用台阵方法研究大地震的破裂过程

This proposal aims to use the array methods (iterative back-projection and compressive sensing methods) and array data to systematically investigate the properties of rupture process and seismic energy radiation of about 30 great earthquakes with magnitude around and above 8 occurred in the past 10 years. We will first modify and improve the algorithms of current two methods to enhance their precision, stability, and computational efficiency.Then we will apply the improved compressive sensing algorithm to further investigate the the frequency-depth dependent seismic radiation of the suduction zone megathrust earthquakes globally; we will apply the improved iterative back-projection method to systematically study the rupture speeds of earthquakes with different focal mechanisms (strike-slip, normal and thrustevents). We will compare the results with those from finite-fault inversions, systematically investigate the spatiall distribution of high-frequency radiation with that of the major slip area for different type of earthquakes. We will also investigate relationship among the spatial distribution of seismic radiation at various frequency bands, coseismic slip, and aftershocks in order to constrain the frictional properties of faults of different types and the differences in size of asperties in along-dip and along-strike directions. This will be further used to decribe the distribution of physical properties at fault surfaces of different earthquake types. The results of this study will help to further understand the rupture process of great earthquakes and provide important supports for earthquake dynamic simulations and for understanding the mechanisms of destructive earthquakes.

本课题旨在通过台阵方法（迭代反投影算法及压缩感知算法）及资料系统研究最近10年内全球发生的近30个8.0级左右及以上的大地震的破裂和能量释放规律。首先我们将进一步改进和提高两种方法的精度、稳定性和计算效率，用改进的压缩感知算法近一步研究全球俯冲带逆冲大地震不同频率能量辐射随深度变化的关系，采用迭代反投影算法系统研究不同类型（走滑型、正断型、逆冲型）地震破裂速度的规律，并与有限断层反演获得的破裂模型做对比分析，系统研究不同类型地震高频能量辐射与断层滑移分布的关系，同时我们还将探讨地震破裂不同频率能量释放的空间分布、断层滑移分布与余震的空间分布的关系，以约束不同类型断层上摩擦性质及凸凹体（asperities）大小尺度随深度或沿断层走向上的差异，进而可以更好地刻画不同类型断层面上物理性质的分布。本研究课题的成果将有助于更好地认识大地震的破裂规律，为震源动力学模拟和认识灾害地震的机制提供重要约束

大地震破裂时会辐射不同频率的地震波能量，通过研究同震过程中地震波能量的辐射特征（例如时空分布，频率特征）可以更好地研究同震破裂的物理过程。时间域和频率域反投影方法是研究大地震破裂能量辐射的重要方法，通过与有限断层反演方法获得的断层滑移模型对比，可以更为全面的认识大地震破裂的物理机制和断层介质的物理属性。本项目主要研究内容和取得的重要成果如下：（1）发展了一系列新的时间域反投影方法和频率域压缩感知方法，提升了地震破裂过程中不同频率能量辐射的时间和空间定位精度和计算效率；（2）研究近10多年来发生的多个8.0级及以上的大地震的破裂过程和能量释放特征，发现俯冲带逆冲大地震普遍存在能量辐射的频率和深度相关特征，高频能量辐射位于俯冲带较深深度，而较低频能量辐射则位于俯冲带较浅深度；（3）大陆俯冲带大地震与大洋俯冲带大地震高频能量辐射深度的差异主要是由于陆壳和洋壳物质组份（或塑性变形深度）的差异所造成的；（4）研究了一些大地震滑移量的分布与不同频率能量辐射的时空分布及余震分布的关系，高频能量辐射通常位于较大同震滑移区的边缘，这些区域余震往往较多，显示该区域凹凸体（asperities）尺度较小；低频能量辐射通常位于同震滑移较大的区域，且震后余震较少，显示这些区域凹凸体尺度较大，大地震破裂时释放了绝大部分累积的应力应变；（5）研究了一些大地震的破裂速度，发现2011年日本大地震向俯冲带浅部破裂的速度较低（1－1.5 km/s），而向深部破裂的速度较高（2.5 km/s），可能主要是由于浅部存在强度较低的沉积物。本项目的研究为更加深入认识大地震的同震破裂过程及物理机理提供了重要的研究方法创新和观测地震学约束。项目共发表第一标注论文7篇，5篇为SCI论文，在国际会议上做口头和展板报告8次，在国内会议上做报告10多次，取得了较好的国际国内影响力。