用CT技术反演面波Q值空间分布及其研究前景(英文)

本文运用CT技术反演地壳面波品质因数Q值空间分布,采用在医学上X—CT技术中的卷积反投影方法,引用 Radon 变换反演和图像重建方法来拟合地壳面波 Q 值的空间分布。由600次地震实际的2200条地震波射线的面波振幅、周期资料,进行实际地壳 Q 值反演,首先获得四川盆地附近:北纬26°—34°,东经103°—112°范围的面波 Q 值分布,作出该区 Q=210-255的等值线图,其平均 Q 值为225,在四川盆地中部面波 Q 值偏高,这可能与该盆地中部沉积物介质比较均匀,非弹性成分较少有关。然后以上述经纬度范围的四川盆地为基地,将面波扫描的方框分别向北、向南、向西、向东移动各2度,再做四次 Q 值成像,取其中间重迭部位,计算 Q 值的平均值及其残差,得每经纬度为半度的像素中观测误差的空间分布图。求得该范围的平均误差为8%。进一步将平面范围地震面波 Q 值成象扩大成球面上的投影成像:系将上述单框 Q 值图像沿经纬度方向各移动2度进行叠加,使若干个平面小单框复盖在预想的球面上的大区域上,除去边缘部分之外,在该范围的经纬度网上都叠加有一个以上的 Q 值数据,通过计算每个网点上的平均 Q 值及其标准误差的等值线,可获得球面上大范围的 Q 值成象图。得到了7×7框范围内的面波 Q 值分布图。本文探讨了 Q值成像在改进面波震级标度和解释地震震级的路径校正值以及为地震监测预报服务的研究前景。     

用地震观测振幅周期反演地壳面波Q值空间分布的误差问题

本文通过计算四川附近地区面波Q值的误差分布情况,对于用CT技术中卷积反投影图象重建方法来反演地壳面波Q值分布这种方法的可靠性和稳定性做出初步研究。具体作法是在北纬26°-34°,东经103°112°范围内将卷积反投影结果进行插值,插值象素单元的经纬长度均为0.25度,然后将面波扫描的方框分别向北、向南、向东、向西各移动2度,在其共同区域(28.7°-31.3°N,106°-109°E)内将Q值扫描成象的五个值求平均及标准误差,得到该区域内平均Q值的空间分布和卷积反投影法计算误差的空间分布图,在所讨论的范围内平均Q值在,240-270之间;标准偏差最大为17％,该范围内平均误差为7.5％。     

地震面波品质因数Q值的模拟反演及误差估算

本文基于地震面波的射线理论,引入Radon变换和卷积反投影,先由假设的地壳面波品质因数Q值为椭园分布的模型,由正演方法计算若干组面波吸收特征t~*,然后基于这组t~*,用x-CT技术上常用的卷积反投影方法计算该处附近的Q值空间分布,并将这两组Q值分布进行比较,求得面波Q值拟合反演的误差在10%左右.     

用球面调和函数拟合地震波Q值空间分布收敛性的研究

本文从球面调和多项式的数学理论方面研究了用球函数拟合地慢地震波Q 值空间分布方法的收敛性的问题。运用一种逼近的球面多项式的误差公式,证明用球谐函数拟合地幔地震波Q 值空间分布的方法是收敛性的;也提出从地震P 波的振幅A 和周期T 拟合、反演地幔范围P 波品质因数空间分布的误差Qer 与P 波(A、T)的观测数目N 的增加,Qer 的减少来予以验证。     

实际观测地震面波品质因数Q值空间分布的反演方法

本文引用在医疗CT技术中行之有效的卷积反投影作图象重建的方法,移植到地震学中来,根据面波射线理论,由面波振幅周期的观测数据计算出每一条面波射线的吸收特征时间t°,对当前所选定的一个确定区域北纬26°—34°,东经105°—114°范围选取面波射线扫描数据然后按射线方位角分为9组,每组又按射线距离中心座标30°N,109°.5E点的距离延拓为正负方向9组,运用Radon逆变换的卷积反投影法得到上述地区地壳内面波Q值的二维非均匀的分布图象。     

东北地区地震波Q值非均匀成象的初步探讨

本文首先证明了远震面波,近震Lg波震级起算函数和地震波吸收特征时间t及地壳品质因数Q值之间具有一定的联系,从而可利用面波及Lg波振幅周期资料进行Q值成象。其次,作为实验,利用1481条地震面波射线资料反演了东北和华北交界某区域(北纬35°—44°,东经115°—124°)内地壳品质因数Q值的空间分布。初步看,结果具有一定的地球物理意义。最后,论述了应用Lg波资料反演松辽地台地壳品质因数Q值的必要性和可能性。     

Lg波衰减模型中建模误差的定量评估

对Lg波衰减模型中建模误差的统计特征进行了系统研究,并建立了地壳二维Lg波衰减模型。由于Lg波振幅可能受到几何扩散函数的强烈影响,合理评估反演过程的误差对于能否使用最小二乘意义下的反演非常重要。通过在川滇及其邻近地区收集的建模误差样本,使用K-S数值检验方法、Q-Q图和正态分布图形检验方法对Lg波衰减层析成像反演的输入数据中建模误差的分布特征进行了统计分析。采用奇异值分解（SVD）和反投影方法,分别获得了川滇地区的Q_Lg模型,定量计算模型的协方差矩阵和分辨率矩阵,定量评估了Q_Lg模型中每个格点的分辨率和误差。结果表明:在一阶近似条件下建模误差服从正态分布;通过开发的数据筛选程序,可以产生一个接近完美正态分布的数据集;与反投影方法相比,利用SVD方法获得的地壳Q值的分辨率更高;在射线覆盖较好的区域,Q_Lg模型的分辨率达到100 km,相对误差小于3%。      

偏离大圆路径传播对四川西部面波相速度成像的影响

面波成像是研究地壳上地幔横波速度结构的一种重要方法．通常,面波相速度或群速度成像假设面波沿大圆路径传播．但是,在地下介质速度结构变化较大时,面波会偏离大圆路径传播,从而导致基于大圆路径假设下的面波成像结果存在一定的误差. 我们采用基于射线追踪的面波成像方法,研究了面波的偏离大圆路径传播对四川西部地区面波相速度成像结果的影响．使用快速行进法(fast marching method)进行面波传播路径的射线追踪,采用子空间反演法(subspace inversion)进行迭代反演,对理论模型合成数据和川西台阵的短周期背景噪声相速度频散数据进行成像分析,并与使用大圆路径传播的成像结果进行对比．对理论模型的测试结果表明,当速度结构变化较大时,基于偏离大圆路径传播的面波成像能够更好地恢复模型异常．对川西台阵的真实数据反演结果显示:在短周期为6 s时,基于偏离大圆路径传播的反演方法较基于大圆路径传播的反演方法所获得的相速度异常的幅度更大些,在四川盆地区域两者的差异接近0.2 km/s;在周期为10 s时,两种反演方法的差异显著减小,基本都在0.1 km/s以内．这主要是因为6 s周期的面波相速度对复杂的上地壳浅层结构更为敏感,从而使得面波的偏离大圆路径传播效应对反演结果的影响更为显著．本文结果表明,当某一周期不同路径的面波相速度测量值变化较大,例如相对于平均相速度的异常超过10％时,则需考虑采用基于偏离大圆路径传播的面波成像方法,否则速度异常较大区域的反演结果可能会造成较大的偏差．      

四川及邻区Lg尾波的Q值分布特征

首先利用叠加谱比法，对成都数字地震台网的12个台站及中国数字地震台网的5个台站所记录的504个宽带垂直分量进行分析，得到与各路径相对应的椭圆内的Lg尾波Q0和η的测量值，再应用反投影技术反演得出四川及邻区Lg尾波Q0和η的分布图像。结果表明：Q0值的分布与构造活动性紧密相关，在所研究的范围内，Q0值在225～400的范围内变化。低的Q0值(225～250)发生在安宁河断裂、龙门山断裂和鲜水河断裂的交汇区域，以及由安宁河断裂和则木河断裂等多条断裂所组成的南北向断裂带；在川东的四川盆地，Q0值有所升高，在250～300的范围内变化；在所研究区域东南部的扬子地台，Q0值呈现出350～400的较高值。叩值在0．4～0．8的范围内变化。绝大部分地区的叩和Q0反向相关。     

基于互相关相移的主动源地震面波频散成像方法

以多道面波分析技术(MASW)为代表的主动源面波方法已经在地表勘探领域获得越来越多的应用.准确的面波相速度频散成像是利用主动源面波法进行近地表横波速度反演的必要条件.本文提出了一种新的主动源面波频散成像方法—CCPS(Cross-Correlation and Phase-Shifting)法.首先,将单炮面波记录由时空域变换到频率空间域并消去振幅谱的影响,得到归一化频谱.然后,依次将每道信号与整个记录进行互相关的同时进行相速度扫描叠加.最后经过一次求和过程即得到最终的频散图像.通过理论数据、实际工程地震面波资料和石油勘探面波资料比较了普通相移法和CCPS法的频散成像效果.研究表明:新方法相对于普通相移法而言,明显提高了频散图像的质量,相速度聚焦性能和背景噪声压制能力有显著改善.     

三峡库区上地壳速度结构初步研究

文中利用三峡加密观测台网记录的2009年3月到2010年12月高精度地震数据,使用双差层析成像方法,联合反演了三峡库区上地壳的震源位置参数和三维上地壳P波和S波速度结构。研究结果显示,三峡库区上地壳P波速度和S波速度区域出现2个高VP值、上低下高VS值区,分别在巴东北部神农溪两岸—泄滩西区域和仙女山断裂带北段香溪河口附近。巴东北部神农溪两岸—泄滩西区域,较小地震的平面分布呈3条近EW向的条带,剖面陡立、向N倾,沿着P波和S波高、低速过渡带分布;香溪河口附近地震沿NNW向的仙女山断裂带分布,地质剖面显示出地震陡立线性分布,沿着高VP值、上低下高VS值区的过渡带展布,联合反演得到的微震面与断裂构造分布具有较好的一致性。     

区域性的地震面波层析方法

本文提出了一个利用平面上长方形区域內的面波频散资料,求区域的三维速度结构的方法。将地震波慢度表示成二重Fourier级数,反演其系数为深度的函数,最后合成速度值,并以Love面波为例作了数值计算试验,绘制出了深度为150km的速度平面分布图。      

内蒙古东部扎兰屯地区的b值时空变化特征

内蒙古东部的扎兰屯地区位于大兴安岭地震带北段,区域地质构造复杂,历史及现代中强地震较为活跃。本文以该地区地震活动作为研究对象,在区域地震序列完整性分析基础上,用最小二乘法进行b值时间扫描计算,用最大似然法进行b值空间扫描计算。时间扫描中的b值为每个扫描窗口内研究区的平均b值,因此其变化幅度不大,b值变化范围基本维系在0.78～1.13,误差范围为0.04～0.065。空间扫描结果显示,扎兰屯地区b值空间分布范围基本维系在0.4～1.8,误差范围为0.045～0.085;低b值区域为阿伦河断裂中北段,b值大致分布在0.5～0.7,表明该区域地壳介质处于高水平应力积累状态,可能是未来发生中强以上地震的危险区域。     

用烈度资料反演Q_s、扩散因子和震源S波加速度

本文采用发生在中国的35个地震的烈度资料,用阻尼最小二乘法解超定方程组的方法,反演了中国7个区的1秒周期S波品质因子Q_S的平均值、扩散因子和震源S波加速度.并探讨了震源S波加速度与震级的关系.作为一个例子,反演了台湾地区Q_s值的二维平面分布,发现Q_s值分布与布格重力异常、地震活动性存在某种对应关系. 对反演结果进行了初步分析和讨论,并估计了Q_s的误差.     

用面波方法研究中国大陆中东部及海域壳幔速度结构

利用时频分析方法（FTAN）测量基阶Rayleigh面波群速度频散资料,在纯路径频散反演时,将方位各向异性计算在内,反演获得中国大陆中东部及海域地区（20°-45°N,110°-130°E）8-200 s共28个周期的Rayleigh面波群速度空间分布图像.研究表明,研究区域Rayleigh面波群速度分布与已有地质构造特征具有较好的相关性.     

川滇地区横波Q值动态变化

Q值的动态变化能够反映地壳应力、裂隙、地下流体等的变化趋势,为进一步理解地震的孕育发生提供证据.文中尝试将选自中国地震年报、四川省地震台网观测报告及云南省地震台网观测报告的数据分成6个时间段,分别对每个时间段的数据进行成像,来获得Q值的动态变化图像.首先选择一个具有超过14000条射线数据的时间段,通过原始数据加噪音的方法和Bootstrap方法对M_L振幅成像的结果进行误差和可信度分析,然后在误差可接受的基础上,再对每个时间段的数据进行成像.研究结果发现:(1)原始数据的观测误差和忽略震源辐射花样对成像结果的影响比较小,40%的噪音所造成的结果误差最大不超过6%.(2)用Bootstrap方法获得的结果最大误差不超过平均Q值的8%,说明振幅层析成像方法在川滇地区的应用因采用大量数据所获得的结果是稳定可靠的,误差是比较小的.(3)分辨率测试发现,川滇地区在射线超过50条的区域,分辨率能够达到20'.(4)分别对每个时间段进行成像,从而获得Q值变化的动态图像.每个时段的区域平均Q值与中强地震的个数有明显的正相关关系,即地震个数越多,则区域平均Q值越大,这可能是区域整体应力变化的结果.通过分析地震的分布和Q值动态变化的关系还发现,大多数中强地震不是分布在Q值变化最大的区域,而是分布在Q增加和降低最大区域之间的过渡区域,这可能是由于差应力变化在过渡区最大,更容易触发地震造成的.     

用烈度资料反演Qssub>、扩散因子和震源S波加速度.

本文采用发生在中国的35个地震的烈度资料,用阻尼最小二乘法解超定方程组的方法,反演了中国7个区的1秒周期S波品质因子Q_S的平均值、扩散因子和震源S波加速度.并探讨了震源S波加速度与震级的关系.作为一个例子,反演了台湾地区Qs值的二维平面分布,发现Qs值分布与布格重力异常、地震活动性存在某种对应关系. 对反演结果进行了初步分析和讨论,并估计了Qs的误差.      

黏弹性与弹性介质中Rayleigh面波特性对比研究

Rayleigh面波的频散特性可以用来研究地表浅层结构. 本文使用时域有限差分法来模拟复杂黏弹性介质中的Rayleigh面波,研究了Q值对面波频散特性的影响.文中采用旋转交错网格有限差分,以非分裂卷积形式的完全匹配层为吸收边界,推出了求解二阶位移-应力各向同性黏弹性波动方程的数值方法.为了检验数值解的精度,首先将简单模型的正演结果与解析解对比,验证了方法的正确性;然后模拟了横向缓变层状介质和含有洞穴的介质中的面波,对弹性和黏弹性介质中的面波的频散特性进行对比分析.模拟结果表明浅层Q值对面波的频散特性有显著的影响;强吸收情况下,高阶面波的能量相对低阶面波能量显著增强.     

唐山余震震源参数和衰减的联合反演

利用唐山余震的数字化地震记录,研究了唐山余震的震源参数.发展了一种 P 波谱的反演方法,以消除用波谱分析求解震源参数过程中的不确定因素的影响.经过数值实验和对实际资料的应用,初步证明了这种方法的实用性.利用5个台站接收的35次地震记录的 P 波频谱资料,反演了唐山滦县地区的震源动力学参数,得到了5个台站的 P 波 Q 值和震源频谱的高频衰减率.Q 值分布在408——847之间,均值为520;值分布在1.54——3.22之间,均值为2.41.在该区域的小震频谱的定标律研究中,发现应力降随地震矩的增加而增加.      

层状半空间中洞室对入射平面P波的放大作用

文中利用间接边界元法,在频域内求解了层状弹性半空间中洞室对入射平面P波的放大作用问题。通过自由场反应分析,求得假想洞室边界上各单元的应力响应。在洞室边界各个单元上施加虚拟分布荷载,求得位移和应力的格林函数。根据应力边界条件确定虚拟分布荷载,将自由场位移响应和虚拟分布荷载产生的位移响应叠加起来,即得到问题的解答。比较了层状半空间和均匀半空间中洞室对入射平面P波的放大作用,结果表明,层状半空间情况有可能导致较大的地表位移幅值,尤其是对于较低频率入射波。