能量震级的测定及其应用研究

论文摘要

地震能量ES是关于震源定量的特征量,地震能量的测定是地震定量化研究中一个重要的基本问题,也是数字地震学中重要的研究课题,对地震定量化和工程地震学等研究具有不可忽视的推动作用。对于深度研究一个地震,地震能量是非常有价值的一个物理量。模拟地震记录时代,由于数据频段单一,测定地震能量是非常困难的。前人只能通过震级与地震能量的经验关系来估算地震能量。宽频带数字地震技术的发展使得直接测定地震能量成为了可能。然而,目前只有美国的USGS日常产出地震能量ES与能量震级Me。德国地球科学研究中心（GFZ）的Di Giacomo曾对美国USGS的方法进行了改进,建立了新的辐射能量计算公式,研究证明辐射图样对辐射能量的测定结果影响较小。本文的主要工作有以下4个方面。（1）基于能量震级理论和地震波衰减特性,建立一维地球介质模型,计算格林函数,利用震中距在20°—98°范围的宽频带远震P波波形数据,研究利用宽频带地震波形数据测定地震能量ES的方法,使用参考地球模型AK135Q和汪荣江教授的QSSP软件包计算格林函数,优化了测定地震能量ES和能量震级Me的软件系统。该软件系统适用于不同震源机制,不需要用不同震源机制解对结果进行修正,因此可以大大减少了测定辐射能量和能量震级的反应时间。通过对大量地震的地震能量ES和能量震级Me的测定结果表明,该软件系统运行稳定,测定结果可靠。（2）利用中国地震台网和全球地震台网（GSN）的宽频带数字地震资料,测定了2014-2018年110个地震的地震能量ES和能量震级Me,并与美国USGS的结果进行了对比。由于本文的方法与美国USGS的方法最大的区别在于本文的方法没有根据震源机制解进行修正,因此在对比的过程中将震例按照震源机制分类。震源机制为走滑断层的地震,两种震级标度之间拟合情况较好,而震源机制为正断层和逆断层的地震,本文的计算结果要略大于美国USGS的计算结果,这与Giacomo的研究是一致的。总体来说,超过88%的地震,两种震级标度之间差距小于±0.35,这验证了本文程序的准确性。之后结合美国国家海洋的大气管理局（NOAA）的数据,简要分析了一下海啸地震的特点,介绍了能量震级理论可能在海啸预警中起到的作用。（3）尝试把能量震级理论应用于地下核爆炸的监测。前人测定核爆的辐射能量和爆炸当量都是使用面波震级和体波震级与辐射能量的经验公式。人工爆破也可以产出宽频带远震P波波形,使用本文的方法直接测定辐射能量是可行的,数据预处理环节要略作调整。本文测定朝鲜第六次核试验的核爆辐射能量ES为5.75ⅹ1013J,能量震级Me为6.24,换算成当量大约为14Kt。（4）对一些有研究价值的震例进行对比,探究地震能量ES与能量震级Me的一些实际应用。比如,结合面波震级、矩震级以及破裂持续时间分析地震潜在破坏能力和预警海啸。对几次地震的面波震级MS、矩震级MW及能量震级Me的分析结果表明:矩震级MW与地震所产生的断层长度、断层宽度、震源破裂的平均位错量等静态构造效应密切相关;而能量震级Me反映的是震源动态特征,与地震震源的动力学特性密切相关。由于地震以地震波形式辐射的能量主要集中在震源谱的拐角频率附近,因此能量震级Me更适合描述地震的破坏性。联合测定面波震级MS、矩震级MW和能量震级Me对于地震定量研究以及地震灾害与风险评估具有重要作用。综上所述,地震能量ES和能量震级Me具备与面波震级MS和矩震级MW不同的特性,可以反映出地震的潜在破坏能力,对深度、定量分析一个地震大有帮助。目前在世界范围内,测定能量震级较为困难,只有美国的USGS实际产出能量震级。现在本文已经基本实现了:只要有可靠的宽频带地震波形数据,就可以快速并且相对准确的测定能量震级。这为日后日常产出能量震级创造了有利的条件。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 引言
•   1.1 地震的震级
•   1.2 能量震级研究现状
•   1.3 研究背景和目的
•   1.4 研究内容概述
• 第二章 能量震级理论
•   2.1 地震波能量ES
•   2.2 能量震级Me
• 第三章 能量震级的测定
•   3.1 能量震级的测定方法
•     3.1.1 能量震级测定步骤
•     3.1.2 数据的预处理
•     3.1.3 对传播影响的修正
•     3.1.4 带入理论公式时积分上下限的选取
•   3.2 能量震级测定实例
•     3.2.1 2017 年8月8日MS7.0 九寨沟地震能量震级的测定
•     3.2.2 2013 年4月20日MS7.0 芦山地震能量震级的测定
•   3.3 批量测定地震能量震级
•   3.4 小结
• 第四章 能量震级理论初步应用于核监测
•   4.1 朝鲜核试验背景
•   4.2 2017年9月3日朝鲜第六次核试验
•   4.3 测定朝鲜第六次核试验的辐射能量
•   4.4 小结与展望
• 第五章 特殊震例对比
•   5.1 特殊震例
•   5.2 芦山地震与九寨沟地震
•   5.3 芦山地震和鲁甸地震
•   5.4 哥斯达黎加地震和尼加拉瓜地震
•   5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
•   附录一 本文测定的2014-2018年110 个地震的能量震级
•   附录二 地球模型AK135Q数据
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李赞

导师: 刘瑞丰

关键词: 地震能量,能量震级,宽频带地震波形数据,地震潜在破坏能力,海啸预警

来源: 中国地震局地球物理研究所

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地球物理学

单位: 中国地震局地球物理研究所

分类号: P315.7

总页数: 61

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