利用谱聚类方法研究新丰江库区的震源机制解.pdf
《利用谱聚类方法研究新丰江库区的震源机制解.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《利用谱聚类方法研究新丰江库区的震源机制解.pdf(14页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、书书书第 卷第 期()年 月中 国 地 震 林庆西,姜喜姣,梁明 利用谱聚类方法研究新丰江库区的震源机制解 中国地震,():利用谱聚类方法研究新丰江库区的震源机制解林庆西姜喜姣梁明广东省地震局,广州 摘要 为 检 验 震 源 机 制 解 谱 聚 类 方 法 的 实 用 性,选 择 新 丰 江 库 区 为 研 究 区 域,利 用 方法反演了该区域 年 月 日 年 月 日 以上地震的震源机制解,并对其进行了谱聚类分析,最终获得该区域 种震源机制解类型;通过分析每种类型的震源机制解特征及其时空分布特征,探讨了震源机制解类型分布与区域构造的关系。结果表明:新丰江库区地震破裂类型以正断型为主,兼有部分倾
2、滑分量,其次为走滑型;不同类型的震源机制解具有区域性的空间分布特征,主要受不同的构造背景影响,反映了新丰江库区地震活动和构造特征之间的关系;不同类型震源机制解所描述的断裂分布反映了峡谷及大坝区库水渗透的构造条件,解释了区域地震频发的可能原因;每种类型的震源机制解在研究时间范围内数量变化较为稳定。关键词:震源机制解谱聚类间隔统计量法新丰江库区 文章编号 ()中图分类号 文献标识码 收稿日期 修定日期 项目类别 地震监测、预测、科研三结合课题()、震情跟踪定向工作任务()、广东省地震局青年地震科学基金(重点实验室开放项目 )共同资助 作者简介 林庆西,男,年生,高级工程师,主要从事震源机制解和应力
3、场反演研究及应用工作。:引言震源机制解是描述震源几何特性的重要参数,由一组含有多属性、多维度的数据所构成。为研究区域内地质构造,提取潜在的地震学特征,学者们通常会对该区域大量的震源机制解进行统计分析(刁桂苓等,;,;朱航等,;崔子健等,;,;万永革等,)。作为对已有工作的补充和发展,林庆西等()提出了一种针对震源机制解的谱聚类方法,并通过数值实验和部分震例检验了这种方法应用的可行性。为进一步检验震源机制解谱聚类方法的实用性以及挖掘其聚类结果的意义,将该方法应用于新丰江库区。新丰江库区是世界上为数不多的发生过水库诱发地震震级达 级以上的地区之一,至今已记录地震 万余次。多年来,针对新丰江库区震源
4、机制和构造应力场的研究已取得一系列重要成果(王妙月等,;陈益明,;丁原章等,;潘建雄等,;丁原章等,;魏柏林等,)。郭贵安等()的研究指出,新丰江水库在蓄水初期地震破裂以走滑型为主,而 年 级地震及之后一段时间的地震活动,使得新丰江库区的局部构造应力场出现 期林庆西等:利用谱聚类方法研究新丰江库区的震源机制解了较大的调整,和主震的破裂机制有明显的区别。之后随着水体重力作用的显著影响,库区局部应力场进一步改变,倾滑正断层错动为主要运动特征的地震占据优势(赵翠萍等,)。年之后,锡场区地震频度和强度较之前均有了显著提高,水库地震存在从传统老震区(峡谷及大坝区)向新震区(锡场区)转移的趋势。许多专家学
5、者将研究重心转向锡场区域,对区域内发震构造、震源机制解、构造应力场、波速比变化等问题进行了探索(杨选等,;邵叶等,;刘兆才等,;王力伟等,;姜喜姣等,)。利用震源机制解谱聚类方法获得了水库区域内 年 月 日 年 月 日反演得到的 个震源机制解的谱聚类结果,并对该地区震源机制解的聚类特征进行分析和讨论。同时,针对不同区域、不同时间范围内的震源机制解类型,讨论地震活动与构造特征的关系,从而揭示新丰江库区地震的孕育环境。注:图中实心圆点表示地震发生位置,其颜色随震级大小而变化;黑色实线为断裂,为河源断裂,为人字石断裂,为大坪岩前断裂,为南山坳头断裂,为石角新港白田断裂,为嵋峰公白地推断断层,和 为锡
6、场区推断断层;黄色三角形表示台站位置;左上角插图红色矩形框表示研究区域;左下角插图为新丰江水库密集台站分布图。图 新丰江库区主要断裂带及地震活动分布 构造背景和数据选取新丰江水库主体位于燕山期 向延展的巨大花岗岩岩体上,区内地质构造以 、和 向断裂构成的网格状格局为主要特征(丁原章,)(图 )。向断裂在地表发育明显,具有代表性的有河源断裂、人字石断裂和大坪岩前断裂(丁原章等,中国地震 卷 ),以逆断层或逆掩断层为主要特征;向断裂分布于水库东侧以及峡谷区,由一系列倾角较陡的小型平推断层组成,石角新港白田是库区内最主要的 向断裂,其南段新活动性表现最为强烈,研究表明新丰江水库诱发地震活动与此断裂有
7、关(王妙月等,);向断裂地表不出露,仅能见到断续分布的挤压带或剪切带,据航空磁测和重力异常资料显示,该断裂存在于深部区域,并在水库峡谷区两侧发育(万永芳等,)。选取广东省地震台网记录到的 年 月 日 年 月 日新丰江库区(,)的地震事件,共计 个。新丰江库区分布密集的地震台站可以保证 波极性记录清晰,而 的震级可以确保震源机制解计算的准确性。地震事件和台站分布如图 所示,从图中可以看到,地震大致分布于 个区域,水库东南部的峡谷及大坝区(区)、中部的库盆区(区)以及西北部的东源锡场区(区)。本文将对以上 个区域的震源机制解聚类结果逐一进行分析。方法及计算 震源机制解的谱聚类方法谱聚类是一种基于图
8、论的聚类方法,其本质是将聚类问题转化为图的最优划分问题。该方法的优势在于能在任意形状的样本空间上聚类,且收敛于全局最优解,因此适用于三维球空间的震源机制解。同时,由于谱聚类采用了主成分分析()中降维的思想,这对于处理多维的震源机制数据也十分有利。基于此,林庆西等()提出了一种基于谱聚类的震源机制解的聚类方法,并给出了该方法的具体原理和应用步骤,本文仅简要概述该方法的基本实现原理。谱聚类方法首要思想是将空间中每个震源机制解数据利用带有权值的边连接起来,组成基于相似度的无向加权图。这里的边权值是判断震源机制解间相似性的一个重要参数,一般以距离表示。()采用一种三维旋转方法,利用 种旋转模式实现从一
9、个震源机制旋转到另一个震源机制,而这种旋转角度能够客观地反映 个震源机制在三维空间的差别。因此,本文将震源机制对间的最小旋转角作为距离度量。震源机制间距离远近反映了两者间的相似程度,采用全连接法可将所有震源机制解数据一一连接起来,构成相似矩阵,即谱图的基本形态。采用规范割集准则()方法划分谱图(,),利用最小化 函数计算标准拉普拉斯矩阵最小的前 个特征,然后求出对应的特征向量并标准化,再对最后的特征向量矩阵进行传统的 聚类,即可得到最终的聚类结果。利用间隔统计量法()自动确定最佳聚类数目。该方法主要思想为方差分析(,),通过待分数据集离散度与由参考分布生成的数据集离散度之间的差异,构造一个间隔
10、统计量,用于刻画间隔统计量关于聚类数目的变化情况,当间隔统计量取得最大值时,对应的 值为最佳聚类数。利用上述谱聚类方法和间隔统计量法,可以自动处理震源机制解数据集,实现海量震源机制解自动快速的类型划分。震源机制解的计算本文利用 波、波和 波的初动方向和振幅比联合测定地震震源机制解,即 期林庆西等:利用谱聚类方法研究新丰江库区的震源机制解 方法(,;,)。该方法由于使用了较多的约束参数,反演结果精度较高,从而得到广泛的应用(刘杰等,;倪红玉等,)。在利用 方法反演震源机制时,规定每个地震事件至少有 个 波初动记录以及 个 波初动和振幅比被量取。反演时 波初动矛盾数控制在 以内,振幅比矛盾数控制在
11、 以内。采用上述原则计算得到 个精确可靠的震源机制解结果。图 ()为 年 月 日河源市源城区 地震的震源机制解反演结果,图 ()展示了研究区内反演得到的 个具有典型代表性的震源机制解,其均通过所在区域内的地震群集中选择得出,基本代表了该区域震源机制的相似特征。注:()中台站旁圆圈表示 波初动方向向下,实心点表示台站 波初动方向向上,蓝色六边形表示该台站在反演过程中使用了振幅比。图 河源市源城区 地震震源机制解反演结果()及新丰江库区部分震源机制解分布()谱聚类利用震源机制解的谱聚类方法对 个地震进行聚类分析,采用间隔统计量法对聚类结果进行评价,结果如图 ()所示。当聚类数为 时,值位于最高点,
12、因此聚类最优结果应为 类。但在实际情况中,较少的数据类别会丢失大量震源机制带来的差异性信息,不利于前兆信息的甄别。从图 ()中可以看到,选择聚类数 和聚类数 对应的 值相差较小,且都在其误差线范围内,对聚类结果影响较小。因此,本文选择聚类数 作为该区域的最佳聚类数。利用上文给出的震源机制谱聚类的计算步骤,得到图 ()所示的聚类三维立体分布图,图中三维坐标为其中某一节面的走向、倾角和滑动角,可以看到数据大体被区分开。结果分析 聚类结果分析利用谱聚类和间隔统计量法计算得到的 类震源机制解如图 所示。图中灰色弧表示每个震源机制解的节面,紫色和绿色小实心圆分布表示 轴和 轴。为了突出每一类震源 中国地
13、震 卷图 新丰江库区震源机制数据解的谱聚类结果分布()与间隔统计量分析()注:文中所有震源球均采用下半球投影,下同。图 新丰江库区各类震源机制解结果 期林庆西等:利用谱聚类方法研究新丰江库区的震源机制解机制的特征,利用 轴和 轴的矢量和,计算得到了每一类的震源机制平均解,用黑色圆弧和大实心圆来表示(刁桂苓等,)。震源机制平均解的参数如表 所表示,其中最后一列为该类震源机制解的数量。表 新丰江库区震源机制聚类的平均解结果类节面 节面 轴轴轴数目走向()倾角()滑动角()走向()倾角()滑动角()方位角()倾伏角()方位角()倾伏角()方位角()倾伏角()从图 的节面和 、轴分布可以看出,震源机制
14、在类内具有一定的相似特征,而类间差异性也较为明显,可以认为新丰江库区震源机制的谱聚类方法应用效果较好。尽管有些震源机制在类内也有差异,如类中的某些节面解,但是根据震源机制谱聚类的距离定义以及、轴基本一致的分布,可以认为震源机制之间的差异不明显。继续增大聚类数或许能够将微小的差异体现出来,但从间隔统计量法最优解的原理中可以得知,继续增大聚类数来显示这种细小差异并无实际意义。因此,新丰江库区震源机制的 个聚类解是可靠且合理的。()根据震源机制解的 、轴倾伏角特征,将震源机制分为 种类型,分别为:正断型()、正走滑型()、走滑型()、逆走滑型()、逆断型()和无法确定()。通过比较此次研究获得的 类
15、震源机制解,对每个聚类解的震源机制特征分别进行描述。第类解以走滑型地震为主,兼有少部分正走滑和正断型地震,走滑型地震约占该类型的 。轴方位为 ,俯角在 之间;轴方位为 ,俯角均小于 ,近乎水平。节面走向多为 ,倾角较为陡立,在 之间;节面走向多为 ,倾角也较陡,在 之间。由此可见,第类解大部分为具有倾滑分量的走滑型地震,并带有一部分向正走滑型地震的过渡性质。第类解数量不多,约占总数的 。第类解和第类解较为相似,走滑型地震约占到该解集的 ,也有部分正走滑和正断型。轴走向为 ,轴走向为 ,轴和 轴俯角同第类解相似,不同的是 轴多出露于 方位。第类解与第类解的节面有显著差异,节面走向 ,倾角在 之间
16、,相比第类解较缓;节面走向为 ,倾角 之间。第类解数量最少,只占到总数的 。第类解基本为正断型地震,占该解集 ,其余为正走滑型。轴为 向,俯角较陡,在 之间;轴为 向,俯角较为水平。由于此类地震是正断型兼有倾滑分量,因此仍按照 个节面分析。节面方位在 和 间变动,节面方位在 中国地震 卷 和近 向变动,个节面倾角均较陡,和第、类相似。第类解数量较多,约占地震总数的 。第类解绝大多数为走滑型地震,占比约 。轴为 向,俯角在 之间,较为水平;轴为 向,俯角在 间,同样以水平为主。节面方位为 向或近 向,倾角较陡;节面方位为 向或近 向,倾角在 之间,近乎直立。第类解明显不同于第、类走滑型解,但数量
17、较少,不到地震总数的 。第类解全部为正断型地震,兼有倾滑分量。轴方位均匀分布于 向和 向之间,俯角陡立;轴方位为 向,俯角较为水平。节面走向为 向,倾角分散,在 之间分布;节面走向为近 向,倾角大部分在 以上。第类解约占总数的 ,其特征和第类正断型解相比差异较大。第类解大部分为走滑型地震,约占 ,其余为无法确定型。其中,逆走滑型解仅有个,可以认为在误差范围内出现,因此不做过多研究。第类解 和 轴方位同第类解类似,只是 轴多出露于 方位;轴和 轴俯角均较为水平,和第类解一致。个节面方位和倾角也同第类解类似,只是节面倾角更陡,近乎直立。总体上看,第类解和第类解较为接近,但也有显著不同特征,总数约占
18、到 。第类解除去 个无法确定型,其余皆为正断型。轴为 向,俯角较陡;轴方位为 向,俯角较为水平。节面方位为 向,倾角约在 之间分布。该类同样为典型的正断倾滑型地震,但与第和类仍有不同。此类解数量较多,约占到总数的 。分析 类震源机制解的数量分布,如表 和图 所示。第、和类解数量较多,且分布均匀;第、和类解数量较少。但总体上看,各类解数量差别并不大。结合上述每类解特征描述分析,研究区内地震以正断型为主,其次为正走滑型和走滑型,仅有 个逆走滑型,不存在逆断型,这与前人的研究结果基本一致(陈益明,;丁原章等,)。图 震源机制解聚类数量分布 期林庆西等:利用谱聚类方法研究新丰江库区的震源机制解 聚类结
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 利用 谱聚类 方法 研究 新丰 库区 震源 机制
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,个别因单元格分列造成显示页码不一将协商解决,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。