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1、成都理工大学硕士学位论文基于震源扫描算法的震源破裂过程反演方法研究姓名：杨海波申请学位级别：硕士专业：固体地球物理学指导教师：曹俊兴20100501摘 要 基于震源扫描算法的震源破裂过程反演方法研究基于震源扫描算法的震源破裂过程反演方法研究 作者简介：杨海波，男，1982 年 11 月生，师从成都理工大学曹俊兴教授，2010年 6 月毕业于成都理工大学固体地球物理学专业，获得理学硕士学位。 摘摘 要要 理想的震源破裂过程反演方法，其结果应具备分辨率高、 稳定性强和客观性好的优势，同时要兼顾计算效率。而现有的方法给出的结果，并不能同时满足这些要求。 如果把震源破裂过程看作若干小震源连续发震的过程
2、， 那么其反演就可以等同于 对这 些小震 源进 行时空 定位 。这样 ，便 可以利 用震 源扫描 算法（Source- Scanning Algorithm， 简称 SSA） 进行震源破裂过程反演。 该方法于 2004年由 Kao 和 Shan 提出，是一种通过波形对震源分布进行定位成像的方法。它不需对震源进行先验假设，仅利用从波形数据算出的“亮度函数” ，来检测在给定的时间和位置是否有地震震源。通过扫描一个给定时空范围， 可以探索其中的整个震源序列分布。整个过程不需要人工干预， 最大程度地保证了结果的客观性和稳定性。 为了提高 SSA 算法的分辨率， 引入了 - p 变换对原方法加以改进，
3、用以分离面波。利用面波低速、匀速的特点，以及面波在 - p 变换下对发震时刻的明确指示效果，实现对破裂过程的精确刻画。 为了检验改进后的 SSA 方法用于震源破裂过程反演的效果，构造了一个理论模型并试算。模型由一条地震破裂带和一个台网构成，破裂带被离散化为 9个子事件，由 8 个台站组成的台网提供面波记录。 这些面波记录数据由面波模拟方法生成，经过波形脉冲化处理后，用 SSA 方法进行扫描计算，精确地恢复了所有子事件的发震时刻、震中位置和初始位错。计算中没有加入任何人为干预，在保证了结果客观性的前提下，显示出了该算法良好的计算稳定性。 改进后的 SSA 算法得到的“亮度函数”即各个子事件的初始
4、位错，即相当于直接给出了破裂带各段的滑动位移分布信息， 预示该算法可用以进行震源破裂过程反演，且具有分辨率高、稳定性强和客观性好的特点。 关键词：震源破裂过程反演方法 震源扫描算法 - p 变换 面波 亮度函数PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 Abstract The Research of Source Rupture Process Inversion Method Based on Source Scanning Algorithm Introduction of the author: Haibo Yang, male, born in November
5、, 1982, whose tutor was Professor Junxing Cao. He graduated from Chengdu University of Technology in Solid Earth Geophysics major and was granted the Master Degree in June, 2010. Abstract A perfect inversion of rupture process of earthquakes should have the advantages of high resolution, strong stab
6、ility, good objectivity and computational efficiency should be considered. But the result obtained by current methods cant meet these requirements. Considering the earthquake rupture process as a process of a number of smaller events, the inversion will be equivalent to locating these smaller events
7、 and determine their origin time. So, the inversion of earthquake rupture process can be completed using Source- Scanning Algorithm (SSA). The method was proposed by Kao and Shan in 2004 and it uses waveform to locate and image source distribution. SSA uses a so- called “brightness function“ to calc
8、ulate and determine whether there is a hypocenter at a given space- time point. It doesnt require priori assumptions on the source area. The whole process neednt human intervention, so the method can ensure the maximize objectivity and stability of the results. In order to improve the resolution of
9、SSA, the - p transform was introduced into the original method to separate the surface wave. By taking advantage of the surface waves low and constant velocity characterization in - p coordinate transform, SSA can achieve the precise characterization of the rupture process. In order to test the soun
10、d effect of improved SSA on the inversion of earthquake rupture process, a theoretical model was constructed. The model is composed of an earthquake rupture zone and a seismic network. The rupture was divided into 9 sub- events and the seismic network with 8 Seismic stations offered the surface wave
11、 records for us. Those surface wave records can be generated by a surface wave simulation method. After a pulse- based waveform procedure, the records can be scanned by SSA, and the outputs can accurately recover the origin times, the hypocenters and the initial dislocation values of all sub- events
12、. The algorithm shows PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 Abstract good stability and objectivity in the inversion results without any human intervention during the calculating. The values of the “brightness function“ obtained by improved SSA are the initial dislocation values of the sub- events. And t
13、his is equivalent to that the distribution information of the sliding displacement in each section of the rupture zone has been given directly. The results show that SSA could be used in earthquake rupture inversion and is of high resolution, strong stability and good objectivity. Key words: Inversi
14、on methods of earthquake rupture process, Source- Scanning Algorithm, - p transform, Surface wave, Brightness function PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得 成都理工大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均
15、已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 成都理工大学 有关保留、 使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权 成都理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 学位论文作者导师签名： 年 月 日 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 第1章 引言 1 第第 1 章章 引引 言言 1.1 选题依据
16、与研究意义选题依据与研究意义 地震震源破裂过程，是指破裂从初始破裂点开始后， 破裂行为在震源区的传播过程。破裂过程需要同时从时间上和空间上来加以描述， 因此通常又称为地震震源的时空破裂过程。通过地震破裂过程的反演研究， 我们可以得到地震持续时间、地震矩、震源区空间尺度、滑动位移随时空分布以及震源区的应力降分布等信息。并且可以通过这些信息，进一步推算地震烈度分布、地震中长期预测、海啸风险等重要数据。因此，地震震源破裂过程的研究，对于认识和掌握地震规律以及直接关系到人民生命财产安全的防震减灾等方面， 都有着重要的理论意义和现实指导意义。 本研究借用了用于地震定位的震源扫描算法（Source- Scanning Algorithm，简称 SSA）的思想和原理，并对该方法加以改造，使其能够用于地震破裂过程的反演计算，给出精确的地震破裂时
