论文摘要
大地震造成的地壳破裂过程,是地球内部长时间积累的能量超过地下介质的承受强度时,断层面开始滑动,在反复地行进和停止的同时,破裂在地壳内产生。在破裂的整个过程中,激发的地震波能够反映出破裂的尺度、强度和方向等破裂特征,所以在地面进行地震波观测,便可以得到有关地震破裂过程的信息。目前,宽频带、大动态范围和数字化的地震仪器遍布全球,提供的地震观测资料无论是在数量上还是在质量上均达到了新的水平,随着计算技术的突飞猛进,震源理论研究和反演方法的不断深入,大大地促进了大地震破裂过程研究的发展。本文的研究目的是引进并发展一种新的反演方法恢复大地震破裂过程,即采用反向投影法,利用直达压缩波直接对大地震的破裂过程成像。这种简单而快捷的方法仅仅基于观测到的直达压缩波的信息,不仅排除了震源几何参数的干扰,而且也不需要计算震源时间函数和理论地震图,就能够在大地震发生后极短的时间内快速精确地确定大地震的破裂特征,对于震后进行科学的应急救灾和地震可能触发的海啸预警具有重要的指导意义。本论文主要立足于中国数字地震台网和全球数字地震台网的资料,以2004年12月26日苏门达腊-安达曼地震Mw9.3级地震和2001年11月14日昆仑山Ms8.1级地震为例,开展地震破裂过程的研究。2004年12月26日苏门达腊-安达曼地震Mw9.3级地震,作为40多年来全球最大的地震,引发了有历史记载以来破坏力最大的海啸,造成了约30万人死亡,这个总数超过了有史以来历次海啸灾难中死亡人数的总和。因此,在大地震发生后快速地获取地震的破裂过程,成为亟待解决的问题。本文通过对中国国家数字地震台网记录到的直达压缩波,采用反向投影法,并且通过对方法的改进,克服了中国国家台网稀疏的台站分布带来的影响,得到的地震破裂过程与全球和区域地震台网及大地测量得到的结果较为一致,即这次地震起始于苏门达腊西北海岸并以2.7±0.2km/s的破裂速度向北北西方向单侧破裂,破裂持续时间达420s或更长,破裂沿着安达曼海槽延伸1200～1300km,并且出现两次强能量脉冲。这些结果充分地展示了中国国家数字地震台网作为全球区域台网之一在地震破裂过程分析和预警中的重要应用价值。鉴于苏门达腊-安达曼地震发生在海底,我们只能将反演结果同大地测量结果作比较分析,缺乏直观的地表破裂特征来验证。所以,本文进一步对形成迄今为止最壮观、最完整的地表破裂带的2001年11月14日昆仑山Ms8.1地震破裂过程直接成像,并结合野外地质考察和GPS、遥感等技术得到的结果共同探讨这次地震的破裂特征。对于昆仑山地震,通过首都圈区域台网单独反演、首都圈区域台网和中国国家数字地震台网的联合反演,以及全球数字地震台网的反演得到的结果虽存在着一定的差异,但在昆仑山地震破裂长度上所给出的至少超过400km的破裂长度与野外地质考察等结果是相符的,且证实了这次地震是以超剪切波速度造成了地表长达400多公里的地表破裂。关于具体的破裂长度和破裂速度数值上的差异,可能是由于昆仑山地震震源的复杂性、上地幔间断面造成的初始震相复杂、以及所使用的地震台网分布和覆盖不同致使地震射线传播路径的差异所引起的。因此,有必要开展进一步的研究工作得到昆仑山地震的真实破裂特征。大地震破裂导致的全球性波动给我们提供了极其难得的了解我们赖以生存的地球的大量资料。基于这些宝贵的资料,本文通过研究两次大地震的破裂过程,充分地论证了改进的以地震波形相似性为权重的叠加方法对直接进行大地震的破裂成像是可行而且有效的,从而为震后进行科学的应急救灾和地震可能触发的海啸预警提供科学的参考意义。本研究亦展示了进一步改进方法,以发展利用区域地震台网所记录的直达压缩波来进行地震破裂过程三维反演的必要性。
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