震源运动学反演中参数影响研究

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地震震源研究是地震学的主要研究内容之一。利用观测到的波形数据进行反演是得到地震震源特性的主要手段。随着对地震震源认识的不断深入,点源已经不能很好的解释很多现象,特别是对较大的地震。为了更好的认识和了解地震发生时断层面上破裂随时间和空间变化情况,有限断层震源运动学反演就成为定量认识震源运动学特征的最有效手段。震源运动学反演的发展对震源动力学和防震抗震都有重要的理论和现实意义。因此,从地震记录中获得足够多的信息以便全面描述震源破裂的复杂性成为此类研究的努力方向。但是,随着反演参数的增加,会导致震源运动学反演问题的复杂性和非唯一性增加。此外,由于地下结构的复杂性,观测资料的非均匀性,导致即使对同一地震,不同研究者的反演结果差异也很大。为了研究各种因素对震源运动学反演的影响,利用数值实验,尽可能在仅考虑单一因素的情况下,详细探讨这些因素如何影响反演结果,并试图总结规律为今后的震源运动学反演的参数选取提供依据。  本文首先从表示定理出发,震源运动学反演中使用的基本方程,并简单介绍了线性和非线性反演方法的基本流程。在震源运动学反演中,计算格林函数是反演过程中的重要环节,而且也是耗时最多的部分。通过研究发现,计算格林函数的过程能够很好的满足并行计算的条件。为了提高计算效率充分利用计算资源,在传统离散波数法的基础上,提出了基于离散波数法并行计算格林函数的算法。  参考2010年海地地震,建立了一个震源模型。然后在这个模型的基础上,利用数值计算,探讨了在多时窗反演中各种因素是如何影响反演结果的。反演时,子断层大小不能小于S波波长的一半,而为了保证格林函数计算的准确性,每个子断层上的格林函数应该是由在该子断层内均匀分布的点源延时叠加而成。时间窗数目过多会增加反演问题的非唯一性,减小系数矩阵的秩。如果单一时间窗能够较好的近似滑动速率函数,则尽可能使用单时窗。此外,多时窗对破裂速度的微调作用,受到子断层到震中的距离和时间窗半宽度的影响,只有距离适中时才合理。较小的时间窗半宽度对较近的子断层合适而较远的子断层时间窗半宽度应该取的大一些。总的来说增加约束条件能够提高系数矩阵的秩,减小反演问题的非唯一性。随着时间光滑约束的权重系数增加,模型拟合参数变大;当空间光滑约束的权重系数在0.5左右时,模型拟合参数到达最大,随着权重系数增加或减小,模型拟合参数减小;模型拟合参数随地震矩最小约束的权重系数的变化情况和随时间光滑约束的情况类似。波形拟合参数受权重系数的影响很小,而且和模型拟合参数的变化趋势不一致。因此,不能仅使用波形拟合参数作为评价权重系数好坏的标准。在反演选取台站时,应尽可能的保证所选台站对断层的方位角覆盖,方位角覆盖程度越高,反演结果越好。此外,从从众多数值算例中发现,在有噪声的情况下,即使能很好的恢复真实模型的最终滑动量和破裂前锋的分布,但是滑动速率的形状的恢复程度不高。这说明时间域的数据不能提供足够的信息。  为了解决传统多时窗方法由于固定时间窗宽度引起的破裂速度误差问题,对传统多时窗方法做了如下调整,在保证各子断层总的上升时间不变的情况下,假定时间窗的半宽度及时间窗数目和子断层到震中距离R成反比。这样修改后,使得反演结果对真实模型的恢复比传统方法有所提高,特别是破裂时间的恢复有了很大提高。  最后将修正过的多时窗方法用于对2010年Haiti地震的震源破裂过程研究。
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