基于新疆区域数字地震台网资料的地震波谱分析和震源参数估算的应用研究

摘要

该文得到的主要工作结果如下:1.利用数字地震波形记录的多种观测谱特性对乌鲁木齐市周围的天然地震和人工爆破进行识别,得到在震级与震中距相近条件下,地震和爆破的主要差异有:地震的纵横波拐角频率f<,c>(P)和f<,c>(S)明显大于爆破的,比值约为2:1,地震的最大谱值比Ωm(P)/Ωm(S)明显大于爆破的,比值约为3:1,地震事件P波动率谱的频谱特征量f<,m>(W)、△f(W)要远大于爆破事件的.这些差异明显的比值和某些特征值可作为识别这两种事件的较为显著的测震学指标.2.应用观测谱的拐角频率及其比值对新疆北天山地区开展小震体波频谱特征量的应用研究.结果表明,乌苏、呼图壁两台的平均拐角频率比值fc(P)/fc(s)均为1.42左右,库尔勒、石梯子两台分别为1.72和1.66.各台的拐角频率比值在2002年北天山4级地震成组活动前均出现了明显的高值异常变化过程.拐角频率比值有可能成为监测孕震区内应力状态变化的一项测震学指标.3.采用朱传镇等提出的用体波观测谱低频部分拟合的方法,对2003年1月4日伽师5.4级地震序列的小震震源参数和介质Q值等进行动态跟踪研究.结果表明,伽师5.4级地震序列在主震发生前一个月Qp值已明显升高,主震发生时介质Qp值明显降低,震后又逐渐恢复至平均值.应力降在伽师5.4级地震发生时达到最大,为189bar,该震应力降较高的原因很可能与2003年2月24日巴楚—伽师6.8级强烈破坏性地震有关.4.我们发展了传统的经验格林函数方法,将其与遗传算法结合起来用于震源谱的研究.先利用遗传算法较为精确地搜索出较大地震的拐角频率,再用遗传算法对较大地震的振幅谱因衰减造成的损耗进行补偿,从而确定自震源至地震台传播途径上的介质的品质因子Q值.该方法的计算程序全用MATLAB语言开发成功,并给出了利用乌鲁木齐区域遥测数字地震台网资料测定的范例.从计算结果得出乌鲁木齐至乌苏地区的北天山一带地震震源谱的高频衰减趋势满足ω<'-2>形式,Q值在480左右.5.在用经验格林函数方法验证震源谱的高频衰减趋势满足ω<'-2>形式后,采用Atkinson等提出的多台多地震联合反演方法,并利用遗传算法求解记录地震的震源谱参数和区域衰减特性.最终得到了乌鲁木齐区域数字遥测地震台网7个子台及库尔勒台的场地响应、衰减Q(f)值,Q=102.2f<'0.765>,并以此为基础较为精确地计算了北天山地区的小震震源参数.得出北天山地区以东经85度为界,西部的乌苏南地区是非常明显的高应力降地区,东经85度以东—乌鲁木齐地区的应力降明显低于西部.6.利用波谱分析方法对新疆区域数字台网的仪器传递函数特征进行了检测,并对相关子台的台址噪声水平进行了定量分析,得出大多数子台的台址噪声水平符合数字台网规范的要求,各子台的仪器传递函数也基本稳定,在相应频带内的仪器幅频特性基本满足速度平坦.这为开展地震波谱分析的应用研究奠定了较为坚实的基础.该文的工作扩大了波谱分析方法的应用范围,为今后利用数字地震资料进一步开展工作奠定了基础,为应用数字地震资料于预报实践做了一些初步尝试.

目录

摘要

第一章前言

第一节波谱分析及震源参数研究历史和进展

第二节本工作的研究内容和意义

第二章基于数字地震记录的观测谱研究与应用

第一节区域数字台网及其资料

第二节利用观测谱开展波谱及震源参数研究的方法原理

第三节新疆北天山地区的应用研究

第四节对伽师2003年1月4日5.4级地震序列的研究

第五节利用观测谱识别地震与爆破

第六节小结

第三章应用经验格林函数法和遗传算法研究震源谱

第一节基本思路与方法

第二节资料的选取、处理与计算

第三节结果与讨论

第四章基于数字地震记录的震源谱参数研究

第一节震源谱参数的反演方法

第二节实际资料的计算、结果与讨论

第三节小节

图表

第五章数字资料使用中的若干相关问题研究

第一节数字地震信号本身的复杂性

第二节传递函数的精确构造与实际地面运动的恢复

第三节用方波标定的输出响应检测仪器的传递函数

第四节噪声分析

第五节台网布局的合理化

结束语

参考文献

致谢