观测序列谱与震源参数的应用研究

摘要

本论文主要分为两部分：一部分是利用小波和希尔伯特-黄变换对地震观测数据进行谱分析；另一部分是求取和分析汶川8.0 级地震序列中Ms≥5.0 级余震的震源机制，同时还研究了汶川8.0 级地震前龙门山断裂带的区域应力场和紫坪铺库区小震震源参数特征。取得的研究成果如下：
　　 选取四川省数字化水位仪、形变仪的观测资料，对2003年9月26日日本北海道Ms8.0级地震、2003年9月27日俄、蒙、中交界Ms7.9级地震和2004年12月26日印度尼西亚苏门答腊Ms8.7级地震激发的振荡波列进行小波分解及谱分析。提取了由水震波、形变波分解得到的不同频率段的中心频率0 f 、带宽B、频域最大振幅值jf A 、最大振幅对应的频率A f 等特征值。3次巨大远震引起的振荡波均含有比日常观测资料更高的频率成分，这些成分可能是巨大地震激发全球规模的地球自由振荡，相应的从水位、形变振荡波中检测出了部分地球自由振荡振型。
　　 随后，将希尔伯特-黄变换运用于GDS台记录的2001年02月23日四川省雅江县6.0级地震垂直向地震波的分析中，将原始波形分解为11个固有模态函数，所得固有模态函数的振幅逐渐变小、频率逐渐变低、波长逐渐增加，可以直观地得出地震信号所蕴含的时间-频率-振幅的重要信息，雅江6.0级地震的能量主要集中在5Hz以下，20~40s之间。
　　 利用P波初动法计算得到了汶川8.0级地震序列中52次Ms≥5.0级余震的震源机制解。基于地震地质背景的考虑，以虎牙-北川-安县为界，将汶川地震的余震区分为南、北两段，并挑选震源机制解中与龙门山断裂带走向一致的NE向节面参数进行统计分析。结果显示：余震区南段NE向节面走向在40°~70°，倾角为40°~90°，震源机制解节面的倾角基本以高倾角为主。
　　 滑动角为90°~150°占大多数，呈现以逆冲为主兼右旋走滑分量。余震区北段NE向节面走向多数分布在70°~80°，倾角为60°~70°，滑动角为90°~130°，强余震主要呈逆倾和右旋逆倾滑动。
　　 余震区南段与北段平均应力张量的计算结果为112.0°和96.7°。最大主压应力轴的方向均为NWW向，说明分段区域应力场与整个余震区应力场计算结果是一致的。
　　 以汶川8.0级地震震中及余震的龙门山断裂带和位于起始破裂位置的紫坪铺水库水域区为研究对象。测定了汶川8.0级地震前发生在龙门山断裂带及库区附近的小震震源机制解。分析表明，主压应力P轴方位为NWW-SEE向，震源断层面呈现NE向与NW向两组节面走向，其中NE向节面呈现为N50o～70oE，断面倾角均陡，达60o～70o，震源力学作用方式，多呈现为逆倾型，少部分是走滑型。紫坪铺库区和龙门山断裂带上平均应力张量的计算结果分别为132.6°和116°，根据汶川8.0级地震震源机制解给出的主压应力方位为103°～122°。无论是龙门山断裂带，还是汶川主震起始破裂区震源参数的研究结果都表明，主压应力方向与主震震源机制解是大体一致的。
　　 根据紫坪铺水库台网观测的数字地震波形资料，求取了2004年8月至2008年5月11日发生在库区附近的70次ML≥1.0级地震的震源参数。地震矩范围为1012～1014 N.m，震源破裂半径为371～1045 m，拐角频率为1.26～3.88 Hz.地震应力降多数为0.04～4.88 bar。库区小地震的地震矩和地震能量与震级具有很好的线性关系；同时研究巨大地震前震源区域视应力差值△σapp的时-空分布及变化，得出汶川8.0级地震发生前近3个月内，库区中小地震计算得到的视应力值，在总体低值的背景下均大于视应力拟合值。而从视应力差值△σapp的空间分布来看，汶川8.0级地震震中位置则为低应力分布区，而相对高视应力差值分布在震中以东地区。