利用主动震源直达波互相关时延检测技术监测小江断裂带浅层地震波波速变化

为了监测云南小江断裂带附近地震波波速的连续变化,2006年4月在小江断裂带以西10 km布置了一条长235 m的主动震源浅勘测线,进行为期1个月的连续观测实验。采用前后互相关技术对直达波进行了高精度波速变化测量,分析得到以下结果和结论:(1)实验期间,实验点地下介质存在相对波速变化δv/v≈10-3~10-2;(2)波速变化随震中距增加迅速减小,这可能反映了较浅层波速变化与较深层相比更剧烈;(3)波速变化和大气压变化有很好的相关性,相对波速变化对大气压的敏感系数为10-6Pa-1量级;(4)降雨会显著影响波速与气压的关系,降雨前相对波速变化随气压增加而增加,而降雨后相对波速则与气压呈负相关。     

由精密控制人工震源观测到的绵竹5.6级地震前后波速变化

地震危险区断层的应力状态变化及其精确测量一直是地球物理学关注的热点问题之一,主动震源探测技术的发展为解决上述问题带来了可能.汶川大地震后,结合汶川地震断裂带科学钻探,在四川省绵竹市九龙镇--跨越龙门山断裂带前山断裂,利用10 t精密控制人工震源进行了连续监测试验,在试验观测期间的2009年6月30日凌晨2时3分,当地发生了M_s5.6级地震,地震前后观测数据的对比分析表明,该地震发生前后,穿过断裂带的直达S波走时发生了时延为5~9 ms的微弱变化,射线路径上的平均波速相对下降了约0.3%,该时延主要是由地震同震效应引起的断裂带内应力调整和物性变化造成的.所使用的精密控制人工震源性能稳定,适于开展断层监测.这一结果对于发展断裂带主动震源动态监测技术具有重要意义.     

利用主动震源检测汶川地震余震引起的浅层波速变化

为了监测汶川地震后断裂带附近的波速变化,2008年6月,我们利用快速响应探测系统,在龙门山断裂带北端进行了为期3周的连续观测实验.实验使用电动落锤作为主动震源,GPS连续同步授时的高精度数采作为接收系统.利用记录到的高时间精度观测数据,结合互相关时延检测技术,计算了P波和面波走时的相对变化,来表征地下波速的变化.我们观测到两次面波波速的异常变化,变化幅度最高达到2%,远远大于气压变化所能引起的波速变化.结合该时段内地震活动记录,我们认为面波的波速变化是由在附近发生的两次地震事件的同震效应引起的,该观测结果同理论计算结果相符.     

主动气枪震源波形数据的整理和归档模式研究

正地震波速度是反映地下介质物性的一个重要参数,由于应力与波速的相关性,因此波速变化的精确测量对于监测地下应力的变化、地下结构、地震预报等的研究具有重要意义。在目前监测地下波速变化的方法中,主动震源探测作为一种新型的、前沿的、精确可控的方法,在国内越来越多的省局进行了实际的推广应用。人工震源的方法是测量地下波速变化精度最高的方法,其中气枪震源具有低频、能量大、重复性高和绿色环保的优点,这些优点表明气枪震源是     

基于气枪震源信号的云南漾濞MS6.4地震前后波速变化

本文基于宾川气枪地震信号发射台激发的地震波信号,利用线性叠加和时频域相位加权叠加方法提高信噪比,通过反褶积、插值拟合和波形互相关等方法,获得2021年漾濞M;6.4地震前后气枪震源初至波信号走时变化特征.结果表明两种叠加方法得到的走时变化趋势基本一致,在沿发震断裂带附近的3个台站观测到的初至波走时延迟为7.3~14.4 ms,在射线路径上平均波速降低了0.08%~0.12%,距离震中位置较远的台站走时延迟为2~6 ms.分析认为,观测到的走时变化主要是漾濞M;6.4地震引起强地面运动造成浅层介质疏松、同震破裂导致震源区地下介质裂隙增加和地下流体侵入等共同作用造成,相关研究成果有助于加深和促进对此次地震震源物理过程的认识和了解.     

用于龙门山断裂南段深部介质探测的精密可控震源

汶川地震后在龙门山断裂带南段建立了精密可控震源发射台,结合布设的28套流动地震仪的信号记录,尝试监测地下介质的动态应力变化。为了提取记录中的主动源发射的信号,本文采用了匹配滤波方法来实现弱信噪比条件下的信号检测并进行了波形变换。在提取出每个周期的主动源信号后,利用信号叠加,分别获得了1、5、10天时间的波形,有效地提高了记录波形的信噪比。然后通过互相关检测精确得出地震波的走时变化,并分析了计算误差。最后,针对实验期间发生的绵竹M_S5.6地震进行分析,获得了地震前后的走时剖面和信号变化,结果表明,距离较远的龙门山断裂北段地震未能对南段实验区域的地下介质波速产生影响。     

精密主动地震监测

借助人工震源,主动探测地下介质结构、并监视其动态变化是地震学家的一个梦想,本文提出的精密主动地震监测(PASM: Precisely and Actively Seismic Monitoring)为实现这一梦想提供了一条可能的途径.本文介绍的精密主动地震监测系统以与GPS保持同步的电子系统控制的旋转质量体作为地震信号源,产生精确的、高度可重复的地震信号,这种信号经过地下介质传播到达观测点被数字地震仪器记录,由专门的计算方法提取,可以获得监视地下介质结构的有效信息,从而实现地下介质结构及物性的主动精确动态监测.其中震源是一种连续震源,工作时对地输入能量强度低,对环境不造成任何破坏性影响,可长期运行,是一种适用范围广泛的绿色震源.以此震源为基础构成的精密主动地震监测系统,配合高灵敏度的数字观测系统,再加上数据处理和信噪比增强技术,可以在150 km以上的距离外得到有效纪录,精确地监视固定路径的精度优于1 ms的走时变化,进而监视地下介质的速度变化和介质参数的变化,是一种前景光明的新型地震学研究方法.     

陆地水体气枪震源探测技术回顾与进展

地下介质应力场的状态及其变化监测研究,可促进对地震物理过程的认识和理解.高精度波速测量为微弱的应力变化监测提供了可靠的技术手段,但高重复性的震源是研究地下介质微弱变化的关键.近十几年来的探索和实验表明,陆地水体气枪震源是一种较为理想的重复性人工震源,具有高度可重复、绿色环保和测量精度高等特点.本文对陆地水体气枪震源探测技术的发展历程进行了回顾,介绍和总结了陆地水体气枪震源技术的系统构成、性能特点及相关应用,主要包括在地震前后物理过程、断裂带介质变化和工业开采区生产监测等方面的进展,探讨了目前在推广应用中面临的问题及重点发展方向,为利用陆地水体气枪震源技术开展地下介质动态监测研究提供了佐证.     

汶川震中区震后波速变化——基于三分量噪声互相关的结果

利用地震背景噪声互相关研究地下介质波速随时间变化是目前地震学的研究热点之一.对于2008年汶川地震引起的地下介质变化多个研究组也用噪声互相关进行了研究,观测到发震断层附近的龙门山地区和四川盆地出现明显的同震波速降低.     

尾波干涉原理及其应用研究进展综述

本文首先简述了尾波干涉方法的基本原理, 随后介绍了尾波干涉方法在研究震源位置变化和监测散射体运移状态的相关应用与进展, 最后探讨了利用重复地震、 人工主动源和噪声互相关函数监测地下介质波速变化的尾波干涉方法的优缺点及发展方向. 尾波干涉方法基于尾波的多次散射特性, 能够提取震源位置与介质的细微变化, 其中介质的动态变化可为地震(火山)的孕育、 形成及发展提供研究思路与指导意义.      

Semiannual velocity variations around the 2008 M w 7.9 Wenchuan Earthquake fault zone revealed by ambient noise and ACROSS active source data

We continuously monitor the long-term seismic velocity variation of one of the major ruptured faults of the devastating 2008 M _w 7.9 Wenchuan earthquake in China from July 2009 to January 2012, jointly using accurately controlled routinely operated signal system active source and seismic noise-based monitoring technique. Our measurements show that the temporal velocity change is not homogeneous and highly localized in the damaged fault zone and the adjacent areas. Velocity variations from the active and passive methods are quite consistent, which both are characterized by ±0.2 % seasonal variation, with peak and trough at winter and summer, respectively. The periodic velocity variation within fault zone exhibits remarkably positive correlation with barometric pressure with stress sensitivity in the order of 10^?6 Pa^?1, suggesting that the plausible mechanism might be the crack density variation of the shallow subsurface medium of the damaged fault zone in response to the cyclic barometric pressure loading.     

汶川地震断裂带东北端浅部结构的人工地震探测

结合汶川地震断裂带动态监测,利用快速响应探测系统,开展了断层带浅部结构人工地震探测.针对地震断裂带动态监测条件下的复杂波场和低信噪比的情况,在f-k波场分离的基础上,分别利用了折射波共中心点成像、面波速度反演、反射波叠加成像方法,进行了浅层断层和构造成像处理,并对处理结果进行了综合解释,给出了断裂带浅部断层分布和速度特征.为汶川地震龙门山断裂带东北端动态监测提供了基础结构信息,所发展的断裂带快速响应探测技术对于地震应急动态监测具有重要意义.     

汶川8.0级地震前区域应力场动态研究

利用成都、昆明遥测数字地震波形记录资料,研究大量小震震源机制解和视应力值,分析了区域应力场动态和视应力值的时-空分布.给出川青地块平均应力场方位的时间变化.川青地块平均主应力场的方位在汶川8.0级地震前出现明显扰动,同时,地块力轴张量的倾角变化也很明显.得出2006～2007年川青块体逆冲型地震比例偏高,汶川8.0级地震前区域中小地震震源错动类型发生变化的结果,与区域地形变的分析结果是一致的.根据地震波形全波段计算辐射能量,求得的视应力σapp值揭示区域视应力值的微动态起伏过程与区域主压应力场方位的转折类似,可用于地块蕴震物理过程的探索.从汶川8.0级地震前的中短期视应力σapp值的空间分布看,震中所在的龙门山断裂带是低应力分布区,而相对高视应力则分布在外围地区.这些图像可能揭示了汶川8.0级地震前中短期发震构造附近呈现的闭锁现象.     

汶川8.0级地震前龙门山断裂带能量场变化

在大地震的孕育和发生过程中,沿断裂带的应力-应变状态与断裂带周围微震活动有着密切的关系.震前沿构造断裂带附近地震活动的能量释放更能反映地震孕育的动态过程.本文采用自然正交函数展开方法,讨论了2008年汶川8.0级地震前沿龙门山断裂带地震活动能量场的时间变化.结果表明,在汶川8.0级地震前,沿龙门山断裂带能量场的几个主要特征值对应的典型场的时间因子出现非常明显的短期上升变化,可能是该次地震短期异常信息.通过对比分析1976年唐山地震等震例认为,研究沿活动断裂带地震活动能量场的时间变化,可以对地震中长期判断有较大危险性的活动断裂区进行有目的的重点监测和预测.     

Active source monitoring at the Wenchuan fault zone: coseismic velocity change associated with aftershock event and its implication

With the improvement of seismic observation system, more and more observations indicate that earthquakes may cause seismic velocity change. However, the amplitude and spatial distribution of the velocity variation remains a controversial issue. Recent active source monitoring carried out adjacent to Wenchuan Fault Scientific Drilling (WFSD) revealed unambiguous coseismic velocity change associated with a local M_s5.5 earthquake. Here, we carry out forward modeling using two-dimensional spectral element method to further investigate the amplitude and spatial distribution of observed velocity change. The model is well constrained by results from seismic reflection and WFSD coring. Our model strongly suggests that the observed coseismic velocity change is localized within the fault zone with width of ~120 m rather than dynamic strong ground shaking. And a velocity decrease of ~2.0 % within the fault zone is required to fit the observed travel time delay distribution, which coincides with rock mechanical experiment and theoretical modeling.     

利用GPS数据分析四川“Y”型构造区地壳运动状态

四川地区地质构造复杂,地壳活动剧烈,为了深入揭示该区“Y”型构造区地壳1999年以来近20年的动态演化规律,基于1999—2017年7期GPS数据,解算各周期网格速度场、应变率场,研究地壳应变场演化过程。结果表明：①2008年以前的3期GPS速度场相对稳定,汶川地震后,速度场变化最大的龙门山断裂带由4.0—5.0 mm/a增至8.0—10.0 mm/a;②汶川震后,“Y”型构造区最大剪应变高值区出现在汶川以东,由2.0×10^-8/a增到22.0×10^-8/a;龙门山断裂带以SE或SEE向主压应变为主,变化速率约5.0×10^-8/a—12.0×10^-8/a,鲜水河断裂由震前NS向主拉应变转为震后EW向主压应变,安宁河断裂东侧由震前SE向主压应变6.0×10^-8/a减至震后的2.0×10^-8/a;面膨胀结果显示,由震前低密度梯度带瞬间变为平行于龙门山断裂带走向的高密度变化区,且存在以金川至都江堰、北川至青川为条带的2个正负交替过渡区;③汶川地震发生压应力释放后,该区SEE向压性特征又逐渐增强,且持续至2017年,释放了龙门山断裂带地壳内部SEE向压应力多年累积能量,但汶川地震对鲜水河断裂与安宁河断裂的整体运动状态则无明显触发作用。     

反卷积在人工震源数据处理中的应用

震源到接收台站之间的地层响应函数能够反映地下介质信息。对地震波传播过程中的卷积模型进行推导:记录信号是众多震源子波经过时移加权叠加的结果;通过反卷积方法可去除震源子波信息,提取震源到接收台站之间的地层响应函数;地层响应函数中第一个突跳值对应的时间即为P波走时。在河北赤城—张北地区进行人工震源实验,通过反卷积计算得到该地区地层响应函数剖面图,得出P波波速约6 km/s。利用人工震源系统还可以对地下介质波速变化进行长期动态监测,对地震预测具有一定意义。     

川滇菱形块体东边界断层闭锁程度与滑动亏损动态特征研究

利用1999—2007期和2009—2013期中国大陆GPS速度场数据,采用DEFNODE负位错反演程序估算了川滇菱形块体东边界——鲜水河—安宁河—则木河—小江断裂带在汶川地震前后的断层闭锁程度和滑动亏损空间分布动态变化特征,讨论了汶川地震对该断裂系统的影响范围和程度,并结合b值空间分布和地震破裂时-空结果分析了断裂系统的强震危险段.结果表明,汶川地震前鲜水河断裂最南端为完全闭锁(闭锁深度25km),中南段地表以下10~15km深度为强闭锁状态,中北段基本处于蠕滑状态;安宁河断裂最南端闭锁很弱,其余位置闭锁深度为10~15km;则木河断裂除最南端闭锁较弱以外,其余位置基本为完全闭锁;小江断裂在巧家以南、东川以南、宜良附近、华宁以北等四处位置闭锁较弱,其余位置为强闭锁.10年尺度的GPS速度场反演所得断层闭锁程度所指示的强震危险段,主要为鲜水河断裂道孚—八美段、安宁河断裂中段、则木河断裂中北段、小江断裂北段东川附近、小江断裂南段华宁—建水段,该结果与地质尺度的断层地震空区和30年尺度的b值空间分布所指示的危险段落具有一致性.汶川地震后断裂带远、近场速度分布和块体运动状态发生变化,这种区域地壳运动调整使得负位错模型反演得到的断裂带闭锁情况发生一定变化.汶川地震前后川滇菱形块体东边界平行断层滑动亏损速率均为左旋走滑亏损,且在安宁河断裂北端、则木河断裂中北段滑动亏损速率最大;除鲜水河断裂中南段与最南端和小江断裂东川附近以外,其余断裂震后滑动亏损速率均有所增加.垂直断层滑动亏损速率既有拉张亏损也有挤压亏损,且鲜水河断裂最南端由震前挤压转变为震后拉张,其余断裂除了安宁河断裂和小江断裂中段与最北端存在挤压滑动亏损速率外均为拉张速率.     

利用背景噪声互相关研究汶川地震震源区地震波速度变化

利用2007年3月至2009年3月四川数字地震台网的宽频带连续波形资料,通过计算地震背景噪声互相关提取台站对间的经验格林函数,在0.1～0.5 Hz频带下测量每天经验格林函数与参考经验格林函数的走时偏移,进而得到各台站对在该时段内的相对地震波速度变化.结果表明,2008年5月12日汶川M_s8.0级地震造成了震源区地震波速度的急剧降低,最大降幅达0.4%;大致以安县为界,余震带西南部地区在汶川主震后波速降即达到最大值,而东北部地区的最大波速降一般出现在主震后的1~4个月,相对地震波速度变化的这种分段特性与地震序列的时空分布特征有较好的对应关系;在震源区外围的四川盆地也观测到了震后波速降低,而川西高原内部则没有出现显著的波速变化.进一步的分析和计算结果表明主震的静态应力变化和强地面运动引起的地表破坏都不能很好地解释震后波速的急剧降低,地震导致的断层区内部结构破坏和周边介质应力状态改变可能是波速变化的主要原因.