1995年武定6.5级地震余震的S波分裂

1995年 10月 2 4日云南武定发生MS6 5地震。分析田心三分向数字记录 ,从 77个余震中获得 45个余震的S波分裂数据。快速S波偏振有两个优势取向 ,分别为N32°E和N94°E ,二者与震源应力场的主压应力方向N140°E相差甚大 ,不是应力场导致的EDA裂隙系各向异性结果。武定地震发生在近南北走向的汤朗—易门断裂被次级的北西向断裂交切的地区。快S波N32°E偏振方向与汤朗—易门断裂走向接近 ,且又与震源S波固有偏振方向相同 ,难以辨别是构造抑或是应力引起的各向异性结果。分析认为 ,N94°E偏振方向是北西向断层系各向异性产生。两个偏振方向是在同一台站观测到 ,说明两个不同的各向异性体只能在某一深度之下的震源区内     

利用地壳测深资料研究剪切波分裂与偏振异常

利用地壳测深三分向记录,研究了 S 波基底结构和 S 波分裂与偏振异常,进一步讨论了利用 S 波分裂与偏振特征研究地壳介质地震各向异性,区域构造应力场作用方向和潜在震源物理标志的技术途径.通过对长江三峡坝区及外围深地震测深资料的典型 S 波记录分析研究,进一步证明了 S波分裂与偏振异常是研究地壳介质地震各向异性、区域构造应力场作用方向的可靠依据.同时也表明了地壳测深资料具有震源位置确定,能可靠追踪 S 波射线路径等优点,对识别异常体和适当扩大 S 波有效观测窗口是十分有利的.      

各向异性与S波分裂及其在地震预报中的含意

近十年来世界在地震各向异性与S波分裂研究领域取得的长足进展,特别是英国科学家将S波分裂理论与观测实验技术逐步引向地震预报研究的努力,说明S波分裂作为体波在各向异性介质中传播的最显著特征,可望提供地震波穿过岩石内部结构最可靠的信息,而震前应力变化最直接的效应将会改变裂纹的几何图象。S波分裂研究是伴随通讯革命在地球物理学领域内发展起来的前沿学科,其形成的高技术反过来又可能产生重大经济效益,特别对石油、地热、煤炭、工程等部门更是如此。通过对国内外大量有关文献的分析、比较和筛选,对无序的情报信息作了有序的浓缩加工,本文将看重概述地震各向异性与S波分裂研究领域的发展历史、S波分裂机理及近期研究成果、S波分裂在地震预报研究中的应用、以及各向异性与S波分裂研究的前景,并给予相应评述。     

数字化地震波形小震P波、S波震源参数对比研究

目前,国内在数字化地震资料研究中,主要应用S波来研究震源参数.本文充分利用上海数字化地震台阵(网)资料,挑选了2001～2004年华东地区发生的9个震级较大的中等地震,反演了单台记录垂直向纵波(P波)及横波(S波)震源谱,根据布龙模型,计算每个地震单台拐角频率、地震矩、零频谱值、震源破裂半径、应力降等参数,求出每个地震的震源参数(P波和S波)的平均值及其均方差,对这9个地震的P波、S波震源参数计算结果进行了对比.结果表明,用P波段数据进行震源参数的研究是可行的.     

中国地区地震P波和S波走时表

本文搜集了1952-1971年发生在我国境内及边境地区266次地震的观测资料,得到国内外五百多个地震台的 P 和 S 震相到时约二万条;根据我国地区大爆炸观测及其他地壳结构的研究成果,结合上述地震观测资料,提出了中国地区双层平均地壳速度模型,以便由深度走时校正把各种震源深度上的走时折算为表面震源走时,并进行剥壳处理.用迭代法校正震中和发震时刻.采用1970年寇蒂斯(curtis)所述的立方样条函数平滑数据的方法,得到表面震源 P 波和 S 波的走时表.运用海格劳兹-维谢尔特-贝特曼(Herglotz-Wiechert-Bateman)速度反演的方法求得中国地区地幔中,P 波和 S 波速度随深度的分布.算出震中距离=0-104,各种震源深度的一整套 P 波和 S 波走时表.经过试用的实践表明,用它来测定震中参数比用国外的走时表具有较高的精确度.      

2013年芦山MS7.0地震序列S波分裂特征

本文测定了2013年4月20日芦山M_S7.0地震震源区及其附近台站的S波分裂参数,包括快波偏振方向和慢波延迟时间,最终得到了40个台站的S波分裂结果．结果显示:在地震主破裂区内观测到的快波优势取向为NE向,与余震分布的长轴方向一致;位于双石—大川断裂以西台站的快波偏振优势方向为NW向,与区域最大主压应力轴方向一致;位于荥经断裂附近台站的快波偏振优势方向为NW向,与该断裂走向一致．快波偏振优势方向随时间的变化结果显示:主震前位于地震破裂区附近的TQU和BAX台站的快波偏振优势方向均呈NE向;主震后TQU台站的快波偏振优势方向为近EW向,而BAX台站的快波偏振优势方向则不突出,反映出芦山地震主震前快波偏振方向受控于龙门山断裂带,而主震后受构造应力场的作用更加明显．此外,各台站的慢波延迟时间为1.25—5.40ms/km,在余震覆盖密集区域,台站的慢波延迟时间均大于3.0ms/km,反映出震源区的各向异性程度较强．芦山主震后,各台站的延迟时间随时间变化持续减小,反映出震源区地壳应力随余震活动逐渐减小．      

南迦巴瓦地区近震剪切波分裂研究

南迦巴瓦地区位于喜马拉雅山脉构造结东端,地壳各向异性具有其特殊性和复杂性.本研究收集了布设在南迦巴瓦地区的流动地震台站和固定台站于2017—2019年记录的近震波形数据,利用剪切波分裂偏振分析方法得到了研究区内10个地震台站的剪切波分裂参数快波偏振方向和慢波延迟时间,分析了剪切波分裂参数在空间上和时间上的分布,探讨了南迦巴瓦地区上地壳地震各向异性特征,以及2017年11月18日米林M_S6.9地震发生后地壳应力状态的变化.结果显示,南迦巴瓦地区快波偏振优势方向有两个,即北西向和北东向.位于米林断裂、嘉黎断裂、墨脱断裂和雅鲁藏布江断裂附近的台站,快波偏振方向基本平行于断裂走向.研究区域上地壳各向异性方向受区域应力场的控制,另外还受到断裂构造的影响.南迦巴瓦地区慢波延迟时间均值为4.13 ms·km^-1.距离米林地震主震震中位置较近的L0230台站慢波延迟时间较大.本研究没有观测到快波偏振方向在时间上的规律性变化.L0230台站的慢波延迟时间在米林M_S6.9地震之后表现出明显的降低,反映了大地震之后地壳应力的释放与调整.     

多次各向异性散射模式对S波能量密度包络曲线的影响

在多次各向异性散射理论的基础上,本文重新推导了方向性散射系数的球函数展开式.引入特征时间的概念,来定义震源处初始地震波脉冲宽度,并在地震波能量密度积分方程中引入任意给定频率的初始脉冲能量谱密度的解析表达.通过离散波数方法求解了修正的地震波能量密度积分方程.基于积分方程的数值解,研究了不同散射模式对S波能量密度包络曲线的影响.计算结果表明:随着震源距的增加,在S波到时之后,多次各向异性散射模式与多次各向同性散射模式合成的能量密度包络差异逐渐增大.其中通过多次前散射模式,我们可以得到不同震源距的尾波能量密度包络的同一衰减趋势,以及S波能量密度包络随着震源距的增加而出现的展宽现象.最后,利用美国内华达州Wells地震余震的台站记录验证了多次前散射模式的实用性与有效性.     

云南禄劝地震余震分裂S波的变化<

从1985年云南禄劝MS6.1地震后桂泉台三分向数字记录中分析出了S波分裂．100余个余震的S波分裂参数随时间的变化分为局部应力时段和区域应力时段．在局部应力时段，似乎是两个交叉约50～60的直立平行裂隙系对S波传播施加影响，局部应力略强于区域应力．随着余震活动逐渐趋于平静，局部应力减弱或消失，恢复到区域应力状态．分裂快速S波偏振方向及其时段变化，与震源机制独立测出的震源主压应力轴方位变化完全相同，说明S波分裂是应力场所控制的EDA裂隙各向异性的效应．分裂慢速S波的延迟时间，除了在两个时段的差异外，还发现在两个时段内强余震前后变化的例子，震前在数小时之内上升，震后在数日之间下降．      

爱琴海火山弧米洛斯岛地热田的剪切波各向异性

已钻探的爱琴海（希腊）米洛斯岛地热田，由深度为4－6km的地方震的地震波密集地进行了采集，大量三分向地震仪记录到这些地震。8个月观测期间发生在岛上的地震活动形式是在3个不同地区的一些震群。所有地震的震源机制都有表征几站直立的最大主压应力的膨胀象限。这表明存在着与爱琴海区构造一致的扩张应力场。许多记录中观测到剪切波分裂。多数快剪切波偏振约南北向排列，与地面观测到的断层构造走向平行。有些地震图上快剪切波偏振为北东40°，主要在地热钻孔间的台站观测到这样的偏振，可能表明了在地热田中现代应力场作用下排列起来的微裂纹取向。对地热井孔附近的剪切波到时的延迟的研究可以推断各向异性强弱的变化，其分布看来与P和S波速度异常检测出来的裂纹介质的限度有关。     

震源对面波群走时和群速度图的影响

在大多数地震面波的研究中,观测到的群走时被解释为全部由波沿传播路径产生的时延迟,并且认为震源效应非常小而可忽略不计。这与观测的震相时间不同。因为对震源相进行校正一般认为是必须做的。一个重要的但尚未解决的问题是宽频带面波研究中对震源群走时（ＳＧＴ）的忽略如休影响测量的群速度曲线和利用观测数据进行层析成像的精度,本文考虑ＳＧＴ对基阶瑞利波群速度测量的范围,并论述其对周期（１０－２００ｓ）震源机制和震源     

四川宜宾地区S波分裂特征

本文采用纵横比与偏振分析相结合的方法测定了2013年4月25日~2015年12月31日四川宜宾地区10个台站S波分裂参数,即快波偏振方向和慢波延迟时间。结果表明,华蓥山断裂两侧台站呈现不同的快波偏振优势方向,断裂带以西的台站偏振优势方向为NW向,与区域应力场方向一致;位于断裂带以东的台站优势偏振方向为NE向,与断裂走向一致。在地震密集分布区域内的CNI台的优势偏振方向为NE向,与台站附近的断裂带走向基本一致。研究区域南段的3个台站(JLI、YAJ、XWE)优势偏振方向近NS向。各个台站平均慢波延迟时间在3.07~11.95ms/km范围内,慢波延迟时间最大的台站是CNI台,距离2013年4月25日06时10分M_L5.2地震震中位置最近,这反映出震源区地震波各向异性程度较强。CNI台站的慢波延迟时间显示,在2015年2月7日M_L4.8地震前观测到慢波延迟时间有明显的上升趋势。     

S波分裂研究与地震前兆探索

本文概述了国际上S波分裂和介质各向异性研究现状与进展,简要介绍了S波分裂观测研究的主要原理和方法,及其应用于地震预测、地应力测量以及地球物理勘探的前景。文中还结合我国地震工作的实际和特点,提出了开展S波分裂研究与探索地震前兆的建议。     

用于苏联境内岩石层研究的剪切波

本文收集了苏联境内数千公里三分向地震台测得的深地震测深剖面。结果表明,通常在井中或在水池中放炮不仅产生P波,而且也产生S波。产生这些波的最有利条件是在震源附近存在尖锐的地震界面,例如基底界面。一般说来,S波场中包括在P波场中见到的所有类型的反射波和折射波。其差别在于剪切波的频率较低,强度稍高,振幅变化较大。记录到S波时,可根据速度比V_P/V_S=γ随深度及横向变化关系获得重要信息,揭示出影响速度关系的三个主要因素:地下深处岩石的破裂程度、岩石的成份及温度。裂缝随深度的增加(震源距增大)而减少使γ值全面下降。由于地壳顶部岩石成份的改变(乌拉尔斯),由基性岩组成的地块中γ值增加。波罗的海和乌克兰地盾的γ值变化不大。在西伯利亚地台,γ值先是随深度的增加而增加从1.71增至1.76,可能是扩容效应;而后γ值下降,在下地壳和上地幔γ值小于1.7。在西伯利亚西部,γ值随深度而增加,在下地壳达1.79,在地幔中稍有下降,但仍高于1.7。这可能在西伯利亚西部下地壳为高温区。在许多地区观测到了由于速度各向异性产生的不同偏振剪切波的分裂。在乌拉尔斯地台的首波(折射波)中和在西伯利亚地台的莫霍界面反射波中发现了这种现象。在这两种情况下,各向异性与地壳有关。在乌克兰和波罗的海地盾,没有记录到SH和SV波的速度差异。     

什么叫“S 波分裂”?

最近,S 波分裂的实验、观测、分析与应用引起人们关注。但什么叫 S 波分裂呢?当 S 波通过有裂纹的介质时,平行于裂纹面振动的s波先到达台站,垂直于裂纹面振动的 S 波后到达台站,这种“一分为二”的现象称为 S 波分裂(Shear wave splitting)。具有裂纹的介质,可以是孕震区,可以是油田注水压裂区,也可以是煤田开采的破裂区。总之,为各向异性介质。因此,有人把 S 波分裂视为研究各种各向异性介质的强有力工具。     

青海地区S波分裂研究

本文利用国家地震台网及中国地震局“十五”期间在青海布设的30个宽频带地震台站记录到的远震波形数据,分别采用最小能量法和旋转相关法对SKS、SKKS和PKS波震相进行了偏振分析,计算了台站下方介质的各向异性分裂参数：快波的偏振方向（φ）和慢波延迟时间（δt）.本文研究结果表明,研究区多数台站下方的地震各向异性参数都表现出随方位角变化而变化的特征,可以用双层各向异性模型来解释.其中上层各向异性的快波偏振方向位于N65°E～N95°E之间,可能与中下地壳物质的流动有关;而下层各向异性的快波偏振方向位于N105°E～N135°E之间,可能为祁连块体NEE向的推移及导致的岩石圈缩短有关.此外,我们还发现,与周边的台站下方各向异性分裂参数相比,昆仑断裂附近两个台站GOM和DAW的各向异性特征急剧变化,其快波方向都与该断层近乎平行,这很可能暗示昆仑断裂已经切穿整个岩石圈;阿尔金断裂附近两个台站（LEH和HTG）无效分裂事件的方位分布与阿尔金断裂走向缺乏相关性,我们推测研究区内阿尔金断裂可能为地壳尺度的断裂.     

剪切波分裂揭示的青藏高原上地壳地震各向异性基本特征

青藏高原整体隆升,构造运动与介质变形强烈,然而由于地震观测数据不足,青藏高原内部上地壳各向异性研究一直是一个空白.本研究使用西藏地区的地震台网(2009年5月—2017年5月)的观测资料,利用剪切波分裂研究青藏高原上地壳地震各向异性特征.由于青藏高原固定地震台站分布稀疏,可用于进行剪切波分裂研究的近场地震事件记录稀少,本研究采用地震事件的单台定位技术,对公开的地震目录里没有震源深度数据的地震事件进行震源位置约束,并引入微震模板匹配定位方法,对连续地震波形进行检索,识别出地震目录里遗漏的新的微震(小地震)事件波形.微震识别获得的新地震事件记录是地震目录里报告的地震事件记录的大约6倍,用于补充研究区的剪切波分裂数据分析.通过数据分析,对比快波偏振方向,证实微震识别获得的数据极大地增加了有效数据的数量,提高了结果的可靠性.研究结果表明,雅鲁藏布江缝合带与班公—怒江缝合带之间的拉萨地块东部地区,台站的快剪切波(快波)偏振方向主要受区域应力场影响,快波偏振方向主要是NS或NNE方向,表明了区域最大主压应力方向;但个别地震台站(当雄台)快波偏振方向受原地主压应力影响,其快波偏振方向既不平行于断裂走向也不平行于区域主压应力方向,揭示出地壳介质的局部变形导致的局部应力方向不同于青藏块体里的其他地区.研究区西部的改则、普兰和研究区北部的双湖,快波偏振方向显示与断裂等构造走向一致的特点.研究区东部的昌都和察隅,快波偏振方向除了与断裂走向(或构造线)一致,还与地表运动的方向相同,揭示了青藏块体东部的深部物质可能的运移方向.这个现象虽然还需更多的研究证实,但这个发现的重要启示是,地震各向异性结合地表变形可用于探讨地壳深部物质的运动.     

利用剪切波分裂研究内蒙古阿巴嘎地区上地幔各向异性

内蒙古阿巴嘎地区壳幔经历强烈变形,岩石圈变形机制尚不明确.利用布设在研究区的32个流动地震台站所记录到的远震剪切波数据,测量得到120对各向异性参数和113个无效分裂结果.结果表明,研究区快慢波延迟时间变化范围为0.4~1.4s,平均0.77±0.21s;各向异性快波方向变化范围为N101°E-N45°W.其中一组快波偏振方向为N82.0°E±12.3°,与区域内断裂走向平行,反映地幔矿物晶格定向排列;另一组快波方向集中位于华北克拉通内部,平均为N146.8°E±9.5°,平行于早白垩纪岩石圈伸展变形方向,推测由残留在岩石圈中的化石各向异性所引起.在研究区北部部分台站,只观测到无效分裂而没有观测到有效分裂结果,可能存在局部热地幔物质上涌.     

不同散射模式下S波包络合成

为揭示地震波在地壳小尺度非均匀介质中的散射过程,更准确地描述地震波的包络展宽现象,本文基于多次各向异性散射理论,采用离散波数法求解能量密度积分方程,选取高斯型自相关函数表征的散射模式,得到S波能量密度包络。基于此,本文首先分析了单次散射和多次散射在形成S波能量密度包络中的贡献规律;然后探讨了吸收系数和总散射系数对合成S波能量密度包络的影响;最后对比了在不同散射模式下合成的S波能量密度包络的差异。结果显示:① 不同的散射模式下单次散射和多次散射对地震波散射过程的贡献规律是一致的,对于近震（震源距小于100 km）,单次散射模型可以近似合成S波能量密度包络;随着震源距增大,多次前散射模型可以更快地接近总能量密度包络;② 吸收系数增大会降低直达S波和尾波幅值,总散射系数增大会降低直达S波幅值,但使得S波尾波幅值升高;③ 前散射模式下S波能量密度包络随震源距的增大会导致峰值延迟,包络展宽,尾波衰减一致性更快等现象产生。      

2019年四川长宁MS6.0地震序列S波分裂变化特征

本文采用质点运动判别与偏振分析相结合的方法对2019年四川长宁M_S6.0地震震源区10个台站于2013年4月25日至2019年7月31日记录到的波形数据进行S波分裂参数测定,其中9个台站获取4条以上有效S波分裂参数。结果表明,震源区各台站的S波分裂参数不仅在空间上存在分区特征,还会随时间发生改变。快波偏振方向在空间上的分区特征大体为:位于震源区东南段的三个台站的快波偏振优势方向主要为NE向,与震源区东南段的主压应力方向基本一致;位于研究区西北段的台站,其快波偏振优势方向为近EW向,与震源区西北段的主压应力方向基本一致。但由于受到震源区地壳应力和复杂构造的共同影响,CJW,GXA和LQS三个台站都有两个快波偏振优势方向。快波偏振方向随时间的变化为:主震后各台站的快波偏振方向都出现离散度增大而后又逐渐趋于一致的现象;CJW台的快波偏振方向在主震前三个月发生了改变,体现了孕震过程中随着应力的不断积累,其各向异性特征由主要受构造控制转变为受应力控制。各台站的归一化慢波时间延迟随台站距主震和余震密集区距离的增加而减小,反映了长宁地震孕震过程中余震密集区的应力积累和释放明显强于周边区域。此外,主震发生前6个月左右CNI台的慢波时间延迟出现明显下降,地震发生后又迅速上升,反映出长宁地震震前的应力积累以及震后应力突然释放使上地壳中微裂隙的几何形态发生了改变。