中国中西部地区地震的重新定位和三维地壳速度结构

采用中国中西部地区(21~36N， 98~112E)193个地震台在1992～1999年间记录到的9 988次地震的Pg和Sg震相走时的读数资料，用Roecker的SPHYPIT90程序，反演了该地区三维地壳P波速度结构，并用SPHREL3D90程序进行了地震的重新定位．反演结果揭示了中国中西部地区地震P波速度结构明显的横向不均匀性，这些不同深度上波速的横向变化多以该地区的活动断裂为分界线．可以看出活动断裂两侧存在明显的速度反差．通过重新定位，得到了6 459次地震的震源参数，这些精确定位的地震震中明显沿该区活动断裂呈现条带状分布，其范围和尺度清晰地表示了这一地区地震活动与活动断裂的紧密关系．其中，82％重新精确定位的事件的震源深度在20 km以内. 这一结果与笔者用双差地震定位法得到的重新定位的震源深度分布相一致．      

2004年内蒙古Ms5．9地震异常分析

以2004年内蒙古东乌珠穆沁旗Ms5．9地震为研究对象,对震中区域的地震活动参量b值进行时间扫描计算,Ms5．9地震前b值表现为高值回落;在选取的时空范围内,计算出震中区域平均波速比和地震空间相关长度,Ms5．9地震前波速比变化过程为下降一持续低值一回升发震,地震空间相关长度在震前趋势性上升,分析认为：可以把波速比的和地震空间相关长度的震前变化规律作为同一区域未来地震的预测依据。     

利用速度结构与震源参数联合反演算法研究天津及邻近地区小震重定位特征

利用2002年1月至2008年12月天津地震台网产出的初至P波走时资料,通过震源与速度结构联合反演算法,计算出天津及邻近地区三维P波速度结构的优化模型,同时获得1 738次中小地震的重新定位结果.结果表明,天津及邻近地区中小地震分布具有与强震相同的地壳深部介质背景,主要分布在高低速度过渡带;天津及邻近地区中小地震震源深度重新定位后更集中分布在10-15 km深度范围内.     

2003年民乐M_S 6.1级地震前后Pg波速度横向变化特征

本文研究着眼于与民乐地区地震活动有紧密关联的地壳深度(≤20km),利用1987-2008年的Pg波到时数据反演了河西走廊及其周边地区的中、上地壳速度横向变化结果以及速度横向动态变化结果.分析表明:(1)河西走廊过渡带为低速区,北祁连褶皱带为高速区;(2)地震位于低速体南边与高速区相交的部位,且震前6年,震中边侧逐渐出现速度显著升高区;(3)研究区北东-南西的主压应力方向与两个速度升高区呈现出的延伸方向具有很好的一致性,这说明了在主压应力方向上更容易积累应力的合理性;(4)主震的静态应力变化与震后Pg波速度的横向动态变化有较好的对应关系.     

乳山序列地震分布与震源区速度结构的关系

速度结构反演可提供与震源区介质及地震发生位置等有关的重要信息,为了解地震形成机理及发震环境提供重要依据。文中采用双差层析成像方法,对乳山台阵2014年5月7日—2016年12月31日期间有6个以上台站记录到的地震事件进行重新定位,并反演其震源区P波三维速度结构。1 410次乳山台阵记录的ML 1. 0地震经双差定位后获得1 376次精确定位结果,震中呈NWW-SEE向展布,走向SEE,倾向SW,形成长约3km、宽约1km的地震密集带;速度结构显示震源区附近存在3个速度明显不同的区域,余震活动主要发生在3个区域的交会位置,偏高速体一侧;综合考虑震中展布与高、低速体及不同性质岩体间的位置关系、区域地质构造等因素,推测震中展布位置应为2种不同岩体的界线,在高速体与低速体过渡带之间可能存在1条隐伏断裂。     

2016年1月21日青海门源MS 6.4地震破裂方向性研究

2016年1月21日青海省门源县发生MS6.4级地震,震中及周围地区震感明显,大量房屋损坏.虽然地震发生在人烟稀少地区但仍有9人受伤.本文开展了门源地震震源参数及破裂过程参数的研究,以期为理解门源地震的发震机理,完善震中区域震后灾害评估体系,进一步探究中等强度逆冲地震的破坏程度空间分布等提供基础信息.首先,利用青海、甘肃省固定台站和部分青海省流动台站记录的地震波形数据,拾取近震震相 Pg、Pn、Sg 到时,并使用 HYPOINVERSE-2000和 Pn/Pg 相对定位方法,以2016年8月13日门源MS 4.7余震作为参考事件对主震进行重新定位.然后,结合两次地震CAP方法反演过程中的质心深度和时移信息,利用最小二乘法拟合得到门源地震沿走向和倾向的破裂方向性特征.结果显示主震沿断层走向破裂长度为9.6 km,呈现单侧破裂特征;主震质心深度和起始破裂深度分别为9 km和10 km,沿断层倾向方向上属于双侧破裂.对于门源地震的深部孕震过程,推测可能是青藏高原东北缘受到印度板块与欧亚板块碰撞和阿拉善地块与鄂尔多斯地块刚性阻挡作用下,经过长期应力积累导致地震的发生.     

使用辽宁地区P波走时反演一维速度模型

选取辽宁地震台网记录到的67个天然地震,使用单纯型法定位方法和Pn/Pg联合测定深度的方法,对震中和震源深度测定,提取定位结果的P波走时数据。使用理论走时公式,将已知变量和未知变量分离,利用走时公式,构造方程组进行求解,反演得到两层均匀速度模型。使用Hyposat定位程序,对此次研究的模型和目前使用的华南模型进行定位对比,定位结果优于华南模型。     

非对称地震矩张量时间域反演:理论与方法

本文在对称地震矩张量反演的基础上,进一步研究了非对称地震矩张量时间域反演的理论与方法,结果表明:非对称地震矩张量反演与对称地震矩张量反演类似,只需将对称地震矩张量反演方法略加改动,即增加3个待解参数,便可实现非对称地震矩张量反演.为了判断非对称地震矩张量反演相对于对称地震矩张量反演是否存在过度拟合,运用了AIC准则 (赤池信息准则).为了定量地描述地震矩张量之间的差异,引入了地震矩张量的矢量表示法.通过分析格林函数与地震矩张量各分量之间的关系,得出:在非对称地震矩张量反演时,若仅用垂直向地动位移数据,将无法区分M_xy与M_yx这两个分量, 需要同时运用垂直向与水平向地动位移数据进行联合反演才能区分M_xy与M_yx; 若采用不同的速度结构模型或不同的格林函数计算方法,则需重新评估地震矩张量各分量的分辨度问题.为检验非对称地震矩张量反演方法的可行性, 利用合成地震图进行了一系列数值试验.数值试验结果表明,在非对称地震矩张量反演中,有必要引入S波进行P波与S波联合反演以提高反演的准确性和判定断层面的能力.      

利用人工爆破资料研究福建一维P波速度结构和地震定位

通过人工爆破资料研究地球结构的独特优点是震源时间和位置精确知道.2010—2012年间福建省进行了一系列的爆破实验.本文利用手工拾取来自省地震台网记录的爆破地震初至Pg、Pn以及续至Pg波到时数据,采用联合反演方法构建了新的一维P波速度模型,即福建爆破模型(FJEM).与华南模型相比,FJEM模型对走时的拟合程度提高了45%,有明显改善.利用不同爆破地震数据组合得到稳定类似的福建地区一维速度模型,显示福建地区存在较简单的一维速度结构.对爆破地震的重定位显示传统使用的华南模型在福建地区具有较小的水平定位误差(平均0.52±0.45km),但存在较大深度误差(平均4.7±1.2km).FJEM模型表现出与华南模型相似的水平定位能力,但是震源深度误差更小(1.3±1.1km).对基于FJEM模型的合成天然地震目录的重定位,华南模型显示出相似的定位结果:(1)台站方位覆盖较好的福建中部地区的水平定位误差小;(2)台站方位覆盖差的福建海岸及海峡区域水平定位误差大;(3)震源深度误差则跟台站数目及方位分布没有明显的关系,而是与发震时间误差有互易关系.从中可以看出,地震水平定位误差基本上受台站方位覆盖影响,而受参考速度模型影响不大;而在深度方面,本文改进的FJEM模型不仅更加接近真实的速度结构(拟合走时更好)而且也减小了深度误差.因此建议在福建及其邻近区域的日常定位中用FJEM模型替代华南模型.     

四川二滩水库库区蓄水前地震序列揭示的水库诱震结构

四川二滩水库地震遥测台网自运行以来,记录了库区发生的力马,田湾－金河和马鹿塘三次地震序列,主震震级分别为３．２,４．０和２．６级,利用工业爆破和天然地震资料,计算了该区域的Ｐ波和Ｓ波地壳分层速度模型,以此模型为基础,采用参考时间平均值法和数值性能极好的单纯形空间迭代寻优定位方法,修定为了这三个序列的震源位置,得到精度一般小于０．３ｋｍ,最大不超过０．５ｋｍ的精确解,最后,利用定位结果,求解了田湾序     

基于人工地震资料的珠江口地区最小一维P波速度模型

珠江口地区位于南海北部大陆的边缘,具有洋陆过渡型地壳特征,且NE向滨海断裂带从其中穿过,强震风险不可忽视。文中基于2015年珠江口海陆联合三维人工地震探测数据,人工进行初至P波震相拾取,并使用VELEST程序分别反演了陆域和海域的最小一维P波速度模型(走时残差均方根最小)和台站校正结果。台站校正结果的空间分布与区域地形、地质构造和沉积厚度相关较好,正值多分布在珠江三角洲沉积盆地和珠江口盆地内,而负值多分布在花岗岩等基岩出露地区以及滨海断裂带北侧和北部断阶带内的部分隆起地区。新模型对人工地震走时的拟合精度较高,陆域走时残差均方根为0.07s,海域为0.21s。与华南模型相比,新模型对区域地震定位的效果更好,重定位后,陆域的P波地震走时残差降低了22.6%、S波降低了21.2%;海域的P波地震走时残差降低了25.7%、S波降低了15.6%。新模型可为区域地震定位、地震参数和三维成像研究提供参考。     

A PRELIMINARY STUDY ON UPPER CRUSTAL VELOCITY STRUCTURE IN THE THREE GORGES RESERVOIR AREA

In this paper, using the double difference tomography method, the P wave and S wave velocity structures of the earth's crust beneath the Three Gorges Reservoir are inversed based on the high-resolution seismic data of seismological stations recorded from March 2009 to December 2010. According to the research results, the P wave and S wave crust velocity zones in the Three Gorges Reservoir area show a high V_P value area and a V_S value area with value low in the lower part and high in the upper part, distributing respectively at both sides of Shennongxi River to western Xietan in the north of Badong and near the outlet of the Xiangxi River at the northern section on Xiannvshan Fault. In the region from the two sides of Shennong River in the north of Badong to the western Xietan, microseisms are distributed in three zones in near east-west direction, with steep and north-dipping sections, spreading along the high-to-low velocity transition zone of the P and S wave. On the northern section of Xiannvshan Fault, small earthquakes are distributed along the NNW-trending Xiannvshan Fault, and the geological section reveals a steep and linear distribution along the transitional zone between the high V_P value area and the V_S value that is low in the upper and high in the lower part. Joint inversion results show a good consistency of the planes of the microseisms with the distribution of active faults.     

唐山震区上地壳平均波速比分析

收集河北地震台网记录的唐山震区2012-2016年ML≥1.0地震,选取震源深度5-10km、波形信噪比较高的波形数据,拾取直达P波、S波震相到时,利用和达法计算平均波速比,并分析研究区平均波速比水平分布特征与时变特征,结果表明:唐山震区上地壳平均波速比约为1.71,且水平分布呈区域化特征,反映了研究区复杂的地壳结构。研究区内3次ML≥4.0地震前,波速比曲线均呈较显著的下降-低值-回升形态,表明该区平均波速比变化可能具有一定地球物理异常特征。     

川滇活动地块东南边界基底结构——盐源-西昌-昭觉-马湖深地震测深剖面结果

在川滇活动地块东南边界区域完成了盐源-西昌-昭觉-马湖深地震宽角反射/折射探测剖面.利用该剖面获得的Pg初至折射波走时,采用走时特征分析、有限差分反演、时间项反演等方法,获得了沿剖面的基底P波速度结构和基底界面构造图像.结果表明,研究区基底结构呈现强烈的非均匀性,不同构造区显示出不同的地壳变形特征.盐源盆地盖层表现为推...     

龙门山断裂带中上地壳速度结构的短周期环境噪声成像

本文利用在龙门山断裂带周边布设的57个台站自2008年11月至2009年11月为期一年的垂直分量连续地震环境噪声数据,通过短周期地震环境噪声成像方法,获得了龙门山断裂带中北段地壳25km深度范围的S波精细速度结构.结果表明:(1)龙门山断裂带周边区域10km以上的速度结构与地表断裂的分布形态具有良好的一致性,速度结构控制了龙门山主要断层的深部延展特征;在15km及以下深度,S波速度结构呈现沿龙门山和沿岷山隆起走向的交叉构造格局,由此造成的速度结构差异可能影响了汶川地震的破裂过程;(2)速度结构随深度的分布特征为龙门山断裂带主要断层的深部延伸形态给出了良好的约束,结果进一步确认了龙门山断裂中段的高角度铲型断裂构造特征;(3)研究区的南端发现了龙门山断裂下方20km以下深度具有与松潘地块中地壳低速层相关的低速结构的迹象,这可能是汶川地震破裂带南段22km左右深度存在脆韧转换带的一个证据.研究结果显示出密集台阵和短周期环境噪声成像方法在地壳浅部精细结构和断层探测研究中具有巨大潜力.     

云南漾濞M6.4地震震区三维速度结构

利用2015年1月至2021年5月28日期间我国云南省漾濞县及周边地区固定台站和漾濞地震后布设的流动台站所记录到的近震资料,使用双差层析成像方法获得了该地震震区的高分辨率地壳三维速度结构和震源位置。重定位结果显示,漾濞M6.4地震序列主要沿NW?SE向展布,与维西—乔后—巍山断裂走向一致,地震主要集中在4—10 km的深度范围,呈约80°高倾角分布。结合定位结果与三维速度结构显示:漾濞M6.4地震序列的空间分布与速度结构变化具有相关性,主震位于P波、S波高低速异常交界处,这种介质物性变化的交界地带可能有利于中强地震的孕育和发生,余震主要分布在低P波速度、高S波速度和低波速比的脆性区域;沿漾濞地震序列的分布走向,主震两侧呈现完全不同的速度结构,其西北部具有明显的高P波速度、低S波速度特征,该地区高密度、强韧性的地层可能是阻挡漾濞地震的NW向破裂而呈单向破裂特征的原因。      

日本东北地区双震带高精度重定位研究

日本所在的西太平洋地区是世界上中深源地震发生最为频繁的地区. 早期研究已表明, 日本东北地区下方的中深源地震呈双层分布. 为进一步分析该双震带的空间分布特征, 本文通过方法测试证明了采用球坐标系下的三维射线追踪法改进后的双差定位法进行地震重定位的精确性和有效性, 对使用该方法进行重定位前、 后各方向上的误差进行了分析, 并确定了最佳的定位参数. 在此基础上, 对日本东北地区的中深源地震进行了高精度重定位, 并对重定位得到的震源位置进行了空间拟合, 其结果表明地震呈明显的双层分布, 且与西太平洋俯冲板块几近平行. 本文研究结果对揭示双震带中地震的发震机理以及俯冲板块内的精细结构均具有重要意义.      

龙门山断裂带中段深地震宽角反射/折射剖面研究

射线追踪方法是研究地震波在横向非均匀地壳介质中传播的重要方法.本文推导了理论走时对网格化节点速度的偏导数公式,提出了针对深地震宽角反射/折射剖面数据反演的联合迭代法,并使用该方法对横跨龙门山断裂带中段的一条深地震宽角反射/折射剖面进行了反演和解释.首先,对每一炮的观测数据进行一维反演,在此基础上插值出一个粗略的二维速度模型;然后,使用射线追踪方法计算理论走时,再根据理论走时与观测走时的拟合程度对二维模型进行调整,以获得更加接近实际的二维速度模型;最后,利用联合迭代法对观测走时进行反演,经反复迭代使所有接收点理论走时与实测走时的残差平方和最小,最终获取该剖面的二维地壳速度结构.反演结果表明:测线东段的沉积盖层明显厚于中段褶皱带和西部高原,中部褶皱带部分地区出现基岩裸露;构造转换带两侧的地层分界面近于水平层状分布,其西侧的中、下地壳内各存在一个层间速度间断面;构造转换带内存在薄厚不等的低速层,自西向东有增厚趋势.此外,龙门山断裂带的3条主断裂向下深切结晶基底,这是由于西部松潘—甘孜地块自西向东运动,受到刚性扬子地块的阻挡,沿铲式断裂向上爬升所致;而在断层上盘距地表约15 km深处出现的最大剪应力极值区,正是发生汶川M_S8.0地震的震源位置.      

唐海—商都地震台阵剖面下方的地壳上地幔S波速度结构研究

2006年底,我们沿“张渤地震带”布设了一条从唐海—北京—商都的宽频带地震台阵剖面.本文利用台阵记录的远震波形资料,通过接收函数和面波联合反演对剖面下方100 km深度范围内地壳上地幔S波速度结构进行了研究.结果表明剖面东段莫霍面深度约30～34 km,西段深度约38～42 km,平原与山区的过渡地带地壳厚度变化较快.地壳内部10～20 km深度范围内存在多个低速体.在唐山7.8级地震震区附近Moho面出现小幅度隆起,中地壳存在明显的S波低速体.张家口以西,剖面下方10～20 km范围内存在两个S波低速体,张北6.2级地震发生在这两个低速体之间狭小的高速区. 在观测剖面附近,历史上发生的4个大震都与壳内低速体的分布有关. 张家口以东,上地幔普遍存在低速层,顶部埋深在60~80 km之间,并表现出明显的东部浅西部深的特点.     

基于交叉梯度交替结构约束的二维地震走时与全通道直流电阻率联合反演

在利用不同的地球物理勘探方法对地下复杂介质成像时,因观测系统的非完备性及数据本身对某些岩石物性的不敏感性,单独成像的结果存在较大的不确定性和不一致性.对于地震体波走时成像与直流电阻率成像,均面临着成像阴影区问题.对于地震走时成像,地震射线对低速区域覆盖较差形成阴影区,造成低速区域分辨率降低.对于电阻率成像,电场线在高阻区域分布较少,造成高阻区域分辨率较低.为了提高地下介质成像的精度,Gallado和Meju(2003)提出了基于交叉梯度结构约束的联合地球物理成像方法.在要求不同的物性模型拟合各自对应的数据同时,模型之间的结构要求一致,即交叉梯度趋于零.为了更有效地实现基于交叉梯度的结构约束,我们提出了一种新的交替结构约束的联合反演流程,即交替反演不同的数据而且在反演一种数据时要求对应的模型与另一个模型结构一致.新的算法能够更容易地把单独的反演系统耦合在一起,而且也更容易建立结构约束和数据拟合之间的平衡.基于新的联合反演流程,我们测试了基于交叉梯度结构约束的二维跨孔地震走时和直流电阻率联合成像.合成数据测试表明,我们提出的交替结构约束流程能够很好地实现基于交叉梯度结构约束的联合成像.与单独成像结果相比,地震走时和全通道电阻率联合成像更可靠地确定了速度和电阻率异常.