汶川地震科学钻探3号井孔附近微震震源参数确定及其意义

基于微震监测仪器频带及波形记录的时频特征,我们筛选出汶川地震科学钻探3号井孔周围微震台阵2012年记录的218个t_s-t_p1 s的微震.通过盖戈法与和达法相结合确定微震震源的几何参数,发现这些微震分布大体呈NE-SW展布,与龙门山断裂带的走向基本一致.无论是采用《地震台站观测规范》中的量规函数(量规函数GF)还是李学政等(2003)的量规函数(量规函数LXZ),近震震级均与矩震级呈现出较好的线性关系,向震级小的一端延伸时都表现为M_LM_W,但采用李学政等的量规函数时该趋势更加明显.同时采用Brune和Boatwright震源谱衰减模型对观测震源谱的拟合表明拐角频率具有模型依赖性:基于Brune模型拟合得到的拐角频率大于基于Boatwright模型得到的拐角频率.无论基于哪一种模型,矩震级与拐角频率、破裂半径的对数线性关系均较弱,与应力降、视应力的对数则存在较好的线性关系.这些关系不支持应力降、折合能量、视应力为常数的观点,表明微震与大地震的震源物理过程存在差异.视应力与应力降成比例,比例系数小于0.5,表明破裂动力学模式符合SavageWood模式.近震震级与矩震级拟合关系Mw=a+bM_L中b的大小与应力降和地震矩的关系有关,△σ∝M_0~γ,则b=1/(1+γ),因此从b的大小可以粗略地判断应力降与地震矩的关系.本文对应于γ≈1的情况,与基于量规函数LXZ得到的近震震级与矩震级关系中系数b=0.53吻合,这说明仅从辐射能量的角度考虑量规函数LXZ较量规函数GF准确.     

南北地震带北段的远震P波层析成像研究

本文利用"中国地震科学台阵"探测项目在南北地震带北段布设的678个流动地震台站在2013年10月至2015年4月期间记录到的远震波形数据,经过波形互相关拾取到473个远震事件共130309条P波走时残差数据,通过远震层析成像研究获得了该区(30°N-44°N,96°E-110°E)下方0.5°×0.5°的P波速度扰动图像.结果显示,研究区下方P波速度结构显示强烈的不均一性和显著的分区、分块特征.岩石圈速度结构具有显著的东西差异:祁连、西秦岭和松潘甘孜地块组成的青藏东北缘地区显示明显的低速异常,而属于克拉通性质的鄂尔多斯地块和四川盆地则显示高速异常,表明东部克拉通块体对青藏高原物质的东向挤出起到了强烈的阻挡作用.阿拉善地块显示出弱高速和局部弱低速的异常并存的特征.阿拉善地块西部显示低速异常,而东部与鄂尔多斯相邻的地区显示高速异常,可能表明该地区的岩石圈的变形主要受到青藏高原东北缘的挤压作用.在鄂尔多斯和四川盆地之间的秦岭下方100~250 km深度上表现为明显的低速异常,表明该处可能存在软流圈物质的运移通道.鄂尔多斯北部的河套裂陷盆地下方在100~500 km深度内低速异常表现明显,说明该区有深部热物质上涌且至少来源于地幔过渡带.青藏东北缘上地幔显示低速异常且地幔过渡带中出现明显的高速异常,这种结构模式暗示了在青藏高原东北缘可能发生了岩石圈拆沉作用,而高速异常体可能是拆沉的岩石圈地幔.     

汶川地震断裂带科学深钻WFSD-3附近上地壳S波分裂特征

为配合汶川地震断裂带科学钻探工程(WFSD),中国地震局地球物理研究所在四川省绵竹市天池乡和灌县—安县断裂附近分别架设了15套微震仪器和17个短周期地震台.基于WFSD-3附近的微震、短周期和区域台网的固定台站记录的近震数据,通过横波窗内S波分裂计算,得到其上地壳各向异性参数,即快波偏振方向和慢波的时间延迟,并分析了研究区的上地壳各向异性特征.结果显示,研究区大部分区域的快波偏振方向为NE向,与龙门山断裂带走向一致,但在研究区微震台阵布设小区域内,快波偏振方向表现出东西分区特征,东部为NE向,西部为NW向.上地壳各向异性主要是受到岩层中随应力分布排列的微裂隙和岩石或矿物结构的影响,研究区内快波偏振方向主要表现为NE方向,与断裂走向一致,反映了研究区上地壳各向异性主要受控于结构控制的各向异性,局部区域的快波偏振方向为NW向,与区域最大主压应力方向一致,说明区域应力场对研究区上地壳各向异性也有影响.通过分析微震台阵的归一化时间延迟随时间的变化情况可以反映区域应力场的变化情况.微震台阵的慢S波时间延迟在2012、2013年较为离散,在2014年有收敛的趋势,反映了强震后区域应力场逐渐稳定的趋势.     

基于希尔伯特-黄变换的九寨沟M7.0地震加速度记录时频分析

2017年8月8日四川九寨沟M7.0地震是继2008年汶川M8.0地震和2013年芦山M7.0地震之后,青藏高原东缘在不到10年的时间内发生的第3个震级M7.0以上的强震,震中位于青藏高原巴颜喀拉块体东缘东昆仑断裂带东端的塔藏断裂、岷江断裂和虎牙断裂交汇部位,四川省地震局的数字强震台网共有37个台站获取了主震的三分量强震加速度记录。由于傅里叶（Fourier）变换仅能提供强震记录的频域信息,故本文在对九寨沟M7.0地震的加速度记录进行时频分析时采用了一种基于聚类经验模态分解（EEMD）的希尔伯特-黄变换（HHT）方法提取信号时频特性,通过对震中附近台站的加速度记录进行EEMD分解和希尔伯特（Hilbert）变换及谱分析,最终有效获得了信号能量的时频分布特征,量化提取了中心频率、Hilbert能量、最大振幅对应的时间等特性,并与Fourier变换进行了对比研究。研究结果表明:对于非线性的强震记录采用EEMD能够有效抑制经验模态分解（EMD）中存在的模态混叠问题,FFT谱与Hilbert边际谱相比,它在低频处会低估地震动的幅值,随着频率的增加,FFT谱又会放大其幅值。      

郯庐断裂带中南段及邻区基于背景噪声的瑞利波群速度层析成像

本文收集了郯庐断裂带中南段及邻区省属和市县地震台网共261个宽频带地震台站2015年1月至2016年12月间的垂直向连续波形资料,利用长时间序列背景噪声互相关法提取台站对之间的经验格林函数,采用时频分析法提取瑞利面波混合路径频散曲线.通过质量控制和严格筛选后得到了15627条路径上的群速度频散曲线,重新构建了郯庐断裂带中南段及邻区瑞利波5～50s、分辨率为0.75°×0.75°的群速度分布图像.分析研究了6个周期的群速度分布图像和3条不同方向的纵向周期剖面,这些图像揭示了郯庐断裂带中南段及邻区地壳上地幔速度结构具有横向分块和纵向成层的非均匀性特征.结果表明,短周期(6s、10s)的群速度分布与地表地质和构造特征密切相关.拥有较厚沉积层的苏北盆地、合肥盆地及河淮盆地等显示为低速,而基岩广泛出露的鲁西隆起、大别—苏鲁造山带、扬子克拉通及华南褶皱系则呈现出大面积的高速异常.随着周期的递增(15s、20s),群速度分布受地表地质构造的影响逐渐弱化.受地壳厚度和莫霍面附近的速度差异影响,大别和苏鲁地区在较长周期(25s、30s)群速度图上表现出相对较低的速度,这可能与这些地方Moho面埋藏较深有关.纵向剖面显示,苏鲁—大别造山带及其高压、超高压变质带不仅在浅地表具有基本相同的地形地貌和构造特征,地壳内也有着极为相似的Rayleigh波群速度分布特征.壳内群速度分布总体上表现为上凸下凹状,形状似一"哑铃".上地壳具有上凸下凹的形态、相比邻区具有较高的群速度值;中地壳低速;下地壳上凸下凹且埋藏较深,反映出具有陆陆碰撞造山的残留山根特征.苏鲁及大别两地自浅地表至上地幔具有相似的Rayleigh波群速度分布不仅为二者被左旋走滑的郯庐带平移错开提供了佐证资料,同时也为郯庐带的形成与演化提供了地震学依据.     

EMD在GNSS时间序列周期项处理中的应用

全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）位置时间序列蕴含有丰富的构造和非构造变形信息,具有成分复杂、建模困难、非构造信息难以有效分离等特点,利用自适应的经验模态分解（empirical mode decomposition,EMD）方法对川滇地区24个GNSS连续站时间序列作周期项修正。结果表明,周期项的修正十分必要,EMD方法能够根据每个台站信号的自身特性,自适应地提取不同频率、振幅的周期成分,这也更符合实际情况;相较于谐波模型,EMD方法对原始时间序列在N、E、U方向的改正均更加精确有效。使用修正后的连续站时间序列模拟流动观测,发现经过5～6 a/期观测即可得到相对可靠的台站运动速度,并通过距离较近的实际连续观测站对流动观测站周期项改正,验证了EMD方法的稳定性和可靠性,这也为流动GNSS观测实施、周期修正和资料使用提供了参考意见和理论依据。     

南北构造带北段上地幔各向异性特征

对布设在南北构造带北段的中国地震科学探测台阵项目二期674个宽频带流动台站和鄂尔多斯台阵21个宽频带流动台站记录的远震XKS(SKS、SKKS和PKS)波形资料作偏振分析,采用最小切向能量的网格搜索法和"叠加"分析方法求得每一个台站的XKS波的快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,并结合该区域出版的122个固定台站的分裂结果,获得了南北构造带北段上地幔各向异性图像.快波方向分布显示青藏高原东北缘、阿拉善块体和鄂尔多斯块体西缘的快波方向主要表现为NW—SE方向,秦岭造山带的快波方向为近E—W方向,鄂尔多斯块体内部的快波方向在北部为近N—S方向,南部表现为近E—W方向.时间延迟分布来看,鄂尔多斯块体的时间延迟不仅明显小于其周缘地区,而且小于其他构造单元,特别是在高原东北缘、阿拉善块体和鄂尔多斯块体的交汇地区的时间延迟很大,反映了构造稳定单元的时间延迟小于构造活跃单元.通过比较快波方向的横波分裂测量值与地表变形场模拟的预测值,并结合研究区地质构造和岩石圈结构特征分析表明,在青藏高原东北缘、阿拉善块体和鄂尔多斯块体西缘各向异性主要由岩石圈变形引起,地表变形与地幔变形一致,地壳耦合于地幔,是一种垂直连贯变形模式;秦岭造山带的各向异性不仅来自于岩石圈,而且其岩石圈板块驱动的软流圈地幔流作用不可忽视;鄂尔多斯块体内部深浅变形不一致,具有弱的各向异性、厚的岩石圈和构造稳定的特征,我们认为其各向异性可能保留了古老克拉通的"化石"各向异性.     

鲁甸M_S6.5地震震源区地壳结构及孕震环境研究

本文利用由中国地震局在鲁甸地震震区附近架设的35个流动观测台站记录的远震事件记录,采用接收函数H-k扫描方法和CCP叠加成像方法获取了鲁甸地震震源区的地壳精细结构,结果显示鲁甸地震发生在地壳厚度和泊松比变化较剧烈的地区.昭通断裂西南段和东北段地壳物质组分差异明显,西南段断裂两侧地壳组分均显示为中泊松比分布,东北段断裂两侧泊松比从低泊松比快速变化为高泊松比,表明东北段西南侧壳内含有更多铁镁质组分,造成昭通断裂西南段和东北段对青藏高原下地壳物质向东南运移的阻挡有所差异,导致壳内应变积累,从而引起鲁甸地震的发生.在震源区地壳内部存在的低速层,可能为此次地震提供了可能的孕震环境.鲁甸地震与芦山地震虽然均没有产生明显的地表破裂带,但两者的震源机制以及孕震环境存在着明显的差异.本文也认为未来应关注青藏高原东缘断裂的历史地震空段发生大地震的可能性.本文研究结果对于理解青藏高原东缘区域的孕震背景具有一定的意义.     

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.     

基于Love波相速度反演南北地震带地壳上地幔结构

收集了南北地震带区域地震台网中292个地震台站2008年1月至2011年3月期间的地震波形数据,由频时分析方法提取了Love波相速度频散曲线,经过反演得到了研究区内的Love波相速度分布.根据Love波纯路径频散,采用线性反演方法对0.25°×0.25°的网格点进行了一维S波速度结构反演,利用线性插值获取了南北地震带地区的三维S波速度结构.结果显示了松潘—甘孜地体和川滇菱形块体地区的下地壳具有明显的S波低速层分布,该异常分布特征支持解释青藏高原隆升及其地壳物质运移的下地壳流模型.在100至120km深度上,川滇菱形块体西北部呈现较强的S波高速异常,这可能是印度岩石圈板块沿喜马拉雅东构造结下插至该区域所致,该区域下地壳的低速软弱物质与上地幔的高速强硬物质形成了鲜明对比,暗示了地壳和上地幔可能具有不同的构造运动和变形方式,这为该区域的壳幔动力学解耦提供了条件.