中国境内天山的岩石圈速度结构——P波与S波接收函数的联合反演

通过合成地震图的计算,本文系统地分析研究了S波接收函数的运动学及动力学特征,并在接收函数非线性复谱比反演方法的基础上,进一步发展了基于贝叶斯理论的P波和S波接收函数的非线性联合反演方法. 利用本文发展的P波和S波接收函数的非线性联合反演方法和沿独库公路布设的由51个宽频带流动地震台站组成的地震台阵记录的远震体波波形数据得到了中国境内天山300 km深度范围地壳上地幔的P波和S波速度结构,得到了中国境内天山的岩石圈结构和造山动力学模型的一些新认识.     

接收函数方法应用的现状及其发展

利用远震PS转换波波形提取出的接收函数来研究地震台站下方地壳、上地幔速度间断面结构是有效的方法之一\[1\].最近几年，利用SP转换波波形的接收函数为进一步研究地壳、上地幔间断面提高了精度；并出现了利用SKS的Receiver Function及利用切向分量来研究地壳、上地幔的各向异性的研究.随着流动台阵和固定台阵地震数据资料的增加，台阵技术与接收函数的结合，为提高间断面精度提供了有利的技术保障.     

接收函数方法研究进展

远震P波波形数据中包含了大量的地震台站下方地壳和上地慢速度间断面所产生的PS转换波及其多次反射波的信息，由此提取的接收函数是了解地壳上地慢速度精细结构的重要步骤之一。本介绍了目前在提高接收函数结果的稳定性和精度方面的研究进展，包括石油勘探中一些成熟的地震反射处理方法逐步渗透到接收函数的研究领域。这些处理方法以前所未有的分辨率展示了地壳上地幔结构的横向非均匀性。     

利用远震接收函数方法研究南海西沙群岛下方地壳结构

利用西沙琛航岛流动地震台站和永兴岛固定地震台站的资料,提取了远震P波接收函数,结合正演和反演方法模拟了台站下方的地壳结构.模拟结果显示:西沙群岛地壳顶部存在2 km厚的新生代低速沉积层,横波速度只有2.0~2.2 km/s;上地壳为一速度梯度带,横波速度由2 km处的3.4 km/s逐渐增加到12 km深度时的3.8 ...     

接收函数提取的多正弦窗方法

接收函数方法是研究地壳、上地幔速度结构的重要方法之一.稳定、可靠的提取接收函数的方法是实现的基础.频率域反褶积是一种常用的提取接收函数的方法,在加窗截断数据时,单一窗函数会降低信号的饱和度并造成频率泄露.为解决这一问题,引入了正交数据窗函数,对信号多次采样实现互补,保证了数据信息饱和度并有效抑制频谱泄露.多正弦窗是一种最小偏差正交窗函数,具有解析表达式,应用方便.在此文中,我们用多正弦窗来提取接收函数,且把震前噪声作为计算接收函数的一部分,增强了接收函数的稳定性.对观测数据的试验效果显示,多正弦窗频率相关估计方法提取的接收函数稳定性好,精度高,是一种提取高质量接收函数的方法.     

阿尼玛卿缝合带东段地壳结构的接收函数研究

沿四川红原至甘肃武威一线布设了20个宽频带地震台站， 在一年的观测时间里共接收到81次远震记录， 利用台站记录的远震P波波形数据和接收函数方法， 获得了沿测线的接收函数剖面、 每个台站下方的S波速度结构. 研究结果表明， 研究区地壳速度结构复杂， 整个地壳的平均S波速度偏低. 在四川阿坝弧形断裂——秦岭地轴北缘断裂之间， 地壳中10~40 km的深度范围内普遍存在低速层， 是阿尼玛卿古特提斯洋从闭合、 斜向碰撞到俯冲板块折返或逆冲岩片抬升等复杂地质过程所形成的构造特征. 沿剖面莫霍面深度约为50 km， 南边略深北边略浅.      

基于接收函数主成分分析法的地壳结构研究

远震接收函数方法是研究地壳结构的常用方法之一.在单个地震台站的接收函数分析中,既可以利用不同接收函数Ps转换震相以及地表多次反射震相的平均特征获得台站下方一维平均地壳结构信息,也可以基于Ps转换震相随背方位角的变化特征提取地壳结构的变化信息(如倾斜界面或各向异性).然而,由于噪声干扰,后一方面的研究往往存在困难.针对这一问题,文章引入信号处理中的主成分分析法,提出了基于单个地震台站接收函数数据矩阵的主成分分析方法.利用不同主成分互不相关且反映原始数据不同特征的性质,通过提取单个台站接收函数数据矩阵的不同主成分并分别进行重构,获得台站下方的地壳结构信息.理论模拟结果表明,径向接收函数的第一主成分包含数据主体信息,反映台站下方一维平均地壳结构特征;而其第二主成分以及切向接收函数第一主成分则反映台站下方地壳结构的变化特征.文章重点针对壳内存在倾斜界面结构的情况,进行了接收函数主成分提取和重构的理论模拟研究;并在此基础上,基于布设在四川盆地中部一宽频带流动地震台站s233的远震波形记录,开展了接收函数主成分分析的实际结构应用研究.文章研究结果显示,台站s233下方可能存在两个近平行的壳内倾斜界面.与前人测井、电法及人工源地震剖面结果对比表明,浅部倾斜界面可能代表了四川盆地前寒武纪结晶基底顶界面,深部界面可能指示上、下地壳的分界面,即康拉德界面.文章通过理论模拟和实际应用研究,验证了接收函数主成分分析方法在研究地壳结构中的有效性.     

稳定的频率域提取接收函数方法研究

频率域提取接收函数时引入“水准量”来代替垂向分量频谱中比较小的成分以保证反褶积结果的稳定性,却降低了精度,尤其对反映深部壳幔结构的低频信息影响较大;实际的等效震源时间函数长度是有限的,由于地震记录上后续干扰震相能量的影响,垂直分量波形往往比较复杂,若将其直接作为等效震源时间函数必然影响所提取接收函数的精度.针对以上问题,本文改进“水准量”的使用方法,并采取折中方案选取“水准量”和等效震源时间函数的长度,以便在频率域反褶积中得到稳定的接收函数,同时提高反褶积的精度.对观测数据的试验效果显示,本文方法提取的接收函数稳定性好、精度高,是一种有效的提取台站高质量接收函数的方法.     

基于接收函数和邻域算法的地壳各向异性结构反演

本文通过数值模拟,逐个分析了各向异性与倾斜等参数对径向和切向接收函数的影响,总结了各参数对接收函数的影响规律.结合邻域算法(Neighborhood Algorithm)对接收函数反演地壳各向异性结构的方法进行了不同模型的测试,确定了该方法对不同参数反演的稳定性和准确性.并依据反演数值试验的结果,确定了反演中参数选取的原则.最后,将该方法应用于青藏高原东北缘的三个台站,反演了各台站下方地壳的各向异性结构特征.     

鄂尔多斯块体北缘及邻区Moho面深度特征

鄂尔多斯地块周缘具有较强的地震活动性,其北缘是主要历史强震区。本文利用该区域分布的15个固定地震台和36个临时地震台记录的2009—2015年远震数据,应用频率域反褶积方法,提取远震P波接收函数,利用H—κ方法测定地震台站下方Moho面深度和V_P/V_S值。研究表明,鄂尔多斯块体北缘地壳结构横向变化剧烈,具有明显分块特征,块体内结构相对简单。     

体波接收函数与瑞利波椭圆率联合反演研究

近年来,结合体波接收函数或瑞利波椭圆率,面波频散已被广泛应用于岩石层结构的成像研究中。由于面波频散是其传播路径的总传播效应,因此联合反演方法需依赖于密集的地震台阵或较高的地震活动性,从而获得局部速度结构。但是,接收函数和瑞利波椭圆率均为具有局部敏感性的单台测量方法,并且能自然地相互合并进行联合反演。本文中,我们对利用瑞利波椭圆率和接收函数联合反演的可行性进行了探讨。我们通过正演模拟进行了敏感性检验,发现接收函数对速度跃变的界面较为敏感,但对长波结构显示较弱的敏感性,这几乎与瑞利波椭圆率互补。因此,利用两种单台测量方法进行联合反演为地震台站下方的速度结构提供了更严格的条件约束。本文提出了一种基于快速模拟退火方法的联合反演算法,对岩石层结构的瑞利波椭圆率和接收函数进行反演。该算法在印度克拉通和美国威利斯顿盆地的应用中,在减少反演的非唯一性方面证明了其有效性。但是,通过该联合反演可能无法获得有效的地壳平均速度,表明有必要结合面波频散(或其他类型的观察研究)、接收函数和瑞利波椭圆率来获得更准确的速度结构。     

接收函数的曲波变换去噪

压制横向非均匀地壳介质引起的散射波场对于基于水平分层介质模型的接收函数地壳结构成像及其地震各向异性研究至关重要.虽然通过数据叠加和低通滤波,在一定程度上能够压制散射波场,但也有可能导致不希望的波形畸变、信息丢失或数据分辨率降低.为了避免上述问题,本文将近年来快速发展的曲波变换理论用于远震接收函数的散射噪声压制.与勘探地震学不同,我们面临的主要问题在于地震台站和震源的空间缺失导致的接收函数空间不均匀采样.为此,我们将压缩感知理论与曲波变换去噪相结合,在对缺失数据进行波场重建的同时,实现散射噪声的压制.为了论证方法的可行性,本文进行了噪声压制和波场重建的理论检验.并将本文方法用于处理IRIS全球台网固定台站和川西台阵远震接收函数.结果表明:1)地壳介质横向不均匀引起的散射噪声可以得到有效压制,接收函数的信噪比得到提高,震相的可追踪性得到改善,从而利于进一步的接收函数反演和地震各向异性研究;2)缺失数据可以正确重建;3)本文的方法既可用于单台-多事件的数据集,也可用于单个事件-阵列观测的数据去噪,但单台-多事件数据集的结果优于阵列观测的情况.     

远震接收函数的各向异性研究

用接收函数研究地壳各向异性,首先要提取高质量的接收函数,然后计算接收函数Ps震相的分裂或拟合Ps震相随后方位角的变化特性来提取地壳的各向异性参数。在提取接收函数的方法中,频率域方法简单,执行效率高;时间域方法精度高、稳定性好。与先前的方法相比,接收函数的各向异性研究针对整个地壳,对于更准确地分析地壳结构、了解壳幔耦合关系、岩石圈形变及动力学特征具有重要的意义。作为研究各向异性的方法之一,接收函数的各向异性研究仍然在发展之中,会有更广阔的发展前景。     

2010年玉树7.1级地震震源区P和S波接收函数成像

利用玉树固定地震台站和7个流动宽频带地震台站远震P波和S波接收函数,对2010年4月14日发生M_S7.1级地震的玉树地震震源区下方地壳及上地幔顶部速度结构进行了成像.结果表明:研究区下方存在明显的双地壳结构;主震所在的金沙江缝合带可能错断了地壳和岩石圈;错断的地壳在印度板块向北的推挤下,发生了叠置,导致金沙江缝合带下方呈现双地壳结构;根据发生在金沙江缝合带上的历史地震进一步推断,印度板块对金沙江缝合带这种深大走滑断裂的向北推挤,为断裂带上大地震的发生提供了闭锁条件,这可能是巴颜喀拉地块周边地震孕育的一种典型的深部地球动力学模式;在玉树地震主震区所在深度附近,发现局部存在高速夹层,这种局部高速结构,可能是积累引力,孕育地震的一个重要原因.     

利用地脉动信息约束沉积层区域台站下方速度结构反演

利用接收函数和地震面波频散联合反演台站下方速度结构,已成为一种常用技术.联合反演结果能同时匹配两个不同数据集合,使得解的非唯一性在一定程度上得到了有效抑制.然而对于现有地震台站分布,短周期面波由于受多种因素的影响,可以获得的有效频散资料较少,层析成像的横向分辨率较低,难以反映台站附近局部介质真实的频散特性,而且这些面波...     

利用宽频带地震数据资料研究辽宁地区的地壳结构

通过收集辽宁省地震局数字地震台网34个地震台站记录的2008—2009年的60个震中距为30°~90°之间,震级6,信噪比较高的远震记录数据,采用频率域反褶积方法计算获得各台站的远震P波接收函数,并用H-Kappa叠加方法对获得的接收函数进行叠加处理获得各台站下方的地壳厚度以及泊松比。通过研究表明,辽宁地区的地壳泊松比在0.24~0.29之间,地壳厚度介于30~36km之间。     

华北克拉通中西部地区地壳厚度与波速比研究

本文使用华北科学台阵和中国国家地震台网164个地震台站记录的远震波形资料,用最大反褶积方法提取接收函数,采用接收函数H-k叠加方法得到了各台站下方的地壳厚度和波速比.研究结果表明,华北克拉通中西部地区的地壳厚度由东向西加深,其中东部的华北平原地区地壳厚度介于30～33 km,中部的燕山—太行地区地壳厚度介于33～40 ...     

长白山-镜泊湖火山区地壳结构接收函数研究

利用71个远震的波形资料,用接收函数方法提取了布设在长白山—镜泊湖火山区的34个宽频带流动数字地震台站的接收函数,通过对接收函数反演,获得了台站下方的S波速度结构.研究结果表明,沈阳—敦化一线莫霍面深度32～33km,向西地壳厚度加厚,到长春附近地壳厚度约为36km.在天池火山口莫霍面深度为达38km,而镜泊湖火山口森林的莫霍面深度约为39km.总体看研究区的地壳厚度是南浅北深.长白山天池火山口附近地下10km左右有一明显的低速层存在;镜泊湖火山口森林附近30km也可能有低速体存在;研究发现莫霍面上S波速度梯度在火山口附近和远离火山口有明显区别.在火山口附近其莫霍面的S波速度梯度比非火山口地区的S波速度梯度明显小,说明火山口下与一般的地壳莫霍面结构有差别.研究发现沈阳—敦化一线两侧的莫霍面深度有较大变化,其位置与地表的敦化—密山断裂基本一致,说明敦化—密山断裂是研究区的一条非常重要的地质构造带.     

井下地震计的P波接收函数正演计算及其稳定性研究——以首都圈地区为例

井下地震计波形记录的P波垂向分量存在频谱极小（spectrum null）现象,导致接收函数的结果不稳定.本文以首都圈地区为例,基于平面波入射的传播矩阵理论,发展了用于计算井下地震计的接收函数正演方法.在此基础上,分析了井下地震计波形垂向分量频谱极小现象,研究其对接收函数稳定性的影响.结果表明,井下地震计波形记录垂向分量的频谱极小开始出现的频率和地震计的埋深相关.该现象可造成反卷积提取的接收函数不稳定,且不稳定情况出现在频谱极小附近的频段,可通过选择合适的高斯因子压制其对接收函数的影响.     

利用P波接收函数研究青藏高原东南缘地幔转换带结构

研究青藏高原东南缘的深部结构对于理解印度-欧亚板块的碰撞机理和青藏高原的形成演化具有重要的科学意义.本研究对布设在研究区域内566个固定和流动地震台站的波形资料进行了处理,获得77853条高质量P波接收函数,应用接收函数共转换点（CCP）叠加技术获得了研究区域下方精细的地幔转换带间断面起伏形态及转换带厚度变化图像.结果表明：研究区域南北方向上具有两个明显的转换带增厚异常区,南侧异常区位于滇中次级块体与印支块体下方,可能是新特提斯洋板片与上部印度板块间断离并部分滞留在转换带底部的结果;北侧川西地区异常增厚可能与上方岩石圈拆沉并降至转换带有关;腾冲火山起源可能是板块俯冲过程中发生断离造成软流圈物质部分熔融,湿热物质上涌所致.