粘弹介质勒夫波频散曲线研究及应用

研究表明,与瑞利波方法相比,勒夫波具有频散曲线求解更加简单、数据信噪比更高、频散曲线反演对初始模型的依赖程度更低等优点,已开始在众多领域得到应用和推广。但还存在一些亟待解决的问题,比如在实际的地球模型中,地层介质是具有粘弹性的,尤其是近地表第四系软土对地震波的吸收衰减作用更为显著。因此,开展粘弹介质勒夫波理论频散曲线研究具有重要的现实意义。本文通过求解频散方程获得勒夫波理论相速度频散曲线,采用高阶有限差分模拟得到粘弹介质情况下的勒夫波单炮记录,并从中提取对应的频散曲线。通过理论模型提取得到频散曲线与理论频散曲线相对比,证明了本文频散曲线计算的正确性,并讨论了粘弹性介质对勒夫波频散曲线的影响,介质的粘弹性会导致勒夫波相速度的高频极限要比完全弹性介质的相速度略高。然后,通过最小二乘法反演,验证了算法程序的稳定性和可行性,结果表明采用粘弹介质频散曲线反演所得横波速度精度更高,最后通过野外实际数据反演结果进一步验证了本文方法的有效性和实际应用效果。     

二维TIM中的传播矩阵与面波相速度

本文利用横向各向同性介质（ＴＩＭ）中的传播矩阵和面波形成条件，导出了面波波慢度方程。对瑞利波给出了各向同性及横向各向同性弹性介质中其相速度的解析解；对于勒夫波，给出了横向各向同性介质中的波慢度方程。     

惠东─连县地学断面的地壳结构及性质研究

本文利用地球物理－地质地球化学相结合的研究方法，分析了惠东─连县地学断面的地球物理特征及其速度密度模型，探讨了断面地壳的物质组成、结构和深部地壳的形成时代，认为该断面地壳的物质组成以长英质为主，断面深部存在太古代地壳，断面的地壳分层主要由变质相相变产生，由麻粒岩相下地壳、高绿片岩相－角闪岩相中地壳，低绿片岩相及沉积盖层组成上地壳的三部分．     

惠东—连县地学断面的地壳结构及性质研究

本文利用地球物理－地质球化学相结合的研究方法，分析了惠东－连县地学断面的地球物理特征及其速度密度模型，探讨了断面地壳的物质组成、结构和深部地壳的形成时代，认为该断面地壳的物质组成以长英质为主，低绿片岩相及沉积盖层组上地壳的三部分。     

三峡库区及邻区背景噪声直接成像

统计中国地震台网在四川盆地及邻区的55个台站1年以上的连续宽频带地震波形数据,采用波形互相关等技术得到两两台站之间的经验格林函数,并提取了6～35s的瑞利波相速度频散曲线;采用面波直接反演算法,得到了四川盆地及邻区的地壳横波速度结构。成像结果显示:短周期与地表结构特征具有良好的一致性,盆地呈现为低速区,盆地西边的青藏高原呈现为高速区,且与前人研究结果四川盆地下方存在较厚沉积层(约10km)相一致;深度10～20km很好地反映了中上地壳结构存在明显的横向不均匀变化,四川盆地从低速区逐渐向高速区转变,而松潘-甘孜地块和川滇地区逐渐转变为低速区;深度25～35km四川盆地呈现明显的高速区,而松潘-甘孜地块呈现低速区,推测由于青藏高原东缘物质东流而受到四川盆地坚硬的中下地壳的阻挡,导致应变在龙门山断裂带脆性上地壳内部的高度累积,从而引起了汶川地震的发生。研究成果为四川盆地及邻区的地壳结构研究提供了新的独立观测证据,为进一步深入研究提供了重要依据。     

基于拟Hessian梯度预处理算子的勒夫波全波形反演研究

构建近地表横波速度模型是煤田多分量地震资料处理的重要环节。相较于面波多道分析法,全波形反演在构建近地表横波模型中具有更高的分辨率。然而,在基于梯度的全波形反演中,由于地震记录频带有限、波场的非均匀覆盖以及双重散射等原因导致梯度算子不随深度的增加而缩放,模型深部参数得不到明显更新。目标函数的Hessian算子包含曲率信息,可清晰预测梯度算子中的焦散现象及双重散射产生的伪影,因此,逆Hessian算子则可作为反卷积算子实现对梯度的预处理,加强对模型深部的照明能力。然而Hessian算子具有巨大维度,对其显式计算十分困难。基于此,借鉴逆散射理论的思想,给出勒夫波全波形反演目标函数的拟Hessian算子的表达式,并提出一种梯度预处理的全波形反演方法。将该方法分别应用于断层模型、凹陷模型以及起伏界面模型的重构试验,反演结果表明:与传统的共轭梯度全波形反演方法相比,基于拟Hessian算子的预处理共轭梯度方法可加快收敛速度,提升成像质量。      

多模式面波非线性反演

利用高频面波反演横波速度一直是浅地表地震工程研究的热点。为深入认识利用高频面波（瑞雷波和勒夫波）评价横波速度的能力,本文首先采取高阶交错网格有限差分法实现两层模型的瑞雷波和勒夫波数值模拟,并应用τ-p变换形成频散能量图。相比瑞雷波,不同模式的勒夫波频散能量很接近,这说明易于实现多模式勒夫波反演。然后利用线性映射实现广义模式识别这种非线性反演方法对含软弱夹层的四层模型的基模式、多模式瑞雷波和勒夫波的变厚度反演。若初始模型很拙劣,相比勒夫波,瑞雷波基模式反演不能重建地层中含有软弱夹层这一特征,瑞雷波多模式反演则可以重建这一特征;勒夫波基模式和多模式反演都可以重建这一特征。即使在地层的泊松比与估计值相差很大时,瑞雷波多模式反演仍能重建地层结构,但其频散曲线总是存在"模式接吻"现象,容易模式误判;而勒夫波反演则不用估计地层泊松比,也不存在"模式接吻"现象。一系列算例表明：高模式瑞雷波的加入会显著提高横波速度评价结果的精度;而高模式勒夫波的加入会令反演系统对半空间以上异常层的参数过于敏感,造成参数过度估计,但也会显著提升对半空间横波速度的评价能力。最后,应用本文方法实现了对实测勒夫波数据的分析。     

青藏高原东部基于噪声的面波群速度分布特征

通过收集青海、甘肃、四川三省的76个地震台记录的2008年1—12月三分量的连续噪声数据,利用噪声面波层析成像的方法获得了青藏高原东部的面波群速度分布特征。首先采用多重滤波方法提取了1 000多条台站对5～50 s的三分量面波群速度频散曲线,然后将研究区域划分为0.2°×0.2°的网格,利用O ccam方法反演了瑞利波(R-R)和勒夫波(T-T)的群速度分布。反演得到的群速度分布特征与地表地质和构造特征表现出较好的相关性,清晰地揭示了地壳内部的横向速度变化。层析成像的结果显示在短周期(8～20 s)内,拥有较厚的沉积层的四川盆地表现为明显的低速特征,而青藏高原东部则表现为较高的群速度分布特征;随着周期的增加(>20 s),群速度的分布特征呈现出与短周期相反的特性,青藏高原东部下方的速度远远低于四川盆地,这可能与青藏高原东部中、下地壳低速层相关联,同时也意味着研究区域的地壳结构具有明显的横向不均匀性。在群速度分布图上,龙门山不仅是四川盆地与青藏高原的地形和构造分界带,同时也对应着高群速度与低群速度的过渡带。     

地壳结构对GRACE估算中国大陆地表垂直负荷形变的影响

根据重力卫星GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)估算固体地表垂直负荷形变时通常采用的PREM(Preliminary Reference Earth Model)地球模型不能较好地反映中国大陆特别是青藏高原巨厚的地壳结构。基于考虑中国大陆区域地壳结构的地球模型计算了新的负荷勒夫数,探讨了地壳结构差异对GRACE卫星RL05观测数据估算中国大陆地表垂直负荷形变的影响。结果表明,区域地壳结构差异对GRACE估算中国大陆地表负荷形变的影响较为明显,90阶垂直位移负荷勒夫数的相对差异接近11%;前90阶垂直负荷形变差异的极值出现在青藏高原东南部,最大相对差异达到10%左右,均方根相对差异为4%。建议利用GRACE卫星RL05数据估算中国大陆地表垂直负荷形变时,应该使用更加趋于真实的区域地壳结构替代PREM模型的相应部分。     

大陆深部地壳研究中的地质──地球化学方法概述

迄今为止，地球物理方法一直是研究深部地壳结构的重要方法，这种方法主要是利用岩石的物理性质来推测深部地壳的物质组成，地壳的分层及分层界面性质。随着近年来研究发现许多依据地球物理资料和地表地质确定的深度超过1500m即定目标都未得到深钻或超深钻的证实（肖庆辉，1993），这种结果在地学界引起很大反响。从另一个意义上，由地球物理方法确定的地壳仅反映其终态，而对复杂的地壳演化方面尚显不足。深钻和超深钻方法近年来已成为探测深部地完结构的一种重要方法，它可以直观的研究深部地壳的岩浆作用、构造作用、成矿作用，也是研究…     

中国西部地壳上地幔速度和Qβ结构

从穿越中国西部地区所有双台大圆路径中,选出Ｒａｙｌｅｉｇｈ波记录比较清晰且焦散效应相对较弱的３条双台大圆路径,计算出双台间地震面波相速度频散,群速度频散和随周期变化的衰减因子,进而反演出３条路径下地壳下地幔的平均Ｓ波速度和Ｑβ结构,对应于兰州－高和径,在约７２ｋｍ深度的上是幔中开始出现低速和Ｑβ层,在深度为６ｋｍ－２０ｋｍ的地壳中,存在一低Ｑβ层,而在其下２０ｋｍ～３４ｋｍ深度的地壳中存在一高Ｑβ夹层,对应于成都－乌鲁木齐路径,在约８６ｋｍ深度的上地幔中开始出现低速Ｑβ层,在１２１ｋｍ深度开始出现明显的低Ｑβ层,在深度为１９ｋｍ～３４ｋｍ的地壳中,存在一显著的高Ｑβ层,对应于高台一拉萨路径,在约８４ｋｍ深度的上地幔中开始出现低速和低Ｑβ层,在１５ｋｍ～２９ｋｍ深度的地壳中,存在一高Ｑβ夹层。     

Crust1. 0地壳模型及其应用:以长江中下游成矿带为例

地壳是地球系统的重要组成部分,了解各圈层的结构及相互作用是研究地球物质深部交互过程的核心问题,如何探测地壳内部的物质组成和形态结构一直是地球系统科学的研究热点。随着海量地球探测数据的积累和挖掘,地球科学学家提出了不同细节层次的地壳模型,当前最为详细,分辨率最高的全球地壳模型是Crust1. 0地壳模型。本文首先详细介绍了Crust1. 0地壳模型沉积层厚度和壳幔密度差的数据来源和分布特征。然后,基于Crust1. 0地壳模型信息,对长江中下游成矿带及邻区的卫星重力数据进行沉积层校正后,采用变密度界面计算方法,获得的长江中下游地区的Moho界面深度分布。长江中下游成矿带的Moho面形态呈现为“V”字型幔隆带,通过分析矿床、岩体及深大断裂的分布规律与幔隆带形成的关系,进一步证实了长江中下游成矿带深部的地幔隆起是形成巨型矿床的根本原因。研究结果表明,Crust1. 0在研究区域地壳结构、成矿动力学深部背景等基础地学和地球系统科学研究中具有广泛的应用前景。     

东秦岭河南伊川—湖北宜昌地学断面地壳岩石组成,化学成分及形成机制

系统测定了河南伊川－湖北宜昌地学断面及其邻区主要岩性９９件样品高温高压条件下地震纵波速Ｖｐ值，将结果与地表地质、地震测深获得的地壳速度结构资料相结合，建立了研究区内四个构造单元地壳岩石组成模型，估算出地壳各层的平均成分。秦岭地壳总体成分是闪长－花岗闪长质的，地壳分异程度较低，地完成分和地球物理研究结果表明，秦岭造山带在其发展过程中可能存在过板底垫托物质，但拆离作用已使现今造山带不存在山根，垫托物质很少或已返回上地幔。     

国外景观演化研究的最新进展

景观演化与全球构造、生物演变和主要气候变化具有相同的时间尺度 ,是长期全球变化的一个重要方面。最近 ,地表过程在地壳变形中的作用已经引起了广泛的注意 :一方面努力从景观中模拟地形演化或演绎地壳过程 ;另一方面试图通过地壳变形和地表过程的型式和速度来研究隆起、海平面变化、侵蚀、气候和地势之间的动力学关系。文中旨在介绍和评述国外关于会聚边缘和裂开边缘山脉尺度景观演化研究 ,包括高原边缘地形演化、前陆盆地的沉积型式、景观切割、古地形复原以及质量流动和平衡等方面的最新进展 ,以及地表过程和地壳过程相互作用中的反馈机制、均衡效应和岩石圈强度效应以及调整和平衡等几个理论问题。目前已经普遍认为 ,把地表过程纳入地球动力学模型之中 ,无疑对于认识造山带的发育和裂开边缘的演化是一个巨大的进步。     

地球内部构造和动力学的地震学研究

扼要论述地震学研究在地球内部构造和动力学领域中取得的新进展。我国人工震源的观测在青藏高原、下扬子、大别造山带、华北地震区等获得了一批地壳细结构的成果,已广泛地用于地球动力学研究中。天然地震观测资料的层析成像取得了我国大陆地壳上地幔三维结构的图像。虽然大多数结果提供了地球动力学的背景,但就其分辨率而言还不足于进行有效的大陆动力学研究。笔者认为,提高最终三维模型的分辨率是当前地震学研究的关键之一。美国的两个地震学研究小组根据各自研究工作,揭示了地球内核自转比地幔和地壳部分快,是地震学对地球科学的重大贡献。     

利用双平面波相速度反演方法研究华南地区岩石圈结构

双平面波拟合法是一种新的面波成像方法,即利用两列平面波相干叠加来拟合面波波场中的非平面波能量。本文采用双平面波干涉成像的方法对华南地区台站下方的浅层速度结构进行反演提取瑞利波的相速度。短周期瑞利波相速度反映了地壳内部构造特征,中长周期的瑞利波相速度可以反映出上地幔200km以内岩石圈的构造特征。结果表明,中国的华南地区出现了大规模的低速异常,而东部沿海地区在低速异常区中存在明显的高速异常。     

几个典型的陆壳出露剖面

到90年代，人口、资源、环境已成为社会发展的突出问题。地球科学面向社会已成发展趋势。这就要求地质工作者把地球作为一个整体来研究。为探索地球变化、全球构造、矿产资源和能源的寻找、改善环境、减轻地质灾害等提供重要的科学依据。地壳的形成和演化是地学领域中一个大难题。近百年来，地质工作者从各个方面，如地壳的物质组成、结构构造、深部地质作用等进行了综合研究和探索。而在地壳表面出露的大陆地表剖面，是了解和研究地壳深部地质作用、物质成分、结构构造，甚至地壳演化的窗口。为此，在这里介绍几处典型的陆壳剖面，以供研究…     

小生境遗传算法及其在区域速度结构波形反演中的应用研究

利用波数-频率积分法(F-K方法)合成不同震中距、不同方位角的三分量加噪理论地震图,之后采用小生境遗传算法对上述波形进行地壳速度结构的反演,探讨了震中距、方位角及单路径和多路径反演对反演结果的影响。研究表明,运用不同震中距和方位角所合成理论地震图进行波形反演其结果并无明显差异,说明震中距和方位角对波形反演方法的影响很小。尽管单路径反演和多路径反演均能得到较为准确的反演结果,但多路径的反演结果的准确性明显优于单路径。基于小生境遗传算法的波形反演方法是一种十分有效的求取区域一维速度结构的方法,可以为地震定位、震源矩张量反演及精细速度结构反演等研究提供基础资料,具有一定的实用价值。     

中国大陆主要成矿域地壳速度结构与成矿作用

文章汇集了中国11条地球科学断面和数十条人工地震剖面，对中国大陆的地壳结构进行了综合研究。获得了主要成矿域的地壳分层结构模型。根据各层的厚度和地震波速度差异，揭示出主要成矿域地壳速度结构的横向变化，勾绘出壳内低速层的分布特征。文中还探讨了中国大陆主要成矿域岩石圈的现今活动性，以及地壳厚度、壳内低速层、“墙式”地震剪切波垂向低速带和下地壳底部高速层(体)的分布特征以及与成矿作用的关系。     

地表剥蚀、下地壳流变与造山作用研究进展

岩石圈的流变特性研究已经成为固体地球科学研究中的重要领域，是地球科学新理论、新观点的重要渊源。最近的研究表明，下地壳普遍存在的韧性流是造山作用的重要制约因素。在下地壳物质层流变作用机制的调节下，地表剥蚀作用并不仅仅是传统意义上地表夷平的因素，它还能打破地壳动力学和热力学平衡，引起地壳内物质和结构的重置，进而促成山脉的加剧隆升；地表剥蚀作用的强度既受控于造山带的抬升，也受制于地球外圈层(大气圈、水圈、生物圈)。以天山山脉和喜马拉雅山山脉的隆起、喜马拉雅山山脉的变质作用以及相关的构造活动为例，说明在造山过程中，尽管传统意义上的造山作用与地球内部动力过程，即构造作用有密切联系，但是与构造运动的时空尺度不同，地表剥蚀作用也能够在相对较小的时空尺度内，通过影响和控制造山带下地壳的韧性流动，成为地壳抬升和造山带构造演化的重要动力因素。对地壳的流变特性和变质变形研究是当前地球系统科学研究的一个重要切入点。