便携式节点地震仪数据采集和处理技术进展

地震学方法在地球物理的研究中占有重要的地位,便携式节点地震仪凭借着其灵活性、低价格、高效率等特点越来越多地出现在地球物理探测领域.本文基于已有的便携式节点地震仪应用实例,对数据采集流程和数据处理技术进行了简要介绍,还阐述了其在主动源与被动源数据采集中相比于传统采集的差异和优点.相比较宽频带流动台阵,便携式节点地震仪观测形式的主要特点是短周期密集台阵方式.近年来,便携式节点地震仪的短周期密集台阵观测在利用被动源地震开展深部结构探测的应用越来越广泛.本文就SPAC、HVSR、背景噪声成像及接收函数四种方法在节点地震仪的应用中进行了评述,分析了几种处理技术的原理和特点,最后探讨便携式节点仪器相比宽频带仪器的优缺点,为未来发展灵活地震采集技术提供一点参考.     

青藏高原地球物理与大陆动力学研究的新进展

岩石圈地球物理探测、深部结构成像与各向异性等研究是青藏高原大陆动力学研究的基础.近年来,随着深部地球物理探测技术和反演成像技术的进步,信息提取与细节分辨能力不断提升,青藏高原壳幔结构、碰撞和隆升动力学、资源与地质灾害的深部机制等研究进展显著.本专辑收录33篇论文,主要分布在深部结构与地球物理探测、地震各向异性与变形、断裂性质与地震活动等三个主要研究领域.本文重点围绕这些论文,对近年来青藏高原地球物理研究进展进行综述.     

超短时线性台阵背景噪声成像技术在浅层地质结构探测中的应用

背景噪声地震成像方法已被广泛应用于探测壳幔深部结构;近些年来,该方法在浅地表结构成像中的应用研究也在蓬勃发展,然而近地表场源不均匀等因素导致高频面波信号往往难以准确恢复,以牺牲时间来提高信噪比的观测方式会极大限制其在工程勘查中的应用.本文尝试讨论超短时背景噪声成像技术在浅层地质结构探测中的应用效果.笔者利用湖北应城地区超短时(1 h)线性台阵地震背景噪声记录,使用被动源面波多道分析法从虚拟炮集中提取相速度频散曲线,通过反演获取了浅地表二维横波速度结构.结果表明,利用本文方案可以恢复高信噪比面波信号、获取高信噪比的频散能量以及拾取高精度相速度;反演速度结构与实际测井数据吻合度好,成像结果有效揭示了测区150 m以浅的地层结构,证明了超短时背景噪声成像技术在浅层地质结构调查中具有很大的应用潜力．     

南北构造带岩石圈结构与地震的研究

南北构造带是中国大陆东西部大地构造的主要分界,也是大陆内部强烈地震发生的主要地区之一.2008年汶川MS8.0地震发生后,在南北构造带及周边地区进行了大量的野外科学考察、深部地球物理探测和流动地震观测,在岩石圈结构与构造、强震发生的深部构造环境和动力学过程等方面获得了重要的进展.本文综述近年来发表的一批研究成果,包括岩石圈结构的深部地球物理探测和成像,地震层析成像,地震各向异性和壳幔变形,与近期发生的强烈地震相关研究,以及与大陆动力学有关的研究等.自2000年以来,我国建成了具有1000多个地震台站的国家和区域地震台网.它们在实时为地震监测服务的同时,其产出的海量数据还提供用于地球科学研究.一批作者在国内外发表了研究成果,大大提高了对南北构造带的认识.我们虽然取得许多共识性的重要成果,但是也存在一些问题,发现不同作者的结论是相互矛盾的.其原因之一可能是,现有台网的数据成像分辨率和精度仍不足以识别在地壳深处的细节,例如在孕震尺度概念下的地震危险区.加强流动地震观测,提高台站分布的密度,取得高可信度的目标模型是解决问题的重要方面.近年来"中国地震科学台阵观测"计划在南北构造带上实施的大型流动台阵观测,结合固定地震台网的资料,加上高分辨率深部地球物理探测,以获得高可信度的地壳上地幔三维精细结构及物性成像,是提高地震科学和大陆动力学研究水平的一个有效途径.     

中国地震科学台阵流动观测现状及进展

地震科学台阵是由一定数量的地震仪组成,并根据具体研究目的布设成一定几何形状的地震观测系统。随着地震观测技术的发展与进步,探测能力的提高,大规模流动地震科学台阵观测将成为高分辨率深部结构成像的重要手段和发展方向。本文主要阐述了开展流动地震科学台阵观测的重要性,介绍了国内外流动地震科学台阵观测现状以及差距,并针对我国目前流动地震观测技术,提出了要加强我国流动地震科学台阵观测平台和人才队伍建设,提高深部结构探测成像的精度,增强对深部孕震环境和地震发生机理的认识水平,为社会防震减灾事业服务。     

龙门山断裂带中上地壳速度结构的短周期环境噪声成像

本文利用在龙门山断裂带周边布设的57个台站自2008年11月至2009年11月为期一年的垂直分量连续地震环境噪声数据,通过短周期地震环境噪声成像方法,获得了龙门山断裂带中北段地壳25km深度范围的S波精细速度结构.结果表明:(1)龙门山断裂带周边区域10km以上的速度结构与地表断裂的分布形态具有良好的一致性,速度结构控制了龙门山主要断层的深部延展特征;在15km及以下深度,S波速度结构呈现沿龙门山和沿岷山隆起走向的交叉构造格局,由此造成的速度结构差异可能影响了汶川地震的破裂过程;(2)速度结构随深度的分布特征为龙门山断裂带主要断层的深部延伸形态给出了良好的约束,结果进一步确认了龙门山断裂中段的高角度铲型断裂构造特征;(3)研究区的南端发现了龙门山断裂下方20km以下深度具有与松潘地块中地壳低速层相关的低速结构的迹象,这可能是汶川地震破裂带南段22km左右深度存在脆韧转换带的一个证据.研究结果显示出密集台阵和短周期环境噪声成像方法在地壳浅部精细结构和断层探测研究中具有巨大潜力.     

噪声环境下宽频带与短周期地震仪观测资料对比分析

短周期密集台阵观测是目前开展深浅部地球物理探测的一种低成本、高环保、高效率的地震学手段,目前处于蓬勃发展的重要阶段.为了对短周期地震仪的观测资料有一个全面认识,本文选择接近野外噪声的观测环境,对短周期和宽频带地震记录仪的观测资料进行了系统时频分析和对比.结果 表明:短周期地震仪虽存在仪器频带宽度的限制,但对于观测到的天然地震和背景噪声,在选择合适的滤波器条件下,其观测与宽频带地震仪有较好一致性.本文将两种仪器记录的远震波形进行了接收函数计算与分析对比,结果也表现出较好一致性.本文结果表明传统地震学探测地下结构的方法在合适的频带范围内也可应用于短周期密集台阵资料.该研究对于密集短周期台阵数据的应用具有一定参考价值.     

2021年5月21日云南漾濞Ms6.4地震震区地壳结构特征与孕震背景

本文基于"中国地震科学台阵探测——南北地震带南段"密集布设的流动地震台阵和川滇区域数字测震台网等共计634个台站所记录的观测资料,先采用地震体波层析成像(TOMO3D)方法反演获得川滇区域的地壳速度结构特征,在此基础上,重点剖析云南漾濞Ms6.4地震震区及周边的三维P波速度结构;再采用三维视密度反演方法,获得漾濞震区壳内视密度的横向变化特征,最后综合分析漾濞Ms6.4地震震区地壳结构特征与地震活动关系、深部孕震背景等科学问题.研究结果表明:漾濞震区P波速度结构与视密度展布特征在深度和分区特征上均具有较好的联系和可比性,震区三维速度结构和视密度反演结果均表现出明显的横向不均匀分布特征,漾濞Ms6.4地震位于高低异常值的过渡带附近,震区南、北两侧速度结构和视密度分布特征各异,综合说明了震区地壳物质存在显著的横向差异.漾濞Ms6.4地震序列集中分布在主震的SE侧,并沿着NW-SE向呈条带状与维西—乔后断裂近似平行展布,长约20 km,主震震源深度为8.6 km,序列震源深度优势分布层位在5～15 km,漾濞Ms6.4地震序列处于高低速异常过渡带附近,震区壳内介质结构的非均匀分布是控制漾濞地震及其序列展布形态的深部构造因素.我们的研究结果还揭示了漾濞Ms6.4地震震区北侧洱源附近存在地壳尺度的低速、低密度异常这一最显著特征,该结果与该部位地表温泉较发育、大地热流值显著偏高等地热分布高度一致,这些均暗示着漾濞地震机制除了与青藏高原东缘深部物质SE向逃逸有关外,可能还与来自上地幔的热异常和深部过程密切相关.     

东北地区地壳上地幔结构的探测与研究

本文简要综述了近30余年来在中国东北地区开展的重力资料反演、大地电磁测深、深地震测深、地震层析成像等深部地球物理探测与研究及其在该区取得的地壳上地幔结构研究成果。     

基于密集台阵研究2019辽宁抚顺M2.4矿震震源参数

分析矿震破裂机制及微震的时空分布能够为矿区灾害评估提供更多的有效信息.本研究基于密集台阵观测对2019年11月12日辽宁抚顺2.4级矿震开展震源参数研究,震源机制解显示地震破裂包含明显的非双力偶分量,表现为体积压缩的塌陷机制,且震源深度较浅,最佳拟合矩心深度为0.6 km.同时,对11月3日—25日记录的连续地震波形开展微震扫描,新检测出324个微震事件(-0.5~2.0级),定位结果显示在M 2.4矿震发生前M>1.0级事件显著增多,且在矿震位置存在近南北向的微震条带分布,微震序列随时间向深部迁移(约1.5 km),暗示存在断层活化迹象.结合震源破裂机制,我们认为此次事件与矿区塌陷破裂密切相关,同时伴随先存断裂的剪切滑动.本研究表明,基于密集台阵观测的地震矩张量反演和微震检测研究,对判定矿震类型及防范矿区灾害具有重要的研究意义.     

多种地震方法探测青藏高原东北缘地壳上地幔结构的研究进展

青藏高原东北缘地区在地形上处于青藏高原隆起区的东北边缘,青藏高原块体、鄂尔多斯块体和阿拉善块体交汇于此,是整个高原向大陆内部扩展的前缘部位,也是其最新的和正在形成的高原重要组成部分.区域内新生代构造变形和地震活动强烈,是研究青藏高原隆升、构造变形,探讨强地震发生的深部环境的最佳场所.为研究青藏高原东北缘地壳上地幔深部结构构造特征,近些年来开展了大量的地球物理探测工作.笔者收集了近三十年来在青藏高原东北缘展开的人工地震和天然地震观测工作,综合论述了人工源地震探测方法和天然地震成像方法(主要包括接收函数方法、地震层析成像方法、SKS剪切波分裂分析等)的发展和不同地震探测方法所取得的关于青藏高原东北缘壳幔速度结构、莫霍面形态、地壳上地幔各向异性研究等所取得的成果,总结分析了青藏高原东北缘地壳上地幔结构特征方面已达成的的一致观点以及有待进步一研究之处,并对比分析了不同方法之间的差异之处.     

华北克拉通中西部地壳S波速度结构及其地质意义

华北克拉通是世界上最古老的克拉通之一.我们利用布设于华北中部的ChinArray计划461个宽频带地震台阵的连续波形资料,基于背景噪声成像技术,获得了克拉通中西部5～45 s的Rayleigh波群速度频散曲线,并利用线性反演方法获得了研究区地壳上地幔顶部的S波速度结构.密集流动地震台阵使我们能够揭示研究区精细的地壳上地幔顶部速度变化,以深入探讨华北克拉通中西部深部结构及其对岩浆和地震的控制作用.8 km深度的S波速度切片显示低速与高速异常分别与地表的盆地和山脉对应良好.不同经度和纬度方向的S波速度剖面均表明,西部克拉通地壳大致可以分为上、中、下地壳三层.克拉通西部鄂尔多斯块体的下地壳S波速度介于3.7～3.8 km·s^-1,暗示其下地壳以长英质岩石为主.大同火山区下方的S波低速异常从中地壳延伸至上地幔顶部,推测源自软流圈的地幔热流提供了近垂直的主干上涌通道,并控制了该区新生代岩浆活动.强震集中分布在上地壳高速体内部或高低速相间区,其下地壳乃至上地幔顶部都呈现明显的低速异常,推测源自上地幔/下地壳的深部热流沿地壳尺度的陡深断裂上侵,诱发上覆高应力刚性块体发生蠕动破裂...     

银川盆地深地震断层的三维透射成像

为了获得三维地震透射成像技术在活断层探测中的有效性和应用价值的评价,在银川盆地中北部布设了一个三维地震透射台阵,利用该台阵获得的基底初至折射波和莫霍界面反射波资料,采用有限差分反演、时间项反演和连续速度模型反演方法,对台阵区域基底及上地壳结构进行了分析.结果表明：研究区基底呈东西浅、中部深的界面形态,且西陡东缓,最深处大致位于芦花台至西大滩一带,埋深达7 km.芦花台断层、银川—平罗断层、黄河断层在研究区内均表现为北北东走向的速度差异条带,且断层两侧基底及沉积界面埋深存在显著变化.芦花台断层东倾,倾角较陡,延伸至研究区基底之下;银川—平罗断层倾向西,是一条超基底的隐伏断层;黄河断层西倾,延伸深度超过研究区基底.本探测结果证明,初至折射波与莫霍面反射波探测相结合的三维地震透射台阵技术能够给出研究区上地壳三维细结构图像,不仅可以揭示主要断裂的展布位置、浅部空间形态和特征,而且可以揭示断裂向基底之下的延伸状况.     

短周期密集台阵在郯庐带北段(辽宁段)的架设

本文基于局所合作项目"郯庐断裂带海城地震区地震活动性与精细结构探测研究",通过在郯庐带北段(抚顺地区、沈阳地区)布设2期60套短周期密集台阵的相关工作,介绍了辽宁地区野外短周期流动台阵布设的工作方案、流程、布设过程等内容,并探讨了野外布设过程中遇到的常见问题,以及在东北地区或其他季节温差较大的区域,野外工作中需要注意的事项等.     

华北强烈地震深部构造环境的探测与研究

20世纪六七十年代以来, 华北地区发生了一系列强烈地震． 强烈地震的孕育、 发生和发展与深部构造密切相关． 近50年来, 我国地震科学领域在强烈地震的地震构造和深部环境方面开展了大量的研究． 深部地球物理探测和地震层析成像结果揭示了华北地区地壳结构的基本特征, 并在强烈地震发生的深部构造环境等问题上取得了重要进展． 本文在回顾华北地区地壳上地幔结构探测的基础上, 对1966年邢台M_S7.2, 1976年唐山M_S7.8, 1975年海城M_S7.3和1679年三河—平谷M8.0地震的地震构造和深部构造环境进行评述． 深部地球物理数据的综合分析表明, 震源下方的低速异常带, 高角度超壳深断裂, 地壳深浅构造的不一致, 偏低的上地幔顶部速度和局部隆起的莫霍界面, 是华北伸展构造区深部孕震环境的共同特征．      

半航空电磁探测方法技术创新思考

最新的成矿理论研究和深部定位预测结果均表明我国大陆2000 m深部蕴藏着潜力巨大的矿产资源,为在辽阔的国土面积上实现大深度、高精度、广覆盖地球物理探测,开展半航空电磁探测方法与技术研究显得十分必要.本文总结了国内外半航空电磁法的发展现状,重点围绕方法与装备技术等问题进行讨论,并对近年来的最新成果,如:时频协同探测、半航空短偏移距探测、无人机编队观测等新模式,深度学习去噪、多发射源视电阻率定义、拟地震成像等进行了系统分析.最后,对半航空电磁法的发展方向进行了展望,指出任意码形大功率发射和三维高分辨成像等方法技术是下一步的关键突破方向,有望在深部地质找矿、灾害预警和城市地下深部勘查等方面发挥重要作用.     

《中国地壳上地幔地球物理探测成果》一书即将出版

《中国地壳上地幔地球物理探测》一书,由国家地震局科技监测司领导的编写组编写,并即将由地震出版社出版。地壳上地幔探测是地球物理学的基础工作,它不仅可以从静态角度了解地壳上地幔的结构构造、物质组成、物质状态,而且还可以从动态角度研究地球的动力学、动力史,研究深部地质作用原理,探索地球深部运动的过程     

地震全波形反演及其探测壳-幔结构的研究进展

地球介质的物理属性(如速度)隐含了地球内部结构和演化信息,因而获取高精度的地下介质模型是探测内部结构的重要目标之一.全波形反演方法利用地震观测记录的振幅、相位等全波信息来重建速度和密度等介质参数模型,被认为是建立高精度地下介质模型的最有潜力的研究方法之一,其不但是石油勘探地震成像的主要研究方向,而且在结构地震学获得了较高关注和初步应用.随着该理论的完善以及计算机技术的发展,全波形反演方法已被应用于大陆尺度以及全球尺度的壳-幔结构探测,并成为探测地球深部结构的研究方向之一.本文首先简述了全波形反演理论研究及应用进展,包括地震波场正演模拟方法、目标函数构建、迭代优化方法、初始模型建立等;然后介绍了全波形反演方法在澳大利亚、东亚、欧亚大陆以及全球尺度的上地幔结构研究,并分析其探测壳-幔结构的效果;最后给出算法的优化策略(例如地震波场正演模拟、目标函数、寻优算法等),时间域或频率域的多尺度反演策略,结合其他反演方法(如走时反演)的多手段联合反演策略以及高性能计算技术将是全波形反演方法突破计算瓶颈并在内部结构成像广泛应用的可能途径.     

华北地壳上地幔结构及其大地震深部构造成因

华北克拉通是中国大陆东部的一个重要的大地构造单元.20世纪60~70年代,华北地区发生了一系列强烈地震.近半个世纪以来,中国地震学家对华北地区地壳上地幔结构开展了大量的探测和研究,在地壳上地幔结构以及与强烈地震相关的深部构造环境等重大地球科学问题上取得了显著的进展.华北大震区的深地震剖面探测显示了地壳上部铲式正断层和低角度的滑脱构造与震源下方贯通下地壳直至莫霍面的高角度深断裂共存的复杂构造图像.地震层析成像揭示,华北大震大多都发生在高速与低速区的过渡带上,而唐山地震区中-下地壳存在明显的低速异常.震源区下方的低速异常带,地壳深浅构造不一致,高角度超壳深断裂,上地幔顶部速度偏低,以及莫霍界面局部隆起等,是华北伸展构造区深部孕震环境的共同特征,表明华北岩石圈结构具有高度不均匀性.华北克拉通现今的强烈地震活动性以及偏低的下地壳速度,显著区别于世界上其他稳定克拉通.所有这些都是华北克拉通破坏的重要证据.尽管深地震探测和地震层析成像研究大大丰富了深部构造和孕震环境的知识,一些深层次的问题需要进一步的研究.     

地震转换波法探测海城震区地壳上地幔结构

为了研究地震转换波法的探测效果,增加海城震区地壳深部及上地幔结构的信息,在辽南海城震区沿深地震测深剖面布设了两条转换波测深剖面.资料解释结果表明:海城震区地壳深部为层状结构,Moho界面的埋深为南浅(32-33km)、北深(36-38km),在辽南上地幔隆起的位置及其埋深、测区的深大断裂等重要地质构造的探测效果与深地震测深方法基本一致,并获得了上地幔结构的一些信息.