利用地震转换波探测地壳、上地幔构造试验

当远震P波通过地壳、上地幔速度界面时,除了产生PP型折射波,还产生一系列PS型折射转换波.这类PS转换波与初至P波之间的到时差,可用来测定地壳和上地幔构造. 转换波测深法首次在我国鲁西夏津-高唐地区和京西昌平地区进行了试验应用.为提高转换波震相识别的可靠性,在资料分析中采用了偏振滤波的方法.工作结果获得了上述两地区的深部构造剖面图.转换波法与爆炸地震法所得结果之对比表明,两者的主要界面基本一致.     

天然地震转换波偏移成像方法

当地震波在层状介质中传播,P波通过速度界面时,会产生PP型折射波和PS型折射转换波．本文利用PS转换波与初至P波的到时差,提出一种不需要拾取P波和转换波震相的转换界面偏移成像方法．文中对三种不同的理论模型,在正演计算的基础上,采用了上述方法进行数值计算,计算结果表明,这种方法能够确定转换界面的位置和形态．这一方法的实现将有利于利用天然地震资料研究地球深部结构。     

地震转换波测深中二次反射波震相的识别和利用

二次反射波震相的识别和利用对于进一步发展地震转换波测深法有重要意义。本文利用合成地震图方法,分析研究了短周期远震三分量初始30秒记录中主要震相的运动学和动力学特征。文中集中分析了PPP和PPS型二次波震相的振幅、波形和到时差等特征,及其与震中距、界面两侧波速差、界面结构和介质吸收等因素的关系。讨论了综合利用PS波和二次波震相的到时差资料测定介质速度参数的方法,并介绍了应用实例。     

首都圈地区远震基底PS波分裂研究

远震PS波的一个重要优势是其携带台站下方介质的各向异性信息.本文基于首都圈数字地震台网2002-2003年记录的高精度远震波形资料,从基底PS转换波入手,采用三分量PS波分裂偏振分析方法,获取各个台站下方来自基底的PS波分裂参数,包括快波偏振方向和快、慢波的时间延迟等,分析台站下方浅部地壳介质的各向异性特征.几个台站的研究结果显示,该方法保持了原始波场的信息,可以用来分析PS波分裂特征;短周期台站记录的远震来自基底的PS波具有干扰少、信噪比高的特点,存在分裂现象,各台站快慢波时差超出我们的预期值,平均在0.1~0.2 s左右.此研究可与横波分裂相对比,对于认识地壳各向异性及其内部的应力状态,分析其构造及地震活动现象有较大的意义.     

断裂亚失稳阶段及失稳部位特征的初步研究-以南天山西段和汶川地震为例

亚失稳阶段是指应力从峰值时刻到产生快速应力降起始时刻之间的阶段,是断层临近失稳的最后阶段,也是区域应力状态由积累为主转变为释放为主的阶段。识别断层的亚失稳应力状态、探讨强震亚失稳阶段即将面临的失稳部位的特征,寻找确认方法是一个很有现实意义,又很有挑战意义的科学问题。在实验室得到的断层亚失稳阶段的特点为野外识别亚失稳应力状态打下了基础。论文结合实验室已有结果,对处于亚失稳应力状态断层的特点进行了初步探索,研究了失稳前发震断裂的演化,分析了断裂协同化过程及应力状态;初步得到野外强震前断层的亚失稳阶段特征、演化过程以及可能的判定指标。地震发生过程中构造应力和应变的变化可以用Benioff应变分析法对其地震活动进行定量描述,分析研究区应变积累释放特征,探讨震前发震断裂是否存在地震加速活动现象或平静现象,以便与实验室应变观测结合起来进行分析。论文首先分析了前人利用Benioff应变研究加速释放方法的研究结果,探讨了其存在的问题,作者改进了已有方法。文中结合实验室研究结果给出了亚失稳断裂的研究方法,继而对南天山断裂带西段发生过2008年乌恰6.8级地震的卡兹克阿尔特断裂开展了回溯性研究,并使用该方法在研究区对目前的应力状态进行了预测性研究。其次以汶川M_S8.0地震为例,研究地震前后由于介质变化引起的远震转换波到时差的变化特征,从而分析震源区介质所处的应力状态。本项研究在以下方面取得进展:(1)把处于亚失稳阶段的断裂简称为亚失稳断裂,参考实验室关于断层亚失稳应力状态的研究结果,以Benioff应变积累达到支持7级以上地震发生的断裂为研究目标,提出判定亚失稳断裂的4步研究方法:(1)构造区Benioff应变积累足以支持7级以上地震发生;(2)从高应变积累构造区中找出高应变积累且应变开始缓慢释放的断裂;(3)区分断裂的积累段和释放段,根据断裂释放段的协同化程度判定其是否处于亚失稳阶段,寻找失稳部位;(4)判断断裂Benioff应变是否符合加速释放模型,分析亚失稳断裂发震的紧迫性。(2)文中在使用累积Benioff应变的加速释放模型方法时,地震序列的空间范围按断裂选取;在时间尺度选取上,取断裂Benioff应变积累释放曲线上最近的一次积累—缓慢释放时段进行分析。实验室岩石随着应力加载,亚失稳阶段应变积累、释放特征主要出现在断层附近。空间的这种选取方法根据实验室亚失稳阶段研究结果,有一定的构造物理意义。(3)本文以南天山西段为研究区,使用亚失稳断裂判定方法对2008年10月5日乌恰6.8级地震进行回溯性研究,结果显示,卡兹克阿尔特断裂在主震前满足亚失稳断裂判定方法的4个条件,取得了较好的效果;进而使用该方法对研究区现今应力状态进行预测性研究,发现目前柯坪断裂符合亚失稳状态条件的前3条:(1)南天山西段研究区的Benioff应变积累支持7级以上地震发生;(2)柯坪断裂累积Benioff应变支持6.8级以上地震发生,并且Benioff应变积累释放曲线出现波动、转平的趋势;(3)柯坪断裂77.5°—80°E的段落转为应变积累区,位于77.5°E以西的区域应变开始释放;但柯坪断裂目前不符合第4条,地震Benioff应变的释放不符合条件加速模型,表明断裂尚未进入加速协同化阶段。目前仍需密切关注该断裂的地震活动发展情况。(4)利用远震初至波穿越地壳、上地幔等速度界面时产生的一系列PS型透射转换波,测定远震PS转换波与初至P波的到时差Δt_(ps)=t_(ps)-t_p随时间的变化特征有可能监测孕震区转换界面以上有限的地层空间内介质物性的变化。选取2001—2012年作为研究时段,利用四川地震台网的YZP和JJS两台站记录到的兴都库什、苏门答腊南部地区两组震中距变化小于3°的远震,得到两个台站在2008年5月12日汶川M_S8.0地震前后记录的转换波到时差Δt_(ps)的变化特征。结果表明,在2006年以前Δt_(ps)有一个缓慢增大的趋势;汶川地震前约2年左右的时间段内Δt_(ps)出现明显低值过程,最大降幅达0.2—0.3 s左右,超过测量误差4—5倍;震前约2—3个月低值有一定程度的回返。表明本文提出的远震转换波方法在地震监测中有很好的应用前景,值得进一步实验研究。     

地核界面波在微城仪上的体现及应用

利用南平台ＤＤ－１地震仪所记录到地核界面反射波ＰｃＰ、地核界面反射转换波ＳｃＰ、ＰｃＳ测定震源深度。结果表明,用这些震相测定地震震源深度,提高了台站测定远震震源参数的精度     

地核界面波在微震仪上的体现及应用

利用南平台ＤＤ－１地震仪所记录到的地核界面反射波ＰｃＰ、地核界面反射转换波ＳｃＰ、ＰｃＳ测定震源深度。结果表明,用这些震相测定地震震源深度,提高了台站测定远震震源参数的精度。     

SsPmp震相地壳探测方法

SsPmp波是远震S波经地表反射转换的P波在莫霍面发生反射后被地表台站接收得到的震相.震中距在30°~50°之间的远震S波震相经地表反射转换的P波射线参数较大,在莫霍面发生全反射,使得台站接收的SsPmp波具有较强的能量,能够从地震记录中清楚地识别出来,为探测台站附近的莫霍面形态提供新的途径.本文通过合成理论地震图分析了SsPmp震相与地壳厚度、射线参数和Pn波速度之间的关系.结果表明:对于水平界面,地壳厚度只影响SsPmp与Ss波之间的相对到时差;Pn波速度只影响SsPmp的相位;射线参数既对SsPmp波的相对到时有影响,也会引起SsPmp波的相位变化.对于复杂的界面,SsPmp反映的深度与速度梯度最大的深度接近,而反映的Pn波速度与实际的Pn波速度一致.     

首都圈平均波速比分析

首都圈数字地震台网覆盖京、津和河北中部,其中自2002年5月—2003年12新记录1级以上地震1186个,台站记录的纵、横波到时差约2~25 s。选取被5个以上台站所记录到的地震,震中位于网内或者网缘附近,计算其平均波速比。分析认为:(1)通过HYPODD修订震源位置,绝大多数震源深度在8~10 km,平均波速比所反映的是地壳上层的状态。(2)无论是从较长的时间尺度还是从较大的空间范围来看,平均波速比值都是非常稳定的。(3)平均波速比的可靠性有赖于较多的台站数目,以满足拟合精度的要求。少数台站的测定结果往往伴随较大的误差,单一地震的平均波速比值大幅度的涨落,不宜表征地壳介质性质的改变。     

洛阳地震台面波震级的偏差研究

利用洛阳地震台1985 ～ 2003 年记录的1755 个地震的面波资料,采用与国家地震台网中心相同的面波震级公式,研究了该台测定的面波震级与国家地震台网中心测定面波震级之间的偏差。结果表明,洛阳地震台测定面波震级的偏差与震中距之间有明显的相关性,在1°≤Δ≤130°范围内面波震级由偏小0. 1 逐渐变化到偏大,Δ≥20°时偏大0. 2 ～ 0. 3;在130° ＜ Δ≤180°范围内偏大0. 2。     

穿透裂隙介质远震PS波的分裂

短周期远震P波在壳内激发的PS波的椭圆偏振特征显示了PS波的分裂。本文用各向异性合成地震图讨论穿透裂隙层PS波的分裂特征。结果表明,不同型态的裂隙介质可以引起观测到的PS波各种动力学特征的变化。PS波对深部裂隙型态反映敏感。     

Sp震相特征与兰州台附近的地壳厚度

理论研究和在兰州台的实际观测都表明,当远震 S 波通过地壳和上地幔速度界面——莫霍界面时,S 波的 Sv成份将产生折射转换波,称之为 Sp 波。Sp 波在台站附近的质点振动方式属于 P 波类型。在一定的距离段上,根据其运动学特征和动力学特征,Sv 波震相可在基式地震仪的垂直分向上辩认出来,是 S 波震相的前驱震相。将 S波震相与 Sp 震相的到时差ΔT 代入公式:H=(ΔT)/K[1/(V_S(K~2-V_S~2δ_S~2)~(1/2))-1/(V_P(K~2-V_p~2δ_p~2)~(1/2))]~(-1)。可求出接收台站附近地壳厚度值 H。本文根据兰州台基式地震仪的21个地震记录,求出了以兰州台为圆心25—50公里环形区域内平均地壳厚度值约为53公里左右。并简要地讨论了 Sp 震相在兰州台的记录特征。初步得出了 Sp 波震在兰州台可观测范围为18°—50°,S 波震相高效率地转换为 Sp 波震相的距离约在32°左右的结论。     

银川基准地震台记录地核界面波特征初探

对2004-2009年银川地震台数字地震仪记录的数字观测波形资料进行震相分析,总结震中距30°-50°范围内地核界面反射波PcP、地核界面反射转换波ScP的震相特征.结果表明,在30°-50°范围内,银川地震台对于地震频发的印度尼西亚震区地核界面反射波PcP、地核界面反射转换波ScP的记录最为清晰,此结论有助于台站工作...     

利用数字地震记录研究唐山震区台下的P、S波速度结构

直接采集数字地震记录的原始 P波、S波记录波形 ,与利用 Haskell矩阵传递方法得到的理论综合地震图进行对比 ,通过不断调整介质模型 ,最后得到台站下方的体波速度结构模型 ,此方法中得到的 S波速度结构不同于通过其他波形转换而来的结果 ,而是同 P波一样从原始波形拟合而来 ,同时获得地震台下方 P、S速度介质模型 ,这为我们讨论地下介质的性质提供了更多的信息。数字地震波形资料取自于唐山市遥测地震台网陡河和滦县的短周期地震记录 ,共选用了震中距范围为 30～ 60°、震源深度为 1 0 0～ 60 0 km的 5个不同地点的深源远震记录资料。结果表明 ,台站下方的纵波和横波速度分层结构相当吻合 ,说明拟合结果相当可靠。两个台站下的地壳厚度均为 38km,速度结构在 1 3km的低速层处出现差异 ,滦县的低速层比陡河要更厚一些。两个台站的地壳速度结构都是高低相同 ,而且陡河的高低差异较滦县更为显著。唐山震区滦县部分的震源比陡河附近的浅 ,而 1 976年唐山 7.8级地震发生在陡河附近 ,可见地震的发生与壳内低速层的差异幅度有关。从泊松比高值来看 ,地幔顶部存在低速层 ,该区域是地幔上隆区 ,可能有部分熔融     

上地幔过渡带S—P和P—S转换的全球研究

本文研究了1984年至1986年3年期间全球数字地震台网(GDSN)记录的长周期数据,以讨论作为远震S前驱波的上地幔过渡带产生的S—P和P—S转换波的存在,这类转换波已在大量单台站记录上得到证实,许多记录的简单叠加加强了转换相位的出现,并证明不同板块区域之间过渡带性质没有重要的横向变化。400km间断面的S—P和P—S转换波在70°至85°之间距离上得到很好的观测,而670km间断面的转换波在87°以上距离观测得很好。已发表的震源机制分析和与合成地震图比较说明,转换震相的形态主要由地震辐射图型所控制,接收点下方经历S—P转换的震相可以从倾滑事件观测到。这些事件沿台站方向上辐射强SV和弱P波。在另一方面震源区域下方P—S转换经常可以从沿台站方向激发强P波和很小的SV波能量的事件中观测到,同时也从一些走滑事件中观测到。观测资料与合成地震图比较表明,Dziewonski和Anderson(1981)的PREM模型可以解释绝大部分观测数据。然而,从670km间断面上观测到的S—P和P—S转换波经常比合成地震图的振幅强。转换波和P波尾波的加强干涉,震源辐射的影响以及比在PREM模型中更高的670km间断面的速度反差都可能成为这一偏差的原因。     

Kirchhoff-Helmholtz积分方法计算远震转换波

Kirchhoff-Helmholtz积分方法推广到远震转换波的合成地震图的计算,其优点是,能够计算复杂界面的地震波。通过与反射率法及动力学射线追踪的对比,表明KH积分方法能很好地模拟远震转换波震相,且精度较高。KH积分方法能够计算任意复杂界面的地震波,是一种研究地壳上地幔结构的有效方法。     

芦山地区S波速度结构讨论

本文利用芦山地震区域中(BAX,TQU,MDS)能记录远震波形的台站,通过坐标转换和时间域迭代反卷积,得到了该区域台站的P波接收函数。初步讨论了初始模型的选择对于芦山地区以及周边地区的S波速度结构结果的影响,对进一步探索该区域精细结构提供参考。     

2012年新源-和静MS6.6地震前后 地壳介质泊松比变化

文中利用远震P波接收函数,联合接收函数H-κ叠加方法和时间窗滑动方法,分析了2012年6月30日新疆新源-和静MS6. 6地震震中距200km内11个固定地震台2009年1月—2012年12月(石场台为2006年1月—2012年12月)的地壳介质泊松比的变化特征,分析了乌苏、石场和新源3个台站准重复接收函数的莫霍面Ps转换波到时(tPs)变化,获得了以下认识:1)在新源-和静MS6. 6地震前2～3a的不同时段,5个震中距130km的台站的地壳介质泊松比相继出现了较为明显的持续下降过程,与台站平均地壳泊松比相比,下降幅度为0. 003～0. 014,4个台站的下降幅度大于均值误差,乌苏台(震中距最小,为77km)的下降起始时间(2009年7月)最早; 6个震中距150km的台站的地壳介质泊松比在均值上下波动,没有出现明显的下降和持续低值现象; 2)出现泊松比低值异常的台站,其接收函数tPs在震前变小(Ps转换波在地壳内的走时变小),在震后变大(Ps转换波在地壳内的走时变大); 3)综合分析泊松比下降的幅度、持续时间、后续变化过程及接收函数tPs的变化,推测这种异常变化的原因是地震孕育、发生过程中出现的地壳介质物性变化,这一观测结果表明,在高密度台网的支撑下,接收函数方法可能成为探测强地震前地壳介质泊松比变化的一种新的技术途径。     

对P波衍射波Pdif震相记录范围的讨论

通过１６年（１９８０－１９９５年）中国地震台网对极远震记录资料分析后的结论是：Ｐ波衍射波Ｐｄｉｆ在中国台网的记录上震中距范围可达到１００°－１５８°附近，最低震级可在５．６级；佘山台的记录范围比全国台网窄些，而且对地区的灵敏度较大。结论说明我国地震台网对Ｐｄｉｆ震相的记录范围比理论值广，亦对台站速报和台站测震分析起一定作用。     

Pdif波在中国CDSN台站的运动学特征

利用中国数字地震台网(简称CDSN,下同)11个台的宽频带长周期(VLP)数字记录对1990-2012年间的124个极远震记录进行了分析处理,在震中距100.0°～179.0°之间,获取了CDSN11个台站的Pdif波的震相数据,得到了Pdif波在地球核幔界面上衍射的运动学特征和《Pdif波走时表》。所得结果大大拓展了Pdif的记录范围,在144.0°～179.0°之间弥补了《IASPEI1991地震波走时表》的缺失,为更大范围内的Pdif震相分析提供了参考标准,有助于提高中国地震台网的地震分析水平和积累震相分析经验,以及对地球核幔边界物理性质的认识。