1992年美国加州兰德斯地震——地壳结构不均匀性对地震发生的影响

为了理解地震的发生和地壳结构不均匀性的关系，利用南加州地震台网的固定台和临时台所记录的2863个兰德斯余震和区域地震，共计107401个P波和19624个S波高质量的到时数据，采用地震层析成像方法得到了兰德斯地震区P波和S波的精细的三维速度结构和泊松比分布．结果显示，地震的发生和分布与地壳结构的横向不均匀性有密切的关系．总体上看，兰德斯地震区余震成丛分布，并被低速块体截断，其中4级以上地震大多分布于P波高、低速异常过渡区域或偏向高速块体一侧，这可能是因为高速区多属地壳脆性介质，易于造成应力集中，导致地震；反之，低速度区则可能代表破碎程度较高、富含流体或温度较高区域，因而更倾向于产生无震变形．基于兰德斯地震区强震震源位置、地震区P波、S波速度异常与泊松比分布推断，兰德斯地震区可能有流体存在．地壳流体易使地壳岩石弱化，从而引发大地震．     

地震层析成像及其在消减带和地震断层带成像中的应用

回顾了地震层析成像方法的最新进展，包括模型参数化的改进，三维射线追踪，反演算法，地方震、近震和远震资料的联合使用及层析成像反演中反射波和转换波的加入。然后介绍了新一代层析成像方法在消减带及地震断层带上的应用。这些新的研究确定了消减海洋岩石层、地幔楔中的岩浆房和活动火山弧底下池壳前所未有的清晰图象，表明了与岛弧岩浆作用和弧后扩张相关的地球动力系统与深部过程有关。如：地幔楔中的对流循环和消减板块的深部脱水反应。地震断层带上的高分辨率层析成像表明，破裂成像现象与地震孕过程和地壳物质的不均匀性以及非弹性过程（如断层带上的流体）紧密相关。     

地震作为应力变化的标志

位于大地震破裂远场范围的断层上发生的余震通常可用破裂在这些断层上造成了静态应力变化来解释（Stein and Lisowski,1983;Reasenberg and Simpson,1992)。这表明断层相互作用以及地震发生的时间可受附近前面破裂的影响（Hudnut,etal,1989;Jaume and Sykes,1992;Harris and Simpson,1992;Stein,1999)。本文我们揭示小地震作为地壳力学状态“标志”的潜在能力。我们研究南加利福尼亚1992年兰德斯地震产生的静态应力变化。此地震发生在由许多断层引起的地震活动性较高的地区。我们首先用一种新的技术估计区域地震活动性对兰德斯地震的响应，然后将相同的方法用于根据地震活动性确定主破裂上滑动分布的反问题。假定合理的参数，我们得出与直接由兰德斯主震得到的滑动剖面（Ward and Heaton,1994;Hudnut,et al,1994)相一致的可信结果。我们的结果提供了监测上地壳的力学状态、研究导致断层破裂过程的方法。     

2011年1月安徽安庆M_S4.8地震震源区三维速度结构与发震构造讨论

2011年1月19日安徽安庆发生Ms4.8地震,本次地震发生在下扬子地块长江沿线前陆变形带.震后现场工作队调查汇总了建筑物破坏情况,计算得出较为精确的烈度分布.采用FOCMEC方法计算了主震震源机制解,并利用安徽地震台网对本次地震主余震的定位结果,结合地震层析成像技术对震源区地壳三维速度结构的成像结果进行分析,同时参考烈度分布的椭圆长轴优势方向,得出NE向的宿松-枞阳断裂可能是本次地震的发震断层的结论.     

四川泸定地区三维速度结构与精定位研究

基于四川数字地震台网记录到的该研究区域(27.5°～31.5°N,100°～104°E)103 990个地震的震相数据,运用双差层析成像方法对泸定M_S6.8地震震源区及周边地区执行地震层析成像和精定位。结果表明：(1)余震序列主要分布于鲜水河断裂西南侧,长度约60 km,整体沿鲜水河断裂呈北西向展布,震源深度多集中在5～15 km,呈现出由北向南逐渐加深的迹象。根据余震序列空间分布特征及主震位置,提出鲜水河断裂东南段为发震断层,并且发现余震序列南北两端或许存在分支断层。根据背景地震的空间分布特征,推断其或许为泸定主震的前震。(2)主震的西北侧存在高速异常体,其或许阻挡了泸定地震向西北向破裂,结合鲜水河断裂东南段力学性质较弱,其滑动方向为首选的传播方向,推断泸定地震为单侧破裂,方向为东南。(3)泸定地震震源区下方30 km深度处存在弱S波低速层和高波速比,已有结果得知研究区中下地壳存在明显的高导层和低阻层,泸定主震位于热流值为65 mW·m²的大地热流等值线附近,综合推断震源区下方30 km或许存在地壳流体。同时,泸定地震发生在应力易积累,同时...     

1992年兰德斯地震对1999年赫克托矿地震的粘弹性应力触发

1999年MW7.1级赫克托矿地震发生在离1992年MW7．3兰德期地震断层仅20km的地方。两个地震相距较近表明，兰德斯地震触发了赫克托矿地震。基于弹性半空间模型，USGS、SCEC和CDMG（2000）的科学家发现兰德斯地震引起赫托矿地震震源处产生了负的库仑应力变化。这一负的应力变化与静态应力触发假说不一致。本文中，我们给出由下地壳的粘弹性流动控制的过程兰德斯地震对赫克托矿地震应力触发的证据。这种粘弹性流动产生了已为GPS和InSAR测量技术观测到的大尺度震后回跳。本项研究的结果是，粘弹性流动明显改变了兰德斯地震后莫哈韦沙漠地区的区域应力场。包括粘弹性流动的演化应力场逐渐使赫克托矿震源处的库仑应力演化到正应力的水平。就在赫克托矿地震前，库仑应力增长超过1bar，使赫克托矿破裂趋近灾难性破裂的边缘。     

云南思茅—中甸地震剖面的地壳结构

云南思茅—中甸宽角反射/折射地震剖面切割松潘—甘孜、扬子和华南三个构造单元的部分区域. 我们利用初至波和壳内反射波走时层析成像获得地壳纵波速度结构. 在获得新的地壳速度结构模型基础上，利用地震散射成像思想和低叠加次数的叠前深度偏移方法重建了研究区的地壳、上地幔反射结构. 综合分析研究区地壳P波速度模型和壳内地震反射剖面发现：沿测线从北至南地壳厚度从约50 km减薄至35 km左右，地壳厚度的减薄量主要体现在下地壳，剖面北段下地壳厚度约为30 km，剖面南段下地壳厚度仅为15 km左右；上地幔顶部局部位置P波速度值偏低，一般为76～78 km/s，反映出云南地区是典型的构造活动区的特点.剖面沿线地壳内地震反射发育，其中莫霍强反射出现在景云桥下方；在景云桥弧形断裂带8～10 km深处出现宽约50 km的强反射带.     

云南思茅—中甸地震剖面的地壳结构

云南思茅—中甸宽角反射/折射地震剖面切割松潘—甘孜、扬子和华南三个构造单元的部分区域. 我们利用初至波和壳内反射波走时层析成像获得地壳纵波速度结构. 在获得新的地壳速度结构模型基础上，利用地震散射成像思想和低叠加次数的叠前深度偏移方法重建了研究区的地壳、上地幔反射结构. 综合分析研究区地壳P波速度模型和壳内地震反射剖面发现：沿测线从北至南地壳厚度从约50 km减薄至35 km左右，地壳厚度的减薄量主要体现在下地壳，剖面北段下地壳厚度约为30 km，剖面南段下地壳厚度仅为15 km左右；上地幔顶部局部位置P波速度值偏低，一般为76～78 km/s，反映出云南地区是典型的构造活动区的特点.剖面沿线地壳内地震反射发育，其中莫霍强反射出现在景云桥下方；在景云桥弧形断裂带8～10 km深处出现宽约50 km的强反射带.     

深地震探测的分辨率分析——以南海北部OBS数据为例

多次深地震探测结果表明南海北部陆缘地壳结构在走向和倾向上都有明显的变化.在一些相隔很近的测线上,探测的深部地壳结构却相差较大,为了分析这些探测结果中差异的原因和地壳结构变化的可靠性,本文以东沙东侧海域测线和东沙西侧海域测线为例,对采集的海底地震仪记录进行了时间、位置校正和初至波走时拾取,利用有限差分地震走时层析成像进行了走时反演,获得所在剖面的地壳速度结构,并分析了模型的横向分辨率,剔除模型中短波长的横向速度变化.分辨率检测结果表明,模型的横向分辨率随着深度快速下降,0～8 km深度范围可以分辨10 km的横向变化,8～17 km的范围能够分辨10～40 km,而17～33 km的范围只能分辨40～80 km.因此,折射波的横向分辨能力不高,在地壳深部难以分辨较小的横向速度变化,前人探测的南海北部6 km宽、延伸至莫霍面的滨外断裂带并不能清晰的识别.     

2000年姚安地震的震源参数

根据近场小孔径观测台网记录的余震序列资料，研究了2000年1月15日云南姚安MS6.4地震序列的地震物理过程. 用地震标定律关系估算主震的地震矩M0=1.58×1018N·m，矩震级MW=6.0，平均位错=0.63m，断层长度L=16.6km，断层宽度W=5.6km. 余震序列的高精度定位结果和能量分布走向，很好地证实了主震的断层破裂走向为N50°W，震区马尾菁断裂为主震发震构造，断层错动性质以右旋走滑为主. 用横波记录资料及波谱分析方法估算出余震的震源参数: 地震矩范围为1010～1016N·m，震源破裂半径a为80～500m，地震应力降范围为0.01～9.5MPa. 较大应力降(Δσ>1.0MPa)沿主断层线性排列，大应力降(Δσ>2.0MPa)与ML≥3.0级地震相关. 余震能量释放和高应力降的地震多发生在6.0～11km的深度范围，说明在这一深度范围内最大程度地集中了地壳中的应力.     

1976年MS7.8唐山地震断层动态破裂及近断层强地面运动特征

采用美国南加州地震委员会（SCEC）Steven Day博士提供的三维有限差分断层瞬态破裂动力学模型（3D-FDM）,以1976年唐山M_S7.8地震为例,从简化的断层双侧破裂模式出发,对该地震发震断层的动态破裂过程及近断层地表运动特征进行了仿真模拟和计算.研究区域为围绕发震断层200 km×140 km×40 km（深度）的长方形块体组成,模拟计算的空间分辨率和时间分辨率分别为200 m和0.012 s,形成的空间网格节点数为1051×701×201.在DELL小型工作站上,我们实现了对源程序的移植和并行计算.同时,通过引进计算机可视化技术,对模拟数据进行了3D/4D解释分析.另外,在对源程序修改过程中,实现了对京津唐地区三维地壳速度结构的嵌入,在一定程度上增强了对地震波传播以及地面运动模拟的真实性,并讨论了地震破裂的方向性对近断层地表运动的影响.最后根据初步研究结果结合京津唐地区活动断层构造特征,对唐山M_S7.8级主震后随之而来的1976滦县M_S7.1级余震及宁河M_S6.9级余震的动态触发机制提出了新的解释.由于受主震破裂方向性作用的影响,使得主震对后续两个较大余震产生的动态应力变化的峰值在断层的走滑方向上较大,为2~3 MPa,在逆冲方向上较小,为0.1~0.2 MPa.即唐山主震的发生使得其周边的应力场有一个瞬态的应力调整,唐山主震对后续余震的发生有促发作用.     

利用背景噪声进行地震成像

利用长时序列背景地震噪声进行地震成像是最近的一项创新成果,它摆脱了传统方法须依赖地震获取地壳上地幔高分辨率信息的限制。新方法被称为背景噪声层析成像（ANT）,主要用于地震面波。随着背景噪声层析成像技术在最新部署的地震台阵（如美国台阵地球透镜项目）资料解释中的应用,更高分辨率的地壳上地幔地震模型已赫然显现。     

丽江M_S7.0地震余震深度揭示出的中地壳脆塑性转化特征

1996年丽江MS7.0地震的余震深度分布明显具有时间依赖性,主震发生后短时间内余震震源深度较深,随着时间的延续,余震震源深度变得越来越浅。余震的这种深度分布受地壳脆塑性转化带深度控制,而脆塑性转化带的深度变化与地震前后断层的应变速率有关。由震后GPS地表变形数据得到的地表变形模型表明,震后地表变形主要来自地壳深部,震后滑动与地壳深部弹性松弛有关。根据鲜水河断层地表的滑动数据和按Marone's(1991)给出的方程确定的震后滑动模型,估计的应变速率显示,主震发生后应变速率较高,随时间延续,应变速率逐渐下降。基于地壳P波速度结构和利用热流数据估计的丽江地区地壳温度,采用含水石英的塑性流变参数,估计了中地壳脆塑性转化带深度随震后应变速率的变化。结果表明,主震震源深度与余震深度分布下限与中地壳脆塑性转化带的深度随时间变化趋势一致。由于断层的震后快速滑动致使断层带深部具有很高的应变速率,高应变速率引起断层脆塑性转化带深度下移,主震之后短时间内发生了较深的余震;随着震后时间的延续,断层逐渐进入蠕变阶段,断层滑动速率逐渐减小,地壳应变速率逐渐降低,断层脆塑性转化带也逐渐恢复到间震期的深度,相应余震深度随之变化。因此,余震分布的深度变化是中地壳流变结构和脆塑性转化带深度变化的直接反映。     

南黄海中部隆起带折射波层析成像

南黄海中部隆起带中、古生界地层具有良好的油气勘探潜力.但是,由于该区处于水深10～100 m的浅水环境,地震记录上多次波十分发育;且上覆新生界低速地层与下伏中、古生界高速地层速度反差可达2～3倍,形成了地震波能量屏蔽界面,下伏地层反射波能量弱,严重影响了地震反射波速度建模质量.而新生界地层与下伏中、古生界地层之间的速度大反差界面在地震记录上产生了稳定的、易于拾取的折射波,因此,我们将改进的散射积分走时层析成像方法结合多偏移距反演策略应用到南黄海中部隆起带折射波速度建模中.结果表明,折射波层析成像可重建2.5～3.0 km深度的高质量速度模型.对比该速度模型与叠加速度转换得到的速度模型逆时偏移成像的结果,发现用折射波速度模型偏移的地震剖面揭示中生界盆地轮廓、内部构造和断层更清晰,地震同相轴连续性强,且古生界陡倾角地层成像质量也显著提高.证明折射波走时层析成像在南黄海中部隆起带速度建模中是有效的,为南黄海浅、中层地震速度建模提供了一种可靠的解决方案.     

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.     

龙门山中南段地壳上地幔三维密度结构

基于高精度布格重力异常资料,以川滇地区P波速度三维层析成像结果为约束建立初始模型,采用预优共轭梯度(Preconditional Conjugate Gradiem,PCG)反演方法得到了龙门山断裂带中南段的地壳上地幔(深度范围0～65km)三维密度结构(网格间距为10km(横向)×10km(纵向)×5km(深度))。密度成像结果表明:龙门山断裂带中南段两侧地壳密度结构存在明显差异,四川盆地有约10km厚的低密度沉积层,松潘-甘孜块体因沉积层较薄,且部分地区有基岩出露,上地壳表现为高密度结构;松潘-甘孜块体中、下地壳有大范围低密度层分布,介质强度明显低于高密度的四川盆地,青藏高原东移物质受到四川盆地阻挡后更易于在低密度的一侧发生挤压形变及隆升,从而形成龙门山逆冲推覆构造带;龙门山断裂带内部在地壳结构上具有明显的分段特征,表现为沿着龙门山断裂带地壳密度变化不连续,以汶川地震和芦山地震震中为界,形成多个高、低密度异常区;同时,结合地震精定位结果分析,汶川地震及其余震多分布于壳内中央断裂带西侧高密度体内,芦山地震及其余震则集中在地壳密度变化梯级带附近并偏向高密度体一侧。四川盆地下地壳密度较高,其前缘随深度增加向青藏高原方向扩展,在上地幔顶部接近龙门山断裂带以西。松潘-甘孜块体中、下地壳虽然有一定规模的低密度体分布,但其连通性差,在平面上多形成局部低密度异常区,是否存在下地壳流仍无法给出明确的证据。     

沂沭断裂带中部地区地震波速及地壳厚度的测定

选取1990～2001年发生在沂沭断裂带中部地区的23次ML2．3～4．0级地震为基础资料，对沂沭断裂带中段及附近地区地震波速进行了研究。结果表明，研究区-↑Vp=5．83km／s，-↑Vs=3．54km／s。同时，根据反射波走时方程，得出该地区反射波速度Vp11=6．21km／s，Vs11=3．65km／s和平均地壳厚度为37km。     

华北克拉通北缘(怀来-苏尼特右旗)地壳结构

2009年,中国地质科学院地质研究所与美国俄克拉荷马大学合作实施了一条长453 km的深地震反射、宽角反射与折射、三分量反射地震联合探测剖面. 剖面南起怀来盆地,向北依次穿过燕山造山带西缘、内蒙地轴、白乃庙弧带、温都尔庙杂岩带,到达索伦缝合带. 其中,宽角反射与折射剖面采用8个0.5~1.5 t炸药震源激发,使用300套Texan单分量数字检波器接收,获得了高质量的地震资料. 通过资料分析和处理,识别出沉积层及结晶基底的折射波（Pg）、来自上地壳底界面的反射波（Pcp）,中地壳底界面的反射波（Plp）,莫霍界面的反射波（Pmp）及上地幔顶部的折射波（Pn）等5个震相. 分别采用Hole有限差分层析成像和Rayinvr算法对华北克拉通北缘及中亚造山带南部进行了上地壳P波速度结构成像和全地壳二维射线追踪反演成像. 结果显示：（1）中亚造山带地壳厚度~40 km,变化平缓,低于全球平均造山带地壳平均厚度,可能为造山后区域伸展的结果. 阴山-燕山带附近莫霍明显加深,推测其为燕山期造山过程形成的山根,但该山根很可能在后期被改造. （2）测线中部地壳上部速度较高,对应地表大面积花岗岩出露,而下地壳速度较低,速度梯度低,呈通道状,推测其可能曾为古亚洲洋向南俯冲消亡的主动陆缘,并在碰撞后演变为伸展环境下岩浆侵入的通道. （3）华北克拉通北缘与中亚造山带显示出不同速度变化特征,前者变化相对缓而后者则变化剧烈,二者的分界出现在赤峰-白云鄂博断裂附近.     

地震波速与吸收系数综合层析成像

阐述了地震波在粘弹性介质传播过程中具有的衰减特性,探讨了地震波吸收层析成像的机理,得知地震吸收CT成像方法,对岩体软弱结构面、裂隙和规模较小的断层破碎带的识别能力,要强于波速成像方法.针对这两种层析技术的优缺点,采取多参数（波速、吸收系数）综合地震层析成像的方法,使波速CT与吸收CT两者能相互印证、互为补充.作者综合利用两种成像方法,把它用于在云南省某水电站坝基岩体质量检测中,取得了较好的效果,达到了提高地震层析成像的分辨率与可靠性的目的.     

汶川Ms8．0地震余震序列重新定位及其地震构造研究

综合利用川西流动地震台阵观测数据和震后应急地震观测台站的震相数据,采用双差地震定位方法对汶川地震的余震序列进行了精确重新定位,并对汶川地震的地震构造进行了深入研究.其结果显示,汶川地震序列从彭灌杂岩南缘开始破裂,主震及其余震破裂带长约350 km,在大部分区域宽约20～30 km,其宽度和空间形态沿破裂带显示了强烈的分段和非均匀特征.坚硬的彭灌杂岩对余震的非均匀性分布和汶川地震复杂的破裂过程起到了重要的控制作用.以松潘-甘孜地块中地壳低速层顶部为底边界,余震主要分布在4～24 km深度范围内的龙门山东缘上地壳高速层内.余震深度分布削面清晰地显示了映秀-北川断裂和灌县江油断裂以及汶川-茂汶断裂在20～22 km深度合并为剪切带的特征.小鱼洞到理县方向存在一条长度超过60 km的垂直于龙门山走向的余震分布条带,综合震源机制解和地震破裂过程的研究结果,我们推测,这是坚硬的彭灌杂岩体底部在长期应力积累作用下发生破裂的反映,并成为汶川地震释放出巨大能量的主要原因.