晋冀蒙交界地区三维P波速度结构研究

正晋冀蒙交界地区盆岭相间,地质构造复杂,地震活动活跃,一直是地震和地质学家们重点研究区域。近年来,许多地震学家和地球物理学家研究包含晋冀蒙交界地区的华北地区的三维速度结构,但由于晋冀蒙交界地区山区较多,台站较少,导致该区反演精度普遍不高(最高为0.5°),且缺乏对典型盆地速度结构的分析。     

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.     

门源地区地壳三维体波速度结构及地震重定位研究

本文使用甘肃、青海数字地震台网及中国地震科学探测台阵记录到的门源地区地震的P波和S波到时资料,应用双差层析成像方法联合反演了该地区的地壳三维速度结构和震源位置参数.结合地质构造背景,研究了门源M_S6.4地震孕育发生的深部介质环境及该地区速度结构与地震活动性之间的关系.结果表明：反演之后地震的走时残差均方根显著降低,重定位后的地震在垂直方向上呈现出与断层位置有关的条带状分布.门源地区地壳速度结构存在明显的不均匀性,浅层P波和S波速度结构与地表地质构造及地形特征密切相关.研究区内地震活动性与地壳速度结构具有很强的对应关系,地震主要分布在高速异常区域及其边缘.门源M_S6.4地震震中附近的P波和S波速度结构表现出明显的高速异常,且在震源区下方存在P波低速层,这种特殊的构造条件可能是导致此次地震发生的重要原因.     

重庆浅层S波速度结构研究

基于重庆台网及邻区固定台站自2011年1月至2018年10月观测到的远震波形记录,利用接收函数直达P波振幅约束浅层结构的方法计算了重庆及周边地区台站下方浅层S波速度结构,结果表明:重庆浅层S波速度结构与盆山构造明显相关,盆地内表现为低速异常,与沉积层特征相对应,大巴山、大娄山区域则表现为相对高速的特征;华蓥山断裂S波速度高于断裂两侧的沉积层速度,表现出四川盆地沉积层中间薄两边厚的特点;华蓥山以东的川东地区多为套滑脱层构造,其浅层S波速度表现为低速异常。最后讨论了2010年以来重庆5次显著地震的孕震环境:川东滑脱构造地区的垫江M_S4.4地震和石柱M_S4.5地震与该区明显的低速异常有关;荣昌M_S4.7和M_S4.8地震的震源区无明显的高低速特征,可能与注水相关;武隆M_S5.0地震发生在高低速交界部位的有利于积累应变的高速体一侧。      

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.     

2016年6月23日河北尚义4.0级地震发震背景

2016年6月23日河北尚义发生4.0级地震,是晋冀蒙地震危险区的1次显著地震活动,在地震序列、震源机制及区域地质构造基础上,从应力状态和速度结构深入分析此次发震背景。分析认为,此次尚义4.0级地震发生在晋冀蒙交界地区低活动背景下,震前该区存在地壳应力张量方差较低,视应力偏高的现象,地下介质中存在速度变化较大的高低速过渡带,这表明该区应力水平较高,应变能易于积累,存在发生中强震的可能。此次地震的震中位置与震前出现的应力张量方差低值区、视应力高值区、交叉空区及地下介质中的高低速过渡带有较好对应,对晋冀蒙交界地区未来中强震发震背景具有一定指示意义。     

首都圈地区地壳P波和S波三维速度结构及其与大地震的关系

选用华北地震遥测台网和首都圈数字化地震遥测台网1993～2005年记录的2866个地震事件中的33487条P波和31822条S波的到时资料，计算得到了水平分辨率25km到50km之间的首都圈地区（385°N～41°N， 114°E～120°E）地壳三维P波和S波速度结构，并进一步获得泊松比分布.研究表明，首都圈地区P波和S波速度分布表现出强烈的横向不均匀性，浅层速度分布同地表地质结构分布相一致.分析得出震区强震多发生在低速体与高速体之间、低泊松比地区，且震源下部存在低速、高泊松比异常体.经过与其他地区研究结果相比较，对地震触发与流体的关系进行了探讨.流体在地震孕育及触发的过程中可能起着重要作用.     

利用密集台阵近震层析成像研究云南宾川上地壳速度结构

滇西北宾川盆地是发育于红河断裂和程海断裂交汇处的晚新生代张扭断陷盆地,该区活动断裂发育且历史地震比较活跃.对宾川盆地及邻区进行高精度浅层和上地壳精细结构研究,有助于深入认识该区主要发震构造的深浅部特征.基于2017年在宾川盆地及其附近开展的为期2个月的密集台阵观测数据,我们对该区96个小震共拾取了117221条初至P波和5475条初至S波震相,并利用simul2000开展了地震重定位和体波层析成像研究.结果表明:(1)小震活动主要集中在宾川盆地东缘断裂的弧形转折部位,并在洱海南侧呈现沿北东向断裂的条带状分布现象,反映了区域上近南北向至北东向断裂是主要控震构造,其次是北西向断裂带.(2)0 km的速度分布与区域地形有很好的对应关系.山地呈现高速异常,宾川盆地呈现低速异常.从3 km至9 km,高低速分界与断层有很好的对应,并且越往深部,近南北向至北北东向的宾川盆地东缘断裂在上地壳构造的控制作用越明显.(3)上地壳层析成像结果同时揭示了宾川盆地东缘断裂的三维形态变化在空间上呈现出南北部倾角大、中部倾角缓的变化特征,可能与区域地块的旋转变形过程有关.(4)综合高精度浅层速度结构和地震重定位结果可知,区域上的近南北向至北北东向断裂正逐步取代北西向构造,成为主要的区域分界断裂和控震构造.新的研究结果为深入理解该区的主要控震构造及其深部结构特征提供了重要依据.     

四川威远及邻区中小地震活动特征及地壳精细结构研究

利用2019年以来在四川荣县—威远布设的密集地震台站,以及部分固定台站记录到的近震资料,采用双差层析成像方法获得了高分辨率的浅层地壳三维速度结构和震源位置.重定位结果显示,研究区内中小地震多数呈南北向条带状分布,与已知地表断层的分布无明显关联.地震震源深度主要集中在2～5 km深度之间.研究区中小地震活动与速度结构变化具有相关性,在5 km以浅,地震多分布在S波高速异常区;在7～10 km深度范围,地震多发生在P波和S波的高、低速异常转换带.综合重定位和速度剖面结果,推测研究区内沉积层厚度约4～6 km,而一些中强地震多发生在结晶基底顶部.在研究区深部,黄桷坡断层以北地震区比荣县地震区具有更高的P波速度,在相似的应力状态下,力学性质更强的黄桷坡断层以北地区更难以破裂,可能是该地区更晚发生地震的缘由.     

伽师强震群区上地壳三维速度层析成像——人工爆破和天然地震的联合反演

伽师震区位于天山褶皱、帕米尔构造弧与塔里木块体三个构造单元的交接地带，近年来该区发生了一系列的强震活动.为进一步获得该震区详细的地壳速度结构，本文利用人工爆破和天然地震资料联合反演的方法，对1997年新疆伽师震区布设的三维人工地震透射台阵和流动地震台网的资料进行处理，重建了台阵下方上地壳三维速度扰动图像，并结合地震活动分布，对伽师强震群的地震成因作出进一步分析.结果表明研究区上地壳速度结构在纵向和横向上具有明显的非均匀性，随着深度的逐渐加深，震区下方以萨如锡为中心的低速异常体逐步被高速异常体所替代.自12 km深度开始，在与强震群震中相应的位置上，明显出现沿北北西向的高P波速度异常体，在其周围为相对低速分布，呈现出低速条带环绕高速条带的分布格局，V_P/V_S在相同的位置上也表现为高值分布.这种结构上的差异可能与伽师强震群发生有密切关系.16 km深度的P波速度层析图表明，伽师强震群发生在地壳相对高速扰动区内或是高速扰动向低速扰动过渡的边缘，壳内高速体的存在为强震的孕育和发生提供了重要基础.     

四川芦山MS7.0地震震源区及其周边区域P波三维速度结构研究

利用四川数字地震台网和流动地震台站在芦山M_S7.0地震震后(2013年4月20日—6月23日)记录到的2026次区域地震事件的28188条P波到时资料,采用地震层析成像方法反演得到了芦山地震震源区及其周边区域中上地壳P波三维速度结构. 结果表明,浅部地壳的P波速度异常分布特征与地表地质构造、 地形和岩性密切相关,即成都断陷盆地表现出与第四纪沉积有关的低速异常区;犍为、 乐山一带的川中微升区和川青块体龙门山以西的邻近地带均表现为与构造抬升有关的高速异常;宝兴、 康定附近分布的基性火山岩及火山碎屑岩均呈局部高速异常分布. 芦山地震震源位于高低速异常分界线附近且偏向高速体一侧,其下方存在明显的低速异常分布,可能与流体的存在有关. 流体的作用导致中上地壳内部发震层的弱化,使孕震断层易于破裂,可能对芦山地震起到了触发作用. 芦山地震与汶川地震两次地震的余震密集区相距50 km,这50 km地震空区震源体的深度范围附近目前正处于高速异常区内,加之龙门山断裂带西南段又具有比较典型的断错地貌发育,使得该段地震空区(大邑—邛崃活动断裂破裂空段)现在所处的深浅部构造环境变得复杂,其潜在的地震危险性仍值得进一步关注.      

唐山及邻区双差层析成像研究

收集唐山及邻区2010—2018年76个固定地震台站的震相数据,采用双差层析成像的方法,联合反演了唐山及其邻区中上地壳的震源位置和P波三维速度结构。结果表明:在浅层研究区P波速度的变化特征与地表地质构造和活动断裂的展布具有较好的一致性。唐山断裂两侧速度差异明显,其附近P波速度结构横向不均性显著;中地壳存在明显的低速异常,推测可能与幔源物质侵入有关。重新定位后震中位置更加集中,M_L3.0以上地震主要位于P波高、低速变化较强烈的区域。     

球坐标解析定位技术在龙门山近震层析中的应用

通过对球坐标梯度速度模型的角距离和走时公式的推导,获取了射线参数驱动的可解析计算的全球多震相时距及其对于模型,震中和地表速度的导数表达式.与TAUP软件进行对比发现除了散射震相外,所有震相的时距曲线误差均可忽略,该方法考虑了高程,在性能和应用方面也可以完全取代TAUP相应的模块.在此基础上升级了耦合一维模型的定位系统,并应用到龙门山地区的近震重新定位,通过对远震的局部化处理,增加了近震层析的射线覆盖范围和密度,使下地壳速度模型在中上地壳模型的约束下有所呈现.通过近震层析处理发现松潘地区浅部存在大量的高低速相间分布,四川盆地深部为扬子板块高速物质控制,浅部则以低速为主.龙门山断裂带浅部呈现高速为主的特征,而中地壳广泛存在低速物质的分布,龙门山断裂控制的彭灌杂岩体存在根部,收束在20 km深度中地壳滑脱带上.     

玉树地震震源区速度结构与余震分布的关系

利用玉树震区21个应急流动地震台站和青海省地震台网固定地震台站的观测数据,采用双差层析成像方法,对2010年4月14日至6月15期间发生的地震进行了重定位,并反演得到了玉树地震震源区的三维速度结构.重定位结果揭示余震主要沿NW向成窄带状分布在断层的两侧,表明脆性破裂应力释放主要集中于一个狭窄的区域内.在西北端,余震偏离玉树—甘孜断裂分布,在SW向也有分布,推测可能与南西向次级断裂有关.双差层析成像得到的速度结构在浅部与地表地质构造相一致,中上地壳的速度结构显示巴颜喀拉地块为高速异常,羌塘地块为低速异常.玉树地震余震分布与特定的速度结构存在相关性：主震发生在高低速过渡带偏高速体的一侧,余震主要分布在高速体外围,高速体内部几乎没有余震分布.一般说来,中上地壳的高速体通常具有较高的强度,可以积累较强的孕震能量.主震发生后,高速体内积累的弹性能量向周边释放,可能是导致高速体周边余震发生的主要原因.     

全球地震柱的地震层析成像证据

依据地震地热说原理,搜集国内外地震层析成像研究的成果．揭示了地震柱的物理属性。得出全球24个地震柱中已有资料的20个地震柱的深部地幔圆锥体均具有P波高速异常体特征,相反,只有火山和浅源地震活动而无中、深源地震活动的地区,比如冰岛和夏威夷,其地幔深部则为P波低速异常体。为解释这个重要的物理现象和构造现象,引入空化理论解释并提出了3个假设。地震柱概念是地震地热说赖以生存的物质基础和构造基础,是与当今流行的地质学派板块构造、地质力学和地幔柱理论的最大区别。深入解读地震柱的物理属性及其构造学意义．或许能为构造地质学和地球动力学带来革命性的大讨论。     

南北地震带南段远震P波走时层析成像研究

南北地震带南段位于青藏高原东南缘,是青藏高原与扬子克拉通的过渡地带.本文收集了该区域内90个固定台站和356个流动台站的远震波形数据,采用波形互相关方法拾取了88691个P波走时残差数据,应用FMTT(Fast Marching Teleseismic Tomography)层析成像方法获取了南北地震带南段深部的三维P波速度结构.结果显示了研究区深部的结构具有显著的不均匀性:腾冲火山地区深部400km以浅的深度内分布着明显的低速异常;四川盆地西南部下方300km内具有较强的高速异常;在上地幔顶部,沿川滇菱形块体周边的大型断裂带及川滇菱形块体南端分布着显著的低速异常,这些低速异常为青藏高原物质向东南方向挤出提供了必要的通道;保山地块下方存在一东倾的高速异常带,该高速异常带为印度板块岩石圈向东俯冲的体现.     

利用地震折射和反射波资料研究银川盆地浅部结构和隐伏断裂

银川盆地是华北克拉通西部构造活动较为强烈的一个新生代断陷盆地.为了研究银川盆地的地壳浅部结构和活动断裂特征,我们利用2014年在银川盆地完成的深地震反射剖面数据,采用初至波层析成像方法得到了银川盆地高精度的基底P波速度结构和构造形态;考虑到仅根据速度结构剖面还难以确定断裂的准确位置、断层上断点埋深、断层的近地表构造组合样式等特征,研究中还采用浅层地震反射波勘探方法对银川盆地内的隐伏断裂和1739年平罗8.0级地震的地表破裂带浅部结构进行了高分辨率成像.研究结果表明:银川盆地与两侧地块的浅层P波速度结构和沉积盖层厚度差异较大,银川盆地总体呈现出明显的低速结构特征,盆地基底面起伏变化较大,基底最深处位于芦花台断裂和银川断裂之间的银川市下方,其深度约为7000~7200 m;贺兰山隆起区显示为明显的高速特征,地表出露中-古生代基岩地层,缺失新生代地层;鄂尔多斯地块西缘的浅层P波速度明显高于银川盆地,基底埋深相对较浅,推测其新生界地层厚度小于2500 m.浅层地震反射剖面揭示的地层反射界面形态和断裂的浅部构造特征非常清楚,黄河断裂、贺兰山东麓断裂、银川断裂和芦花台断裂不仅是错断盆地基底的断裂,而且还是第四纪以来的隐伏活动断裂,这些断裂的交替活动形成了"堑中堑"的盆地结构,并对银川盆地的形成、盆地内的新生代地层厚度和第四纪沉降中心具有重要的控制作用;在近地表这些断裂表现为由2~3条断层组成的"Y字形"断裂构造,且主断裂的最新活动可追踪至晚更新世末期或全新世,是构造继承性活动的结果.本文的研究结果不仅可为进一步分析银川盆地的基底结构、隐伏断裂特征和活动构造研究等提供新的地震学证据,而且还可为该区城市规划中避让活动断层提供科学依据.     

P-wave velocity structure beneath reservoirs and surrounding areas in the lower Jinsha River

The lower reaches of the Jinsha River are rich in hydropower resources because of the high mountains, deep valleys, and swift currents in this area. This region also features complex tectonic structures and frequent earthquakes. After the impoundment of the reservoirs, seismic activity increased significantly. Therefore, it is necessary to study the P-wave velocity structure and earthquake locations in the lower reaches of the Jinsha River and surrounds, thus providing seismological support for subsequent earthquake prevention and disaster reduction work in reservoir areas. In this study, we selected the data of 7,670 seismic events recorded by the seismic networks in Sichuan, Yunnan, and Chongqing and the temporary seismic arrays deployed nearby. We then applied the double-difference tomography method to this data, to obtain the P-wave velocity structure and earthquake locations in the lower reaches of the Jinsha River and surrounds. The results showed that the Jinsha River basin has a complex lateral P-wave velocity structure. Seismic events are mainly distributed in the transition zones between high- and low-velocity anomalies, and seismic events are particularly intense in the Xiluodu and Baihetan reservoir areas. Vertical cross-sections through the Xiangjiaba and Xiluodu reservoir areas revealed an apparent high-velocity anomaly at approximately 6 km depth; this high-velocity anomaly plays a role in stress accumulation, with few earthquakes distributed inside the high-velocity body. After the impoundment of the Baihetan reservoir, the number of earthquakes in the reservoir area increased significantly. The seismic events in the reservoir area north of 27° N were related to the enhanced activity of nearby faults after impoundment; the earthquakes in the reservoir area south of 27° N were probably induced by additional loads (or regional stress changes), and the multiple microseismic events may have been caused by rock rupture near the main faults under high pore pressure.     

腾冲地区地壳速度结构的有限差分成像

利用流动台网和固定台站的地震观测数据,采用有限差分层析成像方法反演了腾冲及邻近地区的地壳P波速度结构,分析了腾冲火山区的岩浆活动和龙陵七级地震的深部构造成因.研究结果表明,腾冲火山区的地壳结构具有明显的非均匀性,浅表层偏低的速度主要为盆地内部的松散沉积层、新生代火山堆积及断裂附近的流体裂隙和热泉活动所致;5～15 km之间的高速体可能代表了早期火山通道内冷却固结的岩浆侵入体或难挥发的超铁镁质残留体;地壳深部的低速体则反映了熔融或半熔融的岩浆体,推断火山区下方的岩浆活动与龙陵七级地震震源区地壳深部的岩浆侵入来自同一源区--现今壳内岩浆活动的主要区域.龙陵震源区的地壳速度结构横向变化较大,怒江断裂东侧和龙陵断裂西侧为高速特征,介质应变强度较大,为应力积累的主要载体;两断裂之间的低速区向下延伸至下地壳,可能与地壳深部的岩浆侵入有关;龙陵断裂和怒江断裂明显控制了这一区域的岩浆活动,七级地震正是发生在断裂下方的速度边界附近.地壳介质强度的横向变化导致了震源区应力积累的不均一性,深部岩浆的聚集和动力作用是龙陵地区发生强震的主要原因.