结合台阵反投影技术在MCMC算法下进行多点矩张量/震源机制反演
批准号:
42104043
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
张喆
依托单位:
学科分类:
地球内部物理和地球动力学(含地热学)
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
张喆
中文摘要
本项目拟采用贝叶斯反演理论下的MCMC算法、结合台阵反投影技术进行震源复杂性研究,利用后者可直接提供破裂时空分布作为先验信息、MCMC算法可在有限时长内进行高维非线性反演、贝叶斯反演理论可充分利用先验信息并量化不确定性这三项优势,进行多点矩张量/震源机制反演。项目的核心内容包括:设计反演策略、模型测试、软件编写与实际应用四个部分,研究目标是针对近年来全球范围内一些MW7.5级以上且具有复杂破裂过程的大地震进行多点源模型反演。相较于矩心矩张量反演与有限断层反演,多点矩张量/震源机制反演因其包含自由参数更多,所以能更详细地描述复杂震源的物理特性,同时也能很好地填补以上两种技术之间的空白,引入MCMC算法与反投影技术也最大程度地避免了物理意义不明确的先验约束并有效节约了计算成本。项目中涉及的研究方法在了解大地震震源时空特性与震源机制变化等困难科学问题上具有一定理论意义和广泛的应用前景。
英文摘要
This project intends to use the MCMC algorithm under the Bayesian inversion theory combined with the array back projection technology to study the source complexity. The backprojection technology can directly provide the rupture spatial-temporal distribution as prior information. The MCMC algorithm can perform high-dimensional nonlinearity inversion within a limited time. Bayesian inversion theory can make full use of prior information and quantify uncertainty. This project uses these three advantages to perform multi-point moment tensor/focal mechanism inversion. The core content of the project includes four parts: design inversion strategy, model testing, software writing and practical application. The research goal is to carry out multi-point sources model inversion for large earthquakes with MW 7.5 or higher and complex rupture processes on a global scale in recent years. Compared with the centroid moment tensor inversion and the finite fault inversion, the multi-point moment tensor/focal mechanism inversion contains more free parameters, so it can describe the physical characteristics of complex sources in more detail, and it is also fill the gap between the above two technologies. The introduction of MCMC algorithm and back-projection technology avoids the prior constraints of unclear physical meaning to the greatest extent, and effectively saves the calculation cost. The research methods involved in the project have certain theoretical significance and broad application prospects in understanding difficult scientific issues such as the temporal and spatial characteristics of large earthquake sources and changes in focal mechanisms.
本项目聚焦于将台阵反投影技术融入 MCMC 算法,开展多点矩张量/震源机制反演研究,取得了一系列具有重要科学价值与应用前景的成果,对地震学发展起到了积极作用。在项目执行期内,项目负责人严格依照既定计划,有序推进各项研究工作。在算法研究层面,对不同算法的收敛效率与稳定性展开深入剖析,针对 MCMC 算法在单点源和多点源震源机制反演中的应用开展了大量的测试与验证。通过这些系统性研究,优化了算法关键参数,显著提升了其处理实际地震数据时的效率与可靠性,为后续研究筑牢了根基。实际应用中,本项目收获了诸多研究成果。针对 2022 年泸定地震、2023 年平原地震、2023 年积石山地震等多个重大地震事件,成功运用同步源矩心矩张量反演技术,精准获取了地震的震源参数,涵盖矩张量解、震源时间函数等,同时对发震断层做出了准确判定。这些成果为深入理解地震发生机制提供了关键信息,也为地震灾害评估与预警提供了重要依据。相关研究成果发表于《地球物理学报》《Earthquake Science》等学术期刊。2023 年土耳其地震后,基于本项目研究方法,对该地震事件展开多点震源模型分析,相关研究成果也处在投稿阶段。此外,项目负责人积极投身地震应急工作。参与中国地震局地球物理研究所大地震震后应急响应与目录编撰工作累计54 次,在地震发生后的快速响应与数据处理中发挥了关键作用,为抗震救灾工作提供了有力技术支持。尽管项目开展过程中受到疫情等因素的影响,但通过灵活调整研究计划,确保了项目的顺利推进。项目衍生的同步源矩张量反演技术成功申请 1 项专利,并在实际地震研究中多次得以应用,彰显了项目的应用价值。同时,针对多点源模型的创新性算法也于 2024 年获得专利授权。综上,本项目通过理论研究与实际应用的深度融合,在震源机制反演领域实现了突破,为地震学研究和地震灾害防治工作做出了积极且突出的贡献。
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