本文是一篇工程硕士论文，本文以芦山地震序列为案例验证了基于强震动观测记录的EGF谱比法估计地震拐角频率和应力降的可行性。为提高估算结果稳定性进行了多项优化，以漾濞地震序列为案例验证了优化措施的应用效果。
第一章绪论
1.1选题背景
地震是人类面临的主要自然灾害之一，破坏性强震的突然发生通常会造成巨大的人员伤亡和巨额的经济损失，尤其是我国这样国土辽阔，人口密集的国家。近十几年来，我国发生的多次破坏性大地震均对经济社会造成了不可弥补的巨大影响，尤其是2008年5月12日MS8.0汶川大地震。为减轻和防御地震灾害，地震震源物理特征的研究是认识地震孕震过程、评估地震引起的地震动强度等的重要基础工作。地震本质上是地壳岩石的破裂过程，由于板块构造运动，断层面两侧存在剪切应力的作用和应变的积累，当断层应变积累达到一定的阈值，超过岩石剪切强度时断层便突然滑动，地震发生并向外辐射地震波，进而引起地震动，对地表面及其上的工程结构等造成破坏。对于地震破裂过程，使用弹性动力学方程和断层破裂或滑动准则能够了解地震破裂细节，分析地震破裂的性质。人们已经定量地描述了位错震源，从静力学、运动学和动力学角度来研究地震破裂的性质，并使用观测数据验证了位错震源假设的合理性(Maruyama,1963;Burridge andKnopoff,2003)。但是地震发生过程非常复杂，现有的研究仅仅展示了震源的一部分信息。目前，人们主要通过计算静态的震源参数来描述震源，这些震源参数包括震源位置、震级、破裂面积、滑动距离和震源机制等运动学参数，也包括应力降、地震辐射能量等动力学参数。
应力降最初被认为是地震期间总应力释放的度量，称为静态应力降，由物理参数定义，即断层尺度和地震滑移量(Kanamori et al.,1975;Andrews.,1986)。Brune(1970)指出远场位移谱的拐角频率与断层尺度有关，以此作为定义应力降的基础，Brune定义的应力降可由远场位移谱间接估计，通常被称为应力参数。(Boore,2003;Boatwright,1980)。
1.2研究意义
基于强震动观测记录的EGF谱比法应用发展并未成熟，本文研究以期填补该方法应用在强震动观测记录上的空白，完善应力降相关领域的研究工作。应力降作为描述地震震源特性的关键参数，对其进行估算有着十分重要的意义：
应力降将地震矩与震源破裂尺度联系起来(Eshelby,1957)。应力降的计算结果可用来揭示地震尺度、地震孕育以及发震区构造环境。地震的产生与岩石发生错动处的应力状态有关。分析余震可判断地震发生后震源区的应力状态强弱情况，有助于强余震预测和震后趋势判断（钟羽云等，2004）。目前的技术条件还无法实现直接测量位于地下深部的震源区应力状态，因此通常根据应力降研究局部应力场的强弱及作用方式（陈学忠等，2005）。分析应力降随时间和空间的变化，可以了解震源区应力场的动态演化。若存在前震，前震的应力降有助于预测主震的发生。主震发生之后，如果余震的应力降有明显偏低或减小的趋势，揭示着震源区应力状态基本恢复正常，反之则说明震源区仍处于较高的应力状态（蒋海昆等，2015）。由于震源破裂尺度不能直接测量，应力降难以测定，需要利用震源辐射的地震波来估算，尽管单个地震的应力降具有很大的不确定性，且应力降的变化范围很大（0.1-100MPa），但地震的统计平均应力降仍然具有重要意义。
此外，应力降可用来揭示震源自相似特性（Abercrombie,1995;Oth et al.,2010)。自相似性意味着恒定的比例能量以及恒定的辐射能量与地震矩比值。即使在地震较多的地区，能量标度关系也没有得到解决。在能量标度和表观应力(能量标度乘以介质刚度)不变的情况下，存在一些相互矛盾的研究，认为它们具有自相似性(e.g.McGarr,1999;Ide and Beroza,2001;Ide et al.,2003)和非自相似性非自相似性震源的能量标度随地震震级减小而减小(e.g.Abercrombie,1995;Prejean and Ellsworth,2001;Mayeda and Walter,1996)，这种能量标度的减少表明了破裂过程中摩擦行为与地震震级的差异(Kanamori and Heaton,2000)。
第二章经验格林函数谱比法
2.2震源谱模型
2.2.1 Brune震源谱模型
震源谱包含了地震破裂与停止等物理过程的信息，根据震源谱的幅值和形状可以计算出应力降、地震矩、辐射能量等参数，是了解震源过程物理性质不可或缺的参数。震源谱通常由观测记录体波的振幅谱剔除传播介质衰减和局部场地效应来获得。
观测台站记录体波的振幅谱由震源项、几何扩散项、传播衰减项以及仪器响应项组成。震源项为震源谱；几何扩散项为地震体波几何扩散造成的振幅衰减；传播衰减项为地震体波在传播经过地壳介质和地表浅层土层时能量的耗散；仪器响应项为仪器记录对地震体波的振幅谱的影响项。基于圆盘震源模型，Brune(1970)假设断层面上剪切应力突然释放产生了地震，进而推导了地震体波的位移表达式。
2.3经验格林函数谱比法
EGF谱比法将作为经验格林函数的小地震称作EGF地震，拟估算震源参数的大地震称作目标地震(Holmgren et al.,2019)。EGF谱比法通过谱比提取震源谱假定了目标地震和EGF地震有相同的传播和场地效应。因此要求两次地震震源位置接近以保证其在同一个台站的观测记录的传播介质衰减近似一致；为避免地震震源辐射模式不同引起的地震动空间分布的差异，两次地震的震源机制应尽可能相同。
相较于目标地震，EGF地震的震级应当足够小，确保目标地震震源谱有足够大的频带范围识别拐角频率，以避免目标地震拐角频率受到EGF地震拐角频率的污染。Viegas等(2010)认为选取的EGF地震应该比目标地震小1到2个震级，Shearer(2019)认为EGF地震的选取标准至少要比目标地震小一个数量单位。
经验格林函数选取标准中的震源距是指EGF地震震源到目标地震震源的距离。通过设定最大震源距阈值对经验格林函数选择进行限制。Viegas等(2010)探讨了地震对之间的震源距增大对拐角频率稳定性的影响，发现当最大震源距阈值为约400米(±500米)以上，拐角频率估计值下降了约30%。Abercrombie(2015)同样探讨了此问题，提出震源距应当小于目标地震破裂尺寸。如果震源距大于目标地震破裂尺寸，那么在震源尺寸对应频率（真实拐角频率）上，经验格林函数的假定将会失效，可能产生干涉以及谱比幅值骤降，最后导致拐角频率的估计值变小。在实际地震中，地震破裂尺寸相对于震源到台站的距离是非常小的，因此只要确保震源距小于目标地震破裂尺寸，可最大程度上筛选出理想的经验格林函数。
第三章芦山地震序列的震源参数估算.................................15
3.1引言..........................................15
3.2芦山地震序列简介.................................15
3.3数据选择及处理....................................15
第四章漾濞地震序列的震源参数估算..............................27
4.1引言...................................27
4.2漾濞地震序列简介.........................27
4.2.1地震序列概况..............................27
4.2.2观测数据来源.......................28
第五章结论与展望............................57
5.1全文总结........................................57
5.2研究展望...................................57
第四章漾濞地震序列的震源参数估算
4.2漾濞地震序列简介
4.2.1地震序列概况
根据中国地震台网测定，2021年5月21日云南省漾濞彝族自治县发生MS6.4地震，主震震中位于25.67°N、99.87°E，震源深度8km，处于此次地震序列的最西北端。在主震发生之前，已经发生多次MS3.0-4.9前震，震级最大可达5.6级。在主震发生后余震活动频繁，震级最大可达5.2级。截至2021年6月1日已累计发生三级以上前震和余震共46次。其中MS5.0-5.6地震3次、MS4.0-4.9地震13次。此次地震序列的震中主要沿NW-SE向分布，倾向南西，破裂尺度约为20km，主要集中在4—10 km的深度范围(杜广宝，2021)。根据蒋海昆和周少辉（2020）对前震的定义，此次地震序列是前震-主震-余震型地震序列。
对于前震的时间分布，5月18、19日接连发生MS4.2、MS4.4地震，并伴随了多次MS<4.0小震级地震；5月21日晚集中发生MS4.2（20时56分）、MS5.6（21时21分）、MS4.5（21时23分）等多次地震，紧接着于21时48分发生了MS6.4主震。显然，5月21日晚上发生的一系列地震是典型的前震，但是对于震前18、19日发生的~MS4震群，目前还没有科学的方法对普通震群和前震震群进行前瞻性地区分(Trugman and Ross,2019)。
第五章结论与展望
5.1全文总结
本文以芦山地震序列为案例验证了基于强震动观测记录的EGF谱比法估计地震拐角频率和应力降的可行性。为提高估算结果稳定性进行了多项优化，以漾濞地震
