利用數字波形資料研究區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，濟南250014

利用數字波形資料研究區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，濟南250014

應用矩張量概念對震源物理的研究是當代地震學的一個重要的前沿課題。近20年來，隨著寬頻帶數字地震儀的廣泛應用，地震波形記錄的質量明顯提高，極大地推動了對震源物理過程研究的進展。對于區域性中、小地震，由于區域性地震的波形記錄包含了有關震源和區域地殼的豐富的信息，利用波形資料研究區域性中、小地震的震源機制，其結果有助于了解震源區和區域性應力狀態以及斷層的構造特性，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等研究領域取得了顯著進展。本論文在前人研究的基礎上，發展了兩種針對區域中、小地震震源參數反演的求解方法，通過數值試驗討論了震源機制反演結果的穩定性，并結合實際地震觀測資料進行了檢驗。

本文的主要研究內容及結論如下：

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

論文基于Langston（1981）的剪切位錯源的位移表示理論，在C J Ammon的方法基礎上發展了區域純偏矩張量的反演方法，使用基于Hilbert變換的波形包絡函數作為增強約束，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）在時間域內進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構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地震的震源機制進行了反演計算，得到的結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）方法進行了改進，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擬合搜尋斷層面參數。作者使用粒子群算法進行震源機制解的非線性優化搜索，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，對震源機制參數的解空間進行網格搜索得到的結果作為初始解，這樣就保證了搜索過程可以穩定地收斂到全局最優解。數值試驗表明，使用該算法進行搜索，可以在較短的時間內得到相對穩定可靠的結果。使用該方法對2010年5月17日渤海ML4.0地震的震源機制進行了檢驗計算，計算結果顯示，此次地震的最佳深度為9 km，標量地震矩M0＝3.049×1014Nm，相當于矩震級MW3.7；不同頻段的反演結果相對穩定，反演結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，但受一維速度結構模型的限制，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2003—2010年14次ML≥4.0地震的震源機制進行了估計，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