子信箱，鄭建常：zjcmail＠yeah.net）

P315.3＋3；

A；

10.3969/j.issn.0235-4975.2012.01.017