新丰江地区地壳P波三维速度结构及活动构造研究

利用震源位置和速度结构的联合反演得到2007年6月~2014年7月新丰江地区地震序列的震源位置及P波三维速度结构模型,并进一步对比区域活动构造的产状特征及震源机制解等。结果显示,自ES向WN新丰江库区断裂深度有逐渐增大的趋势,与重力场的研究结果一致。库区大坝至东源锡场之间的中-上地壳存在4个大小不等的高速体,其中,锡场下方的高速体Ⅰ体积最大(EW向截面约6km×7km),速度最大,中心速度达6.3km/s。库区大坝下方存在以人字石断裂(F2)、南山-坳头断裂(F4)、河源断裂(F1)、石角-新港-白田断裂(F5)等为中心的强烈构造变形区,1960年至今大坝下方高速体Ⅲ、Ⅳ边缘已发生包括1962年6.1级地震在内的7次ML≥5.0地震,能量释放较为彻底;锡场下方高速体Ⅰ的边缘自2012年以来中小地震活跃,且b值较低,不排除发展为中强震孕震凹凸体的可能。     

三峡库区上地壳三维速度结构的双差层析成像研究

本文利用三峡水库诱发地震遥测台网22个子台在2009年初至2016年底期间记录的2093个地震事件直达P、S波到时数据,采用双差层析成像方法联合反演了三峡水库库区及近邻地区上地壳P波三维速度结构,并讨论了库水渗透对速度结构的影响和库区地震活动与速度结构的关系.研究结果表明三峡库区上地壳存在着明显的沉积盖层与结晶基底层的双层结构,两个层的深度与P波速度结构与前人的研究结果基本一致,黄陵背斜西侧当前仍然存在较明显的低速异常区.上地壳浅表层P波速度结构横向差异变化较大,0~5 km深度层P波高速区主要分布在秭归盆地及周缘,8 km深度层高速区主要分布在周家山-牛口断裂东侧至仙女山断裂中段西侧一带,8 km内的高低速区分布与11 km深度层比较存在明显差异.与三峡水库蓄水前与蓄水初期比较,当前库区上地壳沉积盖层内的P波速度结构受到蓄水渗透的影响较明显,主要表现为0~8 km深度内秭归盆地及周缘的水库近岸区存在较大范围高速区,这一现象可能与库水长期渗透改变了上地壳沉积盖层内岩层孔隙裂隙的物理性质从而使地震P波速度增加有关.三峡库区地震事件重新定位后显示,较大地震事件主要分布在P波高速区或高低速区交界地带,而低速区内通常很少发生地震.     

温州珊溪水库地震重新定位与速度结构联合反演

通过震源位置和速度结构联合反演方法,利用浙江和福建区域地震台网和珊溪水库台网给出的P波走时资料,得到了珊溪水库地区的三维速度结构,重新确定了珊溪水库地震的震源参数。结果表明:①震中总体呈现NW向分布,NW走向的双溪-焦溪垟断裂可能为珊溪水库地震序列的发震断层。②珊溪水库地震震源深度最大为9.5km,平均为5.4km,小于华南地震区10km的平均震源深度。③水库北、南两岸的地震较浅,震源深度均小于5km,水库淹没区地震较深。水库诱发地震之初的几年中震源深度有一个逐渐变大的过程,这可能是由于库水逐渐往深部下渗,从而进一步诱发了更深处的地震所致。④研究区存在一个低P波速度异常区,低速区位于水库淹没区内的多组断裂交汇部位,地震大多发生在低速异常区内。这可能与水库蓄水后库水下渗有关。     

四川芦山MS7.0地震震源区及其周边区域P波三维速度结构研究

利用四川数字地震台网和流动地震台站在芦山M_S7.0地震震后(2013年4月20日—6月23日)记录到的2026次区域地震事件的28188条P波到时资料,采用地震层析成像方法反演得到了芦山地震震源区及其周边区域中上地壳P波三维速度结构. 结果表明,浅部地壳的P波速度异常分布特征与地表地质构造、 地形和岩性密切相关,即成都断陷盆地表现出与第四纪沉积有关的低速异常区;犍为、 乐山一带的川中微升区和川青块体龙门山以西的邻近地带均表现为与构造抬升有关的高速异常;宝兴、 康定附近分布的基性火山岩及火山碎屑岩均呈局部高速异常分布. 芦山地震震源位于高低速异常分界线附近且偏向高速体一侧,其下方存在明显的低速异常分布,可能与流体的存在有关. 流体的作用导致中上地壳内部发震层的弱化,使孕震断层易于破裂,可能对芦山地震起到了触发作用. 芦山地震与汶川地震两次地震的余震密集区相距50 km,这50 km地震空区震源体的深度范围附近目前正处于高速异常区内,加之龙门山断裂带西南段又具有比较典型的断错地貌发育,使得该段地震空区(大邑—邛崃活动断裂破裂空段)现在所处的深浅部构造环境变得复杂,其潜在的地震危险性仍值得进一步关注.      

利用密集地震台网高频环境噪声研究广东新丰江库区浅层地下结构

广东河源新丰江水库位于华南典型断层上,自1959年水库蓄水以来,库区地震活动性明显增强,并发生了6.1级触发地震.然而我们对其地下结构的了解还远远不够,对库区地震的研究也因此存在很多不确定性.为了研究库区浅层地下结构,我们在2015年初在新丰江库区人字石断裂周边布设了42个短周期地震仪的密集地震台网.台间距大约为100~500 m,时间跨度为1个月.我们对获得的每个台站的连续信号分段进行处理,并对任意台站对的信号进行互相关和叠加处理,恢复所有台站对间的经验格林函数（EGF）.然后利用多次滤波分析方法测量瑞利波群速度频散曲线,并反演该区域的群速度分布和三维剪切波速度结构.我们的结果表明,对于这样比较密集的台站间距,高频（0.2~1.2 s）频散信号基本可以得到很好的恢复,且该频段信号对浅层地下结构（<1 km）较为敏感.剪切波速度分布表明该区域人字石断裂位置出现明显的低速分布,并且低速区在断裂南端向两侧延伸,有可能代表与人字石断裂交错的小断裂区域.同时,人字石断裂把该区域划分成了东西两部分,两侧整体上呈现高速异常,与地表山丘相吻合.我们的结果得到了新丰江人字石断裂附近的近地浅层的小尺度精细速度结构,为进一步理解该区域的构造以及地震发生提供了重要依据.     

根据接收函数反演得到的首都圈地壳上地幔三维S波速度结构

利用2002~2003年中国地震局地质研究所台阵实验室以唐山大震区为中心布设的40个流动宽频带地震台站和首都圈数字台网的33个宽频带台站的远震数据,采用接收函数非线性反演方法得到其中72个宽频带台站下方60 km深度范围内的S波速度结构.根据得到的各台站下方地壳上地幔的S波速度结构,并综合刘启元等（1997）用接收函数非线性反演方法得到的延怀盆地15个宽频带流动台站下方的地壳上地幔S波速度结构模型,给出了39°N～41°N,114°E~119.5°E区域内沿不同走向、不同深度S波速度分布.由于综合了利用首都圈数字地震台网的宽频带台站以及流动地震台阵的观测数据,本文给出了较前人同类研究空间分辨率更好的结果.结果表明: (1)研究区的速度结构,特别是怀来以东的速度结构十分复杂.在10~20 km深度范围内,研究区地壳具有高速和低速异常块体的交错结构.研究区中上地壳速度结构主要被与张渤地震带大体重合的NW向高速条带和穿越唐山大震区的NE向高速条带所控制,而其中下地壳的速度结构主要为延怀—三河—唐山地区上地幔隆起所控制.(2)研究区内存在若干壳内S波低速体,它们主要分布在唐山,三河及延怀盆地等地区.在这些地区,壳内低速体伴随着壳幔界面的隆起和上地幔顶部速度结构的横向变化.(3)地表断层分布与地壳速度结构分区有较好的相关性,表明断层对不同块体有明显的控制作用.其中,宝坻断裂,香河断裂和唐山断裂均为超壳断裂.(4)首都圈内大地震的分布与壳内低速体及上地幔顶部的速度结构有密切关系.对于唐山大地震的成因,仅考虑板块作用引起的水平应力场是不够的,有必要充分重视由于上地幔变形引起的地壳垂直变形和上地幔物质侵入造成的热效应.     

新丰江库区上地壳三维细结构层析成像

在新丰江库区布设一个范围约50 km×40 km、由50个地震临时台站组成的观测台阵,接收来自不同方位的人工震源产生的莫霍界面反射波;台阵中的20个台站和5个区域固定台还对2009年3月至2010年5月发生在库区的地方震进行了观测.本文联合利用人工地震莫霍面反射波走时和天然地震直达波走时,采用连续模型反演技术重建了库区上地壳P波、S波慢度扰动和V_p/V_s扰动分布图像.研究结果表明:新丰江库区东、西部地区上地壳结构存在明显的差异.库区东部地区构造复杂,多条断裂在该区呈交叉状分布.北西向的石角-新港-白田断裂带在库区段内具有复杂的岩性和构造特征,该断裂带在新港至双塘一线可能延伸至地下8 km左右;近北东向的断裂带切割地壳较深.峡谷区及大坝以东附近地区存在上、下贯通的波速比高值区,尤其是大坝以西的深水峡谷区,存在一条顺河走向的陡倾角断层裂隙带,为库水渗透提供了良好通道.库区西部地区为相对稳定构造区,完整坚硬的花岗岩体透水性能较差,受库水渗透影响很小.新丰江水库诱发地震的形成与深部构造环境密切相关.峡谷区及大坝以东附近地区上地壳介质性质呈现明显的横向不均匀性,微震分布在介质物性结构的特定部位,"软"、"硬"交错的介质环境是倾滑正断层型微小震产生的可能原因.     

青藏高原中东部地壳和上地幔顶部P波层析成像

为获取青藏高原中东部地壳和上地幔顶部的精细结构,本文基于1万4 484条天然地震的P波（Pg和Pn）到时数据,对青藏高原中东部地壳和上地幔顶部进行P波三维速度结构层析成像,获取了该区域内地壳P波、上地幔顶部Pn波的速度结构和地壳厚度信息。层析成像结果显示,青藏高原中东部地壳P波速度范围为5.2—7.2 km/s,上地幔顶部Pn波速度范围为7.7—8.4 km/s,地壳厚度范围为48.0—68.6 km,地壳和上地幔顶部存在强烈的横向不均匀性,与地质块体分布有较好的对应关系。地壳P波速度结构显示,研究区中、下地壳分布有较大范围的低速区,上地壳与中下地壳P波分布存在明显的差异:羌塘地块和巴颜喀拉地块在上地壳主要表现为高速异常,随着深度增加逐渐表现为低速异常;而柴达木地块在上地壳主要表现为低速异常,下地壳则表现为高速异常;柴达木地块和拉萨地块在上地幔顶部表现为较高的Pn波速度,最高约为8.4 km/s,而在巴颜喀拉地块和羌塘地块东部,Pn波总体上表现为低速,最低约为7.7 km/s。研究区内地壳厚度的总体特征表现为南厚北薄,其中羌塘地块东部和拉萨地块的地壳较厚,而柴达木地块和巴颜喀拉地块东部的地壳相对较薄,羌塘地块西部存在局部的地壳变薄现象,反映了印度板块对欧亚板块北向俯冲作用下的岩石圈变形特征。      

青藏高原东南缘地壳结构及云南鲁甸、景谷地震深部孕震环境

通过联合解释青藏高原东南缘地区Rayleigh波群速度频散和固定地震台站的远震接收函数,构建了青藏东南缘3维地壳剪切波速度模型。结果表明研究区地壳结构具有强烈的横向不均一性。该区地壳厚度变化强烈(30~65km),其总体趋势是东南浅、西北深。研究显示该区存在2个明显的壳内低速异常带,其中中地壳(15~20km)低速带主要分布在腾冲、川滇菱形块体内部;而25~40km深度范围的中、下地壳低速带主要出现在研究区的北部,而在四川盆地和研究区南部则普遍缺失。鲁甸地震所在地震带的上地壳表现为高速异常,中、下地壳范围内存在2个显著的壳内低速带。鲁甸地震主震及其多数余震分布在高速的上地壳之中。与之不同,景谷地震序列及其所在思茅-普洱地震带下方没有显著的壳内低速带的出现,但其上地壳则表现为S波低速异常,该上地壳低速异常可能与地壳强烈破碎及断层/微裂隙中的流体有关。     

青藏东南缘背景噪声的瑞利波相速度层析成像及强震活动

为研究青藏东南缘的速度结构及其与地震的关系,本研究使用云南区域地震台网的55个宽频带地震台站连续地震背景噪声数据,采用双台站互相关方法获得瑞利面波经验格林函数,提取相速度频散曲线,根据面波层析成像反演得到云南地区周期5~34 s范围内相速度分布图像.反演结果揭示研究区地壳及上地幔速度结构存在明显横向不均匀性.短周期(5~12 s)相速度异常与研究区内沉积层厚度、结晶基底埋深等区域地质构造有密切的关系;16~26 s周期内由红河断裂、小江断裂和剑川断裂围成的"川滇菱形块体"内呈现大范围的低速异常,至30~34 s时"川滇菱形块体"下方又变为高速异常,纵观整个范围川滇菱形块体内相速度的变化情况,暗示中下地壳处的低速异常区很可能就是青藏高原下地壳流的通道.1970年以来的地震活动显示,云南区域强震活动空间分布不均匀,具有比较显著的块体活动特点,但大多数集中在上地壳,除滇中块体外,地震主要发生在高低速分界面和低速异常区,震级一般不超过7级.在深度15~30 km范围内,5级以上强震的数量很少,但7级以上地震却集中在这个深度范围,主要发生在高低速分界面并更深入到相对高速的异常体内.     

西沙地块地壳结构及其构造属性

西沙地块作为在南海形成演化过程中形成的微陆块,记录了南海演化历史的重要信息,其地壳结构、物质组成及构造属性是探讨南海形成演化的关键.基于采集到的OBS2013-3测线海底地震仪数据,用射线追踪和正演走时拟合方法,获得了西沙地块的二维纵波速度模型.模型显示沉积层速度为2.2~3.2km·s-1,厚度为0.8~3.0km,局部基底面起伏较大,上地壳顶部速度为5.0~5.5km·s-1,下地壳底部速度为6.9km·s-1,上地幔顶部速度为8.0km·s-1.西沙地块的地壳厚度平均为23km,上地壳厚度约为9km,下地壳厚度约为14km,莫霍面埋深为23~27km.从穿过西沙地块的纵、横两条大剖面推算,块体大小约为9.2×105 km3,与华南陆缘相比,表现为整体减薄的陆壳特征.西沙地块与南沙地块垂直于西南次海盆扩张脊分布,根据二者地壳结构的特征对比,二者互为共轭关系.     

1927年古浪8级大震及其周边地区三维地壳P波速度结构特征

本文联合利用甘肃及周边测震台网记录的古浪及周边地区4592次地震的P波绝对到时资料和相对到时资料,采用双差地震层析成像方法反演了古浪震源区高分辨率的三维P波速度精细结构.结果显示,浅部P波速度分布与地表地质之间具有很好的对应关系.皇城—双塔断裂带在6 km以上深度表现为高速异常带,而在6~15 km逐渐转换为明显的低速特征,之后再次转换为高速体.震区下部在10~20 km深度有一个尺度约200 km²的低速异常体,地震发生时破裂首先在该低速体发生,与主震空间位置非常吻合.主震区的岩石结构主要由奥陶纪变质砂岩、石英岩和加里东期的花岗岩等坚硬岩体组成.这种坚硬岩体对应的P波速度结构为高速体,有利于能量积累.武威盆地在20 km以上深度表现为明显的低速异常,在25 km深度之下,整体显示为高速体,表现出稳定块体的特征.表明武威盆地中下地壳和上地幔顶部已插入到冷龙岭隆起带之下.震区小震重新定位发现,皇城—双塔断裂带东、西两段表现出不同的力学运动性质,西段以逆冲运动为主,地震主要发生在断裂的下盘.而东段地震却主要发生在上盘,断层活动以局部拉张为主.我们还首次发现在皇城—双塔断裂带的中段与主破裂呈垂直方向存在有在主震发生时新产生的一条共轭断层,基于小震的断层面参数反演显示该断裂是一高倾角运动性质以右旋为主兼具正断的断裂.     

2008年10月西藏当雄MW6.3地震震后形变提取与余滑反演

2008年10月6日西藏当雄发生M_W6.3地震.本文利用震后2008年10月26日至2010年8月22日的16期ENVISAT ASAR数据,通过小基线集干涉测量、误差校正与MInTS（Multiscale InSAR Time Series）技术提取高精度的震后形变场,利用SDM（Steepest Descent Method）方法反演断层震后余滑演化过程,并分析震后余滑与同震滑动的关系.结果表明：当雄M_W6.3地震的近场震后形变场主要位于断层西侧,在时间演化上具有明显的对数函数衰减规律;震后余滑主要集中于断层中南段深0~15 km区间,最大的余滑量约0.07 m,位于断层深约9.28 km处,滑动角约-103°;震后余滑引起的地震矩能量M₀与矩震级M_W在时间演化上具有指数函数递增规律;当剪切模量μ=32 GPa,震后665天余滑释放的地震矩能量约为1.92×10¹⁷N·m,约占同震滑动释放地震矩的4.8%,相当于矩震级M_W5.46;虽然震后余滑已经延伸到断层浅部0~5 km区间,但由于余滑量相对较小,没有改变同震滑动在断层浅部区域的滑动亏损现象,这可能是2010年11月30日该区域又发生M_W5.3级余震的主要原因之一.     

糯扎渡水库地区地震活动和震源参数研究

本文利用糯扎渡水库台网和景洪水库台网记录的地震波形反演震源谱, 计算了2011年1月至2014年3月糯扎渡水库附近143个1.0级以上地震的震源参数。 分析研究发现: ① 糯扎渡水库蓄水后, 库区内地震活动明显增强, 尤其是在水位上升3~4个月后; ② 水库开始蓄水后, 库区内地震震源深度变浅, 一段时间以后则与库区外的差别减小; ③ 地震拐角频率随地震矩增大而减小, 且蓄水以后, 库区内地震拐角频率的对数与地震矩的对数线性关系更明显; ④ 应力降、 视应力与地震矩存在正相关关系, 且相同地震矩时库区内的应力降与视应力低于蓄水前和库区外的地震应力降与视应力值; ⑤ 蓄水对库区内地震的影响可延伸至库底10 km深度处, 且在3~6 km深度内影响最大、 库区内外地震频度与视应力均值差异最显著。     

智利M_W8.3地震与M_W8.8地震的震源过程及其引起的库仑应力特征

2015年9月17日6时54分32秒(北京时间)智利中部伊拉佩尔附近(震中31.57°S,71.67°W)发生了一次M_w8.3大地震,在此次地震震中以南约500 km处的马乌莱地区曾于2010年2月27日14时34分11秒发生过一次M_w8.8强震(震中36.12°S,72.90°W),两次地震余震分布区之间有约75 km的地震空区.本文利用远场体波与面波波形,基于有限断层模型,反演了这两次地震的震源破裂过程.结果显示这两次地震均为逆冲型大地震,2015年伊拉佩尔M_w8.3地震的平均滑动角度为107°,平均滑动量为2.43 m,平均破裂速度为1.82 km·s~(-1),标量地震矩为3.28×10~(21)Nm,95%的标量地震矩在104 s内得到了释放.最大滑动量约8 m,位于沿走向75 km,深度8 km处.2010年马乌莱M_w8.8地震的平均滑动角度为109°,平均滑动量为4.95 m,平均破裂速度1.90 km·s~(-1),标量地震矩为1.86×10~(22)Nm,95%的标量地震矩在121 s内得到了释放.最大滑动量约12.5 m,位于沿走向100 km,深度21 km处.2015年伊拉佩尔M_w8.3地震浅部更大的滑动量应该是其引起了较大海啸的一个原因.基于破裂滑动分布,我们计算了这两次地震引起的周边俯冲带上静态库仑应力变化,结果显示两次地震均显著增加了周边俯冲带上的库仑应力,2010年马乌莱地震使得2015.年伊拉佩尔地震震源区附近的库仑应力增加了(0.01~0.15)×10~5Pa,从应力积累的角度看,2010年马乌莱地震有利于2015年伊拉佩尔地震的发生,对后者的发生起到了促进作用.     

用连续GPS与远震体波联合反演2015年尼泊尔中部M_S8.1地震破裂过程

由于印度-欧亚板块碰撞,位于板块边界带的喜马拉雅地区大震频繁,但对其活动性的认识仍十分有限.2015年4月25日尼泊尔中东部地区时隔80年再次发生8级地震,为研究板缘地震提供了一次难得机遇.本文用西藏和尼泊尔的GPS连续观测数据和全球分布的远震地震波记录联合反演此次特大地震的破裂过程,结果显示此次地震发生在印度板块与青藏高原接触边界面——喜马拉雅主滑脱断层上.北倾11°、近东西(295°)走向的断层面破裂约100km长(博卡拉到加德满都),130km宽(从加德满都深入我国西藏吉隆县),破裂以逆冲滑动为主,平均幅度达到2.4m,释放的地震矩高达9.4×1020 N·m.反演结果还显示,震源体主要破裂分布深度范围为5~25km,应无地表破裂,属于一次盲地震.基于GPS资料推测的地壳现今运动速率及1833年地震的震源位置,我们推测地震在此次地震破裂区域复发的周期可能为150~200a,而极震区以南的深部滑脱断层仍保持闭锁,未来仍有导致灾害性大震的可能性.     

利用接收函数方法研究喜马拉雅东构造结地区地壳结构

本文使用位于喜马拉雅东构造结地区布置的24个宽频带地震台站记录的远震波形数据,利用P波接收函数的方法研究了台站下方的Moho面深度、泊松比和地壳速度结构.结果表明,东构造结内Moho面深度呈现出自南西向北东方向逐渐变深的趋势,地壳厚度在54~60 km范围内,其中东久一米林走滑断裂带附近Moho面最浅,东构造结周围拉萨地块的Moho面深度在60 km以上.东构造结西部东久一米林走滑断裂带附近地壳泊松比较高.嘉黎断裂带南北两侧的泊松比差别较大,说明该断裂带两侧地壳结构存在显著差异.东构造结周边拉萨地块地壳内普遍存在低速层,分布在20~40 km深度范围内,厚度约为5~15 km.     

华北克拉通东部地壳与地幔盖层结构——长观测距深地震测深剖面结果

利用文登—阿拉善左旗长观测距地震宽角反射/折射剖面东段资料,辩识出4组地壳震相和3组地幔盖层震相.采用二维射线追踪走时反演和正演拟合交替计算方法,得到了包括鲁东隆起和华北裂陷盆地在内的地壳和地幔盖层二维速度结构.研究结果表明:华北裂陷盆地基底深达6km以上,研究区壳内界面C1埋深约15km,C2界面深约25km,Moho面平均埋深约35km.上地壳速度6.0~6.1km·s-1,且横向变化较大;中地壳速度相对均匀约为6.2~6.4km·s-1;下地壳速度为6.5~7.0km·s-1,速度梯度较大.地壳平均速度与隆起和坳陷构造相关.研究区岩石圈底界面一般为75~80km,西端接近太行隆起构造时深至90km左右,向西呈明显加深趋势,地壳厚度呈现相同的增厚特征.地幔盖层上部速度8.0~8.2km·s-1,具明显正梯度特征.岩石圈平均速度在郯庐断裂带附近显著偏低.PmP和PLP震相存在不同程度的复杂性,意味着在本地区Moho界面和岩石圈界面有较为复杂的结构,可能具有一定厚度或过渡带性质.结合其他研究结果认为,地幔盖层和下地壳速度梯度、界面性质差异与华北克拉通破坏相关,意味着破坏是一个渐变、缓慢和不均匀的过程.郯庐断裂带附近的低速应是其为软弱带的证据.     

2016年印尼苏门答腊岛海域MW7.8地震震源运动学特征

根据中国和全球地震台网记录的波形记录,采用W震相矩张量反演、反投影分析及有限断层模型反演方法,研究了2016年3月2日印尼7.8级地震破裂过程,分析讨论印尼地震震源运动学特征.结果表明：此地震为一次对称的双侧破裂走滑型事件,北北东─南南西向的断层节面（走向5°/倾角85°）为发震断层面.标量地震矩约6.19×10²⁰ Nm,矩震级为7.79,最大的滑动量约11 m,位于破裂起始点北东,沿着断层走向约30 km处.破裂平均速度2.0~2.2 km·s^-1,破裂持续时间35 s,破裂在5~25 s内释放的能量,约占总能量的97%.最终形成了总长度90 km左右的断层.印尼地震具有破裂持续时间短、破裂速度慢、高滑动能量带相对集中等显著特点.本研究对进一步增进海洋岩石圈地震的震源特性认识有重要参考意义.