太平洋中各向异性衰减的研究

各向异性衰减由位错、晶体及散射体的优化取向而产生.因为地震能散失是距离的指数函数,而走时是距离的线性函数,所以衰减的各向异性实际上与速度的各向异性同样重要.在一个各向关于异性衰减的测试中,我们分析了日本北海道附近10个地震的大洋S波,即S_0.这些大洋S波是通过在西北太平洋OSSⅣ井内的HIG井下地震仪记录下来的,并由仪器自然地转换成运动的sv和sH分童.从中发现了一些速度极化各向异性的证据.观测到的sv/sH振幅比在1 /2-z之间变化,它限定了运动的正交分圣之间因傲射而可能有的贡献. sv局部散射为Sll以及相反过程的效应使测t受到干扰,这种效应能够从观察P波的横向能t策判断.在信嗓比较好的3=20Hz颇带内,So震相能传播大约900-6000个波长的距离.对每个地友都做了SV对SH的翔谱比.通过倾谱归一化,消除了源的频率、传播以及接收导的影响.然后对归一化的频谱比进行益加.最后得到的益加数据墓本上是平清,在几何平均值15%内交化,与频率无关.这个结果与SV极化剪切波的..e值和SH极化剪切波的叼值相差在5线以内的现象是一致的.     

P波S波VSP方法在Geysers地区断裂勘探中的应用

在垂直地震剖面(VSP)的实验研究中,使用了P波和横向震动的S波震源,研究应用剪切波各向异性的测定结果来确定岩体的断裂特征的潜在可能。对井中每一个观测深度上的观测已发现在Geysers地热田盖层中SH波的SV波之间的速度变化大约为11%,这两种波由旋转S波震源到两个相互正交的偏振方向上而得到。这种结果通常与对已知的断裂几何形状所期望的等效的各向异性相一致。     

含黏滞流体各向异性孔隙介质中弹性波的频散和衰减

基于Biot理论,考虑液相的黏弹性变形和固液相接触面上的相对扭转,提出了含黏滞流体VTI孔隙介质模型.从理论上推导出,在该模型中除存在快P波、慢P波、SV波、SH波以外,还将存在两种新横波－慢SV波和慢SH波.数值模拟分析了6种弹性波的相速度、衰减、液固相振幅比随孔隙度、频率的变化规律以及快P波、快SV波的衰减随流体性质、渗透率、入射角的变化规律.结果表明慢SV波和慢SH波主要在液相中传播,高频高孔隙度时,速度较高;大角度入射时,快P波衰减表现出明显的各向异性,而快SV波的衰减则基本不变;储层纵向和横向渗透率存在差异时,快SV波衰减大的方向渗透率高.     

基于分数阶时间导数的黏弹性衰减VTI介质中平面波传播

目前在地震勘探频带范围内通常假设品质因子Q与频率无关,且呈衰减各向同性.事实上,相比较速度各向异性,介质的衰减各向异性同样不可忽视.本文将衰减各向异性和速度各向异性二者与常Q模型相结合,建立了黏弹性衰减VTI介质模型,并基于分数阶时间导数理论,给出了对应的本构关系和波动方程.利用均匀平面波分析和Poynting定理,推导出准压缩波qP、准剪切波qSV和纯剪切波SH的复速度、相速度、能量速度以及品质因子的解析表达式.对模型的正确性进行了数值验证,并分析了qP,qSV和SH波在介质中的传播特性.数值试验结果表明:本模型能够实现理想的恒定Q行为,表现了品质因子和速度的各向异性特征,显示出黏弹性增强将导致能量速度和相速度的频散曲线变化剧烈;速度和衰减各向异性参数与传播角度之间的耦合效应对qP,qSV和SH波的速度和能量影响明显;qP,qSV和SH波的频散曲线和波前面随着衰减各向异性强度的改变发生显著变化,其中耦合在一起的qP和qSV波变化趋势相同,而SH波与它们呈现相反的变化规律.本研究为从常Q模型角度分析地震波在衰减各向异性黏弹性介质中的传播特征奠定了理论基础.     

中国大陆及邻区海域地壳上地幔各向异性研究

利用分别由Love波和Rayleigh波得到的S波速度结构的差值（VSH-VSV）对中国大陆及邻区海域（70°E～145°E，15°N～55°N）地壳上地幔中的偏振各向异性进行研究.初步研究结果表明，各向异性在空间分布上存在不均匀性：（1）在小于150 km的深度范围内，VSH>VSV的各向异性体占主导地位，反映出在地球的浅部岩石圈内的水平应力作用及软流圈顶部物质的水平向流动对各向异性的形成起主导作用.在大陆地区，各向异性的强度随深度有显著变化.上地壳和上地幔盖层中的各向异性普遍较弱，而在流变性较强的下地壳和软流圈存在较大范围的各向异性.这一现象说明下地壳在岩石圈变形中可能有解耦作用.（2）在大于200 km深度的软流圈下部主要表现为VSH<VSV的各向异性，说明地幔物质垂直运动相对占优势地位.（3）在中国大陆东部可以看出一个大致趋势：在构造比较稳定的地区，岩石圈中VSH>VSV的各向异性比较显著，而软流圈中VSH<VSV的各向异性较弱；在构造活动比较强烈的地区，软流圈中VSH<VSV的各向异性占主导地位.（4）印度板块低角度向青藏高原下俯冲影响了中国大陆西部地区各向异性的特征.印度板块向北运动水平挤压中国西部大陆，使得物质定向重结晶，从而在岩石圈下部产生显著的VSH>VSV各向异性.     

斐济—汤加地幔过渡带的地震波各向异性

论述了一个不常见的、明显的过渡带(TZ)各向异性的实例,证据来自于许多比垂直偏振剪切波(SV)早到3s的水平偏振剪切波(SH)。各向异性区与远离活动俯冲带及已知的纵、横波速度横向非均匀体边界的深震相关。我们把这一各向异性区解释为与岩石层残骸中的巨大岩石异常体有关的强组构,这个巨大的岩石异常体悬浮并滞留于过渡带中。冷板块的快速俯冲非常适合于这种组构的形成,因此板块穿透到下地幔并不能普遍发生。     

斐济一汤加地幔过渡带的地震波各向异性

论述了一个不常见的、明显的过渡带(TZ)各向异性的实例，证据来自于许多比垂直偏振剪切波(SV)早到3S的水平偏振剪切波(SH)。各向异性区与远离活动俯冲带及已知的纵、横波速度横向非均匀体边界的深震相关。我们把这一各向异性区解释为与岩石层残骸中的巨大岩石异常体有关的强组构，这个巨大的岩石异常体悬浮并滞留于过渡带中。冷板块的快速俯冲非常适合于这种组构的形成，因此板块穿透到下地幔并不能普遍发生。     

Z—D横向各向同性介质中的地震波

在本文中,我们比较详尽地研究了二维横向各向同性介质中地震波势位解,发现:在二维条件下,似P波、似SV波与似SH波解耦。通过对质点振动的研究发现:似P波振动方向一般与波动传播方向不一致,似SV波引起的质点振动方向与波动传播方向不垂直,似SH波引起的质点振动方向与波动传播方向绝对垂直。     

使用SV/P,SH/P和SV/SH振幅比确定震源机制解

为了准确确定地震的震源机制解，引入了用SV／P，SH／P和SV／SH振幅比修正使用P波、SV波和SH波极性所得到的震源机制解的方法，采用解析法在震源空间内寻找符合地震波观测极性和振幅比的解。该方法能够降低单纯使用初动极性确定震源机制解的不确定性，提高震源机制解的求解精度。     

黏弹性EDA介质中地震波的衰减特性研究

本文首先由Christoffel方程推导出黏弹性EDA介质中均匀、 非均匀P波、 SV波和SH波的相速度表达式, 然后参照极端各向异性介质的相关计算方法, 推导出EDA介质中均匀、 非均匀地震波相衰减系数和群衰减系数的表达式, 并通过数值计算分析了相速度、 相衰减系数、 群衰减系数与裂隙方位的关系. 结果表明: 均匀介质中SH波的相速度和相衰减系数均可指示裂隙的走向; 非均匀介质中SH波相衰减系数随非均匀角的增大而增大, 且其对称轴与介质对称轴的夹角也相应增加; 由于地震波振幅的衰减随岩石物理性质的变化比地震波速度的变化更为灵敏, 而且携带了更多的岩石物理性质信息, 因此可用来探明裂隙走向、 密度及含水特性, 进而应用于预测、 预防地下工程地质灾害事故.      

Anisotropic models of the upper mantle

Long period Rayleigh wave and Love wave dispersion data, particularly for oceanic areas, have not been simultaneously satisfied by an isotropic structure. In this paper available phase and group velocity data are inverted by a procedure which includes the effects of transverse anisotropy, anelastic dispersion, sphericity, and gravity. We assume that the surface wave data represents an azimuthal average of actual velocities. Thus, we can treat the mantle as transversely isotropic. The resulting models for average Earth, average ocean, and oceanic regions divided according to the age of the ocean floor, are quite different from previous results which ignore the above effects. The models show a low-velocity zone with age dependent anisotropy and velocities higher than derived in previous surface wave studies. The correspondence between the anisotropy variation with age and a physical model based on flow aligned olivine is suggestive. For most of the Earth SH > SV in the vicinity of the low-velocity zone. Neat the East Pacific Rise, however, SV > SH at depth, consistent with ascending flow. Anisotropy is as important as temperature in causing radial and lateral variations in velocity. The models have a high velocity nearly isotropic layer at the top of the mantle that thickens with age. This layer defines the LID, or seismic lithosphere. In the Pacific, the LID thickens with age to a maximum thickness of ～50 km. This thickness is comparable to the thickness of the elastic lithosphere. The LID thickness is thinner than derived using isotropic or pseudo-isotropic procedures. A new model for average Earth is obtained which includes a thin LID. This model extends the fit of a PREM, type model to shorter period surface waves.     

勒夫波群速度频散与太平洋地壳及上地幔三维构造

应用现代适配滤波频时分析技术对SRO/GDSN长周期面波记录进行处理,获得穿过太平洋盆地的117条波路径的勒夫波频散数据。我们用改进的分格频散反演方法,从混合路径频散数据中提取出对应于构成整个太平洋盆地的10°×10°分格的纯路径频散数据。所获得的18s到215s范围内的28个周期的太平洋勒夫波群速度的横向分布,揭示了速度随海底年龄的增大而逐渐增加的总趋势,以及其它变化细节。例如,对于同一等年龄线区而言,北太平洋及南太平洋的群速度要比中太平洋的低0.1-0.3km/s。在分格模型反演的基础上得出的深至300km的三维剪切波速度结构提供了太平洋盆地地壳及上地幔横向不均匀性的详尽的描述。     

西太平洋下D区的剪切波各向异性

利用来自汤加—斐济及周边地区发生的47次地震并由中国地震台网中心和IRIS台站记录到的数据，与来自东亚北部及北太平洋地区发生的26次地震并由IRIS台站记录到的数据， 使用ScS-S相对走时分析方法研究了西太平洋下D区的剪切波各向异性， 得到了核幔边界反射点上ScS波径向分量和横向分量的分裂时间， 并计算了D区的地震波各向异性强度. 发现ScS波通过西太平洋下D区时普遍呈现出径向分量走时大于横向分量走时的模式. ScS波的分裂时间值为-0.91~3.21s， 平均值为1.1 s； 各向异性强度值为-0.45%~1.56%， 平均值为0.52%. 观测和分析结果表明， 西太平洋下D区水平流应占支配地位，各向异性结构主要是具有垂直对称轴的横向各向同性介质. 形成这种结构的可能原因是地幔底部水平流导致的核幔边界反应产物或部分熔融物质的形状优选方向, 或下地幔物质的晶格优选方向.      

用面波方法研究上扬子克拉通壳幔速度结构

本文研究采用单台法和双台法提取了穿越上扬子的基阶面波相速度和群速度频散;通过对提取的面波群速度和相速度频散进行联合反演,得到的1-D SV速度模型显示上扬子块体下地壳S波速度与典型克拉通区域相当,其上地幔顶部80~170 km深处存在高速的岩石圈盖层,较AK135模型要快2%~3%,其岩石圈厚度约为180 km.在上扬子地区,径向各向异性集中分布在300 km以浅的岩石圈与软流圈部分,其中岩石圈部分SH波比SV波波速要快2%~4%,软流圈部分SH波比SV波波速要快3%~5%;Rayleigh波相速度方位各向异性分析结果显示,上扬子块体周期为25~45 s（大致相当于30~70 km深度范围内）的Rayleigh波相速度存在1.8%~2.7%不等的方位各向异性,其快波方向介于147°~174°.我们认为上扬子块体径向各向异性集中分布在岩石圈、软流圈部分,且各向异性随深度变化, 其岩石圈部分各向异性为大陆克拉通化的遗迹,软流圈部分各向异性与现今板块运动相关.     

中国西部三维速度结构及其各向异性

本文用覆盖中国的358条勒夫面波路径资料,研究了10.45-113.80s范围内中国西部的三维SH波速度结构.结果表明,各构造单元的SH波速度结构均有明显的差别.作为稳定块体的塔里木盆地,壳内重力分异程度较高,上、中、下地壳厚度差别小,壳内无明显的低速层,地壳平均速度比较小;上地幔低速层埋深大且层中速度大;区内横向变化小.构造活动区如天山、青藏高原,其突出的特征是下地壳厚度大且速度大,上地幔盖层速度值相当高.这与西伯利亚、印支板块的挤压有密切的关系.青藏高原东部及其北、东边缘地区壳内存在低速层,上地幔低速层埋深浅,一些地区存在壳幔过渡层.面波各向异性研究表明,青藏高原、天山及印支板块北缘下存在明显的各向异性,以构造边缘地区及上地幔低速层附近最为突出.印度板块、西伯利亚板块与中国大陆间的碰撞引起强大的水平压力和一定的下插作用,是造成青藏高原隆起、地壳增厚、天山隆起的最根本的因素,同时也促成壳幔中辉石、橄榄石的定向排列和物质运移,因而出现明显的各向异性现象.     

土中Love波弥散特性

利用有限单元法及解析法建立和求解了土中Love波特征方程以及位移计算公式．计算结果表明,这一计算方法比纯解析法优越,可以用来分析均质和非均质上中Love波弥散性．本文利用这一方法详细讨论了Love波在上软下硬地基及软夹层地基中的传播特性和弥散特性．上软下硬地基Love波具有弥散性,土层的剪切波及厚度对Love波弥散曲线影响较大,而质量密度的相对变化对Love彼弥散曲线影响较小．软夹层地基中低频时Love波以第一模态波为主,现场所测为第一模态波波速;高频时存在多个高模态波,土中传播的波为这几个高模态波的叠加波,现场所测波速随两传感器的位置不同而有波动．     

长江中下游成矿带及邻区地壳剪切波速度结构和径向各向异性

收集了安徽、江西、浙江、江苏、湖北和河南6个省的区域地震台网138个宽频地震台站以及中国地质大学(北京)在长江中下游成矿带布设的19个流动宽频地震台站的三分量背景噪声数据,利用背景噪声面波层析成像方法,获得了长江中下游成矿带及其邻区地壳三维剪切波速度结构和径向各向异性特征.首先获得了5~38s周期的瑞利波和勒夫波相速度,结果显示短周期(16s)的瑞利波和勒夫波相速度与研究区内的主要地质构造单元具有良好的相关性,但在中长周期(20~30s)瑞利波相速度显示大别造山带东部为明显低速特征,而勒夫波相速度并未表现出异常特征.研究区域地壳三维有效剪切波速度和径向各向异性结果显示:苏北盆地和江汉盆地上地壳都表现为低速和正径向各向异性特征,华北克拉通东南部也表现为正径向各向异性,这可能与盆地浅部沉积层的水平层理结构相关.大别造山带中地壳显示为弱的正径向各向异性,同时其东部下地壳显示为低剪切波速度和强的正径向各向特征,可能是由于其在造山后发生了中下地壳的流变变形,引起各向异性矿物近水平排列所导致的.长江中下游成矿带内的鄂东南和安庆—贵池矿集区中地壳弱的负径向各向异性可能是由于深部岩浆向上渗透时所产生的有限应力导致结晶各向异性矿物的垂直排列所引起的.整个长江中下游成矿带下地壳都表现出正径向各向异性特征,可能是由于在伸展拉张的构造作用力下,下地壳矿物的晶格优势水平排列所引起的.     

Dispersion Energy Analysis of Rayleigh and Love Waves in the Presence of Low-Velocity Layers in Near-Surface Seismic Surveys

High-frequency surface-wave analysis methods have been effectively and widely used to determine near-surface shear (S) wave velocity. To image the dispersion energy and identify different dispersive modes of surface waves accurately is one of key steps of using surface-wave methods. We analyzed the dispersion energy characteristics of Rayleigh and Love waves in near-surface layered models based on numerical simulations. It has been found that if there is a low-velocity layer (LVL) in the half-space, the dispersion energy of Rayleigh or Love waves is discontinuous and ‘‘jumping’’ appears from the fundamental mode to higher modes on dispersive images. We introduce the guided waves generated in an LVL (LVL-guided waves, a trapped wave mode) to clarify the complexity of the dispersion energy. We confirm the LVL-guided waves by analyzing the snapshots of SH and P–SV wavefield and comparing the dispersive energy with theoretical values of phase velocities. Results demonstrate that LVL-guided waves possess energy on dispersive images, which can interfere with the normal dispersion energy of Rayleigh or Love waves. Each mode of LVL-guided waves having lack of energy at the free surface in some high frequency range causes the discontinuity of dispersive energy on dispersive images, which is because shorter wavelengths (generally with lower phase velocities and higher frequencies) of LVL-guided waves cannot penetrate to the free surface. If the S wave velocity of the LVL is higher than that of the surface layer, the energy of LVL-guided waves only contaminates higher mode energy of surface waves and there is no interlacement with the fundamental mode of surface waves, while if the S wave velocity of the LVL is lower than that of the surface layer, the energy of LVL-guided waves may interlace with the fundamental mode of surface waves. Both of the interlacements with the fundamental mode or higher mode energy may cause misidentification for the dispersion curves of surface waves.