接收函数方法与华北克拉通北部岩石圈结构的研究

正自从Langston提出接收函数以来,随着地震观测台网越来越密集,利用地震台阵观测研究构造带下方速度结构取得了重要进展,很多学者利用接收函数研究地壳上地幔速度结构。虽然P波接收函数可以获得地壳上地幔结构,但由于莫霍面和壳内间断面多次反射震相的干扰,单纯考虑Ps转换震相难以精确地确定岩石圈边界。Farra和Vinnik利用类似提取P波接收函数的方法得到Sp转换震相的S波接收函数。相比P波接收函数,由于S波接收函数不受间断面多次反射震相的干扰,因而在岩石圈—软     

基于深度学习的接收函数横波速度预测

远震接收函数中包含了大量台站下方速度间断面所产生的Ps转换波及其多次反射波的信息,被广泛应用于反演精细的地壳及上地幔速度结构.但当地壳结构复杂如存在沉积层或高速层时,转换波和多次波震相的到时和振幅发生变化,从而导致接收函数反演存在强非唯一性.深度学习作为一种高效的特征提取方法,能够建立接收函数与横波速度在空间上的映射关...     

接收函数方法的研究综述

从远震体波波形数据中提取的P波接收函数和S波接收函数已经成为研究台站下方地壳上地幔速度间断面的最有效的方法之一.P波接收函数已经被广泛应用于获取地壳内部S波速度结构、地壳厚度及物质成分组成、地幔过渡带的厚度变化以及岩石圈地幔的间断面等,而S波接收函数是P波接收函数的一个很好的补充,因为在Moho和地幔过渡带之间的深度范围内,Sp转换波比来自浅部间断面的多次波到达早,而在P波接收函数中,相同深度范围的间断面的Ps转换波往往被来自浅部间断面的多次波干扰或者淹没,因此S波接收函数是目前获取岩石圈地幔深度范围内速度间断面结构(如Moho和LAB)的比较有效的方法,比面波观测具有更高的分辨率.本文详细阐述了P波接收函数和S波接收函数的方法原理以及在地壳上地幔速度间断面的研究中所采用的研究思路.     

利用接收函数探讨新疆几次中强地震的地壳孕育深度

在分析2009～2012年新疆地区的远震P波接收函数过程中,发现部分台站的接收函数中存在清晰且能量较强的壳内间断面转换波。本文分别利用接收函数中的壳内间断面和莫霍面转换波,联合接收函数H-κ叠加方法和时间窗滑动方法,分析了2009～2012年新疆6次中强地震震中周围的7个地震台站下方的地壳和上地壳(壳内间断面上方地壳)介质泊松比在地震前后随时间的动态变化情况。结果显示:乌苏、于田和独山子3个地震台站的地壳介质泊松比在对应的3次中强地震前后出现了较为明显且持续的下降过程,下降幅度大于均值误差,变化形态特征呈"V"字型(乌苏台呈双"V"字型),地震发生在"V"字形成的尾端,但其上地壳介质泊松比在地震前后没有出现明显低值异常变化;其他4个地震台站下方的地壳和上地壳介质泊松比在地震前后没有观测到明显低值异常。根据观测结果,推测3次中强地震前后地壳介质泊松比出现低值异常主要源于中下地壳,地壳孕育深度位于中下地壳。     

远震接收函数方法及其在海域岛礁区地壳结构研究中的应用

远震接收函数方法从远震P波波形中提取出台站下方主要速度间断面的信息,是研究地壳、上地幔结构的有效方法。该方法通过拟合转换波波形来约束间断面深度和横波速度。传统的接收函数线性反演方法强烈依赖于初始模型的选取,其反演结果存在较大的不确定性,为此新的基于非线性的反演方法逐渐发展起来,另外,接收函数与面波联合反演以及S波接收函数方法的提出也在一定程度上降低了反演结果的非唯一性。接收函数方法在大陆区地壳结构的研究中得到了广泛运用,但对于海区和岛礁区的研究却非常缺乏,本文回顾了国内外一些岛礁区的接收函数研究实例,介绍了西沙群岛琛航岛的天然地震观测及其结果,探讨了接收函数方法在岛礁区地壳结构研究中的应用前景。     

接收函数方法及其新的进展

远震P波波形数据中包含了大量地震台站下方地壳和上地幔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幔速度细结构的重要步骤手段之一．最近几年，接收函数和面波联合反演方法获得了较大的成功，两种分别对两种波形进行拟合，对反演的速度结构提供了有效的约束．地震勘探中的一些成熟技术被引进接收函数的数据处理，使其可用于地壳和上地幔主要速度界面的侧向变化研究．为增强接收函数的信噪比，将不同事件提取的接收函数进行分类，按方位角进行叠加，可以反应一些速度界面的横向变化．接收函数方法可用于PS转换震相的剪切波分裂研究．泊松比是推测地球内部物质构成的有效参数之一．接收函数方法分离出的转换波为获取泊松比提供了一条行之有效的便捷途径，单一的地震台远震记录中转换波可以估计点位下面地壳Vp/Vs值．另一方面，一些最新的反演技术被引入接收函数的反演．例如，格子收索方法力图解决接收函数反演中的不稳定性和非唯一性问题，格子搜索设计比较容易地结合先验约束并保证搜索是全空间的，避免了使用任何初始模型．该方法能保证在格子的间隔和参数的限度内获得全局最小，该方法被用于中东、南美及临近地区的深部结构．相邻算法是基于计算几何的概念而构建的一种非线性反演方法．该方法避免了此前一些方法(遗传算法、模拟退火)的一些缺陷，如大量样本的舍弃、过多参数的引进等，该算法对我国的五大连池和腾冲火山区的深部结构的反演，以及滇西地区的深部动力学研究获得了良好的效果．     

沉积盆地地区地壳结构估计——预测反褶积方法消除接收函数多次波混响

接收函数方法被广泛地应用于地壳上地幔结构的研究中,H-κ叠加方法是其中最常用的方法之一.对于布设在基岩区台站计算的接收函数,H-κ叠加方法可以准确地估计台站下方地壳厚度和平均波速比,但是对于沉积盆地地区计算的接收函数,由于低速沉积层内会产生多次波混响,干扰甚至覆盖接收函数中莫霍面的转换波和多次波震相,从而影响H-κ叠加结果的准确性.为准确估计沉积盆地地区地壳结构,本文提出使用预测反褶积方法去除接收函数中低速沉积层内多次波混响,其中预测步长由接收函数归一化自相关函数获得,物理意义为沉积层内S波双程走时.合成接收函数和实测接收函数试验表明,本文提出的预测反褶积方法可以有效地去除沉积层多次波混响,并结合改进的H-κ叠加方法可以准确地估计沉积层下覆地壳厚度和平均波速比.相比于其他去除接收函数多次波混响的方法,本文提出的预测反褶积方法具有参数设定简单、运算量小、震相幅值较大等特点,适用于大批量数据处理.     

利用接收函数研究六盘山地区地壳上地幔结构特征

利用六盘山地区宽频带流动地震台阵的远震体波记录,采用接收函数方法研究台阵下方的地壳上地幔结构,并采用接收函数振幅加权叠加方法对这一地区平均地壳厚度和泊松比进行估算.研究结果显示,青藏高原东北缘和鄂尔多斯的接触过渡带接收函数震相复杂,地壳变形强烈,青藏高原东北缘地壳平均厚度约为51.5km,六盘山下方地壳厚度在53.5km,鄂尔多斯西南缘地壳平均厚度约为50km,整个莫霍面呈下凹状.泊松比计算结果显示,六盘山东侧和西侧地壳泊松比值在正常范围内(0.25～0.26),六盘山下方的地壳泊松比值偏高(0.27～0.29),推测与地壳中存在部分熔融.泊松比值的横向变化,指示测线范围地壳物质组成和力学性质存在横向差异,反映在欧亚板块与印度板块碰撞作用影响下青藏高原下地壳物质存在向北东方向的流动.     

面波频散与体波接收函数联合反演研究回顾及展望

面波频散和接收函数是研究地壳上地幔速度结构的重要方法.面波频散对绝对S波速度较为敏感,但对界面结构约束不强;而接收函数对间断面具有很好的分辨能力.二者优势互补,通过联合反演,可以得到更为准确的壳幔内部界面及绝对S波速度结构.近十几年来,随着噪声地震学的迅猛发展以及大量宽频带地震仪的架设,该联合反演方法得到了更进一步的应用.为了便于梳理该研究方向的脉络,本文分别回顾了面波频散与体波接收函数的方法原理及其在壳幔结构反演中的应用,并分析了两种方法的优势与不足.在此基础上,介绍了二者的联合反演方法,以及在地壳上地幔速度结构研究中的应用.展望了联合反演方法的进一步发展,以及加入多种地球物理观测数据对反演地壳上地幔结构的意义.     

利用SV分量接收函数反演地壳横波速度结构

详细讨论了远震体波SV分量接收函数的特点及其在反演地壳S波速度结构中的优势．与径向接收函数类似，SV分量接收函数可通过对远震体波的SV分量直接反褶积P分量获得．研究分析表明:与径向接收函数相比，SV分量接收函数的振幅随震中距的变化更加稳定，波形简单且突出了对结构最敏感的PS转换波信息．理论数值实验显示:在反演地壳S波速度结构时，SV分量接收函数比径向接收函数具有更好的收敛性．作为实例，利用SV分量接收函数反演方法反演了海拉尔台下的S波速度结构．      

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.     

地震放大效应与地下地质结构——龙门山山前玉皇观区域观测数据分析

通过布置于龙门山断裂带中段、龙门山山前玉皇观区域的地震观测台站阵列接收地震数据,研究该区域的地震动放大效应和地下地质结构.观测阵列共10台宽频带地震仪,分布在玉皇观河口冲积扇区域.分别采用参考场址谱比法(RSSR)和HV谱比法(HVSR)计算64个高信噪比近震数据的振幅谱比函数,结果显示在玉皇观区域具有较明显的地震动放大效应,并且局部场址效应显著.以S06场址为例,建立近地表地震地质模型,通过SH波放大效应正演模拟研究该场址的地震动放大模式.RSSR与HVSR的结果表明,两者所计算的场址放大效应主频一致,但是HVSR的放大峰值却比RSSR的放大峰值大一倍左右,表明HVSR的结果可能包含了波场在近地表低速层之下传播路径的改造作用.另外,采用27个远震P波的接收函数计算了该区域地壳上地幔S波速度结构.接收函数研究结果显示玉皇观地区的莫霍面深度为44 km,沉积盖层、结晶地壳和上地幔的S波速度分别为2.5 km·s~(-1)、3.5 km·s~(-1)和4.5 km·s~(-1).观测阵列台站之间的接收函数反演结果一致性较好,说明本研究区域范围内地形地貌等近地表结构因素的相对变化对接收函数的影响不大.     

接收函数方法及研究进展

远震P波波形数据中包含了大量在台站下方地壳上地幔速度间断面所产生的P-S转换波及其多次反射波的信息，是研究台站下方局部区域S速度分布理想的震相，由此产生的接收函数方法是反演台站下方S波速度结构的有效手段。接收函数方法可以通过波形反演拟合接收函数的径向分量，对观测台站下方地球介质的S波速度结构进行估计，也可以通过偏移叠加获得的接收函数道集（地震剖面图）追踪速度间断面。这种方法避免了对天然地震震源及其附近结构混响效应等复杂因素的影响，对S波速度的垂向分布敏感，垂向分辨率高。由于宽频带流动地震台阵的发展，用此方法还可获得研究区域速度结构的横向变化，横向分辨能力主要取决于台站的间距。本文回顾20年来接收函数研究的进展，探讨了方法研究的发展趋势，介绍了对地壳-上地幔结构的部分研究结果。     

<Emphasis Type="Bold">Non-Reviewed Contribution:</Emphasis> Ongoing passive seismic experiments unravel deep lithosphere structure of the Bohemian Massif

Research on high-resolution tomography, three-dimensional anisotropy modelled from shear-wave splitting and P-residual analysis, as well as receiver function interpretation, are in progress with the aim to image the crust and uppermost mantle velocities in the Bohemian Massif. Structure of the deep lithosphere and location of boundaries of mantle domains will be compared with tectonics of the crust and limits of terranes derived by geologic and palaeomagnetic methods.     

Preliminary study of crust-upper mantle structure of the Tibetan Plateau by using broadband teleseismic body waveforms

As part of a joint Sino-U.S. research project to study the deep structure of the Tibetan Plateau, 11 broadband digital seismic recorders were deployed on the Plateau for one year of passive seismic recording. In this report we use teleseimic P waveforms to study the seismic velocity structure of crust and upper mantle under three stations by receiver function inversion. The receiver function is obtained by first rotating two horizontal components of seismic records into radial and tangential components and then deconvolving the vertical component from them. The receiver function depends only on the structure near the station because the source and path effects have been removed by the deconvolution. To suppress noise, receiver functions calculated from events clustered in a small range of back-azimuths and epicentral distances are stacked. Using a matrix formalism describing the propagation of elastic waves in laterally homogeneous stratified medium, a synthetic receiver function and differential receiver functions for the parameters in each layer can be calculated to establish a linearized inversion for one-dimensional velocity structure. Preliminary results of three stations, Wen-quan, Golmud and Xigatze (Coded as WNDO, TUNL and XIGA), located in central, northern and southern Plateau are given in this paper. The receiver functions of all three stations show clear P-S converted phases. The time delays of these converted phases relative to direct P arrivals are: WNDO 7.9s (for NE direction) and 8.3s (for SE direction), TUNL 8.2s, XIGA 9.0s. Such long time delays indicate the great thickness of crust under the Plateau. The differences between receiver function of these three station shows the tectonic difference between southern and north-central Plateau. The waveforms of the receiver functions for WNDO and TUNL are very simple, while the receiver function of XIGA has an additional midcrustal converted phase. The S wave velocity structures at these three stations are estimated from inversions of the receiver function. The crustal shear wave velocities at WNDO and TUNL are vertically homogeneous, with value between 3.5–3.6 km/s down to Moho. This value in the lower crust is lower than the normal value for the lower crust of continents, which is consistent with the observed strong Sn attenuation in this region. The velocity structure at XIGA shows a velocity discontinuity at depth of 20 km and high velocity value of 4.0 km/s in the midcrust between 20–30 km depth. Similar results are obtained from a DSS profile in southern Tibet. The velocity under XIGA decreases below a depth of 30 km, reaching the lowest value of 3.2 km/s between 50–55 km. depth. This may imply that the Indian crust underthrusts the low part of Tibetan crust in the southern Plateau, forming a “double crust”. The crustal thickness at each of these sites is: WNDO, 68 km; TUNL, 70 km; XI-GA, 80 km. The Chinese version of this paper appeared in the Chinese edition ofActa Seismologica Sinica,14, Supp., 581–592, 1992.     

云南西部地壳深部结构特征

在云南西部,穿过红河、小江断裂带完成了一条长360 km、呈北东向的深地震宽角反射/折射剖面.通过对该测线的观测资料进行一维、二维模拟解释,得到了沿剖面的二维地壳速度模型.研究结果显示,沿测线Moho界面埋深横线变化大,其西南侧Moho埋深约35 km,东北侧Moho最大埋深可达43 km.沿剖面从西南到北东方向,地壳平均P波速度从5.9 km/s逐渐增加到6.13 km/s,但显著低于全球大陆平均值.结合以往的接收函数和面波联合反演结果,我们推算沿测线从西南到东北,其下方地壳泊松比介于0.23~0.25之间.剖面西南侧上地壳具有异常低的P波速度和泊松比,暗示其下方上地壳以α-相长英质组分为主;而剖面东北上地壳相对较高的P波速度和泊松比则暗示其物质组成以花岗岩-花岗闪长岩为主.研究区下地壳的P波速度和泊松比分别介于6.25~6.75 km/s和0.24~0.26 km/s之间,暗示其上部组成以花岗岩相的片麻岩为主,而下部组成则以角闪石类岩石为主.红河断裂两侧地壳速度显著不同,从浅到深其速度差异逐渐变弱,但红河断裂两侧地壳厚度变化较大.而小江断裂下方两侧地壳速度和地壳厚度变化并没有红河断裂那么明显.     

四川盆地西部及邻区地壳上地幔精细结构研究

为获得四川盆地及其邻区地壳和上地幔精细结构,并据此对该区域整体构造运动初步进行动力学解释,本研究采用接收函数、线性反演与H-kappa扫描相结合的方法,获得以下结论:研究区域地壳厚度东西向差异巨大,其厚度差高达29 km。四川盆地地表具有较厚沉积层,属于刚性块体。龙门山南段与四川盆地交接地区存在某些区域的波速比较高,推测这些地区可能存在地幔物质上涌导致地壳中铁镁质成分增加。松潘-甘孜地块的地壳厚度存在58~65 km的横向变化,中下地壳存在梯形低速层,可能由于青藏高原向东俯冲过程中遭遇四川盆地刚性块体的阻挡而引起该地块的挤压变形,该区域具有较高的波速比,综合分析推测其可能存在区域性的部分熔融。      

用接收函数Ps转换波研究地壳各向异性——以哀牢山—红河断裂带为例

倾斜界面与各向异性介质均可使接收函数的切向分量产生明显的能量.通过对不同模型的理论接收函数的研究，可以发现倾斜界面产生的接收函数切向分量与各向异性介质产生的接收函数切向分量具有显著的差异，主要表现在到时差与周期性上.利用各向异性和倾斜界面造成的切向分量不同的周期性，可以通过加权叠加的方法突出各向异性或倾斜界面的影响，并可对接收函数径向、切向分量进行波形互相关计算，获取各向异性分裂参数.通过对布设于红河断裂附近的4个三分量宽频带流动台站的接收函数莫霍面Ps震相的研究，获得红河断裂附近的地壳各向异性快波方向为132°，快慢波时间延迟为024s.地壳各向异性快波方向与红河断裂带构造走向一致，与上地幔各向异性的快波方向相差近90°，表明红河断裂地区地壳与上地幔构造可能存在解耦现象.     

纳土纳(Natuna)地震台建设及初步结果

简述了在南海纳土纳岛(Natuna Islands)建设地震台站的意义和设备.用获得的首批观测资料,分别采用接收函数方法和ScS波分裂技术反演了纳土纳地震台下面地壳的S波速度结构和各向异性参数.结果表明纳土纳地震台下方地壳厚度约28 km,为典型的陆壳性质,上地幔40～50 km为低速层.纳土纳的地壳快波方向为S62°E,与GPS测量的亚洲南部巽他块体的地壳运动方向一致.