界面和速度的两步反演-唐山震区三维细结构研究a

研究区域界面和速度的两步反演计算方法．三维界面采用分段非完全多项式描述,三维速度的重建采用泛函空间的最小二乘原理．计算采用两步进行:第1步反演三维界面形态;第2步将剩余走时残差按加权分配的方式进行三维速度反演．处理了唐山滦县震区地震测深资料,获得了唐山震区深部三维构造形态及唐山、滦县震区三维地壳速度分布．结果表明:唐山震区深部三维构造总体为北东走向,北东向的丰台——野鸡坨断裂与北东向的唐山断裂所夹的构造为莫霍界面隆起区. 该区中下地壳三维速度结构沿北东向的唐山断裂存在明显低速异常带,其位置与唐山地震活动带的位置相一致．沙河驿附近较大的低速异常块体对应于较密集的地震分布．该区域存在一条北西向的高速异常带,可能是一条隐伏深断裂．唐山7.8级地震震中区下地壳为北东向的低速异常带与北西向的高速异常带相交处．这两组构造对控制唐山7.8级地震的孕育和发生起了重要作用．      

三维分块倾斜界面的反演及其应用

介绍了利用反射波走时反演介质层速度和包含直立断层的三维界面的计算方法．对各层界面利用多个倾斜或平界面方程来描述．给出了数值计算实例．结果表明，反演解与真模型很接近，说明计算方法是有效的．利用该方法处理了唐山地震区的ＰｍＰ反射波资料，获得了该区域莫霍界面的三维分块形态．唐山附近莫霍界面错断与该区域１９７６年唐山地震及一系列余震的发生有密切的联系．     

用遗传算法反演京津唐张地区的三维地壳结构和震源位置

介绍了遗传算法反演京津唐张地区速度结构和震源位置的方法．运用华北遥测地震台网收集到的地方震到时数据，反演得到所选地震的震源位置和该地区的地壳结构．得到的震源位置的平均残差和标准残差大大小于地震报告给出震源位置的平均残差和标准残差；得到的第1层和第2层地壳结构较好地解释了该地区的平原山区的构造轮廓，第3层地壳结构与前人反演及人工测深得到的Moho界面起伏大体一致．表明遗传算法反演地震震源位置和速度结构是很有效的．      

速度分布和界面位置的联合反演

提出了横向非均匀介质中由地震波走时资料同时反演介质速度分布和界面位置的方法．计算中，由于变步长技术和线性内插技术(包括理论走时和偏导矩阵的线性内插)的应用，大大提高了运算速度．与国内目前流行的同类程序相比，运算速度快5倍以上．而且，在界面位置的反演中，除反射波外，还考虑了透射波走时对于界面位置的偏导数，从而充分利用了各类透射波资料中所含界面位置的信息，加快了收敛速度．数字模拟实验和实测资料的处理结果表明了该方法和程序的有效性及实用性．      

地壳和上地幔三维速度与界面结构层析成像——理论部分

提出了一种三维模型参数化方法,使得正问题和反问题可以用解析式表达．地壳和上地幔速度与界面结构分别由一组非常光滑的函数描述．在正问题和反问题中,使用了初值射线追踪方法,走时对模型网格节点参数的偏微商在射线追踪的同时进行了解析计算．由于速度和界面函数具有二阶连续偏微商,由射线路径的发散和聚焦在地表引起的影区可以避免．射线追踪之后,可以获得由矩阵和矢量组成的反问题．解决反问题使用了具有阻尼因子的奇异值分解法．一组由几条纵剖面组成的合成数据被用来进行数值模拟计算,结果表明方法是健全的．与二维方法比较,在地壳模型非常复杂的情况下,三维反演方法可以给出准确的速度结构和界面位置．      

三维走时反演与青藏高原南部深部构造

利用中法合作布设在青藏高原南部的51个临时地震台数据，提取了来自80个地震事件的2 312个P波到时和部分S波到时，分析了不同方位P，PKP，以及S-P走时差的变化以及其构造含义．最后利用ACH方法对研究区进行了三维速度反演．通过研究，对青藏高原深部构造取得以下初步认识:① 青藏高原上地幔速度较正常大陆上地幔速度要低，羌塘地块上地幔速度更低．PKP走时残差沿剖面往北变小（早到），说明剖面北部(桑雄以北)有较浅的莫氏面；② S-P走时差自雅江（ITS）向北突然增加，同时反演结果显示雅江以北至当雄为低速地壳，说明该区地壳深部存在局部熔融；③ 喀拉昆仑嘉黎断裂(KJFZ)可能是班公——怒江缝合线的南支，推测为羌塘地块的南界；④ 反演结果显示雅江以南上地幔存在高速体，可能是俯冲的印度岩石圈物质．剖面中部上地幔的低速体可能是物质热状态变化的反映．      

地壳三维结构的层析成像方法——爆炸和地震资料的联合反演

给出了利用人工爆炸和天然地震资料联合反演获得地壳三维速度结构层析成像的理论和方法．地壳速度结构被看作是空间坐标的连续函数，而不事先把速度模型参数化，从而避免了不同的参数化过程对反演解带来的不确定影响．给出了把两类资料联系在一起的积分核的具体表达式．用文中的方法处理了唐山滦县地区的实测资料，获得了该区中、上地壳三维结构的层析成像结果．并与仅用人工地震资料所获得的结果做了对比．      

三维密度界面的正反演研究和应用

重力位场的界面反演是位场处理解释中的重要问题.本文将基于快速傅里叶变换的频率域界面反演方法Parker-Oldenburg公式推广到物性可随深度变化的三维情况,得出了密度可以横向、纵向任意变化的重力界面正反演公式.该方法在计算时可以合理地选取地面下某一深度作为基准面以减小界面起伏,使迭代易于收敛.理论模型试验表明该方法反演精度高,收敛速度快,在密度界面反演中具有广泛的实用价值.最后利用该方法反演华北地区莫霍面的深度,反演结果得到了地震测深数据的验证.     

三维密度界面的正反演研究和应用

重力位场的界面反演是位场处理解释中的重要问题.本文将基于快速傅里叶变换的频率域界面反演方法Parker-Oldenburg公式推广到物性可随深度变化的三维情况,得出了密度可以横向、纵向任意变化的重力界面正反演公式.该方法在计算时可以合理地选取地面下某一深度作为基准面以减小界面起伏,使迭代易于收敛.理论模型试验表明该方法反演精度高,收敛速度快,在密度界面反演中具有广泛的实用价值.最后利用该方法反演华北地区莫霍面的深度,反演结果得到了地震测深数据的验证.     

中国大陆莫霍界面深度图

过去十年在中国大陆上已进行了数万公里的深地震测深(DSS)剖面工作，取得了许多地壳构造的结果．我们根据这些材料，绘制了中国大陆莫霍界面深度图．在缺少DSS资料的地区，我们采用了天然地震面波及其它资料． 根据莫霍界面深度图，中国大陆可以分为8个地壳块体，块体内部的莫霍深度变化不大，不同块体之间，莫霍深度有很大变化． 本文对影响中国大陆不同地壳块体的莫霍界面深度的某些因素，进行了初步探讨，它对研究地壳演化的过程有重要意义．      

四川盆地及其西部边缘震区居里等温面的研究

利用航磁资料和三维磁性层反演方法，对四川盆地及其西部边缘地区航磁异常进行了数据处理，求取了研究地区内居里等温面的定量埋深．以区域构造特征、地温梯度分布和人工地壳测深结果印证了反演结果的可靠性．通过深部地热场的分析讨论，论述了四川盆地西部边缘地区的地震，是在川青块体和康滇菱形块体与杨子板块碰撞作用下，产生了强烈的应力积累；又由于地幔热流的上涌，中、下地壳发生塑性蠕变，为岩石的裂错和应力的释放提供了调整单元深部环境下的孕育和发生．      

地壳三维构造反演和速度层析成像

本文给出利用空间深地震测深反射资料重建地壳三维构造和速度分布的方法，适用于任意分层并且每层可由若干断块组成的地壳模型。通过采用适当的反演方法获得地壳界面的三维构造，并在此结果基础之上，进一步将剩余走时残差归因于地壳速度的不均匀性，采用东分块的反演方法，重建地壳三维速度分布，数值模拟的结果表明算法是有效的。     

邢台、唐山震区震源层及其顶、底部介质条件的综合分析

首先对1966年1月1日至1984年12月31日华北地区MS4.0的1 739条地震事件和邢台震区MS4.0的541条地震事件、唐山震区MS4.0的999条地震事件震源深度资料进行了分段(2 km间隔)深度-频度统计分析，分别得出了各自的震源分段深度-频度图(H-N图)．研究表明: ① 华北板内地震发生在陆壳内，而且多集中在中、上地壳一定深度范围内，构成了板内震源层；② 震源层由相邻的主层和辅层组成，主层和辅层的顶、底界分别相应于G、C和B、G地质界面；③ 邢台和唐山震区的H-N图显示出较大差异，表明震源层具有区域性和局部性特征；④ DSS、MTS探测研究结果表明，震源层的区域性、局部性特征主要取决于区域和局部的深部构造环境；⑤ 震源层是一介质层实体，与地壳内的脆-韧过渡带相关联．震源层又是一应力导层．由于应力导层上、下介质分别受到破坏和流动，而使应力主要集中到应力导层内，地震就发生在其中.      

青藏高原Q值结构反演

利用中美合作在青藏高原布设的11台PASSCAL宽频带数字地震记录的瑞利面波资料,测定了青藏高原东部地区周期为10～130 s范围内的平均瑞利波相速度和衰减系数R；反演了该地区地壳、上地幔的平均S波速度结构和Q结构．结果表明，该地区平均Q值偏低，并在地壳中存在地震波强吸收层．地壳中的低Q层(Q=93～141)位于16～42 km的的范围内,它与S波低速层(21～51 km)基本一致.从地壳下部63 km后，Q值由114随深度逐渐低至上地幔180 km处的34.由地壳内低速层与低Q层相对应可以推测，在该深度范围内可能存在岩石的熔融或部分熔融现象.在反演的S波速度结构中，地壳的平均厚度为71 km，51 km处的下地壳存在一明显的速度界面,96～180 km处的低速层(4.26 km/s)可能与软流层相对应.      

约束变密度界面反演方法

三维密度界面反演具有严重的多解性,已有方法较少利用已知信息约束反演过程,导致界面反演结果可信度降低.本文在反演过程中,利用已有地质信息作为约束条件,有效提高了三维界面反演结果的准确性.该方法具有如下特点:1)利用指数变密度模型,通过已知密度分布计算模型参数,使其更加接近实际密度分布;2)引入已知深度点约束,提高了反演结果的准确性;3)引入深度加权函数,纠正界面畸变,使其适用于界面起伏较大的情况;4)频率域正演与空间域迭代反演相结合,在提高计算速度的同时保证反演收敛.通过模型检验,证实了方法的有效性,并将该方法应用于中蒙边境地区东段莫霍面深度反演中,效果良好.     

中朝准地台东部的地壳上地幔Ｑ结构y

根据中国数字化地震台网（CDSN）记录到的长周期面波资料，测定了中朝准地台东部地区周期从10～146 s的基阶瑞雷波ＱR值．并用随机逆反演方法反演得到了4条路径上的地壳上地幔Ｑ模型．结果表明:中朝准地台东部地区的地壳平均Ｑ值为200左右，地壳中部（深度10～20 km处）有弱衰减层，该层可能与壳内易震层有关．在地幔顶部普遍存在一个厚约70 km的强衰减层（低Ｑ值层），其顶部埋藏深度约为80 km．中朝准地台东部地区的基阶瑞雷波实测ＱR平均值介于构造稳定区和构造活动区之间，而更趋近于构造活动区域．      

由1990年共和7.0级地震震后垂直形变求得的地球介质有效弛豫时间和粘滞系数

1990年4月26日青海共和7.0级地震的震后垂直形变速率具有典型的指数型衰减特征．本文根据Okada弹性位错地表垂直位移表达式，利用对应原理导出了其标准线性固体粘弹性解．通过引入地球有效弛豫时间和有效粘度的概念，进一步导出了由震后垂直形变求地球有效弛豫时间和粘度的简单公式，该公式与发震断层的位错参数无关．反演结果表明，共和震区地球介质的有效弛豫时间＝/为2.6 a，有效粘滞系数为约1018 Pas．      

山西地堑系现今构造应力场

利用综合震源机制解和原地应力测量资料,对山西地区的构造应力场进行了概括分析,认为该地区与其东部的华北地区具有明显差异的应力状态．其次,通过拟合观测资料,对影响该地区构造应力场分布的边界力作用等进行了反演研究．反演计算结果显示,边界力作用是影响山西地区现今构造应力场的主要因素,区域内部的材料及其性质是影响构造应力场分布的次要因素．山西地区构造应力场水平最大主应力与断陷盆地展布具有一致性．      

各向异性动力学方程反演新算法

基于各向异性介质中的动力学波动方程组，并利用多波多分量观测数据，发展了一种适用于直接反演介质弹性参数和密度或地震波速度的动力学反演新算法．由于这种方法能充分地利用全波场信息，因此反演结果十分可靠．为了证实这种方法的有效性和适用范围，基于拟SH波方程，并选取了不同的初始模型，对地震波速度进行了反演．结果表明:即使初始模型参数的扰动量达到12.3％时，仍能获得相当好的结果．此外，由于方法构造的特殊性，使得这种方法的向量化和并行化计算非常容易实现．      

青藏高原东北缘莫霍界面的三维空间构造特征

通过在青藏高原东北缘设计专门的三维地震观测系统而获得的莫霍界面反射波,利用三维反演方法反演重建了该区莫霍(M)界面的构造形态,得到了研究区M界面的三维构造图像和地壳深断裂的展布,研究区M界面总体上由东北向西南方向呈逐渐下倾趋势,而在不同的块体内部又具有不同的倾斜态势,反映了不同块体之间的差异和复杂程度的不同.鄂尔多斯块体M界面变化平缓,内部结构完整且坚硬;弧形构造区M界面的倾斜趋势发生了逆转,此现象可视为该区域在挤压、变形构造作用下M界面发生了明显的扭曲变形;秦祁块体M界面呈现出较陡的倾斜趋势,在本块东南端与弧形区结合部,M界面所显示出的局部隆起可视为地壳发生了强烈扭曲变形的迹象.综合二维、三维结果认为,特殊而复杂的构造变形环境,为海原8.6级大地震的孕育和发生提供了地质条件和深部背景.