利用Rayleigh波反演浅土层的剪切波速度结构

根据均匀半空间Rayleigh波相速度与介质剪切波速度之间的关系,对某一频率面波的影响深度内各层介质进行"均匀"化,使其等效于均匀半空间．并利用模型进行正演,以确定在这种均匀化的前提下,面波勘探深度与波长的关系．应用相匹配滤波技术从实测面波信号中分离出基阶Rayleigh波信号,对它进行多重滤波和叠加处理,精确地计算出5．0-30．0Hz之间的基阶面波相、群速度频散．使用"均匀"化的方法,从相速度频散曲线中获得反演的初始模型,利用群速度频散反演得到35m以上各土层的剪切波速度结构．结果表明,反演结果与钻孔资料较为吻合     

中国大陆勒夫(LOVE)波群速度成像

利用中国数字化地震台网（ＣＤＳＮ）的长周期面波资料,用适配滤波频时分析技术（ＭＦ－ＦＴＡＮ）计算穿过中国大陆多路径的勒夫波群速度混合路径频散,选出其中的５０条路径,利用Ｔａｌａｎｔｏｒａ ａｎｄ Ｖａｌｅｔｔｅ的广义反演理论,获得１０～１５０秒周期的中国大陆勒夫波群速度分布,初步得到对应中国大陆地质构造块体的群速度频散特性,为进一步分析中国大陆地壳、上地幔结构提供了基础资料。     

广东省东部地区背景噪声面波群速度层析成像

选取广东省东部及福建和江西测震台网的26个固定台站2011年3～9月的地震背景噪声的垂直分量数据,用互相关方法获得瑞利面波的格林函数,再用频时分析方法提取瑞利面波的群速度频散曲线,最后用面波层析成像方法反演得到研究区周期为5～15s的瑞利面波群速度图像.反演结果揭示了广东省东部地区浅部地壳群速度结构存在明显横向不均匀性.短周期群速度异常与研究区内山脉、盆地的分布有较好的对应关系,沉积厚度较大的盆地地区表现为低速异常,而基底埋深较浅的山脉则显示了高速异常;地热分布对面波群速度产生重要影响,地热值较高的区域面波群速度一般表现为低速异常;粤东地区特别是粤东沿海地区地壳中部可能存在低速层.     

用面波方法研究上扬子克拉通壳幔速度结构

本文研究采用单台法和双台法提取了穿越上扬子的基阶面波相速度和群速度频散;通过对提取的面波群速度和相速度频散进行联合反演,得到的1-D SV速度模型显示上扬子块体下地壳S波速度与典型克拉通区域相当,其上地幔顶部80~170 km深处存在高速的岩石圈盖层,较AK135模型要快2%~3%,其岩石圈厚度约为180 km.在上扬子地区,径向各向异性集中分布在300 km以浅的岩石圈与软流圈部分,其中岩石圈部分SH波比SV波波速要快2%~4%,软流圈部分SH波比SV波波速要快3%~5%;Rayleigh波相速度方位各向异性分析结果显示,上扬子块体周期为25~45 s（大致相当于30~70 km深度范围内）的Rayleigh波相速度存在1.8%~2.7%不等的方位各向异性,其快波方向介于147°~174°.我们认为上扬子块体径向各向异性集中分布在岩石圈、软流圈部分,且各向异性随深度变化, 其岩石圈部分各向异性为大陆克拉通化的遗迹,软流圈部分各向异性与现今板块运动相关.     

黑龙江地区背景噪声面波群速度层析成像

本文选取黑龙江省台网及吉林、内蒙古部分台站共44个固定地震台站连续2年的地震数据,利用两个台站间互相关方法获得瑞利面波经验格林函数,再用自适应时频分析方法提取群速度频散曲线,最后利用传统面波层析成像方法反演获得黑龙江地区周期为8～40 s范围内群速度分布图像.反演结果揭示黑龙江地区地壳及上地幔群速度结构存在明显横向不均...     

利用Rayleigh波相速度和群速度联合反演青藏高原东北缘S波速度结构

利用青藏高原东北缘地区固定和流动地震台网2007年8月到2012年1月期间记录的远震波形,运用小波变换频时分析方法分别测定了1216和653条周期从15到140 s的台站间基阶Rayleigh相速度和群速度频散曲线.通过对上述频散进行反演,重构了青藏高原东北缘分辨率高达0.5°×0.5°的2-D相速度和群速度分布图.然后通过对所提取到的每个格网点Rayleigh波相速度和群速度频散进行联合反演,得到了研究区下方一维S波速度结构.最后通过线性插值,得到了青藏高原东北缘下方地壳上地幔三维S波结构.结果表明,印度板块向北俯冲已经达到班公-怒江缝合带附近;在柴达木盆地北部祁连山下面我们发现了亚洲板块,且其没有表现出明显的向南俯冲的迹象;在两大板块中间,我们观测到延伸到250 km深度的低速异常,该低速异常可能是地幔物质底辟上涌现象造成的.     

利用面波和接收函数联合反演滇西地区壳幔速度结构

考虑到面波频散对介质S波速度、接收函数对界面深度的各自敏感性优势,综合利用面波和接收函数资料实现联合反演,求取滇西地区壳幔速度结构. 本文利用适配滤波频时分析技术处理覆盖滇西地区的长周期面波资料,获得105～1050s周期范围内的面波群速度频散,进而利用分格反演方法提取研究区内1°×1°网格纯路径频散;基于滇西地区宽频带三分量远震记录,经反褶积后得到台站下方的远震P波接收函数. 联立面波纯路径频散信息和接收函数资料建立系统方程,利用阻尼最小二乘法实现联合反演,从而获得滇西地区壳幔S波速度结构. 结果表明,滇西地区以红河断裂为界,东西两侧壳幔结构存在明显差异,断裂西侧约20km深度处存在一厚度为10km左右的低速层,而东侧并不明显;滇缅泰块体上的畹町、沧源一带属于上地幔低速区,而另一个地幔低速区则位于滇中块体上的康滇古隆起上,两处地幔低速区与大地高热流分布、强震活动具有较好的对应关系.     

缅甸弧及邻区的壳幔S波速度结构与动力学过程

用适配滤波频时分析技术处理了锡龙（SHIO）、清迈（CHTO）、昆明（KMI）和拉萨LSA）台记录的长周期数字化面波记录,获取了穿过缅甸弧及周边地区的530条路径的Rayleigh波频散,这些频散的周期范围为10.45～105.03 s.在此基础上,以分格频散反演方法从混合路径频散中提取了1°×1°网格内的纯路径频散,并且由网格内的纯路径频散反演出深达200 km的S波速度结构,最后重建了缅甸弧及周边地区的S波速度三维结构.所得结果表明：大致以实皆断裂为分界,其东部地壳波速较低,其西部地壳波速较高.印度-缅甸地区岩石圈厚度为110～130 km,上地幔顶部S波速度为43～4.4 km/s;而缅甸弧东侧的滇缅泰地块下方为一低速地幔柱上涌区,其宽度为150～200 km左右,这里的岩石圈厚度为70～80 km,上地幔顶部S波速度为41～4.2 km/s.另外,S波速度结构还反映出这一构造格局呈南北向的空间展布,并且与该区地震震源分布、断裂走向、火山分布有很好的对应关系.     

辽宁及邻区背景噪声相速度结构研究

收集辽宁及其周边地区（吉林、河北、山东、内蒙）70个宽频带地震仪2012年连续背景噪声波形数据,基于地震背景噪声层析成像方法,得到研究区面波群速度及相速度图像。利用台站对互相关方法,提取瑞利面波格林函数,采用时频分析法（FTAN）获取2 416条相速度频散曲线,从中筛选1 661条信噪比较高的频散曲线。将研究区以0.25°×0.25°进行网格化,采用Ditmar等提出的层析成像反演方法,得到周期10—40 s的瑞利面波群速度及相速度结构分布图。与群速度结果相比,分辨率更高,研究区大部可达0.5°×0.5°（局部可达0.25°×0.25°）。结果表明,辽宁地区地壳及上地幔面波相速度结构存在显著的横向不均匀性。在周期10—15 s的群速度图中,浅层及中上地壳速度分布与研究区地形地貌及主要地质构造单元具有较好的对应关系,盆地及沉积层低速,山区隆起高速,且在高低速转换带多为地震孕震区;在周期20—30 s相速度结构图中,下地壳至上地幔顶部深度范围内,相速度速度结构主要受地壳厚度及渤海湾内巨厚沉积层的影响,在海城至大连区域内出现的低速异常推测为地下热物质上涌;随着深度的增加,在周期30—40 s的相速度图中,速度分布逐渐受控于莫霍面起伏,明显变化出现在辽东半岛,由高速变为低速。     

地震面波频散的层析成像

本文较详细地介绍了群速度频散测定的多重滤波法,以及ＬＳＱＲ反演方法运用于网格频散反演和地球内部结构反演的地震面波频散的层析成像方法。给出了计算程序框图及数值模拟结果     

中国西部及其邻域地壳上地幔横波速度结构

本文首次采用Rayleigh面波双台法研究中国西部及其邻域的三维横波速度结构.共处理了超过3000条双台资料，经仔细挑选共获得110条高质量的双台Rayleigh波相速度频散资料.采用Tarantola的概率方法反演得到研究区域内15～120 s的Rayleigh相速度分布图像.采用Tarantola非线性问题的最小二乘反演方法反演得到研究区域内2°×2°的三维横波速度结构.利用不同周期的Rayleigh面波相速度大致对λ/3波长附近深度的横波速度最为敏感这一物理特性，在反演过程中引入一种层速度自适应调整的技巧，可以较好地加快收敛和提高反演的稳定性.反演得到的横波速度结构的主要结论为：（1）青藏高原的西部地区下地壳和上地幔顶部横波速度很高，软流层不发育；而青藏高原东缘地区的下地壳和上地幔顶部速度明显偏低，很可能是青藏高原地壳低速物质沿青藏高原东部边缘地区向南运动、形成经川滇地区连接缅甸北部低速区的低速物质运移通道；在青藏高原东北部边缘地区，下地壳的速度明显低于中地壳的速度；（2）青藏高原南部的拉萨地块具有较高速度的上地幔顶盖层，从南向北拉萨地块的软流层埋深约从130 km减至100 km，软流层厚度约从40 km增至80 km；北部羌塘地块的下地壳速度偏低，上地幔顶盖层缺失，速度很低，软流层的厚度较大；（3）塔里木盆地和准噶尔盆地都表现出较高的上地幔横波速度结构，软流层不明显，准噶尔盆地下地壳的厚度和速度都比塔里木盆地的高；（4）蒙古高原西部的下地壳上地幔顶部速度明显低于蒙古高原东部地区的，且在蒙古高原中西部地区存在巨厚的低速软流层.该软流层越往蒙古高原东部厚度越小，上覆顶盖层的速度和厚度越大.对上述反演结果作了地质解释.     

中国大陆中东部地区基于背景噪声的瑞利波层析成像

本研究使用了中国大陆中东部地区494个分布基本均匀的宽频带地震台站和7个中国大陆周边地区IRIS台站资料,反演得到了中东部地区高分辨率的瑞利面波层析成像结果.本文使用这些台站记录到的从2009年1月到2010年9月的垂直分量连续波形数据,首先通过对台站对间进行波形互相关和叠加运算,计算得到各台站对间的经验格林函数.然后用时频分析法提取了约125000条台站对间的频散曲线,并剔除了经验格林函数信噪比小于10的频散曲线.最后反演得到了研究区周期8~40 s、分辨率达0.5°的瑞利波群速度分布图像.不同周期的速度分布图像显示,研究区瑞利波群速度分布与地质构造特征具有较好的相关性.8~20 s的瑞利波群速度在研究区内主要盆地表现为低速分布,而在造山带呈现高速分布;25~40 s的瑞利波群速度图中,存在一条北北东-南南西向的分界线,该分界线与中国大陆东部的地壳厚度突变带基本吻合.25 s以下周期,华北平原的显著低速区形态与该地区早第三纪以来的断块分布构造一致.揭示了盆地下方介质结构强烈的非均匀性,也与较厚的沉积层分布有关.低速的四川盆地中部,显示出显著的高速特征,揭示了四川盆地下方基底的上隆特征;20 s以下周期的群速度图像中,鄂尔多斯盆地西北部速度低于东南部,揭示出其地壳中上部介质结构的横向不均匀性.     

内蒙古东部地震形势及平均波速比分析

内蒙古东部地区(41°—51°N,115°—125°E)近几年来地震活动性增强,中强地震比较活跃。2009年,辽蒙交界和牙克石-扎兰屯地区的地震形势更加紧迫。基于内蒙古东部的地震形势分析,根据内蒙古东部地区的台站分布、断裂构造及地震空间分布特点等,划分出4个分区;在2003年到2009年的时段内,筛选出符合计算要求的地震事件482个。根据多台和达法,分别计算各个分区的平均波速比值,通过对波速比曲线进行近均值滑动滤波,分析波速比在中强地震前的变化规律,认为可以把震前波速比异常作为中强地震发生的中短期指标。     

辽宁及邻区背景噪声面波群速度结构研究

收集辽宁及邻区59个宽频带地震仪记录的自2012年1月1日至12月31日的背景噪声连续波形垂向记录, 以背景噪声的方法获取辽宁及邻区面波群速度图像。 过程采用互相关的方法提取瑞利面波格林函数, 利用CPS330提取了群速度的频散曲线, 共从1655条频散曲线中筛选出了1233条信噪比较高的频散曲线。 将研究区划分为0.5°×0.5°的网格, 应用的层析成像方法得到了周期为8~40 s的瑞利面波群速度结构分布。 结果表明: 辽宁地区地壳及上地幔存在明显的横向不均匀性。 短周期群速度分布与研究区内断裂带及地质构造地貌形态表现出良好的相关性, 其中8~15 s周期内群速度分布特征与盆地坳陷、 山区隆起对应性较好, 呈“两垒高, 一堑低”的群速度分布特点, 基本与地质构造相吻合, 地震多位于高低速过渡带内。 较长周期20~30 s的群速度在渤海湾-辽东湾中存在低速异常, 显示了渤海湾盆地和下辽河盆地具有较厚的沉积层覆盖。 35~40 s与莫霍面的深度有明显关联性,莫霍面埋深大体呈西厚东薄的特点。 38~40 s周期内郯庐断裂带东侧的低速异常可能说明渤海内存在局部的热物质上涌现象。 本文结果较好地反映了研究区内地貌地质构造情况, 与区域内地壳及上地幔结构的相关研究成果相吻合, 为辽宁及邻区的地震活动构造背景及地震孕育机理提供重要参考资料。     

中国大陆及邻区Rayleigh面波相速度分布特征

本文根据102个数字化台站记录的长周期垂直向面波资料,利用双台互相关方法测量了538条独立路径的基阶Rayleigh面波相速度频散资料,反演获得了中国大陆及边邻地区（70°E～140°E,18°N～55°N）20～120 s（周期间隔为5 s） 共21个周期的Rayleigh波相速度空间分布图像. 检测板测试结果显示中国大陆中东部地区横向分辨率可达3°,而西部及边邻地区大约5°. 研究表明,中国大陆地区的Rayleigh波相速度分布横向差异显著,大致以104°E为界,可分成具有不同速度结构特征的东、西两部分. 一般较短周期（20～35 s）的相速度分布受地形和地壳厚度的影响较大,总体表现为东部速度高,西部速度低;塔里木盆地、青藏地块及其东缘的松潘-甘孜地块形成整个研究区内最为突出的低速异常体,蒙古西部低速特征也较清晰;东部的四川盆地、扬子地块、华南地块、松辽盆地、日本海及蒙古东部高速特征明显. 随着周期的增大,青藏地块中部的低速异常体横向尺度逐渐缩小,而喜马拉雅冲断带、塔里木盆地相速度不断升高,意味着青藏低速区受到南、西北、东三个方向的高速区夹击,可能导致高原中部软弱的低速物质向东南方向迁移;同时,东部地区由高速逐渐转变为大面积的低速分布,反映东部地区岩石圈较薄而软流圈发育. 随着青藏地块低速特征的减弱,印支地块北部及相邻海域、东海、东北吉林深震区、日本海、中-朝地块至蒙古东部成为120 s周期上突出的低速异常体,而上扬子地块包括四川盆地高速特征依然明显,显示出稳定的古板块特征. 南北地震带始终呈现出相对较低的速度特征,并成为划分中国大陆具有不同岩石圈相速度特征的东部与西部的天然分界.     

Three dimensional shear wave velocity structure of the crust and upper mantle beneath China from ambient noise surface wave tomography

We determine the three-dimensional shear wave velocity structure of the crust and upper mantle in China using Green's functions obtained from seismic ambient noise cross-correlation.The data we use are from the China National Seismic Network,global and regional networks and PASSCAL stations in the region.We first acquire cross-correlation seismograms between all possible station pairs.We then measure the Rayleigh wave group and phase dispersion curves using a frequency-time analysis method from 8 s to 60 s.After that,Rayleigh wave group and phase velocity dispersion maps on 1° by 1° spatial grids are obtained at different periods.Finally,we invert these maps for the 3-D shear wave velocity structure of the crust and upper mantle beneath China at each grid node.The inversion results show large-scale structures that correlate well with surface geology.Near the surface,velocities in major basins are anomalously slow,consistent with the thick sediments.East-west contrasts are striking in Moho depth.There is also a fast mid-to-lower crust and mantle lithosphere beneath the major basins surrounding the Tibetan plateau (TP) and Tianshan (Junggar,Tarim,Ordos,and Sichuan).These strong blocks,therefore,appear to play an important role in confining the deformation of the TP and constraining its geometry to form its current triangular shape.In northwest TP in Qiangtang,slow anomalies extend from the crust to the mantle lithosphere.Meanwhile,widespread,a prominent low-velocity zone is observed in the middle crust beneath most of the central,eastern and southeastern Tibetan plateau,consistent with a weak (and perhaps mobile) middle crust.     

北京地区地壳三维结构的综合建模

综合基础地理信息数据、数字化地质图、沉积层的地脉动探测结果、人工地震测深和宽角折射等多种资料,在对数据进行分析和整理的基础上,利用建模工具软件GoCAD,建立了北京地区（东经115．5°-117．5°,北纬39°—41°）地壳及上地幔顶部P波速度结构和地质界面模型。在模型建立的过程中,分析得到了人工地震剖面数据的地学统计特性,并设计了一种适合离散光滑插值（DSI）约束点权重的光滑估计方差,对模型的插值结果进行了质量评估。分析了北京地区地壳上地幔速度结构的特征,又将速度结构模型与层析成像结果进行对比,模型比较好地反映了北京地区的地下结构。     

陕西及邻区瑞雷波相速度层析成像

本文利用布设于陕西及其邻区的喜马拉雅二期流动地震台阵和区内的固定地震台网共计257个台站于2014—2015年记录到的连续波形资料,采用基于图像分析的相速度提取方法,得到了7 185条瑞雷波相速度频散曲线,反演获得了周期为5—40 s的瑞雷波相速度分布图像,其最小分辨率约为20 km。结果表明:各周期瑞雷波相速度图像具有明显的横向不均匀性,能够较好地反映出地壳及上地幔顶部的地质构造特征。周期为5—10 s的瑞雷波相速度分布与地表地质构造密切相关,且高低速异常的分界线与地块边界高度吻合;周期为15 s的瑞雷波相速度分布图像显示出,大部分断陷沉积盆地（渭河、天水等盆地）表现为低速异常,表明此区域的沉积层厚度较大;周期为20—40 s的相速度分布则受地壳厚度影响较大,青藏高原东北缘始终呈现出明显的低速异常,鄂尔多斯地块中、下地壳以高速异常为主,但周期为20—30 s的相速度低速异常区分布于青藏高原沿六盘山逆冲褶皱带并一直延伸至鄂尔多斯内部,由此推测该区域地下介质中存在一定程度的物质交换和融合。      

华北地区勒夫波噪声层析成像研究

利用华北地震科学台阵200个流动地震台站、14个月的连续波形数据,通过互相关方法提取了勒夫波的经验格林函数,使用多重滤波方法测量了5229条勒夫波的群速度频散曲线,采用噪声层析成像方法得到了研究区域4~30 s的勒夫波群速度分布图像,横向分辨率在多数区域可以达到0.25°×0.25°. 层析成像结果显示,短周期的群速度分布特征与地表地质和构造特征基本一致,华北盆地和山西断陷带内的盆地呈现低速异常,燕山隆起和太行山隆起表现为高速异常;中周期的群速度分布图揭示了华北盆地内部隆起和坳陷的空间分布范围及沉积层的厚度差异. 勒夫波频散曲线具有明显的分区特征,太行山隆起、燕山隆起和鄂尔多斯块体东北缘的频散曲线形态基本一致,和其它典型克拉通相似;张渤地震带和山西裂谷盆地的频散曲线基本一致,接近于埃塞俄比亚裂谷. 中西部块体的平均频散曲线和其它典型克拉通相似,而东部块体的频散曲线和中西部块体存在较大差异,且低于其它典型克拉通,表明东部块体的地壳受到了强烈的破坏和改造,而中西部块体受改造的程度较低,仍具有稳定克拉通的物理性质. 太行山重力梯度带的东西两侧在地形地貌、速度结构、频散特征、地壳厚度、岩石圈厚度以及地幔过渡带厚度均存在显著差异,是划分华北克拉通破坏空间范围的一条重要界线,推测华北克拉通的破坏范围主要在太行山重力梯度带以东.