南海西南次海盆海底地震仪天然地震观测及ScS波分裂

简要介绍了南海西南次海盆OBS3D地震探测台阵,整理并详细分析了宽频带OBS的天然地震记录,结果表明共记录了Ms6.0～6.9地震93个,Ms7.0以上地震10个,数据质量较好,特别是2011年3月11日日本仙台以东海域发生的Ms9.0大地震.对4次Ms7.0以上地震的ScS波进行了各向异性反演,结果表明西南次海盆的快S波偏振方向N58°E平行于已停止活动的扩张脊(慢波方向S35°E垂直于扩张轴),说明西南次海盆的扩张脊现今处于挤压应力状态,反映了南海南部边缘的碰撞格局和洋脊停止扩张的动力学原因.     

海底地震仪(OBS)广角地震记录中二次震相的识别及应用

在海底地震仪(OBS)记录的广角地震剖面中,经常可识别出能量强,连续性好的多次波震相.在常规OBS数据处理过程中,多次波被作为无效信号剔除,但是作为地下界面的真实反射,多次波同样蕴含着地下构造的重要信息.通过对南海海盆OBS2013-ZN测线地震数据的多次波震相进行处理分析,对多个台站Pg,Pm P和Pn震相的二次震相进行识别.以OBS06和OBS07台站为例,详细阐述了二次震相的辨别和确认过程,准确拾取了二次Pg,Pm P和Pn震相的走时数据.并通过射线追踪模拟,确定其传播路径.最后,在原有P波速度模型基础上,利用走时反演方法将初至震相和二次震相进行联合成像获得新的局部速度结构.结果显示,与初至震相结果相比,浅部沉积层和中深部的壳幔速度结构都有一定程度的变化.该研究有助于充分利用OBS数据,挖掘多次波震相特征,提高地壳结构的成像精细度.     

利用地震海洋学方法研究南海东北部东沙海域内孤立波的结构特征

主要利用地震海洋学方法研究了南海东北部东沙海域内孤立波的结构特征,内孤立波的类型是第一模态下沉型,最大振幅有85.5 m.内孤立波自最大振幅所处深度向下,其振幅大体呈线性减小趋势,振幅随深度的减小率为0.2左右.海底对内孤立波的波形会产生一些影响,一方面海底可能会"切割"内孤立波底部,使之出现间断,另一方面海底的"摩擦"会导致近海底的内孤立波处会发育有较多次一级尺度的波动.横向上看,由地震剖面所得到的内孤立波视宽度,需经过一定的校正才能获得真实宽度,本文所研究的两个内孤立波视宽度分别是4.52和3.36 km,校正后的宽度为0.5~3 km.另外内孤立波处存在的垂向噪音反映出内孤立波具有很强的垂向剪切力.内孤立波水平波数谱与GM模型谱的对比研究表明,其能量在低波数段比GM谱大两个数量级左右.     

东海OBS深部地学探测断面及其地质意义

利用主动源海底地震仪(ocean bottom seismometer,简称OBS)进行东海地壳深部结构地震探测,对探讨东海大地构造演化意义重大.采用立体气枪阵列延迟激发震源新技术,完成了一条横跨东海陆架盆地-琉球岛弧的OBS深部地学地震探测测线(OBS-2015),获得了地壳内部主要地层界面和莫霍面的地震反射/折射震相.对OBS台站记录经预处理、震相识别与拾取后,通过射线追踪、走时拟合等正反演处理,得到了沿测线的二维地壳速度结构剖面.剖面的地质解释与综合研究认为,东海陆架中-新生代沉积盆地沉积层厚度大、分布广,中-新生界最大叠合厚度达13 km左右;东海陆架区地壳是大陆地壳向海区的延伸,莫霍面起伏小、埋藏深度在30 km左右.钓鱼岛隆褶带到琉球岛弧区域莫霍面起伏剧烈,呈由西向东快速抬升的趋势.冲绳海槽区地壳厚度只有东海陆架盆地的一半左右,并呈中轴线最薄(13 km左右)、向两侧快速加厚(19 km左右),莫霍面上方发育速度达7.1 km/s的下地壳高速地质体,东部坳陷地区莫霍面已出现明显抬升,与盆地存在明显镜像关系,推测为盆地拉张作用所致.冲绳海槽的纵向速度结构与陆壳差异大,与洋壳的速度结构较为接近.综合以上因素并结合区域地质背景分析认为,南冲绳海槽进入了海底扩张的初始阶段,地壳具有非典型洋壳的特征.本次探测结构为东海深部地壳结构研究及区域地质演化研究提供了重要的基础资料.     

利用城市通信光缆进行地震观测和地下结构探测

在城市地区开展地震观测和地下结构探测有助于提升城市防震减灾能力和城市地下空间利用能力.然而城市地区密集的建筑和频繁的人类活动一定程度上阻碍了在城市地区开展地震观测.利用近年来发展的分布式声波传感技术在云南省宾川县城区开展实验,以探索城市地区地震观测新方法.总长5.2 km的地下通信光缆被分成上千个传感单元(单元间隔为数米).光缆记录信号中可以识别出车辆运动、气枪震源、人工落锤等不同振动信号.利用从光缆记录的背景噪声,提取了面波信号,并获得了地表200 m以内的横波速度结构,这为工程场地评价提供了重要信息.以上初步结果表明,城市地下通信光缆为城市精细结构探测、交通监测和地震预警等工作提供了一种新型观测手段.     

采用地震背景噪音成像技术反演天山及周边区域地壳剪切波速度结构

采用地震背景噪声成像技术获得了天山及周边区域的地壳剪切波速度结构, 数据取自中亚地区50个宽频带数字地震台站的连续噪音记录, 通过互相关计算共获取了约748个高信噪比瑞雷面波经验格林函数: 利用可视化方法测量了周期为6~50 s的瑞雷面波相速度频散, 据此反演了相速度分布模型和剪切波速度结构. 结果表明, 短周期(6~20 s)相速度分布与地质构造存在一定的相关性, 高速区域对应于山脉, 低速区域对应于沉积盆地, 天山造山带下部存在双向俯冲高速异常, 其中天山南部的高速异常从塔里木中上地壳向北俯冲, 天山北部的高速异常则从中地壳向南俯冲; 另外天山造山带中下地壳存在低速通道, 该通道为地幔热流的上涌或侵入提供了途径. 研究表明, 塔里木盆地地壳的向北俯冲和哈萨克地台地壳的向南俯冲作用, 以及天山下方的地幔热流上涌共同为天山造山带的活化提供了主要动力.     

南海海盆残留扩张中心地壳速度结构对比及构造意义

南海西北、西南和东部3个次海盆停止扩张之后都存在岩浆活动,扩张中心有多个海山.为了研究海山和扩张中心的地壳结构特征,本文使用穿越南海西北次海盆扩张中心的广角地震剖面(测线OBS 2006-p1),针对海盆区域,通过P波二维地震射线追踪正演,获得了西北次海盆垂直扩张方向的深部速度结构,讨论了西北次海盆及其扩张中心深部地壳结构特征;并结合南海东部次海盆和西南次海盆横穿扩张中心的海底地震仪(ocean bottom seismograph,OBS)剖面,对不同海盆的地壳结构进行了对比研究,获得了扩张后期岩浆活动对洋壳改造的新认识:(1)发现西北次海盆地壳具有明显的洋壳性质,莫霍(Moho)面埋深为11~12 km(从海平面起算),地壳厚度为6~8km,速度为5.7~7.0 km/s.扩张中心轴部双峰海山为西北次海盆扩张之后岩浆活动的产物;(2)西北次海盆、东部次海盆、西南次海盆东北部沿垂直扩张脊方向地壳速度结构均有明显的横向变化,在扩张中心处都表现为洋壳厚度增大约1 km,莫霍面埋深增大,表明后期岩浆活动对地壳结构有较大的改造作用.     

南海西北部晚中新世的红河海底扇

通过对南海西北部地震和钻井资料的研究, 在莺歌海-琼东南盆地结合部发现了一个主要发育于晚中新世(黄流期)的巨型海底扇, 该扇体在纵向地震剖面上具有楔状斜交前积构型,横向地震剖面上具丘状双向前积构型. 位于扇体前端的YC35-1-2 井的岩心和测录井资料表明黄流组主要为下部以砂岩为主, 上部为砂泥互层的重力流沉积, 结合黄流期主要为半深海沉积的区域地质背景, 认为该扇体为一富砂/泥型的海底扇. 其面积达上万平方公里, 最厚处超过2000 m, 其下部富砂部分也超过5000 km². 初步的物源区分析表明其西部的归仁隆起和北部的海南隆起都不可能作为该海底扇的主要物源区, 而通过对莺歌海盆地黄流组的沉积相分析, 认为其沉积物主要来自于红河, 故将其命名为红河海底扇, 它与红河三角洲以及相关的海底峡谷共同构成红河沉积体系. 中中新世末东沙运动在莺琼结合部形成陆架坡折, 并在莺歌海盆地造成大幅度的相对海平面下降, 使红河水系直接推进到莺琼结合部, 这是形成黄流组下部大型富砂海底扇的最重要的条件. 其发现为青藏高原隆升和红河断裂带演化的研究提供了重要信息, 并为南海北部深水油气勘探指出了新方向.     

从壳幔地震各向异性初探华北地区壳幔耦合关系

根据首都圈地震台网、国家地震台网、IRIS台站资料, 并比较了流动的华北地震台阵部分台站资料的结果, 利用地震各向异性分析, 得到减少局部构造影响后的华北地区(至少是华北地区北部)的地壳背景水平主压应力方向为北东95.1°±15.4°, 穿透壳幔的SKS分裂的快剪切波偏振平均值为北东110.2°±15.8°. 而台站分析也显示, 地壳内近场资料的快剪切波偏振与SKS快剪切波偏振总是相差十几度以上. 不同周期下的Rayleigh面波相速度方位各向异性快波优势方向也同样揭示出随深度增加快波优势方向的变化. 这个特征暗示华北地区的壳幔耦合关系可能既不是简单的壳幔解耦型, 也不是壳幔强耦合型, 可能是两种模式共存的不均匀分布, 或者是物理性质介于两者之间的渐变模式. 研究表明, 在分析穿透整个岩石圈的SKS分裂和地表的GPS观测的基础上, 增加揭示地壳各向异性的近场资料剪切波分裂, 结合面波的方位各向异性, 可以更准确地多方位刻画壳幔各向异性性质, 进而探讨壳幔的耦合关系.     

一个发生在沉积盖层里的破坏性地震: 2010年1月31日四川遂宁-重庆潼南地震

一般而言只有结晶基底才有足够的强度积累大量的应变能然后突然释放形成破坏性地震, 而沉积盖层则由于富含孔隙、流体因此较软弱而不能积累足够的能量形成大的地震. 而2010 年1 月31 日在遂宁-潼南交界处一次M5.0 破坏性地震, 多数台站记录短周期面波(Rg)发育, 显示出浅震的特征. 通过拟合短周期面波和较长周期面波的相对幅度, 拟合远震深度震相pP, sP 波形, 确定该地震深度约为(2±1.5) km, 因此该地震发生在厚达6 km 的沉积盖层之内. 虽然文献中有古生代沉积岩中发生4 级地震的报道, 但是中生代沉积盖层中发生高达5级地震的案例尚无报道. 此次地震给破坏性地震的孕育机理研究提供了罕见的案例.     

青藏高原东缘地震各向异性、应力及汶川地震影响

使用国家地震台网固定台站和区域流动地震台站资料,通过对最长达18年记录开展的剪切波分裂分析,得到青藏高原东缘构造域(包括龙门山断裂带)的上地壳各向异性空间分布和时间变化特征.通过快剪切波(快波)偏振和慢剪切波(慢波)时间延迟参数,获得了快波偏振的分区分布特征和汶川地震前后不同分区统计特征的时间变化.剪切波分裂参数受到应力场和断裂构造的影响,块体边界或断裂附近的快波偏振特征比块体内部更为复杂,导致一些分区显示两个优势方向.在汶川MS8.0地震前后,可以观察到一些台站或区域的剪切波分裂参数的变化,既有快波偏振方向的改变,也有慢波时间延迟的变化.地震前后有明显变化的台站,基本符合两种情况:一是震中距较近;二是处于大的断裂或构造边界附近.研究发现,汶川地震前后,龙门山断裂带区域的慢波时间延迟的降幅显著大于周边区域;龙门山断裂带北段的慢波时间延迟降幅,大于龙门山断裂带中段,大于龙门山断裂带南端与鲜水河断裂、安宁河断裂的交汇区,这反映了地壳应力及介质物性状态的变化.通过分析剪切波分裂参数,推断出龙门山断裂带域及周边区域的主压应力分布.本文同时还分析了芦山地震前后剪切波分裂特征的变化.研究认为,利用地震剪切波特性监测应力变化,进而可应用于地震应力预测研究.需要注意是,不同的构造部位对应力变化有不同的响应.     

台湾省地震凸显光纤通讯脆弱

2006年12月26日,中国南海海域发生7.2级地震。震中距内地最近海岸线约350千米,距台湾陆地约15千米。此次地震导致连接日本和台湾的海底电缆损坏,严重地影响了中国乃至东亚地区通过台湾经日本连接美洲的光纤通讯。     

冲绳海槽宫古段西部槽底海底气泉的发现

中国科学院海洋研究所“科学一号”调查船于2000年在冲绳海槽宫古段进行了地球物理调查. 在对调查资料进行了处理以后, 在西部槽底近陆坡底部的位置上发现了海底气泉的存在. 给出了海底气泉存在的证据, 并讨论了海底气泉的成因及水合物存在的可能. 指出, 模拟测深记录上以及单道地震剖面上出现的气柱现象可能是由地层中的气体从海底逸出引起的; 海底气泉控制了直径约2.2 km左右的范围, 为一个巨型的低温气泉. H14地震剖面上发育典型的帘式反射, 标志着异常反射区地层中游离气的存在. H12地震剖面在相近的位置上出现的浊反射进一步印证了地层中游离气的存在. 根据地震剖面上异常反射的形式, 推测地层中游离气含量比较高, 至少超过地层体积的1%. 在构造位置上, 海底气泉处在海槽西部近陆坡底部一个次一级的盆地当中. 该盆地的西侧为东海陆架断隆, 而东侧以及南北两侧都被基底隆起所控制. 其中南部的基底隆起至今还在明显抬升中. 盆地中发育了很厚的沉积地层, 地层厚度超过3.5 km. 由于地层自身的重力负荷, 以及周边基底隆起引起的构造挤压, 盆地中层D以下发育泥底辟构造. 泥底辟构造成为地层中超高压气体及低密度流体向上迁移的有效通道, 也是海底气泉发育的直接原因. 根据温度和压力条件估算以及地震反射特征, 认为气泉处帘式反射顶部以上地层可能含有水合物.     

东海海底观测网小衢山试验站记录的2010 年智利海啸信号分析

海面高度变化包含了周期性的潮位变化和非周期性的风场、气压和涌浪等过程引起的增、减水变化, 较大幅度的增、减水都可能引发自然灾害. 本文利用东海海底观测网小衢山试验站获取的长期连续观测资料, 通过功率谱及潮汐调和分析方法计算了试验站海平面变化的主周期及其分量值, 并由海平面观测值减去潮汐调和分析值得到海面高度异常值(sla). 研究海域sla 值与南北向风速有较好的相关性, 相关系数为0.65, 并通过线性拟合得出由局地风场引起的海面高度异常值sla_wind. sla_wind 是sla 的主要分量, 但非等值, 即由sla-sla_wind 得到剩余海面高度异常值sla_residual 不等于零, 表明有其他引发海平面异常变化的外力因素存在. 通过详细分析2010 年2 月27 日智利8.8 级强震发生前后一段时间的海平面变化数据, 发现在2010 年2月28 日15:00 时sla_residual 达到极大值0.48 m, 恰好与太平洋海啸中心预报的智利地震海啸进入东中国海沿岸的时间相一致, 由此判断该剩余海面高度异常受到了智利地震海啸的影响. 这是我国第一次用海底观测网的连续、实时数据详细分析越洋地震海啸在我国近海海域的增水过程、极值及其出现时刻, 这对于海啸预报模型的验证与改进和对计划中在东海海域建设海底观测网和海洋灾害预警等均有重要意义.     

利用面波振幅谱确定四川九寨沟M7.0地震震源深度

准确的震源深度对理解板块构造过程,地震断层结构,非天然地震识别等有重要意义.地震面波远场振幅公式显示面波振幅谱与震源机制、观测方位和震源深度有密切关系.当震源机制与观测方位确定后,可以利用面波振幅谱与震源深度唯一依赖关系,确定震源深度.浅源地震面波振幅谱在0.01~0.08 Hz之间的某个很窄的频段会出现陷波现象即振幅能量衰减,陷波位置与震源深度和频率有密切关系.本研究分析了不同震源机制解的理论地震图陷波现象出现的位置与震源深度的关系.通过理论地震图计算,得到不同震源深度的远场面波振幅谱,与实际观测波形对比,并进行深度定位.理论地震图面波振幅谱显示,震源深度的微小变化会引起面波振幅谱的变化,因此可以精确确定浅源地震的震源深度.震源机制解与震源深度具有耦合现象,为了分析震源机制的扰动对震源深度定位的影响,反演了九寨沟地震的震源机制解,并对走向、倾角、滑动角分别增加±10°的扰动,结果显示震源机制解的较小扰动对深度定位影响不大.为了消除低频噪声、剪切波、短周期面波等对面波振幅谱的影响,利用AK135速度模型对地震波形进行去频散处理.本研究利用瑞利(Rayleigh)面波振幅谱能量衰减特征对2017年8月8日四川九寨沟M7.0地震震源深度进行确定,得到本次地震震源深度为8.2 km.     

浊流成因海底沉积波形成机理及其数值模拟

近些年来, 随着深水油气勘探的不断深入, 对于深水沉积过程的研究也越来越受到关注. 虽然目前关于海底沉积波的形成机理还存在很多争议, 但已有现代沉积实例证明至少浊流是可以形成海底沉积波的. 通过数值模拟的方法来研究海底沉积波的浊积形成机理, 不但可以阐明海底沉积波的形成过程, 而且对于海底工程、深水沉积动力学及深水油气储层预测都具有重要意义. 通过流体动力学模拟, 计算了流体区域的基于时间平均连续性方程和雷诺平均N-S方程, 研究了地形对浊流的影响, 阐明了海底沉积波的形成机理. 模拟结果表明: (1) 首先在坡的下游方向开始沉积是由于流体的减速, 导致密度增大, 浊流携带固体颗粒物的能力(流体容量)降低和较长时间的流体经过所造成的; (2) 在一个隆起的上坡处密度增大是由于隆起峰部流体的局部堵塞, 导致上坡处流体速度降低和压力升高所造成的; (3) 沉积首先从距浊流源头较远的地方开始, 随着迭代次数的增加, 即个体浊流事件的增多, 沉积波向上游迁移; (4) 随着颗粒粒径的减小, 沉积越来越慢, 但粒径并不影响地形对沉积的控制及沉积体的几何形态和沉积顺序.     

利用初至压缩波对2004年苏门答腊-安达曼地震破裂直接成像

2004年12月26日在印度尼西亚苏门答腊岛西侧海域发生的Mw9.3级地震, 是现代数字地震和GPS观测台网布设以来记录到的最大地震. 高质量的地震和形变测量资料, 为准确估计引发巨大海啸的地震破裂特征提供了难得的可相互验证的资料. 利用中国国家数字地震台网(CNDSN)记录到的初至压缩波反演这次地震破裂过程, 并通过对方法的改进, 克服了CNDSN稀疏的台站分布带来的影响. 所获得的地震破裂过程与全球和区域地震台网及大地测量得到的结果较为一致, 即这次地震起始于苏门达腊西北海岸并以(2.7±0.2) km/s的破裂速度向北北西方向单侧破裂, 破裂持续时间达420 s或更长, 破裂沿着安达曼海槽延伸1200~1300 km, 并且出现两次强能量脉冲.     

三维各向异性介质内界面上地震波的传播

各向异性介质中地震波动理论研究是现今地震学研究中的一项前沿课题与难题.界面上地震波传播行为研究对于理解波传播规律以及解释复杂的三分量地震记录等均具有重要意义,然而至今尚未见到这方面深入研究结果.本文从波动方程组出发,借助于边界连续性条件,推导得出三维各向异性介质中内界面上地震波的反射与透射系数,进行了数值计算并讨论了界面上地震波传播行为.     

深海两千五百米——加拉帕戈斯海底热液探索

30多年前(1975年),人们在位于东太平洋的加拉帕戈斯海底首次发现了正在活动的海底热液,以及与此相伴的热液生物群落。这个发现震撼了当时的科学界,对以后地学、生物学的发展起到了巨大的影响,以至在今天人们还很难断言这一发现最终的意义。在下面这些不连贯的笔记中,作者记录了在2005年随同科考船亚特兰蒂斯(RV/At-lantis)及深潜器阿尔文(Alvin)在这一海域的工作经历,以此纪念30多年前的这一科学发现。     

中国大陆地区L_g波速度、衰减和震级

广泛搜集了分布于中国大陆(除新疆、西藏外)地区的250个区域台站、200多个地震的短周期记录资料。分五个区(东北、西北、东部、西南和华南)测定了L_g波的群速度、水平向与竖直向振幅比H/Z(H取EW和NS向振幅的算术平均值)、衰减系数γ值,并确定了中国大陆地区统一m_L。震级标度(图1)。