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利用拟牛顿法和信赖域法联合反演震中分布与一维速度结构
  • ISSN号:0001-5733
  • 期刊名称:《地球物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:P315[天文地球—地震学;天文地球—固体地球物理学;天文地球—地球物理学]
  • 作者机构:[1]北京大学地球与空间科学学院计算地球物理实验室,北京100871
  • 相关基金:国家自然科学基金项目(40474011,40134010,40521002)资助.致谢 感谢于湘伟博士提供华北地区的地震走时数据.
中文摘要:

本文将拟牛顿法与信赖域法相结合的反演方法用于地震震中和一维速度结构的联合反演.通过数值试验比较发现:用拟牛顿法构造Hessian矩阵,虽然仅利用目标函数的一阶导数信息,但由于保证了正定性和拟牛顿条件,比解析求得Hessian矩阵更加高效稳定,通过与信赖域方法的结合,使得该联合反演方法与经典的联合反演方法相比不仅具有较高的计算效率和较高的反演精度,同时也具有更强的总体收敛性.利用本文方法对台湾集集地震重新定位结果(纬度23.86°N,经度120.80°E,深度10km,发震时刻1999年9月21日17:47:16.0)与前人主流结果一致.此外,该方法对不同初始速度模型以及不同的地震到时数据集均可给出较一致的结果,进一步表明该方法的优越性.本文还利用1998~2001年间华北遥测地震台网40个台站记录到的64次地震的971条P直达波和首波到时资料,采用本文提出的方法吩北京及其邻区的一维地壳P波速度结构进行联合反演,结果表明该地区浅层地壳速度较低,中部地壳速度较高,下部地壳速度逐渐递增.

英文摘要:

We propose a hybrid algorithm, which combines the quasi-Newton method and the trust-region method in a least square form, to simultaneously determine hypocenters and velocity structure. Our numerical tests indicate that the Hessian matrix constructed by the quasi-Newton method, with the positive definiteness and the satisfaction of the quasi-Newton condition, is more efficient and stable than the analytical one though only the first-order derivatives of the objective function are used in the quasi-Newton method. Furthermore, combining with the trust-region method, our algorithm of simultaneous determination of hypocenters and velocity structure has been proven to be more accurate and efficient and has better convergent property than the classic method. With our method, we relocate the hypocenter of the Chi-Chi earthquake of Taiwan and obtain the result: latitude 23.86~N, longitude 120.80~E, focal depth lOkm, and origin time 17:47:16.0. This result is consistent with the credible previous result, and is robust with different initial values and different data sets. Finally, we apply our method to simultaneously determine hypocenters and 1-D velocity structure of the North China area by using the selected 971 high quality direct and refracted P arrivals of 64 earthquakes from 40 stations of the North China Seismic Network from 1998 to 2001. We find that the upper crust in this studied area has low velocity with a sharp increase at depth of 4km, the middle crust has high velocity ( - 6km/s), and the lower crust has a positive velocity gradient.

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期刊信息
  • 《地球物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国地球物理学会 中国科学院地质与地球物理研究所
  • 主编:刘光鼎
  • 地址:北京9825信箱
  • 邮编:100029
  • 邮箱:actageop@mail.igcas.ac.cn
  • 电话:010-82998105
  • 国际标准刊号:ISSN:0001-5733
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2074/P
  • 邮发代号:2-571
  • 获奖情况:
  • 首届国家期刊奖,第二届国家期刊奖,中国期刊方阵“双高”期刊,第三届中国出版政府奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰地学数据库,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国地质文献预评数据库,美国剑桥科学文摘,美国科学引文索引(扩展库),美国石油文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:31618