基于重复地震的地壳介质参数分析软件

随着数字地震学的快速发展,重复地震在地震学的研究中显得越来越重要。本文首先介绍了重复地震的定义和识别方法,然后基于此研制了重复地震识别与分析软件,最后给出了重复地震在地震预测中的一个实际应用例子。结果表明基于该软件工具可充分利用数字地震波形开展相对高精度的地壳介质动态变化分析。     

重复地震应用研究综述

重复地震是指发生在同一断层位置,震级和复发间隔几乎相同,波形与震源机制高度相似的一组地震.重复地震广泛分布于板块边缘的活动断裂带与俯冲带.近年来,随着研究的深入,板内大陆地区也发现了重复地震.重复地震具有稳定的复发间隔,可直接应用于地震预测研究中.利用重复地震的大小和发震时间间隔可用以推估断裂带深部的滑动速率.作为天然的"地下蠕变计",重复地震具有地表观测资料无法取代的"原位观测"断层深部形变的优势.具有相同震源位置和传播路径的重复地震在同一台站所记录到的地震波形的差异反映了传播路径介质物性的变化,也为研究地下介质的动态变化提供了有效的工具.近几年发展起来的慢滑动研究也开启了重复地震新的应用研究.对重复地震的界定、完整性检测以及在利用重复地震估算断层深部滑动速率和动态监测地下介质变化过程中可能存在的问题及其解决方法进行了探讨.     

重复地震研究综述

重复地震是指发生在断层同一位置上的一组地震,一般具有相似的震源机制解和相近的震级,在同一地震台记录上具有高度相似的波形.本文总结了重复地震研究的现状,着重介绍了重复地震的识别方法以及重复地震在估算断层深部滑移速率以及测量波速变化等方面的应用,并对重复地震的发生机理进行了讨论分析.     

波形相关意义“重复地震”研究综述

波形相关意义的“重复地震”在自然界中普遍存在,其数量远远超过我们的预期.近年来由于数字地震观测技术的普及和发展,有关“重复地震”的研究引起越来越多的关注.目前“重复地震”研究已被广泛应用于检测地壳介质性质变化、评估地震台网的定位精度、地震“复发”和断层深部滑动速率的估算等方面,在提高定位和震相识别精度、断层结构、震源物理及地震预测研究等方面也都显示出值得关注的应用潜力.本文对有关“重复地震”的最新研究及应用成果进行了总结和归纳.     

“重复地震”的若干地震学问题——1999年岫岩地震序列及辽宁区域台网的应用研究

波形相关意义的"重复地震"在自然界中普遍存在,据Schaff和Richards(2004)对中国大陆及邻区的研究表明,其比例约占地震总数的10%甚至更多。近年来随着数字地震观测技术的普及和发展,有关"重复地震"的研究引起越来越多的关注,"重复地震"已被广泛应用于检测地壳介质性质变化、评估地震台网的定位精度、地震"复发"和断层深部滑动速率的估算;在提高定位和震相识别精度、断层结构、震源物理及地震预测研究等方面都显示出值得关注的应用潜力。     

鲜水河断裂带南段深部变形的重复地震研究

利用2000—2013年四川数字地震台网和水库台网的波形资料以及川西流动台阵的事件波形,通过辨识发生在同一断层位置上的重复地震来定量研究鲜水河断裂带南段的深部变形.针对研究区台站分布稀疏的客观情况,应用了子采样条件下基于S-P相对到时差来约束震源位置一致性的方法,在鲜水河断裂带识别出11组重复地震,并利用连续波形资料进行了重复地震完整性的初步测试,同时运用结合波形互相关资料的双差法来完成研究区背景地震和重复地震位置的精确定位.重新定位后的地震图像展示研究区中上地壳存在明显缺震层,其与壳内的低速低阻层相吻合.利用重复地震的地震矩和重复间隔,估算出鲜水河断裂带南段孕震深部的滑动速率为3.0~10.2mm·a-1,显示研究区不同地震构造区的深部滑动速率存在明显差异.     

基于聚类分析的多尺度相似地震快速识别方法及其在汶川地震东北端余震序列分析中的应用

相似地震是具有相似波形记录的一组地震,往往以地震丛集的方式发生.而重复地震是一种特殊的相似地震,一般具有相近的震源机制解和几乎重合的破裂面积.对相似地震特别是重复地震的研究是我们认识断层的结构和变化的重要手段.本文提出了一种基于相似度距离概念和聚类分析技术的相似地震识别方法,可以利用单个台站对其记录到的地震事件进行快速的相似地震和重复地震识别.我们将此方法应用于汶川地震东北端的余震序列,获得了该地区相似地震的分布图像,并对其中存在的重复地震的发震机制进行了讨论分析.     

非重复采集时移地震正演模拟及可行性分析

本文主要研究前期为常规三维地震勘探和后期为高精度三维地震勘探的这种典型非重复采集时移地震的可行性,主要使用正演模拟和匹配处理相结合的方法进行.本文推导了基于PML边界的三维声波波动方程时空域高阶有限差分正演方程,根据岩石物理流体替代分析方法计算得到时移前后储层的弹性参数,建立了时移地震地球物理模型,设计了常规三维和高精度三维观测系统,进行地震正演模拟,获得了非重复采集时移地震理论模拟数据.利用匹配处理法对非重复采集时移地震正演模拟数据和实际资料进行可行性分析,匹配处理过程主要包括初始数据匹配、一致性处理和互均化处理等.理论模拟数据和实际资料的匹配处理结果表明,通过针对性的分析和处理,利用非重复采集的地震资料进行时移地震研究是可行的,能够得到较好的时移地震响应,在一定程度上反映了油藏的变化情况.     

基于重复微震的小江断裂带深部滑动速率研究

利用云南数字地震台网1999~2011年的波形资料,通过辨识源于同一位置破裂的重复微震来估算小江断裂带不同段落、不同深度的断层滑动速率.针对研究区台站分布稀疏的客观情况,应用了在子采样条件下基于S-P相对到时差来约束地震相对位置的方法,在小江断裂带识别出29组重复微震,其复发间隔存在差异变化.重复微震的时空分布初步分析表明:准周期的重复微震在空间上相对独立,远离其它重复微震和背景地震; 在重复微震集中分布的区域,位置相近的重复微震可能会相互作用而影响其复发间隔;在背景地震活跃阶段,相邻背景地震发生引起的应力变化可能缩短重复微震的复发间隔.利用重复微震的地震矩和重复间隔,估算出小江断裂带孕震深处3~12 km的滑动速率为1.6~10.1 mm·a^-1,显示不同破裂段的深部滑动速率存在明显差异.     

波形相关意义“重复地震”研究综述

波形相关意义的“重复地震”在自然界中普遍存在,其数量远远超过我们的预期。近年来由于数字地震观测技术的普及和发展,有关“重复地震”的研究引起越来越多的关注,目前“重复地震”研究已被广泛应用于检测地壳介质性质变化、评估地震台网的定位精度、估计地震“复发”的概率和断层深部滑动速率的估算方面的估计;在提高定位和震相识别精度、断层结构、震源物理及地震预测研究等方面也都显示出值得关注的应用潜力。本文对有关“重复地震”的最新研究及应用成果进行了总结和归纳。     

龙门山断裂带周缘重复地震识别及其在台网定位评价中的应用

利用国家测震台网数据备份中心时间跨度超过7年的连续波形资料, 设定至少三个台站记录的垂直分量波形互相关系数大于0.8的地震对为一组重复地震, 通过波形互相关分析, 识别出龙门山断裂带周缘波形相关意义上的“重复地震”2790次, 构成2907组重复地震。 沿用Schaff和Richards的研究结果, 假定“重复地震”间距很小(小于1 km), 地震目录记录的重复地震对位置之差主要为地震台网的定位误差所致, 基于此误差给出了龙门山断裂带周缘地震台网的定位精度估计: 台网的水平定位精度较高, 水平定位误差约为2.8 km(2倍标准差), 且西南段台网的水平定位精度优于中北段; 垂直定位精度较差, 垂直定位误差约为10 km(2倍标准差), 现有地震定位方法对震源深度的测定有待改善。     

利用重复地震研究山东乳山地区地壳介质波速变化

利用2013年10月—2015年6月山东乳山震群的地震波形资料,基于距离乳山震群最近的3个台站所记录的地震波形互相关系数c≥0.9的地震即为重复地震的原则,识别了乳山震群的重复地震．利用波形互相关时延法,计算分析了文登台和招远台这两个固定台站的走时差随时间的变化特征．结果表明:乳山震群的地震相似性很好,且震中位置较为集中,重复地震的时间跨度较大,有利于提高观测结果的时间分辨率;乳山震群中3次M_S＞4.0地震前均出现了短期的走时差低值异常现象,反映了乳山震群震源区在中强震前会出现短期地壳介质速度明显升高的过程,可以为该区域的中强震预测提供一定依据．      

柯坪塔格断裂带重复地震识别及其时空特征分析

根据互相关系数不小于0.8的波形互相关意义上重复地震的定义, 利用国家数字地震台网中的乌什和巴楚台记录的区域地震波形数据, 识别并研究了新疆柯坪塔格断裂带及其周缘的板内重复地震. 对所有相互距离不超过30 km的地震事件的垂直分量采用0.5—5.0 Hz带通滤波后进行波形互相关计算. 其中乌什台共识别出460例重复地震, 组成重复地震对和多重地震对共171组, 占总事件数的15.5%; 巴楚台共识别出822例重复地震, 组成重复地震对和多重地震对共298组, 占总事件数的21.2%. 对重复地震的分析表明, 台站分布的不同和波形事件记录质量的差异, 是造成两个台站识别出的“重复地震”数目和比例不同的原因. 对重复地震复发的时间间隔统计表明, 重复间隔从数分钟到数百天不等, 最长重复间隔达10年.      

利用重复地震观测地壳介质变化

利用天然重复地震观测地壳介质速度随时间的变化, 其精度主要受地震定位精度、 重复地震位置不一致以及震相读取误差等影响, 这限制了其在实际中的应用。 文中提出利用射线追踪方法对重复地震进行位置归一处理, 并且采用波形互相关技术消除震相读取误差影响, 从而达到提高精度的目的。 根据上述方法原理, 利用大姚地区重复地震观测该地区地壳介质随时间的变化。 结果表明, 该方法能够有效地提高测量的精度, 并且显示在2003年大姚6.2级、 6.1级地震前出现了短期的地壳介质速度明显升高的现象。     

天山中段地区重复地震时空特征研究

基于2009—2017年新疆区域数字地震台网记录的地震波形数据,利用波形互相关技术及主事件定位方法识别并重新定位了新疆天山中段及其周缘的重复地震。以波形互相关系数0.9作为阈值来确定研究区的重复地震事件,统计结果显示3万零181个事件中的1万1 618个为重复地震事件,这些重复地震事件组成了2395组重复地震对和重复地震丛,占总事件数的38.5%。根据重复地震重定位前后地震对之间距离的统计结果推测,该区域的系统定位误差约为5—10 km。进一步结合该区域最新的震源分类结果对不同震源类型重复地震的时空分布特征予以分析,结果显示:重复矿山爆破事件在空间上呈丛集性分布,且其中的93.6%发生于白天,同时呈现季节性发生模式,即爆破多发生于夏季,而冬季较少;而重复构造地震在空间上大多沿断层分布,24小时内呈随机分布的特征,且研究时段内每个月的活动水平相对平稳;重复诱发地震成丛分布于靠近油气田和水库的区域,但其中部分诱发地震的位置与构造地震重叠,发震时间特征与构造地震相似,为随机分布。      

基于谱元法数值模拟研究地震判定准则

本文以宁夏区域地震台网为例,分析了波形互相关法在判定重复地震中可能存在的问题并讨论了相应的处理方法,通过构建三维非均匀体模型并利用谱元法数值模拟地震波的传播,统计了不同台站观测到的地震对波形互相关系数的分布,进一步研究了互相关系数与非均匀体性质及震源机制解之间的关系。结果表明:针对宁夏区域地震台网,利用波形互相关法判定重复地震比地震定位方法更有效;互相关系数在不同台站的取值与震源附近三维非均匀体强度和直达波与尾波的振幅比有关,对于相同的震源间距,较弱震源、较弱非均匀体或者较强振幅的直达波均会导致波形互相关系数变高,因此应选取更高的互相关系数阀值来判定重复地震。宁夏区域地震台网平均台间距为30—50 km,通过选取直达波较弱的台站或只截取尾波窗口计算互相关系数并设定较高的阀值,利用波形互相关法可有效地判定M_L1.0—3.0重复地震,进而为重复地震的监测与研究提供依据。      

利用重复微震估算红河断裂带北段深部滑动速率

利用云南数字地震台网1999—2015年的波形资料,通过识别在断层同一位置发生的重复微震来估算红河断裂带北段不同孕震深度的断层滑动速率.针对研究区台站分布稀疏的客观情况,采用基于子采样条件下S-P相对到时差约束地震相对位置,从而确保震源位置一致性的方法,在红河断裂带北段及其附近区域识别出23组重复微震,其复发间隔变化明显.重复微震的时空变化初步分析表明,研究区频繁的背景地震活动和相邻较近的重复微震之间的相互作用都会对重复微震的复发间隔产生影响.利用重复微震的震级和复发间隔,估算得到红河断裂带北段6.0～13.4km孕震深处的滑动速率为2.3～10.0mm·a-1,显示不同孕震深度的滑动速率存在差异.