各向异性ATI介质剪切位错点源P波远场辐射

假设震源区为ATI介质,传播介质为全空间各向同性介质情况下,给出了剪切位错源P波远场辐射解析表达式,讨论了震源区各向异性对远场P波振幅和震源球的影响。结果表明,震源区裂隙密度,裂隙方位等参数的动态变化导致P波远场辐射花样也随之动态变化,同时也会造成非双力偶百分含量的动态变化。研究认为,在井中对中小地震的非双力偶机制进行...     

各向异性ATI介质地震矩张量理论研究

引言地震矩张量描述了地震点源的基本特征,其内容涉及到各类震源(包括剪切位错震源、张裂震源和体积震源)的力学机制、震源辐射、地应力场、震源运动学和强地面运动等地震学中的重要课题。一般认为,浅源构造地震是因断层面间的快速纯剪切错动而辐射地震波,造成在地表的振动,传统上该解释被称为双力偶机制。但实际地震观测和地震矩张量反演结果     

2000年姚安MS6.5地震3.0≤ML ＜5.0余震的地震矩张量反演

建立合于云南地区的速度结构模型,对云南数字地震台网记录的2000年姚安Ms6．5地震3．0≤ML〈5．0余震的垂直分量进行频率域内的地震矩张量反演。结果表明：矩张量分解得到纯膨胀（各向同性）分量P、纯剪切（双力偶）分量M0和补偿线性矢量偶极C三部分,其中纯剪切（双力偶）分量帆占主要部分,表明地震的震源破裂过程以剪切破裂为主。从余震震源机制解可知,NW-NWW方位的节面占主导,结合余震分布尺度可以判断发震断裂是北西向的断裂。     

非双力偶地震：观测（二）

大多数研究都假设地震有双力偶震源机制,它对应于平面断民层上的剪切运动。但是,许多具有很好观测的地震辐射图形从根本上偏离了这个模型,指出了基本不同的源过程。如滑坡和火山喷发这类平移过程激发的地震波与纯力一致,而不是与双力偶一致。某些火山地震也具有单力机制,可能起因于岩 液的平流。其他火山地震有接近补偿线性向量偶极的机制,可能是岩浆侵入引起的。火山或地热区以及矿山的渚震常常含有各向同性分量,显示出爆任     

非双力偶地震:观测(三)

大多数研究都假设地震有双力偶震源机制,它对应于平面断层上的剪切运动。但是,许多具有很好观测的地震辐射图形从根本上偏离了这个模型,指出了基本不同的源过程。如滑坡和火山喷发这类平移过程激发的地震波与纯力一致,而不是与双力偶一致。某些火山地震也具有单力机制,可能起因于岩浆液的平流。其他火山地震有接近补偿线性向量偶极的机制,可能是岩浆侵入引起的。火山或地热区以及矿山的浅震常常含有各向同性分量,显示出爆炸或向内冲击的极性体积的变化。这种机制与包含剪切和张性断裂的机制一致,它们可被高压、高温液体促成。矿山内的巷道是可封闭的洞穴。深源地震发生在上地幔多形相变带内,在这样的深度上不会发生粘滑失稳。它们的机制倾向于是偏移的(体积不变),并非双力偶,而且对它们的源过程了解甚少。自动全球矩张量服务机构的常规报告从统计上表明,大震具有明显的非双力偶分量,但要证实这类结果需要对每个事件作仔细审查。     

几次强震有争议的非双力偶机制：二阶矩方法

地震震源机制（用等效于岩体破裂的力描述震源几何形状及其强度）通常被模拟为矩张量（MT）,将震源描述为一个点。然而,有时这种近似是不够的,因为地震辐射会由于震源的有限范围而持有方向性。转换为矩张量就可能产生有偏差的机制。Adamov和íleny（2010）进行的综合研究说明即使是纯双力偶（DC）震源其机制中也出现假非双力偶分量。他们的方法设计了减少假震源分量,通过二阶矩方法来评估假分量在记录中的影响并将它们从数据中去除。在本文中,我们将这个方法应用到具有大非剪切分量的5个中等到大的区域地震事件。它们大多位于预计主要是纯剪切滑动的大构造断层。我们研究了著名的北安纳托利亚断层上的一个地震、太平洋地区的3个地震以及玻利维亚的一个地震。在多数情况下,非双力偶分量实质上减少了,机制的几何形状基本上保持不变。这证实了这样的假设,由于忽视了矩张量检索的常规程序中震源的有限性,区域矩张量解中的部分非双力偶分量可能是假的。此外,由二阶矩（震源椭球和破裂速度矢量）提供的震源的几何学和运动学特征多数与先前研究中的断层几何、余震分布及破裂速度估计一致。     

剪切波分裂的复量分析:实例研究

把复分量分析方法应用于4组剪切波数据:美国克恩县Lost Hills地区四分量单偏移距VSP;巴黎盆地单一震源、二分量多偏移距VSP;Lost Hills地区四分量反射测线二澳大利亚的G~an Creek煤矿煤层内的跨孔测量.在所有上述实例中,分裂的快剪切波(或槽波)的偏振可由地震波特性的色标记录剖面估算.特别是在测线内和测线外震源复分量色标剖面上和源无关的一致性偏振允许可以求得剪切波的偏振涌,而无需旋转仪器和震源的轴.我们的结论是:复分量分析方法有助于由地震剖面识别和估计剪切波的分裂,帮助进行地层解释,并可简化各向异性介质中多分量反射资料的处理过程.     

诱发地震中的非双力偶震源

在诱发地震的研究中，用小孔径地震台网在近场观测，其震源机制的Ｐ波初动除Ⅲ象限分布的双力偶外，还有不是Ⅲ象限分布的非双力偶震源机制。双力偶震源机制是剪切破裂机制。非双力偶震源机制为向内源炸型和张破裂机制，以及在适当方向上两个以上双力偶迭加的结果。     

水平分层孔隙介质中点源激发的震电波场数值模拟及分析

为认识地震波诱导的电磁场的特性,本文研究地震波在孔隙介质中由于动电效应引起的电磁场.基于Pride弹性-电磁耦合方程组推导了双力偶震源对应的位移-应力-电磁场间断向量的表达式,模拟了双力偶源激发的震电波场.作为比较,还模拟了爆炸点源激发的震电波场.结果表明：存在伴随纵波的电场,其各分量的波形与固相位移对应分量的波形相似,但相位相反;存在伴随横波的磁场,其波形与固相位移波形相似;双力偶震源还激发出了独立传播的辐射电磁场,其速度比纵波至少高一个数量级,几乎是“瞬间同时”到达了每个接收器,但是其强度比伴随电磁场小得多,且随着源距增大而迅速减小.本文研究还表明：伴随纵波的电场强度不仅与地震纵波幅度和动电耦合系数有关,还与由介质孔隙结构决定的流-固两相动力协调性有关,存在一种动力协调介质,纵波在这种介质中不引起电场.     

静态弹性介质中力及力偶产生位移的空间特征

弹性介质中力及力偶产生静态位移的空间特征是理解剪切位错源以及有限断层面在半无限弹性空间产生静态位错的基础。本文对这些理论作了简单回顾推导,将其产生的静态位移转换到球坐标系中,并绘出了三维情形下集中力、单力偶和双力偶在弹性介质中产生的位移场辐射花样。     

On the retrieval of moment tensors from borehole data

The complete moment tensors of seismic sources in homogeneous or vertically inhomogeneous isotropic structures cannot be retrieved using receivers deployed in one vertical borehole. The complete moment tensors can be retrieved from amplitudes of P‐waves, provided that receivers are deployed in at least three boreholes. Using amplitudes of P‐ and S‐waves, two boreholes are, in principle, sufficient. Similar rules also apply to transversely isotropic media with a vertical axis of symmetry. In the case of limited observations, the inversion can be stabilized by imposing the zero‐trace constraint on the moment tensors. However, this constraint is valid only if applied to observations of shear faulting on planar faults in isotropic media, which produces double‐couple mechanisms. For shear faulting on non‐planar faults, for tensile faulting, and for shear faulting in anisotropic media, the zero‐trace constraint is no longer valid and can distort the retrieved moment tensor and bias the fault‐plane solution. Numerical modelling simulating the inversion of the double‐couple mechanism from real data reveals that the errors in the double‐couple and non‐double‐couple percentages of the moment tensors rapidly decrease with increase in the number of boreholes used. For noisy P‐ and S‐wave amplitudes with noise of 15% of the top amplitude at each channel and for a velocity model biased by 10%, the errors in the double‐couple percentage attain 25, 13 and 6% when inverting for the double‐couple mechanism from one, two and three boreholes.     

任意空间取向TI介质qP和qSV波解耦的波动方程

由于构造运动等作用,TI介质对称轴往往沿空间任意方向分布,具有任意空间取向对称轴的TI（ATI）介质更符合实际地质情况.VTI介质与ATI介质的相速度在形式上具有一致性,VTI介质中地震波的相角对应ATI介质对称轴与地震波传播方向的夹角.本文基于Tsvankin的VTI介质精确相速度公式,利用TI介质对称轴和地震波传播方向上单位向量的数量积和向量积来计算ATI介质的精确相速度.根据弱各向异性假设,导出qP波和qSV波的近似相速度,分析了近似公式的误差,讨论总结了ATI介质qP波和qSV波的相速度特征.本文中的单位向量采用观测坐标系表示,通过相角关系,可以较为方便地由ATI介质近似相速度导出频散关系,然后借助傅里叶逆变换推导出时间-波数域qP波和qSV波解耦的波动方程.数值算例表明本文的波动方程是qP波和qSV波解耦的,波场计算结果稳定,未出现明显的数值频散,验证了本文方法的有效性.     

Retrieval of source parameters of an event of the 2000 West Bohemia earthquake swarm assuming an anisotropic crust

We propose an inversion scheme for retrieval of characteristics of seismic point sources, which in contrast to common practice, takes into account anisotropy. If anisotropy is neglected during inversion, the moment tensors retrieved from seismic waves generated by sources situated in anisotropic media may be biased. Instead of the moment tensor, the geometry of the source is retrieved directly in our inversion; if necessary, the moment tensor can be then determined from the source geometry aposteriori. The source geometry is defined by the orientation of the slip vector and the fault normal as well as the strength of the event given by the size of the slip and the area of the fault. This approach allows direct interpretation of the source geometry in terms of shear and tensile faulting. It also makes possible to identify volumetric source changes that occur during rupturing. We apply the described algorithm to one event of the 2000 West Bohemia earthquake swarm episode. For inversion we use information of the direct P waves. The structure is approximated by three different models determined from travel-time observations. The models are inhomogeneous isotropic, inhomogeneous anisotropic, and homogeneous anisotropic. For these models we obtain seismic moments M_T = 3.2 − 3.8 × 10¹⁴ Nm and left-lateral near-vertical oblique normal faulting on a N-S trending rupture surface. The orientation of the rupture surface is consistent with fault-plane solutions of earlier studies and with the spatial distribution of other events during this swarm. The studied event seems to be accompanied by a small amount of crack opening. The amount of crack opening is slightly reduced when the inhomogeneous anisotropic model is assumed, but it persists. These results and additional independent observations seem to indicate that tensile faulting occurs as a result of high fluid pressure.     

任意空间取向TI弹性张量解析表述

本文理论给出任意空间取向TI(ATI)四阶弹性张量的解析表述,其以VTI弹性常数及其简单组合为系数,包括各向同性项、TI对称轴方向矢量分量的二次项和四次项,其中TI对称轴方向矢量可以在固定坐标系定义, 也可以相对三维倾斜界面甚至相对波传播方向.相比四阶张量变换法和Bond变换法,ATI弹性张量能简洁而透明地为本构关系和波动方程提供四阶张量的所有元素. ATI弹性张量能为诸多方面的理论研究提供支撑.     

轴对称各向异性介质波动方程深度偏移的对称非平稳相移方法

由所建立的三维qP波相速度表示式出发，导出并解析求解各向异性介质中的频散方程，得到三维各向异性介质中的相移算子，进而将以相移算子为基础的对称非平稳相移方法推广到各向异性介质，发展了一个三维各向异性介质的深度偏移方法. 文中使用的各向异性介质的速度模型与现行的各向异性构造的速度估计方法一致，将各向同性、弱各向异性及强各向异性统一在一个模型中. 所建立的各向异性介质对称非平稳相移波场延拓算子可以同时适应速度及各向异性参数横向变化；文中给出的算例虽然是针对二维VTI介质的，但所提出的算法同样适用于三维TI介质.     

断层两侧各向异性介质对地震破裂过程影响的有限单元法模拟研究

断层两侧介质物理性质的差异（bimaterial contrast）会对震源破裂过程产生重要影响,而地球介质的各向异性十分常见,但对于断层两侧材料的各向异性对断层破裂动力学过程有何影响,目前不甚了解,而国内外也未见相关研究报道.为此,研究中利用有限单元法,对断层两侧材料存在各向异性时的破裂行为进行模拟研究.计算结果表明,断层两侧材料的各向异性性质对断层破裂动力学过程有重要作用,并且材料性质与破裂之间的关系非常复杂.对于正交各向异性材料,当断层两侧各向异性材料主方向上的杨氏模量不同时,特别是当平行于断层走向的材料其一侧杨氏模量显著大于另一侧时,断层出现不对称的双侧破裂,成核中心一侧的位错显著大于另外一侧,破裂长度也是一侧显著大于另一侧（亦称单侧破裂）.沿着断层走向的材料主轴方向上的杨氏模量对于破裂过程的影响大于垂直于断层走向的杨氏模量,但随着各向异性材料主轴方位的变化,这种影响也发生相应地改变.模拟结果表明材料主轴方向的变化对破裂过程的影响也很显著.此外,通过模拟还发现,若断层两侧材料为相同的各向异性介质时（即断层两侧为同样的各向异性材料）,则不会影响断层破裂的空间对称性分布;而当其中一侧的各向异性材质主轴方位发生变化时,断层破裂的空间对称性会受到一定程度的影响,但其影响很小;然而,随着正交各向异性材料剪切模量的增加,断层破裂会被终止,无法产生特大地震.可见,本研究对于深入认识震源动力学过程及地震灾害评估等有重要的科学意义及实用价值.     

任意空间取向TI介质中体波速度特征分析

基于任意空间取向TI介质(简称ATI)中体波速度和偏振解析解,通过模型数值计算给出ATI介质中体波群速度和相速度的变化特征,说明TI空间取向与测线方位对速度的影响。研究表明,体波群速度图案和相速度图案相对TI对称轴固定,随TI对称轴倾角及其相对测线方位角的变化呈现出一定的对称性和重复性;可以针对ATI地区的地质情况,给出体波群速度和相速度变化图案,为进一步的理论研究提供便捷。此结果也可以直接用于VSP(垂直地震剖面)和井间地震资料的分析研究     

An efficient wave extrapolation method for anisotropic media with tilt

Wavefield extrapolation operators for elliptically anisotropic media offer significant cost reduction compared with that for the transversely isotropic case, particularly when the axis of symmetry exhibits tilt (from the vertical). However, elliptical anisotropy does not provide accurate wavefield representation or imaging for transversely isotropic media. Therefore, we propose effective elliptically anisotropic models that correctly capture the kinematic behaviour of wavefields for transversely isotropic media. Specifically, we compute source‐dependent effective velocities for the elliptic medium using kinematic high‐frequency representation of the transversely isotropic wavefield. The effective model allows us to use cheaper elliptic wave extrapolation operators. Despite the fact that the effective models are obtained by matching kinematics using high‐frequency asymptotic, the resulting wavefield contains most of the critical wavefield components, including frequency dependency and caustics, if present, with reasonable accuracy. The methodology developed here offers a much better cost versus accuracy trade‐off for wavefield computations in transversely isotropic media, particularly for media of low to moderate complexity. In addition, the wavefield solution is free from shear‐wave artefacts as opposed to the conventional finite‐difference‐based transversely isotropic wave extrapolation scheme. We demonstrate these assertions through numerical tests on synthetic tilted transversely isotropic models.     

ATI介质中四次时差系数解析近似

非双曲（远偏移距）时差为各向异性介质中正、反演研究,特别是各向异性参数估计提供了重要信息.本文在任意空间取向TI（ATI）介质水平界面同类反射波四次时差系数(A₄)精确解的基础上,进一步讨论我们推导得出的ATI介质中四次时差系数解析近似解,比较随CMP测线方位变化的近似解与精确解之间的差别,为利用近似解来解析研究ATI介质中非双曲时距以及参数反演提供有价值的信息．结合实际岩性资料的数值研究表明,ATI条件下四次时差系数近似解与精确解之间存在差别,不仅表现在A₄数的大小及符号特征上,更突出地表现在A₄系数随方位的变化特征上;在强各向异性条件下,近似解相比精确解存在较大误差．但在各向异性参数满足0<ε-δ<0.15、｜δ｜<0.20的情况下,对于TI对称轴的特殊倾角范围(75°～80°),近似解与精确解的差别很小,可用近似解进行各向异性观测解释及参数反演．