芦山震区地壳三维P波速度精细结构及地震重定位研究

联合芦山地震序列5285个地震的50711条P波初至绝对到时数据及7294691条高质量的相对到时数据,利用双差地震层析成像方法联合反演了芦山震源区高分辨率的三维P波速度精细结构及5115个地震震源参数.反演结果表明,芦山主震震中为30.28°N,103.98°E,震源深度为16.38km,主震南西段余震扩展长度约23km,余震前缘倾角较和缓,主震北东段余震扩展长度约12km,余震前缘呈铲形,倾角较陡.芦山震源区P波三维速度结构表现出明显的横向不均匀性,近地表处的P波速度异常与地形起伏及地质构造密切相关:宝兴杂岩对应明显的高速异常,此异常由地表延伸到地下15km深度附近,而中新生代岩石表现为低速异常;大兴附近区域亦显示出小范围的大幅度高速异常,宝兴高速异常与大兴高速异常在10km深度附近相连,进而增加了芦山震源区的高低速异常对比幅度.在芦山主震的南西、北东两段速度结构存在着较大差异,芦山主震在水平向位于宝兴及大兴高速异常所包围的低速异常的前缘.主震南西段余震主要发生在倾向北西的高低速异常转换带上并靠近低速一侧,其下盘为低速异常,上盘为高速异常.而芦山主震北东段的余震主要分布在宝兴高速体与大兴高速体之间,主发震层向北西倾斜,主发震层上方的宝兴高速异常下边界出现一条南东倾向的反冲地震带,两地震带呈"y"型分布.     

昭通地区地震层析成像及彝良震区构造分析

本文结合1992年01月至2012年10月国家地震台网、四川地震台网、云南地震台网及重庆地震台网的65个台站记录到的2,107个地震的17,945条P波绝对到时数据及227,701条P波相对到时数据,利用双差地震层析成像方法联合反演了昭通地区地震震源参数及地壳三维速度结构.反演结果表明,地震重定位精度有了显著改进,地震在水平方向的重定位精度要高于垂直方向.在深度方向,消除了重定位前地震在5~10km间的层状分布假象,昭通地区震源深度总体大于彝良地区,且彝良地区地震随深度增加向西展布,根据余震分布特征推测地震发生在走向NNE,倾向NW的石门断裂上.反演得到的三维速度结构表明,地表速度异常与地形起伏及地质特征有着密切关系:在浅层,昭通坳陷盆地表现为较大范围的低速异常,且低速异常区在盆地东北缘范围加深.彝良附近表现为高速异常带,大关附近表现为低速异常.随着深度的增加,反演得到的P波三维速度结构清晰地显示出彝良地区中下地壳介质受到北东向挤压而向上隆起,与浅部的高、低速异常区相互交错,形成介质速度构造复杂区域.重定位后的彝良ML5.7级和ML5.6级地震的震源位于隆起的高速异常区两侧的速度过渡区,其走滑兼逆冲的破裂机制与该处反演结果揭示的彝良地区下方的速度异常形成机制较为一致.     

龙门山断裂带精细速度结构的双差层析成像研究

利用川西流动地震台阵、汶川地震震后应急台网记录到的P波到时资料,对2008年5月至2008年10月期间发生的汶川地震余震序列应用双差层析成像方法进行了地震震源和三维P波速度结构的联合反演.结果显示,联合反演获得的地震重定位结果与基于一维地壳参考模型的双差定位方法结果相近;研究区15 km以上速度结构与地表断裂分布密切相关,20 km以下深度呈现北东向和北西向交错结构.汶川地震破裂带南段龙门山断裂带之间上地壳呈现高速异常,速度结构的非均匀变化是控制余震分布和主震破裂传播的主要因素;联合反演结果给出了小鱼洞-理县方向存在隐伏断裂的速度结构证据,同时发现,破裂带北东段可能沿新发断裂扩展;结果确认了汶川地震起始段的高角度逆冲断裂特征,也确认了前山断裂和中央断裂在约20 km深度合并到脆韧转换带的特征.     

2014年云南盈江两次中强震发生前后震源区P波速度变化

基于云南地震台网的地震记录,利用基于双差层析成像的时移层析成像方法,开展了2014年5月24日盈江M_S5.6和5月30日M_S6.1地震前后震源区地下P波速度变化的时空特征研究。结果表明:在盈江M_S5.6地震后,震源区的P波速度轻微下降,在M_S6.1地震后,相对于M_S5.6地震,P波速度继续下降,并下降至最低,下降幅度约为1%,说明P波速度下降的幅度可能与主震的震级大小相关。另外,本研究还观测到P波速度下降与余震分布的时空变化相关,可能是由于余震的动态和静态应力变化造成震源区介质物理性质发生改变,从而导致地震波速度的变化。在两次地震发生后约五年内,震源区P波速度值上升,上升幅度小于震后总下降幅度,但这并不能表明震源区还处于愈合过程中。      

利用时移层析成像方法揭示与2014年云南鲁甸MS6.5地震有关的P波速度变化

基于双差层析成像的时移层析成像方法能够获得不同时间段之间的地下介质的速度变化,且不同的数据分布和质量对结果影响较小.在本研究中我们使用云南地震区域台网所记录到的P波绝对到时及相对到时数据,利用时移层析成像方法得到了2014年鲁甸M S6.5地震发生前后震源区高精度的P波速度变化的时空分布.结果表明:2014年鲁甸地震发生后,震源区同震期P波速度下降,但没有下降至最大,而是在震后1—4个月内下降至最大,接着P波速度开始上升,震源区开始愈合,愈合过程从浅层逐渐发展至深层,逐渐恢复至震前水平.同时发现在空间上P波速度变化与余震分布变化相一致,鲁甸地震同震应力变化与速度变化之间也有较好的一致性,所以认为地震引起的应力变化是造成鲁甸地震速度变化的一个重要原因,余震的动态和静态应力造成了震源区介质物理属性的改变从而影响了P波速度的变化.     

2017年米林6.9级地震震源区速度结构与余震重定位

利用西藏自治区林芝地区的固定地震台站与南迦巴瓦流动测震台站在2017年11月18日至2017年11月24日记录到的430个余震的直达波走时数据反演得到了震源区的三维P波速度、S波速度结构,并利用三维速度结构对余震进行了重定位.成像结果显示,米林地震震源区在0~5km深度内存在低地震波速度异常;在5~15km深度内,存在高地震波速度异常,该高速异常致使震源区西南侧的地震波速度高于东北侧.重定位结果中,余震呈条带状以NW-SE走向展布,震源深度具有西南方向深、东北方向浅的特征.主震位于11km深度处、高地震波速异常体顶部,余震主要分布在高地震波速度与低地震波速度过渡的区域.对成像结果的分析表明,震源区浅部的低速异常具有低泊松比的特性,与富石英的沉积变质杂岩体-东久杂岩单元的岩性特征有关;深部的速度结构特征则可能反映了发震断层上盘地震波速度高,下盘地震波速度低的介质特性.余震重定位结果与成像结果联合表明:此次地震发震断层从11km深度处,东久杂岩体下方的高地震波速度异常顶部开始破裂,继而在5~15km深度内发生后续破裂,后续破裂的发生区域正处于喜马拉雅构造单元与冈底斯构造单元接触的形变区内.此外,根据地震波速度计算的泊松比反映了震源区持续的低泊松比特征,暗示此次地震与流体活动并无直接关系.     

2017年九寨沟MS7.0地震震源区速度结构与余震分布

采用九寨沟M_S7.0 （M_W6.5）地震的余震直达P波、S波走时数据,通过体波走时层析成像方法,获得了震源区及其邻区的P波和S波速度结构,并利用成像结果对余震进行了重定位。结果显示:余震主要集中分布于高、低速异常交界处偏低速异常一侧,呈走向NNW,倾向SW,倾角较高的分布特征;余震序列两侧的P波、S波速度结构揭示了发震断层两侧介质性质的差异,即上盘为刚性较强的高地震波速度区,下盘为刚性较弱的低地震波速度区。由余震分布特征和地震波速度结构推断:九寨沟地震发生在上地壳底部,发震断层具有上盘地震波速度高、下盘地震波速度低的特征;主震引起的后续破裂在上地壳内部的剧烈形变区内传播,破裂能量终止于25 km深度附近。      

2009年姚安地震序列定位及震源区三维P波速度结构研究

利用2009年7月9日姚安Ms6.0地震序列的到时数据,应用双差层析成像方法,对地震进行了重定位,并反演了震源区的三维速度结构.经过资料选取,共有873次余震事件参加了反演.重定位结果显示,姚安地震余震序列呈WNW向条带状分布,大部分地震的震源深度集中在3-12 km之间.从余震的深度分布随时间的变化推测,姚安Ms6....     

2021年5月21日漾濞MS6.4地震震源区三维P和S波速度结构与地震重定位研究

2021年5月21日漾濞MS6.4地震震源区位于川滇块体西边界的维西—乔后—巍山断裂西侧,该地区近些年来发生了多次中强地震,地震活动较为活跃.对漾濞地震序列重定位和漾濞震源区及邻区的地壳精细结构研究,有助于深入理解漾濞地震的孕震环境、发震机理和破裂过程.本文基于2008年 1月1日到2021 年6 月3日区域固定台站接收到的 36938条Pg和 32111 条 Sg波到时数据,采用新发展的三重差地震层析成像算法(tomoTD)开展了漾濞MS 6.4地震震源区三维速度结构成像与地震重定位研究.结果显示:(1)余震活动主要集中在维西—乔后—巍山断裂的西侧,整体呈现沿北北西向的条带状分布,结合已有走滑型震源机制解特征,揭示了北西向隐伏断裂是发震断层,其北西段表现为倾角较陡、结构相对简单的走滑断裂,南东段由两条分支断裂组成.(2)主震的发生及地震序列分布与地壳速度结构不均匀性有着密切的关系.主震及4级以上的地震发生在高速边界上或高低速过渡区域,余震主要发生在低速、高VP/VS 区,主震上方与下方均显示高VP/VS 异常,推测在区域构造应力场的作用下,应力在孕震区的刚性介质中积累,中下地壳流体(或者部分熔融地壳物质)侵入发震断层区,弱化了漾濞 6.4 级地震的主震区.另外,余震东南侧的低VP/VS 区可能代表介质刚性强,可能阻碍了余震向南东方向继续扩展.(3)结合2013 洱源 5.5 级地震研究结果,推测维西—乔后—巍山断裂西侧可能存在着较大的北北西向隐伏断层.     

京津唐地区地壳三维P波速度结构与地震活动性分析

本文利用华北遥测地震台网和首都圈数字地震台网112个台站记录到的1993~2004年发生在首都圈地区3983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联合反演了京津唐地区地壳三维P波速度结构和震源参数.京津唐地区的三维P波速度结构图像在浅层上很好地反映了地表地质、地形的特征.在平原和凹陷的盆地处呈现P波低速速度异常,而在隆起的山区或基岩出露区显示为P波高速速度异常.在研究区域内震级M≥6.0历史地震和经过重新定位后的震级M_L≥3.0的地震的震源位置在10 km深度和15 km深度处的P波相对速度扰动图上的投影都显示出相似的特点,即:绝大部分的地震的震源位置在P波相对速度扰动图上的投影分布在低、高速异常的交界地带,且偏高速体一侧,只有极少数的地震分布在P波速度异常体内部.     

P波偏振层析成像

论述了Ｐ波偏振层析成像方法。这是一个利用Ｐ波远震偏振资料去反演速度结构的方法,与走时层析成像相比,它有几个显著的优点：不受震源定位和发震时刻误差的影响;对深地幔速度结构不敏感而对接收器附近的速度结构和速度梯度最敏感,在这一意义上它与时反演是互补的。如果联合使用走时和偏振资料可以改善层析成像的结果。走时的变化对应于速度的变化,而偏振的变化则与速度梯度的变化相对应,因昆,要确定速度异常的边界,用偏振数     

ANISOTROPIC TRAVELTIME TOMOGRAPHY

Velocity estimation technique using seismic data is often based on time/distance equations which are independent of direction, and even though we now know that many rocks are quite anisotropic, useful results have been obtained over the years from these isotropic estimates. Nevertheless, if velocities are significantly direction-dependent, then the isotropic assumption may lead to serious structural interpretation errors. Additionally, information on angle-dependence may lead to a better understanding of the lithology of the rocks under measurement. VSP and cross-well data may each lack the necessary aperture to estimate more than two velocity parameters for each wave type, and if the data straddle a symmetry axis, then these may be usefully chosen to be the direct velocities (from time-and-distance measurements along the axis) and NMO velocities (from differential time-offset measurements). These sets of two parameters define ellipses, and provide intermediate models for the variation of velocity with angle which can later be assembled and translated into estimates of the elastic moduli of the rocks under scrutiny. If the aperture of the measurements is large enough e.g. we have access to both VSP and cross-well data, we divide the procedure into two independent steps, first fitting best ellipses around one symmetry axis and then fitting another set around the orthogonal axis. These sets of four elliptical parameters are then combined into a new, double elliptical approximation. This approximation keeps the useful properties of elliptical anisotropy, in particular the simple relation between group and phase velocities which simplifies the route from the traveltimes measurements to the elastic constants of the medium. The inversion proposed in this paper is a simple extension of well-known isotropic schemes and it is conceptually identical for all wave types. Examples are shown to illustrate the application of the technique to cross-well synthetic and field P-wave data. The examples demonstrate three important points: (a) When velocity anisotropy is estimated by iterative techniques such as conjugate gradients, early termination of the iterations may produce artificial anisotropy. (b) Different components of the velocity are subject to different type of artifacts because of differences in ray coverage, (c) Even though most rocks do not have elliptical dispersion relations, our elliptical schemes represent a useful intermediate step in the full characterization of the elastic properties.     

四川地区的地震层析成像

由四川地震台网的P波数据所进行的层析成像研究得到了该区地壳及上地幔速度图像的新信息(结果表明:1.20^-km深度处的速度图像与地表构造特征密切有关,反映了地壳的岩性分布,呈现为断块结构;龙门山、鲜水河主要断裂及南北构造带和四川盆地清晰地成像在图上.一直被认为是隐伏存在的华蓥山断裂则鲜明地展现在20-85km深度的速度图像上.2.50±km深度处的速度图像则反映了该区的莫霍面深度明显起伏;四川盆地、徽（县）成（县）盆地和汉中盆地的地壳厚度小于50km,上地幔顶部速度约8.1km/s.龙门山以104°E为界,北段地壳厚度与四川盆地一样,中南段与川西相近.康滇地轴为四川地区地壳由东向西增厚的过渡地带.3.岩石层厚度显著变化,扬子准地台为比较活动的褶皱区,具有较厚的岩石层.4.速度结构与地震活动性存在一定的联系,该区1930年以来M≥6.0的强震震中在20^-km深度（上地壳）上的投影大都分布在速度梯度带上,成条带分布.考虑到强震的余震区大都偏高速体一侧,似乎表明,高速体有高于周围介质的剪切强度,它可能起沿断裂带凹凸体的作用.强震震中在50⁺km深度（上地幔顶部）上的投影几乎都分布在低速区及其边缘,那里壳幔间速度呈过渡关系,是软流层顶部较浅地区.     

APERTURE COMPENSATION TOMOGRAPHY1

Conventional velocity analysis can handle a horizontally stratified medium well. There is no indication, though, that it will be as successful when applied to a more complicated geological structure. In fact, a small angle of incidence may transform to a wide-angle reflection event for a dipping interface. In this case, conventional velocity analysis may lead to large errors and thus cannot be applied. Seismic tomography is attractive as it is virtually free from any restrictions imposed on the velocity distribution in the model space or on the setup of a seismic experiment. It is important, however, to recall that seismic tomography yields results of inferior quality compared to medical tomography. This paper investigates the reason for this and how to suppress a significant blurring of seismic tomograms. Unlike medical tomography, one cannot provide full angular coverage of the model space in a typical seismic experiment: the sources and the receivers cannot surround an unknown object inside the earth to provide a complete spectrum of view angles. Incomplete angular coverage may lead to the occurrence of large inaccuracies in the computed tomograms especially when the initial model is poorly chosen. We demonstrate a method of suppressing the adverse effects related to an incomplete angular recording. This is ‘compensation tomography’ which can be used efficiently in the case of a limited angular aperture. Numerical experiments illustrate the theory.     

地震层析成像软件

GABWIT是应用地震体波走时资料、遗传算法反演地壳三维速度结构的软件,本介绍了该地震层析成像软件的主要功能以及技术特点,软件界面友好,功能齐全,适用性强,易于推广。     

地震监测中的电阻率层析技术

将电阻率层析技术应用于地震监测,由视电阻率值重建出介质的真电阻率图像,取得了较好效果.在宝坻台和昌黎台设立的两个试验点上于1998年4月14日ML5.0和ML4.4唐山两次地震前的6天左右层析图像出现了明显的异常变化:宝坻台的电阻率图像一改通常的在平稳背景上叠加小量随机变化的特点,出现了一种有序性特征的新图样;昌黎台也出现了反差加大、高低阻区集中分布的有序性特征.上述异常图样均在震后消失.层析图像在震前出现的熵值降低可能是这次地震活动的前兆.地层导电结构和孔隙度的变化,是引起电阻率异常的直接原因.研究表明,常规的单一极距的视电阻率测量之所以对真电阻率的变化不敏感且丧失空间分辨能力,是由于该物理量同时具有积分值和位函数这两个固有特征所决定的.在地震监测中,改造现行观测系统,引入层析成像,是发展技术的方向.     

采用射线寻迹的井间层析成像

本文采用二维井间观测走时反演地震波速,用迭代射线寻迹走时成像方法进行层析成像.作者导出三次多项式插值基函数计算离散网格内的折射率分布,还给出了具有自己特点的二步扫描法,不但加快了正演计算时间,同时方便地建立走时残差与模型修正量的关系.考虑到实际应用时,震源与接收器常不位于同一平面,为此进行了校正,并给出了校正方法,提高了重建精度. 数值的与实际应用的结果表明,本文给出的层析成像算法是快速的、稳定的、适用的.     

采用射线寻迹的井间层析成像

本文采用二维井间观测走时反演地震波速,用迭代射线寻迹走时成像方法进行层析成像.作者导出三次多项式插值基函数计算离散网格内的折射率分布,还给出了具有自己特点的二步扫描法,不但加快了正演计算时间,同时方便地建立走时残差与模型修正量的关系.考虑到实际应用时,震源与接收器常不位于同一平面,为此进行了校正,并给出了校正方法,提高了重建精度. 数值的与实际应用的结果表明,本文给出的层析成像算法是快速的、稳定的、适用的.     

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     

地震层析成像研究方法综述

国际上对地震层析成像的研究始于上世纪70年代末,经过30多年的发展,地震层析成像方法逐渐成熟,并越来越广泛地被运用到地球物理各个领域中.以地震层析成像方法的发展作为主线,主要介绍了地震层析成像方法和所用地震数据的发展.