强震有限断层模型中的高频辐射信息研究

High-frequency energy radiation of the rupture process is one of the major factor causing strong ground-motion and construction damages, and also contains key information of dynamic rupture process. Recently, earthquake slip history and moment release can be well resolved using long period seismic waves, but details in the rupture process, such as sharp changes in rupture velocity, can be imaged more clearly using back-projection of higher frequency waves. Studying the high-frequency radiation in the rupture process has important scientific significance and application value. In this research proposal, on the basis of the 2008 Wenchuan Mw7.9 earthquake, we utilize finite-fault inversion method and back-projection to further investigate and evaluate the relationship between the fault slip and high-frequency radiation. After that we use the energy-constrained rise-time scaling to scale the rise time of the source time function so that the modeled waveforms represent the correct radiated seismic energy, and then establish a rupture model with high-frequency radiation. This study can provide a good reference for predicting near-field strong ground-motion and understanding the dynamic rupture process.

地震波辐射的高频能量是引发强地面运动和建筑物破坏的主要因素之一，其本身也蕴含着震源动力学的关键信息。目前，基于有限断层反演方法，利用长周期地震数据可以获取可靠的震源同震破裂模型，但很难给出破裂过程中的高频信息，而反投影方法可以有效确定强震震源破裂过程中由于破裂速度突变等因素引发的高频信息。研究强震震源破裂过程中的高频辐射信息，对于准确模拟强地面运动，了解地震发震的动态过程具有重要科学意义和应用价值。因此，本项目以2008年汶川Mw7.9级地震为例，联合有限断层反演方法和混合反投影技术，确定发震断层破裂的滑动分布和高频辐射的位置关系，在此基础上，利用能量震级约束有限断层模型中高频能量辐射处的破裂上升时间，进而建立含高频辐射能量信息的震源破裂模型，为今后大地震的强地面运动预测和理解震源动力过程提供模型参考。

本项目以2008年汶川Mw7.9级地震为例，联合有限断层反演方法和混合反投影技术，确定发震断层破裂的滑动分布和高频辐射的位置关系，在此基础上，利用能量震级约束有限断层模型中高频能量辐射处的破裂上升时间，进而建立含高频辐射能量信息的震源破裂模型，研究结果可以为今后大地震的强地面运动预测和理解震源动力过程提供模型参考。通过这三年的研究，顺利完成了2008年汶川的破裂模型的反演和强地面运动的模拟，得到了更加精细的震源运动学破裂过程和强地面运动分布。通过研究发现2008年汶川地震的破裂形态十分复杂，破裂速度不均匀且在断层的东北部存在超剪切破裂的可能性，这可能是造成严重破坏的一个重要因素。除此之外，进一步完善震源破裂过程的反演方法和程序，以提高震源反演的准确性。比如：反演时利用自由振荡信号约束地震矩，该方法应用到2015年9月16日智力Mw8.3级地震的震源破裂过程反演中，成果发表在JGR上；反演时同时考虑断层倾角对震源破裂过程反演的影响，该测试方法在2018年5月4日夏威夷Mw6.9级地震得到了应用，成果发表在GRL上。