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。     

阿尼玛卿缝合带东段地壳结构的接收函数研究

沿四川红原至甘肃武威一线布设了20个宽频带地震台站， 在一年的观测时间里共接收到81次远震记录， 利用台站记录的远震P波波形数据和接收函数方法， 获得了沿测线的接收函数剖面、 每个台站下方的S波速度结构. 研究结果表明， 研究区地壳速度结构复杂， 整个地壳的平均S波速度偏低. 在四川阿坝弧形断裂——秦岭地轴北缘断裂之间， 地壳中10~40 km的深度范围内普遍存在低速层， 是阿尼玛卿古特提斯洋从闭合、 斜向碰撞到俯冲板块折返或逆冲岩片抬升等复杂地质过程所形成的构造特征. 沿剖面莫霍面深度约为50 km， 南边略深北边略浅.      

地震背景噪声成像研究综述

地震背景噪声成像方法已成为21世纪地震学的伟大突破之一,其原理是,对2个台站记录的连续背景噪声信号进行互相关计算,得到台站间的格林函数,利用经验格林函数得到面波速度函数,获取面波频散特性,用地震层析成像方法对面波速度进行反演,得到地球内部的速度结构。其应用近年来日益广泛,涉及各向同性和各向异性的速度结构成像、大地震前后速度结构变化监测、体波联合成像、衰减结构成像、地震定位精度提高、噪声源分布和物理起源探究、强地面运动评估等。其优点是不需要等待天然地震或使用对环境构成威胁的人工爆破,所有台阵都可以当作源,拓宽了频带范围,可以获得较多短周期频散数据,提高反演分辨率。     

利用接收函数研究程海断裂带莫霍面深度和地壳内S波速度结构特征

利用程海断裂带附近27个数字地震台站远震波形资料,提取每一个台站的接收函数,计算出各台站莫霍面深度同时利用时间域线性反演方法,获得了各个台站下方的横波速度。结果显示:程海断裂带莫霍面深度从南部42km增至北部的54km,南部和北部莫霍面深度有明显的不同。从程海断裂带下方不同深度S波速度剖面可以看出,宾川及其北东部地区中下地壳存在明显的低速层,此低速层可能与还没有固结的热物质有关。而永胜南部地区,地壳中S波速度垂直变化剧烈,低速异常高速异常交替丛生,这可能是此区地震频发的主要原因。同时,本文对宽频带地震仪和短周期地震仪得到的接收函数进行了初步的对比分析。     

天山地壳上地幔的S波速度结构

2003年4月—2004年9月，中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室横跨天山布设了由60个观测台站组成的流动宽频带地震台阵。其中，沿奎屯-库车横跨天山的观测剖面共有51个台站，剖面长度近500 km。利用接收函数方法（刘启元等，1996，2005），得到了沿该剖面的接收函数和100 km深度范围内的地壳上地幔Ｓ波速度结构。与前人的探测结果相比，本文的结果进一步揭示了横跨中国境内天山造山带地壳结构的横向变化，给出了天山地壳变形和盆山耦合关系的新证据。结果表明     

利用背景噪声研究壳幔结构发展综述

利用背景噪声研究地下结构即对两个台站长时间的地震噪声记录进行互相关计算提取台站间的格林函数,获取面波频散特征,并进一步层析成像或测量面波走时变化.通过该方法可获得壳幔速度结构和对地下介质监测.近些年,该方法在理论上和实践上都有长足进展.首先介绍地震背景噪声应用的发展历史,进而重点论述利用背景噪声对壳幔进行群速度和相速度结构成像、三维剪切波速度结构成像、与其他方法联合成像和对地下介质监测的应用.最后分析了目前背景噪声应用面临的问题,并展望了其发展前景.     

大别造山带壳幔界面的断错结构和壳内低速体

2001年4月~2002年3月, 北起河南兰考附近的崔林(34°40′N, 114°49′E), 南到江西大冶附近的大箕铺(30°20′N, 115°03′E), 横跨大别造山带, 布设了总长度约500 km, 由34台宽频带流动地震仪组成的二维地震台阵观测剖面. 台站采用不等间距布设. 在大别造山带范围内, 台站间距为3~8 km, 其他地区为15~20 km. 利用台阵记录的远震P波波形数据和接收函数方法, 获得了横穿大别造山带的接收函数剖面和各台站下方100 km深度范围内地壳上地幔的Ｓ波速度结构. 研究结果表明: 大别造山带地壳在垂直山体走向的方向上具有明显的非对称分块结构; 地壳最大厚度为42 km; 壳幔界面具有与地壳分块结构相应的断错结构, 最大断距达到8 km; 在造山带核部, 存在壳内横波低速体; 壳内低速体分为两部分, 分别对应南大别和北大别; 在垂向上两者可能曾有差异运动; 其下方地壳速度具有随深度增加的梯度结构, 上地幔顶部直到70 km深度范围内速度异常偏低, 而其下方70~100 km的深度上有高速异常体.     

汶川地震破裂带地壳速度结构研究

利用分布在汶川地震破裂带上三个固定台站两年的远震接收函数,结合该区域已有面波频散结果,首先确定了各台站下方不同方位地壳的厚度、波速比和纵波平均速度,进而构建初始模型,对各台站下方不同方位地壳速度结构进行了线性反演.结果表明:位于汶川地震破裂带两端单台下方地壳结构的横向非均匀性较强,各方位接收函数差异较大,而破裂带中部台...     

利用接收函数计算地壳各向异性的可靠性分析及倾斜界面的影响*

使用接收函数研究壳幔速度间断面和速度结构已是常用的技术,但介质各向异性或倾斜的莫霍(Moho)界面,都会造成接收函数波形的复杂性。本文利用远震P波接收函数计算台站下方的地壳各向异性,通过信噪比测试和谐波分析两种方法来验证各向异性结果的可靠性。通过甘肃地震台网的两个台站记录,讨论各向异性和倾斜界面对接收函数的影响,结果显示,台站BYT(白银)下方具有各向异性,而台站WYT(渭源)下方由于可能存在倾斜界面,得到的各向异性结果则有待进一步分析。为了更好地认识倾斜界面对各向异性计算结果的影响,采用合成理论地震图,计算接收函数,然后利用合成接收函数进行各向异性分析。结果表明,计算得到的快波方向不会受到倾斜界面的影响,但是时间延迟会受到影响。     

中国大陆背景噪声成像研究及应用前景

对长时间序列的背景地震噪声进行互相关计算可以得到台站间的经验格林函数,这种方法不依赖天然地震及人工震源,仅利用台站记录的背景噪声就能得到地下结构,该方法可以更为便捷地获得地震活动性较低地区的地下构造.随着背景噪声层析成像技术的发展应用,该方法会进一步提高地壳上地幔速度模型的分辨率.本文综述了背景噪声成像技术及其在中国大...     

唐海—商都地震台阵剖面下方岩石圈结构

2006年10月到2009年9月,中国地震局地球物理研究所在华北地区布设了250个流动地震台站,本文选取其中一条从唐海经过唐山、三河、北京、张家口到商都的宽频带地震台阵剖面作为研究对象.利用该剖面49个宽频带台站记录的191个远震数据进行了S波接收函数的计算,通过共转换点叠加成像对剖面下方的岩石圈结构进行研究,获得了剖面下方的岩石圈精细结构.Moho界面和岩石圈-软流圈界面清晰可见,剖面下方地壳厚度从西到东逐渐减薄,从42 km逐渐减薄至30 km左右,西部陆块岩石圈厚度从100 km逐渐减薄至70 km,中部和东部陆块岩石圈厚度变化相对平稳,介于60~80 km,表明剖面下方岩石圈遭受了大规模的明显减薄.结合其他地球物理方法研究结果,我们认为剖面下方华北克拉通东部陆块岩石圈减薄主要是由于热侵蚀作用引起的.     

利用τ-p波场反演法确定东沙群岛的地壳速度模型

本文利用τ-p波场反演法直接对OBS原始数据进行转换,得到一维速度深度函数.该方法包含倾斜迭加和向下延拓两个线性转换:倾斜迭加将原始数据由时间-偏移距域(t-x)转换为时间截距-慢度域(τ-p);向下延拓将时间截距-慢度域(τ-p)波场转换为深度-慢度域(z-p)波场.然后根据五个OBS台站得到的一维速度深度函数,合成东沙群岛地壳的二维速度结构模型.为了检验该速度结构模型,我们用拾取走时和利用模型计算的理论走时进行拟合,得到了满意的结果,从而为下一步进行层析成像提供了可靠的初始速度结构模型.     

利用τ\|p波场反演法确定东沙群岛的地壳速度模型

本文利用τ\|p波场反演法直接对OBS原始数据进行转换,得到一维速度深度函数.该方法包含倾斜迭加和向下延拓两个线性转换:倾斜迭加将原始数据由时间\|偏移距域(t-x)转换为时间截距\|慢度域(τ\|p);向下延拓将时间截距\|慢度域(τ\|p)波场转换为深度\|慢度域(z\|p)波场. 然后根据五个OBS台站得到的一维速度深度函数,合成东沙群岛地壳的二维速度结构模型.为了检验该速度结构模型,我们用拾取走时和利用模型计算的理论走时进行拟合,得到了满意的结果,从而为下一步进行层析成像提供了可靠的初始速度结构模型.     

用远震接收函数反演福建地区宽频带台站下方莫霍界面深度

收集福建省“九五”数字地震遥测台网中8个宽频带台站的远震波形资料,应用接收函数的研究方法计算各个台站下方的接收函数。采用非线性的反演方法获得这些台站下方的S波速度结构．确定这些台站下方莫霍界面深度的分布情况。分析得到的反演结果,福建地区莫霍面的起伏不大．平均的地壳厚度约为32km。在0～2km之间均存在一层低速层,这与地表覆盖着一层松散的沉积层是相对应的。内陆地区台站附近莫霍界面深度较沿海地区略高,沿海台站的莫霍界面深度北部略高于南部。     

接收函数反演地壳S波速度结构的有效约束方法

本文通过对径向接收函数和垂直向接收函数进行低通滤波,获取了S波视速度随低通滤波参数的变化曲线,然后利用经验关系将它转换成了台站下方的S波速度结构,并以此作为接收函数反演的初始模型.理论数值实验表明:由于初始模型的S波速度值提供了有效的约束,即使Moho面深度并不准确,但反演迭代过程还是快速地向真解逼近.另外,通过给观测波形加入10%的噪声,在保持S波速度不变的情况下,分别对波速比进行5%的正负扰动(即泊松比分别扰动为0.23和0.27),反演结果仍然快速向真解收敛.对保山台记录的远震接收函数反演结果表明:用本文方法反演所得结果与测深结果较为一致.这充分说明只要S波速度值(而非泊松比)能够提供有效的约束,接收函数的反演过程对P波速度的选取并不敏感.     

广东地区近震M_L震级量规函数

收集了广东地震台网记录的地震资料,根据Richter提出的原始M_L震级定义,分别采用了频率域和时间域2种仿真技术将宽频带速度波形仿真为伍德-安德森地震仪波形,在仿真后的波形上自动量取地震水平向最大振幅,研究获得了广东地区近震M_L震级的量规函数。通过对各台站计算的M_L震级残差的统计分析,获得了广东地震台网44个台站的台站校正。对台站校正的Z检验结果表明,44个台站中有38个台站的台站校正明显不为0。新量规函数以及台站校正的应用,有效提高了广东地震台网测定M_L震级的精度,使M_L震级测定的离散程度降低约30%。     

利用多种地震数据联合反演剪切波速度结构的可靠性检测

本文模拟使用青藏高原东南缘区域台网及国家台网的170个宽频台站基于背景噪声、天然地震面波、P波接收函数反演时的实际数据,对青藏高原东南缘假定的初始模型进行恢复,通过计算初始模型台站下方纯路径频散、提取各台站对间的瑞雷波频散曲线、计算理论接收函数以及反演剪切波速度结构来测试使用不同单项数据与联合使用多种数据反演对初始模型的恢复程度。结果表明,同时使用接收函数、基于噪声经验格林函数的群速度、相速度频散以及基于天然地震面波的相速度频散联合反演的剪切波速度结构,充分利用了几种数据的分辨率优势,清晰地分辨出中下地壳及上地幔顶部的低速层。此外,本文也分析了实际数据处理中出现的计算误差、随机噪声干扰对计算结果稳定性的影响。结果显示:对于面波频散,加入1%的误差后,联合反演的结果仍可很好地反映低速层的形态,但是当误差提升至5%后,对最终结果则产生了一定程度的影响;而在接收函数中加入4%的随机噪声时,虽然地幔低速层的上界面和下界面会略微受到随机噪声的影响,但是低速层的深度范围和速度值均得到了较好的恢复。     

利用共转换点叠加方法研究华北地区地壳结构

利用华北地震台阵L测线的35个台站记录的895个远震数据进行了接收函数的计算,并利用H-κ叠加方法得到华北克拉通西部陆块东侧和中部陆块内基岩台站下方的地壳结构.利用得到的基岩台站下方的地壳结构和通过波形模拟方法得到的渤海湾盆地的沉积层结构作为背景模型对测线进行共转换点(CCP)叠加成像.在渤海湾盆地,通过增大CCP叠加...     

中国数字地震台网的接收函数及其非线性反演

利用中国数字台网（CDSN）记录的85个远震事件的宽频带P波波形数据和分离接收函数的最大或然性反褶方法,获得了CDSN台网10个台站不同方位的岩石层接收函数.利用这些台站不同方位的平均接收函数和非线性接收函数反演方法,获得了上述各台站下方100km深度范围内的岩石层S波速度结构.结果表明CDSN台网各台站下方的地壳厚度和岩石层速度结构存在明显的差别.其中,拉萨台下方的地壳厚度为66kin,壳幔界面较模糊,而余山台下方的地壳厚度为34km,壳慢界面两侧速度反差明显.刮用本文方法估计的地壳厚度与已有的结果基本一致,由于CDSN台网覆盖了中国大陆的各主要构造单元,本文的结果为研究中国大陆的岩石层S波速度结构及其横向变化提供了新的证据.     

利用近震高频接收函数研究四川理县西山村滑坡体结构

远震接收函数已广泛用于反演台站下方的结构,然而由于地球的非弹性衰减作用,远震数据较难获得高频接收函数,对浅地表结构约束不足.为了克服这一问题,我们使用近震数据的高频接收函数来研究浅表速度结构,并应用于四川理县西山村滑坡体上3个宽频带地震仪记录到的近震事件.本文发展了接收函数V_P-k(V_P/V_S)叠加方法,结合接收函数H-k叠加和波形反演方法获得了台站下方滑坡体的厚度、S波速度和平均V_P/V_S比,并与钻孔得到的滑坡体厚度进行对比.结果表明,滑坡体具有小尺度的横向不均匀性,台站下方滑坡体的平均V_P/V_S比在2.4~3.1之间变化并且在底层存在78~143m·s~(-1)左右的S波低速层.本文观测到的高V_P/V_S比和底层低的S波速度结构,与电磁法获得的滑坡体底层低的电阻率和底部富水特征一致,表明滑坡体h1底界面的抗剪强度相对较弱,是潜在的滑坡危险区域.本文研究结果表明,利用近震接收函数能有效约束浅表的速度结构,进而能为滑坡灾害治理提供一定的地震学参考.