基于高频GNSS观测网络的大震矩震级快速确定方法研究

The frequent occurrence of large earthquakes worldwide makes rapid determination of moment magnitude a hot issue. As an implement for traditional seismology, GNSS seismology has developed rapidly in recent years. High-rate GNSS has potential to be used for rapidly determining moment magnitude for real-time measuring absolute displacements of near-field strong motion with high precision and no clipping. Though there are lots of improvements, using high-rate GNSS to determine the moment magnitude still takes high cost of time. This proposal will take the advantage of the global real-time high-rate GNSS observation array, use the surface deformation waves and permanent displacements to constrain the inversion of source parameters and seismic moment in the point model, surface model and finite fault model, and release the moment magnitude in 30 minutes after the large earthquake with magnitude greater than 7.0 breakouts. The high-rate GNSS data recording the deformation of historical large earthquakes (after 2008) will be used to check the key indexes of our results in real-time mode. By analyzing the factors influencing the stability of the inversion, such as the station and source factors, the requirements of data and source for rapid and precise determination of the large earthquake moment magnitude will be provided. The achievement of this proposal will be benefit to the large earthquake disaster mitigation and rapid rescue response and the more details of source process.

近年来，全球大震频发，快速、准确的确定大震矩震级可为震后救援提供重要参考，是国内外研究的热点。作为传统地震学的补充，GNSS地震学近年来得到了快速发展，高频GNSS可实时高精度测定近场强地面运动的位移绝对值，且不受限幅影响，因此对大震矩震级的快速确定具有巨大潜力，虽然该技术已得到不断完善与改进，但目前还无法实现实时快速。本课题依托全球高频GNSS实时观测网络，针对Mw>7.0级的大震，以实时提取的高频GNSS形变波和零频永久同震形变为约束，通过对震源以点源-面源-有限断层的不断精化，反演计算断层震源参数与地震矩，并在发震后的30分钟内发布矩震级。以高频GNSS资料对2008年以来的历史大震在实时模式下进行各项指标检核，并分析评价影响反演稳定性的各种因素，最终给定预期时间内确定矩震级的数据要求和限制条件，为震后救援、精细确定震源物理过程提供技术支撑。

震源参数是对复杂的震源性质的参数化、定量化描述。对震源时空参数的测定，不仅是认识地震发生、发展过程的主要方式，而且有助于揭示震源区变形的动力学成因、孕震机制及应力变化状态。作为地震资料的辅助手段，高频GNSS以其捕获短周期动态形变及零频永久形变的监测能力，参与到了几乎所有的Ms7.0大震震源破裂过程的研究当中。本项目依托全球高频GNSS实时观测网络，针对Ms7.0以上大震，开展了高频GNSS震相提取、矩震级快速确定、震源时空过程快速反演等方面的研究。.高频GNSS拓宽了传统GNSS的观测频谱，有效的补充了地震波资料，但高频GNSS能够记录的震相及其识别方法，与地震记录相比较的异同，如何将其与地震数据融合进行后续研究等一系列问题形成了GNSS地震学的研究焦点，即高频GNSS形变波中所包含的地震信息及其提取。本项目利用振动台仿真开展高频GNSS观测动态过程的模拟实验，验证了高频GNSS与地震仪器观测一致性，分析了其能够捕捉到的震相及相关站址、震级条件，及可能出现的频率混叠现象和成因。.高频GNSS优势之一是能够实时提供近场强地面运动位移绝对值，其包含了长周期的地震信号和零频的绝对位移值使得其在矩震级约束方面具有巨大的潜力。本项目发展了利用GNSS快速获取了具有绝对标度、物理意义明确的大震矩震级方法，并以2015年尼泊尔地震为例，初步快速确定了其大震震级，为高频GNSS应用于地震应急提供了思路。.高频GNSS能够提供不限幅和绝对坐标下的近场位移，获取目前传统大地测量学和地震学手段尚难以得到的近场信息，因此将高频GNSS作为约束，单独或者联合其他手段反演大地震源破裂过程是高频GNSS应用的焦点。以2015年尼泊尔地震、2016年阿克陶地震、2016年呼图壁地震为例，本项目将高频GNSS结合静态GNSS、InSAR、远场地震波、近场强震数据，联合反演了震源破裂的时空分布过程，形成了一套以高频GNSS为主，结合其他同震观测手段的大震破裂过程的联合反演方法，实现了对震源运动学参数的高时空分辨率成像。.