福建及台湾海峡地区新一维速度模型的适用性分析

通过福建及台湾海峡地区的新一维速度模型与现有华南速度模型的对比,讨论了新一维速度模型在福建地震观测台网的适用性。理论走时分析结果表明,尽管两个速度模型差异明显,但震中距在0—100 km范围内的震相理论走时相差较小,一定程度上说明两速度模型所给出的本区域地壳平均速度差异较小。对利用18次人工定点爆破记录的地震定位结果的分析表明:当震源深度不受约束时,应用华南速度模型的定位结果精度稍优于新一维速度模型;将震源深度固定为0 km后,应用新一维速度模型的定位结果精度则明显优于华南模型。对19个仙游震群序列事件进行定位的结果显示,由于华南地区速度结构的横向变化较小,应用两模型的地震定位精度结果基本相当,但新一维速度模型定位的发震时刻较华南速度模型普遍早0.61 s左右,因此使得事件定位残差显著增大。      

云南地区地壳速度模型研究及应用

选取2009~2014年发生在云南地区、每个地震均在10个以上台站有记录的7412个地震数据,作走时曲线。同时为提高精度,重点对其中每个地震均在80%以上台站有记录的、ML≥3.0的83个地震数据,再作线性分析、折合走时曲线和区间稳定性分析,结合前人研究成果得到了研究区的初始地壳速度模型。选取2010~2014年云南省内M≥3.0的200次地震,采用Hyposat批处理方法迭代初始速度模型,以及对S波作分层速度拟合,得到云南地区的地壳速度模型,即2015云南模型:v_(P1)=6.01km/s,v_(P2)=6.60km/s,v_(Pn)=7.89km/s,H_1=20km,H_2=21km,v_(S1)=3.52km/s,v_(S2)=3.86km/s,v_(sn)=4.43km/s。基于新模型的地震重定位分析表明,云南地区地震事件大多发生于20km内的上地壳;对2011年3月10日盈江M5.8和2014年8月3日鲁甸M6.5典型地震进行重定位,得出震源深度分别与精定位结果和震中强震台震源距接近,表明新的一维速度模型能更好地反映研究区平均速度结构。     

利用波速扰动定量分析Hyposat方法的定位误差

以浙江省数字地震台网的台站布局为基础,在浙江省内以0.1°×0.1°网格点作为虚拟地震震中,利用浙江2015地壳速度模型计算了各台站Pn、Sn、Pg、Sg震相到时,对速度模型及各震相走时增加适量扰动,进而使用Hyposat进行地震定位。定位结果与虚拟震源位置对比显示:(1)对于震中位置,当速度模型中速度偏差小于0.1km/s时,所得震中偏差基本在3km以内,但在某些区域会出现无法有效定位的情况;(2)对于震源深度,与仅使用Pg、Sg(或Pb、Sb)震相定位的结果相比,当Pn、Sn震相参与定位时,震源深度的计算结果更接近实际震源深度,且计算结果的一致性更好。     

云南腾冲地区三维地震定位

本文利用中国数字测震台网和流动台站的地震资料,基于参数优化的AICD自动拾取算法和质量评估方案得到了高质量的震相到时,并在此基础上使用一维、三维定位方法对腾冲地区的799次地震事件进行了重新定位。定位结果显示:水平方向上,一维、三维重定位结果相差较小;深度方向上,三维定位的震源成丛分布比一维定位结果更加密集,地震主要位于地壳内低速层之上。分别利用一维、三维定位方法对典型地震、人工震源进行定位,结果表明,三维定位的精度明显优于一维定位,其在水平、深度方向上的平均绝对定位误差分别为0.7 km和1.3 km。      

单台sPL震相测定珊溪水库地震震源深度

稀疏台网下的传统走时定位难以确定中小地震的震源深度,而地震波深度震相蕴含着震源深度信息,为确定地震震源深度提供了新的途径。近震深度震相sPL和直达Pg波到时差与震源深度呈线性关系,可用以约束地震震源深度。本文以珊溪水库2014年震群事件为例,利用单台sPL震相测定了地震震源深度。结果表明:震源深度的测定结果与基于水库台网高密度台站下Pg和Sg走时定位Hyposat方法和全波形拟合CAP方法测定的震源深度高度一致,为4—6 km,与区域活动断层探测结果相符。sPL震相的优势震中距为30—50 km,区域台网范围内sPL与Pg的到时差与震源深度的线性关系相对固定,因此利用单台sPL震相即可快速获取可靠的地震震源深度,适用于稀疏台网下的中小地震震源深度的确定,且误差可控制在1—2 km范围内。      

几种常用地方震相对天然地震震源深度测定的误差解析分析及数值对比

本文从误差解析公式及数值模拟计算两种途径讨论了利用常用地方震相Pg,Sg,PmP,Pn,sPL测定震源深度的误差问题,结果表明,两种途径获取的误差值相当。对于上地壳的地震而言,当直达波走时误差处于0.1 s的量级时,若要将误差控制在3 km左右,则应选用震中距为30 km以内的台站;当走时误差处于0.2 s的量级时,若要控制同等误差,则应选用震中距为20 km以内的台站;如果地震位于下地壳,震中距可适当放宽,然而当震中距更大或走时误差更大时,震源深度的误差则近乎成倍增长。PmP,Pn,sPL对上地壳的震源深度测定误差要小于下地壳,同时对误差的控制较好,不会随震中距的增大而快速增大,震中距处于90 km范围以内且走时误差小于0.1 s时的深度误差基本均能控制在3.5 km以内。此外,本文还通过“棋盘格”的方式定量地分析了速度扰动对走时的影响,并以首都圈地区台网布局为基础,分析了加入首波对震源深度测定的改善效果。这两项数值对比结果均表明,在2%的速度扰动下,只要下地壳和莫霍面的速度参数不同时出现过大或过小现象,加入首波后对震源深度的测定误差则基本能控制在3 km以内,且一致性明显地高于单独使用直达波。      

福建及台湾海峡西侧地壳一维速度结构研究

根据福建及台湾海峡地区2008-2016年M1级的地震(共656个),以及福建陆域实施的由18次人工爆破测线构成的三维人工地震测深工程实验数据,利用Kissing提出的"最小一维速度结构"的方法联合反演福建及台湾海峡地区一维速度模型。通过数值模拟试验发现此方法对速度模型的还原能力深部强于浅部,对震源位置还原能力较强。重定位结果表明震中位置未发生较大改变,震中位置主要分布在滨海断裂带,以及长乐-诏安断裂和政和-大埔断裂两条断裂带附近;震源深度主要集中在8~25 km范围内,这表明福建地区的中小地震主要集中在上地壳范围之内。     

利用NLLoc方法对新疆精河地震的定位研究

利用非线性定位方法NLLoc,对新疆精河地区2017年8月9日至9月30日期间M≥3.0级的22个地震进行重新定位,并与中国地震台网中心正式目录结果进行对比,讨论了NLLoc方法在速度模型复杂的新疆地区定位的可行性.研究结果表明,NLLoc方法重定位新疆精河地震事件中,在发震时刻、震中方面误差较小,满足定位精度要求,但深度值上相差较大.NLLoc方法定位结果相对较为集中,主要分布于14～21 km,与CAP反演的深度分布为12-21 km,平均深度17 km,主震的震源深度21 km结果相符合,且与新疆地区的平均震源深度21±10 km和北天山地震带的平均震源深度19 km的结论相符.结果显示:NLLoc方法可用于地壳速度结构变化大、分布复杂地区的新疆地震定位,且有助于更好地解决震源深度测定问题,提高地震定位精度.     

使用辽宁地区P波走时反演一维速度模型

选取辽宁地震台网记录到的67个天然地震,使用单纯型法定位方法和Pn/Pg联合测定深度的方法,对震中和震源深度测定,提取定位结果的P波走时数据。使用理论走时公式,将已知变量和未知变量分离,利用走时公式,构造方程组进行求解,反演得到两层均匀速度模型。使用Hyposat定位程序,对此次研究的模型和目前使用的华南模型进行定位对比,定位结果优于华南模型。     

小湾水库库区最小一维速度模型研究*

从小湾水库台网2005—2008年记录的众多地震中,挑选出最少被4个台站接收到的高质量地震数780个,一共5230条P波和4883条S波到时资料。利用Kissling方法得到了小湾水库库区最小一维P波和S波速度模型以及台站校正值。反演后的最小一维P波速度模型走时均方根残差从0.81s减少到0.12s,数据方差从1.64s²减少到0.04s²;地震震源深度比原来增加大约1公里,震源分布更加集中;不同台站的校正值差异表征了小湾库区速度结构存在横向不均匀性。最后利用得到的最小一维速度模型和台站校正值进行重定位,结果地震的走时均方根残差明显减少,表明得到的最小一维速度模型可信度较高。     

宁夏地区地壳新速度模型在地震定位中的应用

本文利用有限差分法正演和遗传算法反演得到宁夏地区地壳新速度模型, 再将该模型配置到MSDP软件的HYP2000定位方法中。 选用宁夏地区2008年以来地震和爆破资料, 从震中位置、 深度及残差3个方面对新模型和原模型进行定位对比分析。 结果表明: 定位网内地震时, 新模型得到的震中比原模型更接近断层, 震群的深度也与断层分布更为吻合; 运用新模型定位的爆破深度平均为2.8 km, 绝大多数不超过5 km, 落实爆破位置与定位结果差平均为水平2.4 km、 垂直2.6 km, 更符合大多为地表爆破的实际情况。 进一步分析新模型定位的地震深度与宁夏地区地壳速度结构, 发现地震发生在高速-低速转换地区。     

THE 3-D VELOCITY STRUCTURE OF CRUST AND UPPERMOST MANTLE AND ITS TECTONIC IMPLICATIONS IN FUJIAN PROVINCE

It is important to detect the fine velocity structures of the crust and uppermost mantle to understand the regional tectonic evolution, earthquake generation processes, and to conduct earthquake risk assessment. The inversion of uppermost mantle velocity and Moho depth are strongly influenced by crustal velocity heterogeneity. In this study, we collected first arrivals of Pg and Pn and secondary arrivals of Pg wave from the seismograms recorded at Fujian provincial seismic network stations. New 3-D P-wave velocities were inverted by multi-phase joint inversion method in Fujian Province. Our results show that the fault zones in Fujian Province have various velocity patterns. The shallow crust is characterized by high velocity that represents mountains, while the mid-lower crust shows low velocities. The anomalous velocities are correlated closely with tectonic faults in Fujian Province. Velocity anomalies mainly show NE-trending distribution, especially in the mid-lower crust and uppermost mantle, which is consistent with the NE-trending of the regional main fault zones. Meanwhile, a part of velocity patterns show NW trending, which is related to the secondary NW-oriented faults. Such velocity distribution also shows a geological structural pattern of "zoning in east-west direction and blocking in north-south direction" in Fujian area. In the crust, a low velocity zone is found along Zhenghe-Dapu fault zone as mentioned by previous study, however our result shows the low velocity exists at depth of 20~30km in mid-lower crust. Compared with previous study, this low velocity zone is larger and deeper both in range and depth. The crustal thickness of 28~35km from our joint inversion is similar to the results from the receiver functions of previous studies. The thinnest crust(28km)is observed at offshore in the north of Quanzhou; while the thickest crust(35km)is located west of Zhangzhou near the Zhenghe-Dapu fault zone. Generally, thinner crustal thickness is found in offshore of Fujian Province, and thicker crustal thickness is in the mainland. However, we also found that crustal thickness becomes thinner along the east side of Yongan-Jinjiang Fault. The values of Pn velocities in the region vary from 7.71 to 8.26km/s. The velocity distribution of the uppermost mantle presents a large inhomogeneity, which is correlated with the distribution of the fault zone. High Pn velocity anomalies are found mainly along the west side of the Zhenghe-Dapu fault zone(F₂), and the east side of the Shaowu-Heyuan fault zone(F₁), which is strip-shaped throughout the central part of Fujian. Low Pn velocity anomalies are observed along the coast and Taiwan Straits, including the Changle-Zhaoan fault zone, the coastal fault zone, and the Fuzhou Basin. We also found a low Pn velocity anomaly zone, which extends to the coast, in the Shaowu-Heyuan fault zone at the junction of the Fujian, Guangdong and Jiangxi Provinces. In the west of Taiwan Straits, both high and low Pn velocity anomalies are observed. Our results show that the historical strong earthquakes(larger than magnitude 6.0) are mainly distributed between positive and negative anomaly zones at different depth profiles of the crust, and similar anomalies distribution also exists at the uppermost mantle, suggesting that the occurrence of strong earthquakes in the region is not only related to the anomalous crustal velocity structure, but also affected by the velocity anomaly structure from the uppermost mantle.     

利用气枪地震资料对福建及台湾海峡南部地壳三维P波速度结构研究

根据福建及台湾海峡南部海陆联测试验记录到的Pg和Pm震相走时数据,利用速度与界面联合成像方法构建地壳三维P波速度结构,揭示了该区地壳深部构造特征.结果表明：福建和台湾海峡海陆过渡带以及海峡南部地壳速度结构存在明显的不均匀性,滨海断裂两侧速度结构复杂,随深度呈现明显的分段特征,其上地壳海陆过渡带呈高速特性,台湾海峡呈低速特性;下地壳海陆过渡带呈低速特性,台湾海峡呈高速特性;研究区莫霍面的深度约为28~33 km,存在较明显差异,闽粤交接部位存在明显的地壳厚度减薄,莫霍面深度接近28 km,这与正常型华南活动地块与减薄型南海活动地块交汇致使地壳厚度减薄有关,体现了活动块体边界构造特征.历史大震主要发生在高低速异常过渡带且有深大断裂穿过的区域,现今中小震主要分布于闽粤海陆过渡带,这一特征可能与此地广泛发育的断层和华南与南海活动地块相互作用有关.     

Error analysis in hypocentral locations at Phlegraean Fields

The location reliability of the earthquakes occurred at Phlegraean Fields has been analyzed, and the theoretical errors, inferred from the diagonal elements of the covariance matrix, have been estimated. Using only first P-phase arrivals to the local network (22 stations) and assuming a reading error of 0.05 sec., the average error on the spatial coordinates is estimated to be of the order of 0.2 km.Shallow events (depth<1 km) are very poorly constrained in depth at the borders of the network. The use of both P and S arrival times, recorded by a smaller three component network (10 stations), improves the depth determination.Further analysis has been performed on a set of about 350 selected earthquakes, using two different velocity models.Differences in depth considerably greater than the theoretical errors, and showing highly different patterns have been found.Tests with artificial events, randomly distributed in space, indicate that the observed depth distribution is essentially due to the used velocity model.     

Determining hypocentral parameters for local earthquakes under ill conditions using genetic algorithm

We demonstrate that GA-MHYPO determines accurate hypocentral parameters for local earthquakes under ill conditions, such as limited number of stations (phase data), large azimuthal gap, and noisy data. The genetic algorithm (GA) in GA-MHYPO searches for the optimal 1-D velocity structure which provides the minimum traveltime differences between observed (true) and calculated P and S arrivals within prescribed ranges. GA-MHYPO is able to determine hypocentral parameters more accurately in many circumstances than conventional methods which rely on an a priori (and possibly incorrect) 1-D velocity model. In our synthetic tests, the accuracy of hypocentral parameters obtained by GA-MHYPO given ill conditions is improved by more than a factor of 20 for error-free data, and by a factor of five for data with errors, compared to that obtained by conventional methods such as HYPOINVERSE. In the case of error-free data, GA-MHYPO yields less than 0.1 km errors in focal depths and hypocenters without strong dependence on azimuthal coverage up to 45°. Errors are less than 1 km for data with errors of a 0.1-s standard deviation. To test the performance using real data, a well-recorded earthquake in the New Madrid seismic zone and earthquakes recorded under ill conditions in the High Himalaya are relocated by GA-MHYPO. The hypocentral parameters determined by GA-MHYPO under both good and ill conditions show similar computational results, which suggest that GA-MHYPO is robust and yields more reliable hypocentral parameters than standard methods under ill conditions for natural earthquakes.     

基于Pn/Pg相对定位方法研究2017年8月8日九寨沟M7.0地震起始破裂深度

本文利用Pn/Pg相对定位方法,测定了2017年8月8日四川九寨沟M7.0主震及部分余震的起始破裂深度.地震的起始破裂深度是理解地震孕震机理的重要参数,而九寨沟地区台网稀疏,地壳速度结构复杂,基于传统的到时定位方法测定地震起始破裂深度误差较大.Pn/Pg相对定位方法首先基于流动观测近台记录对2017年8月10日M4.1和11月7日M4.5余震震源位置进行测定,选择其为参考事件,再利用Pg校正主震水平位置,Pn约束震源起始深度,基于参考事件可以有效降低速度模型对震源位置测定的影响.结果显示：九寨沟主震起始破裂深度约9 km,早期余震的震源深度分布在7~13 km,主要集中在主震起始破裂深度附近.     

甘肃地区地壳速度的非均匀分布

用天然地方震以及近震Ｐ、Ｓ波到时资料反演了甘肃７个分区的地壳结构。其速度非均匀分布表明：就垂向非均匀性而言，河西大于河东，海原、古浪两个８级大震区大于周围地区，横向非均匀性正好相反，但无论垂向还是横向非均匀性都是上地壳（大约以１９ｋｍ深度为界）大于中下地壳；青藏块体东北缘速度自ＳＳＷ向ＮＮＥ的东北角规则变化，上中地壳（约以３０ｋｍ深度为界）内沿该方向递减，下地壳及上地幔顶部递增；横向非均匀性以低速区带为主，大致沿祁连山断裂系向ＳＳＥ直到兰州附近，再沿近ＮＳ向到舟曲武都，中间与近ＥＷ向直到康乐和政的西秦岭北缘断裂低速带交接，高速区主要在嘉峪关、玉门以北，景泰附近及兰州以南等处；中强以上地震不仅在低速区带发生，而且也在高速区及其它地方发生，两个８级大震震源区速度在研究区中地壳内为最低，要注意兰州附近及张掖民乐地区可能潜在的强震危险区。     

不同地区人工爆炸与天然地震记录特征及识别研究

本文分析了河北怀来多次爆炸、河北三河采石场多次爆炸和低震级天然地震事件的记录特征和时频差异。结果显示:河北怀来爆炸的P波能量强、衰减快、S波发育弱;河北三河采石场爆炸的P波、S波主频均低于怀来爆炸,S波与面波混淆,不同震中距的台站记录低频发育明显;而天然地震的有效频带更宽,频率成分更为复杂。将Pg/Sg谱比判据应用于小震级地震与爆炸的识别中,探索交叉频带谱比对不同地区爆炸的识别。结果表明:高频（＞5 Hz）Pg/Sg谱比判据可将研究数据中的爆炸与小震级地震完全区分;与Sg低频（0—2 Hz）有关的交叉频带谱比可对两个不同地区的爆炸进行识别,交叉频带的谱比判据较传统的单一频带谱比判据能够更好地反映出不同类型事件的特征差异。