利用模板匹配技术检测米尺度岩石断层黏滑实验中的声发射事件

声发射观测是岩石摩擦实验中研究强震孕育机制的重要观测手段之一.传统的声发射观测以触发记录为主,难以捕捉并提取微弱的声发射信号.近年来天然地震学中发展的模板匹配技术可以在连续波形记录中识别出微弱的事件,大大提升事件检测能力.本文发展了适用于多通道连续记录的声发射信号的模板匹配技术,并将该技术应用于分析米尺度岩石断层黏滑失稳过程.研究结果显示:模板匹配技术识别出的声发射数量约为传统方法识别的5倍,相对完备震级降低约0.3.临近失稳,检测目录完备震级以上声发射率表现出幂律增加的特征,且声发射事件聚集在失稳破裂起始点附近.失稳后,检测目录完备震级以上声发射率表现出幂律衰减,其中失稳后早期表现出较慢的衰减速度.另外,失稳后早期声发射事件表现出随对数时间沿断层迁移的趋势.最后,通过与天然地震学观测的结果对比表明,声发射模板匹配识别技术是研究大尺度岩石摩擦滑动失稳过程中前震和余震时空演化规律的有效手段,该技术助于在方法上为室内实验和野外观测进行融合研究提供思路.     

云南地区背景噪声互相关函数中体波信号来源初探

利用云南地区43个宽频带地震台站记录的2008～2010年垂直分量数据,计算了台站对间的互相关函数并得到了5～40 s周期的瑞利面波信号。研究发现在5～10 s周期范围内,瑞利面波信号之前存在很强的前驱信号,该信号能量优势频段为0.1～0.2 Hz,其到时接近噪声互相关函数零点,视速度约为30 km/s。该信号到时随季节存在正负交替变化,进一步的质点分析表明该信号为出射角较小的P波信号。参考已有的研究,认为远场地脉动噪声源中的P波信号穿过地球深部到达云南地区,形成了噪声互相关函数中视速度较高的体波信号,并且相关的噪声源位置在冬季和夏季分别位于北太平洋和南印度洋,具有明显的季节性空间变化。     

利用断裂带首波分析甘孜—玉树断裂带拉张盆地结构特征

对断裂带及附近区域地层精细结构的描述是理解地震孕育和发生过程的基础.不同板块或块体边界在构造或区域应力作用下,常常会形成速度间断面和低速的断裂带,间断面和低速带的存在会产生特殊的断裂带地震波,比如断裂带首波和围陷波,并会影响地震的物理过程、破裂速度和破裂方向等.本文主要利用2010年4月14日M_W6.9玉树地震后布设的流动地震台站,对沿着甘孜—玉树断裂带传播的断裂带首波进行识别和分析.分析结果表明,在甘孜—玉树断裂带的不同区域均观测到了断裂带首波,在西段的结隆拉张盆地附近的3个台站沿断裂带界面的平均纵波速度差异值在5%～8%,而其他区域的平均速度差异为1%～3%.通过台站位置分布和断裂带首波特征关系,初步分析了断裂带拉张盆地的结构,结果显示结隆盆地的长度为～40km,宽度为5.35～5.97km,深度不超过5km,在地表浅层形成了一个低速区,分别与巴颜喀拉块体(NE)和羌塘块体(SW)产生了两个物性差异界面,但没有延伸到主震和余震区震源深度.我们的结果表明结合密集台阵资料,通过断裂带首波特征分析可以为断裂带精细结构及几何特征提供一种新的技术方法和途径.     

2014年鲁甸MS6.5地震前后地震活动性

2014年 8月3日在云南省鲁甸县发生M_S6.5地震，造成了巨大的人员伤亡和财产损失.关于鲁甸地震的起因，特别是鲁甸地震与溪洛渡水库之间的关系存在一些争议.分析中强地震前后地震活动性的变化可以为判断主震起源提供一定的依据.然而，由于鲁甸地震震中附近固定台站数目少、台站距离震中远及主震后尾波干扰等因素的影响，会造成地震目录的缺失，从而可能影响地震活动性的可靠分析.为了获得更加完备的地震目录，本文采用模板匹配方法对鲁甸地震前后小地震进行了搜索和识别.以台网目录中的541个事件作为模板，在主震之前33天到主震后5天的连续波形中识别出991个未在目录中列出的地震，使余震的完备震级从1.8降低到1.3.根据检测目录得到主震前33天内的b值为1.04±0.18，余震的b值在震后5天内由0.5左右逐渐上升至0.9附近并保持稳定；根据2009年到主震发生前的台网目录得到该区域的背景b值为0.93±0.04.即鲁甸地震前后区域地震活动b值均与背景b值接近，这与典型水库诱发的中强震具有的b值特征不相符.同时通过进一步分析台网目录，未发现溪洛渡水库蓄水前后研究区域内的地震活动性存在明显变化，这也与典型水库诱发地震区域的地震活动性特征不相符.综合以上结果，我们认为2014年鲁甸M_S6.5地震不具有典型水库诱发地震的特征.     

利用超声尾波观测1.5 m长岩石断层黏滑实验的波速变化

在实验室内利用超声尾波观测大尺度(1.5 m)岩石断层的黏滑过程.利用基于尾波干涉的观测方法,我们获得了高达10~(-6)的相对波速变化的观测精度,这相当于~10 kPa的应力变化.利用高精度的测量,我们获取两种不同加载速率下(1μm·s~(-1),10μm·s~(-1))黏滑过程三个阶段(恢复、加载和滑动)基于波速变化的特征量.我们更进一步获取了断层失稳阶段波速变化的时空演化过程.最后讨论了该观测方法需要改进的地方.以上研究结果表明作为一种对现有实验观测手段的有益补充,利用超声尾波观测实验室大尺度岩石断层的动力学过程是可行的.     

利用近震高频接收函数研究四川理县西山村滑坡体结构

远震接收函数已广泛用于反演台站下方的结构,然而由于地球的非弹性衰减作用,远震数据较难获得高频接收函数,对浅地表结构约束不足.为了克服这一问题,我们使用近震数据的高频接收函数来研究浅表速度结构,并应用于四川理县西山村滑坡体上3个宽频带地震仪记录到的近震事件.本文发展了接收函数V_P-k(V_P/V_S)叠加方法,结合接收函数H-k叠加和波形反演方法获得了台站下方滑坡体的厚度、S波速度和平均V_P/V_S比,并与钻孔得到的滑坡体厚度进行对比.结果表明,滑坡体具有小尺度的横向不均匀性,台站下方滑坡体的平均V_P/V_S比在2.4~3.1之间变化并且在底层存在78~143m·s~(-1)左右的S波低速层.本文观测到的高V_P/V_S比和底层低的S波速度结构,与电磁法获得的滑坡体底层低的电阻率和底部富水特征一致,表明滑坡体h1底界面的抗剪强度相对较弱,是潜在的滑坡危险区域.本文研究结果表明,利用近震接收函数能有效约束浅表的速度结构,进而能为滑坡灾害治理提供一定的地震学参考.     

建立地震发射台的建议

目前地球上有成千上万个地震台，但它们都是接收地震波的地震台。建议建立一种新型的地震台，这种地震台用人工的方法不断地向外发射地震波，照亮需要研究地区的地下结构，研究特定的科学问题。建立地震发射台的核心问题是选择合适的人工震源，近年来出现的绿色环保震源，以及现代信息处理技术的发展，使得建立照亮10万km2(深至Moho面)地区地下结构的地震发射台已经完全是可能的。     

气枪震源激发模式及应用

气枪震源是一种重要的人工地震震源。气枪阵列理论的提出,使得气枪阵列设计技术日趋成熟,并能够在石油勘探和地球物理探测中得到更加广泛的运用。气枪震源在不同领域中应用时,需要不同的组合和激发模式,以适应不同的探测要求。加强主脉冲和加强气泡脉冲,是目前两种主要的气枪激发模式。通过比较研究两种气枪激发模式,讨论各种激发模式在激发时间、气枪间距、频率、分辨率等方面的差异,为气枪震源的广泛运用提供依据。     

2016年度呼图壁地下天然储气库对周缘微地震活动性的影响

呼图壁储气库是中国目前存储量最大的天然气储气库,位于新疆准噶尔盆地南缘,北天山山前坳陷带内的呼图壁背斜上.储气库靠近百万人口大城市乌鲁木齐,气库的注放气活动对其周缘地震活动的长期影响是事关生产和生活的重要安全问题.本文以呼图壁储气库为中心,在86.5°E—87.5°E,43.5°N—44.5°N的范围内,基于新疆维吾尔自治区地震局在该区域建立的密集流动台阵数据,应用模板匹配滤波技术对2016年全年的波形数据进行搜索识别,检测到遗漏地震事件151个,完善扩充了原有地震目录,使得该区域完备震级由1.1降到约0.7.通过分析新目录中404个地震的时空分布规律,我们发现2016年,即气库建成第三年以后,储气库的气压变化依然会影响周缘地区的地震活动.当储气库的气压增大到超过约22 MPa的阈值后,较小的气压波动也会导致该区域地震活动性明显增强;气压变化对距储气库中心最远约40 km范围内区域的地震活动存在较为明显的影响.     

2015年8月12日天津化学爆炸产生的多模式面波分析及其应用研究

2015年8月12日天津滨海新区发生的强烈化学品爆炸造成了巨大的经济损失和社会影响.天津爆炸产生了清晰的大振幅面波信号,分析结果表明这组信号由基阶和高阶面波组成,可以追踪到约135 km外的远处台站.利用这组面波信号分别开展了以下研究：（1）利用附近三个台站记录的四个单频基阶Rayleigh波信号对爆破事件的绝对位置进行了网格搜索,结果与利用GPS测量的位置相差仅0.498 km;（2）分别利用网格搜索和主事件定位法,对两次子事件的相对位置进行了确定,距离约75 m左右,与前人研究结果吻合;（3）从面波记录中测量到36条基阶Rayleigh波、49条第一高阶Rayleigh波、9条基阶Love波和29条第一高阶Love波的频散曲线,并进一步反演获得研究区域地下4 km内的S波速度结构.反演结果显示地表处S波速度低至0.375 km·s^-1,在小于1 km的浅地表速度梯度较大,符合典型的盆地结构特征.本文的研究结果为类似爆炸等突发事件快速定位提供了新的思路,有助于灾后救援的迅速展开;同时得到天津滨海新区及周边浅层精细的速度结构,对于地震灾害评估有很大帮助.