震源位错模型参数反演方法研究

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大地测量观测技术的快速发展,极大丰富了地壳形变观测数据,为研究地震断层错动等地球物理问题提供了全新的角度。震源参数反演不仅是研究断层错动特征、分析震源机制的重要手段,同时也为活动断层破裂扩展分析、震后形变、岩石圈应力变化及后期地震危险性评估提供基础。因此,准确获取地震震源参数对研究地震机理等问题至关重要。以更准确地反演地震震源参数为核心研究目标,本文对震源位错模型参数反演方法进行了相关研究。本文的主要研究内容及工作如下:(1)研究了含有不等式约束的总体最小二乘方法。分析了已有附不等式约束的总体最小二乘方法存在的不足,在ICEIV(inequality constrained errors-in-variables)模型基础上,提出附有不等式约束加权总体最小二乘问题的拟牛顿修正算法。研究表明,拟牛顿修正法具有良好的收敛性,同时避免了计算目标函数的Hesse矩阵,大大提高了算法的计算效率。模拟附有约束的单一断层滑动参数反演,研究了该方法在震源参数反演中的适用性。(2)研究了震源参数的非线性反演方法。本文将改进的多峰值颗粒群算法(Multiple peak Particle Swarm Optimization,MPSO)用于震源参数反演,详细分析了多峰值颗粒群算法的改进思路和迭代过程,并将该算法与常用的遗传算法进行了比较。通过模拟震源参数反演及研究芦山Ms7.0级地震和拉奎拉Mw6.3地震,表明了改进的MPSO算法具有控制参数少、快速收敛、解稳定可靠的优点,非常适合用于高度非线性的震源参数反演。(3)研究了震源滑动分布的反演方法。本文顾及格林函数矩阵的误差对滑动分布参数解的影响,将最小二乘法和总体最小二乘法同时用于反演震源滑动分布,根据观测值的数据精度给观测向量定权,并根据滑动模型的线性关系给系数矩阵元素定权。模拟不同断层模型的滑动分布反演及研究芦山Ms7.0级地震和拉奎拉Mw6.3地震反演。研究表明,总体最小二乘滑动分布解与最小二乘滑动分布解存在一定差别,但差别的量级在10-5以内。(4)研究了2013年4月20日四川芦山Ms7.0级地震和2009年4月6日意大利拉奎拉Mw6.3地震。分别反演得到两个地震的非线性震源几何参数及精细震源滑动分布。就芦山地震而言,通过震中周围的GPS三维约束形变数据反演的结果表明,断层走向为206.47o,断层倾角为44.11o,主要滑动的深度为4km-20km,平均滑动量为0.17m,最大滑动量为0.72m,主要分布在深度为13km-14km的范围,得到的地震矩为1.19?1019N.m,对应的矩震级为Mw6.68。就拉奎拉地震而言,通过Envisat卫星的SAR数据约束得到的同震形变场进行震源参数反演,结果表明,地震断层走向为144.37o,断层倾角为59.06o,主要滑动深度4km-15km的深度范围,最大滑动量为0.95m,平均滑动量为0.22m,最大滑动量的的深度范围为6km-8km,地震矩为3.63?1018N.m,对应的矩震级为Mw6.34。两个地震的研究结果都与地震学研究结果相符。
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