地震震源研究是地震學的主要研究內容之一。利用觀測到的波形數據進行反演是得到地震震源特性的主要手段。隨著對地震震源認識的不斷深入，點源已經不能很好的解釋很多現象，特別是對較大的地震。為了更好的認識和了解地震發生時斷層面上破裂隨時間和空間變化情況，有限斷層震源運動學反演就成為定量認識震源運動學特徵的最有效手段。震源運動學反演的發展對震源動力學和防震抗震都有重要的理論和現實意義。因此，從地震記錄中獲得足夠多的信息以便全面描述震源破裂的複雜性成為此類研究的努力方向。但是，隨著反演參數的增加，會導致震源運動學反演問題的複雜性和非唯一性增加。此外，由於地下結...>> 詳細
基本介紹
- 中文名：震源運動學反演中參數影響研究
- 科目：地震學
- 主要手段：觀測到的波形數據進行反演
- 方法：運動學反演，多時窗方法
內容簡介
地震震源研究是地震學的主要研究內容之一。利用觀測到的波形數據進行反演是得到地震震源特性的主要手段。隨著對地震震源認識的不斷深入，點源已經不能很好的解釋很多現象，特別是對較大的地震。為了更好的認識和了解地震發生時斷層面上破裂隨時間和空間變化情況，有限斷層震源運動學反演就成為定量認識震源運動學特徵的最有效手段。震源運動學反演的發展對震源動力學和防震抗震都有重要的理論和現實意義。因此，從地震記錄中獲得足夠多的信息以便全面描述震源破裂的複雜性成為此類研究的努力方向。但是，隨著反演參數的增加，會導致震源運動學反演問題的複雜性和非唯一性增加。此外，由於地下結構的複雜性，觀測資料的非均勻性，導致即使對同一地震，不同研究者的反演結果差異也很大。為了研究各種因素對震源運動學反演的影響，利用數值實驗，儘可能在僅考慮單一因素的情況下，詳細探討這些因素如何影響反演結果，並試圖總結規律為今後的震源運動學反演的參數選取提供依據。
本文首先從表示定理出發，震源運動學反演中使用的基本方程，並簡單介紹了線性和非線性反演方法的基本流程。在震源運動學反演中，計算格林函式是反演過程中的重要環節，而且也是耗時最多的部分。通過研究發現，計算格林函式的過程能夠很好的滿足並行計算的條件。為了提高計算效率充分利用計算資源，在傳統離散波數法的基礎上，提出了基於離散波數法並行計算格林函式的算法。
參考2010年海地地震，建立了一個震源模型。然後在這個模型的基礎上，利用數值計算，探討了在多時窗反演中各種因素是如何影響反演結果的。反演時，子斷層大小不能小於S波波長的一半，而為了保證格林函式計算的準確性，每個子斷層上的格林函式應該是由在該子斷層內均勻分布的點源延時疊加而成。時間窗數目過多會增加反演問題的非唯一性，減小係數矩陣的秩。如果單一時間窗能夠較好的近似滑動速率函式，則儘可能使用單時窗。此外，多時窗對破裂速度的微調作用，受到子斷層到震中的距離和時間窗半寬度的影響，只有距離適中時才合理。較小的時間窗半寬度對較近的子斷層合適而較遠的子斷層時間窗半寬度應該取的大一些。總的來說增加約束條件能夠提高係數矩陣的秩，減小反演問題的非唯一性。隨著時間光滑約束的權重係數增加，模型擬合參數變大；當空間光滑約束的權重係數在0.5左右時，模型擬合參數到達最大，隨著權重係數增加或減小，模型擬合參數減小；模型擬合參數隨地震矩最小約束的權重係數的變化情況和隨時間光滑約束的情況類似。波形擬合參數受權重係數的影響很小，而且和模型擬合參數的變化趨勢不一致。因此，不能僅使用波形擬合參數作為評價權重係數好壞的標準。在反演選取台站時，應儘可能的保證所選台站對斷層的方位角覆蓋，方位角覆蓋程度越高，反演結果越好。此外，從從眾多數值算例中發現，在有噪聲的情況下，即使能很好的恢復真實模型的最終滑動量和破裂前鋒的分布，但是滑動速率的形狀的恢復程度不高。這說明時間域的數據不能提供足夠的信息。
為了解決傳統多時窗方法由於固定時間窗寬度引起的破裂速度誤差問題，對傳統多時窗方法做了如下調整，在保證各子斷層總的上升時間不變的情況下，假定時間窗的半寬度及時間窗數目和子斷層到震中距離R成反比。這樣修改後，使得反演結果對真實模型的恢複比傳統方法有所提高，特別是破裂時間的恢復有了很大提高。
最後將修正過的多時窗方法用於對2010年Haiti地震的震源破裂過程研究。
關鍵字：運動學反演，多時窗方法，海地地震
本文首先從表示定理出發，震源運動學反演中使用的基本方程，並簡單介紹了線性和非線性反演方法的基本流程。在震源運動學反演中，計算格林函式是反演過程中的重要環節，而且也是耗時最多的部分。通過研究發現，計算格林函式的過程能夠很好的滿足並行計算的條件。為了提高計算效率充分利用計算資源，在傳統離散波數法的基礎上，提出了基於離散波數法並行計算格林函式的算法。
參考2010年海地地震，建立了一個震源模型。然後在這個模型的基礎上，利用數值計算，探討了在多時窗反演中各種因素是如何影響反演結果的。反演時，子斷層大小不能小於S波波長的一半，而為了保證格林函式計算的準確性，每個子斷層上的格林函式應該是由在該子斷層內均勻分布的點源延時疊加而成。時間窗數目過多會增加反演問題的非唯一性，減小係數矩陣的秩。如果單一時間窗能夠較好的近似滑動速率函式，則儘可能使用單時窗。此外，多時窗對破裂速度的微調作用，受到子斷層到震中的距離和時間窗半寬度的影響，只有距離適中時才合理。較小的時間窗半寬度對較近的子斷層合適而較遠的子斷層時間窗半寬度應該取的大一些。總的來說增加約束條件能夠提高係數矩陣的秩，減小反演問題的非唯一性。隨著時間光滑約束的權重係數增加，模型擬合參數變大；當空間光滑約束的權重係數在0.5左右時，模型擬合參數到達最大，隨著權重係數增加或減小，模型擬合參數減小；模型擬合參數隨地震矩最小約束的權重係數的變化情況和隨時間光滑約束的情況類似。波形擬合參數受權重係數的影響很小，而且和模型擬合參數的變化趨勢不一致。因此，不能僅使用波形擬合參數作為評價權重係數好壞的標準。在反演選取台站時，應儘可能的保證所選台站對斷層的方位角覆蓋，方位角覆蓋程度越高，反演結果越好。此外，從從眾多數值算例中發現，在有噪聲的情況下，即使能很好的恢復真實模型的最終滑動量和破裂前鋒的分布，但是滑動速率的形狀的恢復程度不高。這說明時間域的數據不能提供足夠的信息。
為了解決傳統多時窗方法由於固定時間窗寬度引起的破裂速度誤差問題，對傳統多時窗方法做了如下調整，在保證各子斷層總的上升時間不變的情況下，假定時間窗的半寬度及時間窗數目和子斷層到震中距離R成反比。這樣修改後，使得反演結果對真實模型的恢複比傳統方法有所提高，特別是破裂時間的恢復有了很大提高。
最後將修正過的多時窗方法用於對2010年Haiti地震的震源破裂過程研究。
關鍵字：運動學反演，多時窗方法，海地地震
