地震预报研究的主攻方向: 动力数值预测

尽管地震预测是一个举世公认的国际性科学难题,怛在强化各种减轻地震灾害措施的同时,仍须把地震的监测和预报作为中国地震局最为重要的任务。为此,需要高举攻克地震预测难题的旗帜,打破长期以来地震预测研究徘徊不前的局面。我们必须充分认识近年来地球物理观测技术和计算机技术所取得的重大进步和发展态势,并在此基础上制定地震预测研究的发展战略。以GPS为代表的空间对地观测技术,巨型高分辨率宽频带流动地震台阵观测技术以及电磁阵列观测技术的发展趋势表明,从布网观测走向阵列观测已经成为21世纪地球物理观测研究发展的基本方向。上述高新技术和计算机数值模拟技术的发展为地震动力学研究提供了前所未有的技术基础。为此,需要积极借助数值天气预报的经验,打破经验性地震预测的局限,把研究的注意力尽快转向以动力学为基础的地震数值预报。以地震数值预报为目标的GPS阵列地壳形变连续观测,高分辨率地壳上地幔结构探测,地壳动力学,地震孕育和破裂过程的理论、模拟试验和实际观测,数据同化和计算软件的开发应成为今后研究发展的重点。现在的问题是,需要我们强化多学科,多部门的组织协调,尽早在有条件的地区开展地震动力学数值预报的科学试验和相关的理论研究。这必将极大地促进我国地震科学基础研究的发展和地震预报水平的提高。     

中国大陆及邻区上地幔P波各向异性结构

利用分布在中国大陆及邻近地区的213个地震台站记录到的远震P波走时数据和弱各向异性条件下P波速度扰动调和分析方法,研究了中国大陆上地幔P波各向异性结构.研究结果表明中国大陆西部上地幔变形主要受印度大陆俯冲的影响.印度大陆的P波快波方向总体为NNE方向,与绝对板块运动方向一致,这表明印度大陆上地幔流动方向与板块运动方向一致.青藏高原内部、东天山的P波快波方向与主压应力方向接近,而在青藏高原南缘、北缘及东北缘等块体边界地区P波快波方向与主压应力方向垂直.中国大陆东部上地幔变形主要受菲律宾板块和太平洋板块俯冲的影响.在扬子板块内部P波快波方向为SE方向,这与绝对板块的运动方向一致.华北地区的各向异性结构较为复杂,可能与华北克拉通裂解有关.中国大陆东北的东部平均方向为SE,而在兴安岭一侧为SSW方向,即平行于构造线方向.根据各向异性的倾角,中国大陆及邻区上地幔各向异性结构大体可分为三块:1)青藏新疆地区的各向异性倾角接近水平,推测该区形变力源主要为上地幔物质水平流动.2)南北带地区的各向异性倾角较大,特别是在青藏东缘地区的倾角约为40°,这可能是由于青藏向东挤出过程中受华南地块和鄂尔多斯地块的阻挡,在板块边界地区产生了垂直变形.3)中国东部地区各向异性结构较为复杂,在中国大陆东北部各向异性倾角接近水平,这可能是该区上地幔变形主要受太平洋板块俯冲的影响,而在太行山、大别-苏鲁地区各向异性倾角较大,这表明该区上地幔以垂直变形为主.     

川西地区台阵环境噪声瑞利波相速度层析成像

2006年中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室在川西地区(26°N~32°N,100°E~105°E)布设了由297台宽频带数字地震仪组成的流动观测台阵.利用该密集台阵29°N以北156个台站2007年1~12月份的地震环境噪声记录和互相关技术,我们得到了所有台站对的面波经验格林函数和瑞利波相速度频散曲线,并进一步反演得到了观测台阵下方2~35 s周期的瑞利波相速度分布图像．本文结果表明,观测台阵覆盖的川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地的地壳速度结构存在显著差异,具体表现为：(1)短周期（2~8 s）相速度分布与地表构造特征相吻合,作为川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地之间的边界断裂,龙门山断裂带和鲜水河断裂带对上述三个地块上地壳的速度结构具有明显的控制作用,四川盆地前陆低速特征表明相应区域存在较厚的（约10 km）沉积盖层;(2)中周期（12~18 s）相速度分布表明,川滇地块和松潘-甘孜地块中上地壳速度结构存在明显的不均匀横向变化,并形成了尺度不同且高、低速相间的分块结构,而四川盆地中地壳整体上已经表现出相对高速;(3)长周期（25~35 s）相速度分布表明,松潘-甘孜地块,特别是川滇地块中下地壳表现为广泛的明显低速异常,意味着它们的中下地壳相对软弱,而四川盆地的中下地壳呈现整体性的相对高速,意味着四川盆地具有相对坚硬的中下地壳,并且以汶川地震的震中为界,龙门山断裂带的地壳结构显示了北段为高速异常,南段为低速异常的分段特征．     

汶川Ms8．0地震余震序列重新定位及其地震构造研究

综合利用川西流动地震台阵观测数据和震后应急地震观测台站的震相数据,采用双差地震定位方法对汶川地震的余震序列进行了精确重新定位,并对汶川地震的地震构造进行了深入研究.其结果显示,汶川地震序列从彭灌杂岩南缘开始破裂,主震及其余震破裂带长约350 km,在大部分区域宽约20～30 km,其宽度和空间形态沿破裂带显示了强烈的分段和非均匀特征.坚硬的彭灌杂岩对余震的非均匀性分布和汶川地震复杂的破裂过程起到了重要的控制作用.以松潘-甘孜地块中地壳低速层顶部为底边界,余震主要分布在4～24 km深度范围内的龙门山东缘上地壳高速层内.余震深度分布削面清晰地显示了映秀-北川断裂和灌县江油断裂以及汶川-茂汶断裂在20～22 km深度合并为剪切带的特征.小鱼洞到理县方向存在一条长度超过60 km的垂直于龙门山走向的余震分布条带,综合震源机制解和地震破裂过程的研究结果,我们推测,这是坚硬的彭灌杂岩体底部在长期应力积累作用下发生破裂的反映,并成为汶川地震释放出巨大能量的主要原因.     

新疆伽师强震群区三维地壳上地幔S波速度结构及其？…

１９９７年１月２１日至４月１６日（北京时间）新疆伽师地区连续发生了７次６级以上强烈地震。为了深入研究该强震群形成的构造背景,我们在伽师强震群区及其邻域大约１１０００ｋｍ＾２的范围内布设了由３０台宽频带数字地震仪组成的流支地震台阵,台站的间距约５－１０ｋｍ,利用远震体波接收函数的叠加偏移分析及其非线性反演技术,研究了台阵阵下方０－１００ｋｍ深度范围内地壳、上地幔的三维Ｓ波速度结构。结果表明：１）Ｍｏ     

高分辨率地震成像研究--21世纪地震学发展的一个重要趋势

随着宽频带地震观测技术的不断发展,全球及区域数字地震观测台网的密度正在不断加大,用于流动地震观测的宽频带地震仪的数量将继续迅速增加。与此同时,宽频带数字地震观测资料的积累速率按指数增长,这意味着震源波裂过程及地球内部结构的高分辨率地震成像研究将成为２１世纪地震学发展的重要趋势。地震学与地球动力学研究的关系将日趋紧密,宽频带流动地震观测的作用和重要性必将与日俱增。     

地幔上涌对鄂尔多斯西缘岩石圈的改造:来自远震多尺度层析成像的证据

本文利用喜马拉雅二期科学探测台阵的678个地震台站及26个固定台站记录到的9,641个地震共约160000条远震P波走时数据,采用基于稀疏约束的多尺度层析成像方法,获得了鄂尔多斯西缘及邻区上地幔800 km深度范围内P波速度结构.结果显示,在东经104°附近阿拉善地块与鄂尔多斯盆地间存在岩石圈深度的构造边界,这表明阿拉善地块与鄂尔多斯可能分别从属于不同的大地构造单元.以北纬38°线为界,鄂尔多斯地块西缘在岩石圈范围内南北存在明显的速度差异,鄂尔多斯南部上地幔200~300 km深度范围显示为高速异常,而鄂尔多斯北部上地幔显示大面积的低速异常.这一现象表明,鄂尔多斯地块南北两部分经历了不同的构造演化过程.根据本文的结果可以进一步推断,由于青藏高原、阿拉善地块向东北方向推挤以及岩石圈的拆离引起的上地幔扰动导致了地幔上涌,上涌的热物质改造了鄂尔多斯西北缘地区的岩石圈,并使该区的岩石圈减薄.地幔上涌也可能是东经104°边界带和北纬38°构造带形成的深部动力学因素.     

羌塘盆地中部地区地壳S波速度结构及构造意义

羌塘盆地是我国最大的海相盆地.本文根据在羌塘盆地内布设的27个宽频带地震观测台站记录的远震波形数据,利用非线性复谱比反演算法得到各台站下方100 km深度范围内S波速度结构.结果表明.羌塘地区Moho深度较为平缓,平均深度为61 km;北羌塘地壳内低速层广泛分布;北羌塘具有两个较大的沉积盆地,龙尾错和白滩湖坳陷,沉积厚度分别有10 km和15 km.尽管北羌塘下地壳受到强烈的新生代火山岩作用改造,但是这种深部岩浆热作用会加速烃源岩中有机质的热演化历程.北羌塘两个盆地具有很好的油气前景.与北羌塘低速层分布相比,南羌塘下低速层更深,可能与班公怒江洋于中生代的俯冲消减及拉萨地体北向俯冲有关.     

龙门山断裂带精细速度结构的双差层析成像研究

利用川西流动地震台阵、汶川地震震后应急台网记录到的P波到时资料,对2008年5月至2008年10月期间发生的汶川地震余震序列应用双差层析成像方法进行了地震震源和三维P波速度结构的联合反演.结果显示,联合反演获得的地震重定位结果与基于一维地壳参考模型的双差定位方法结果相近;研究区15 km以上速度结构与地表断裂分布密切相关,20 km以下深度呈现北东向和北西向交错结构.汶川地震破裂带南段龙门山断裂带之间上地壳呈现高速异常,速度结构的非均匀变化是控制余震分布和主震破裂传播的主要因素;联合反演结果给出了小鱼洞-理县方向存在隐伏断裂的速度结构证据,同时发现,破裂带北东段可能沿新发断裂扩展;结果确认了汶川地震起始段的高角度逆冲断裂特征,也确认了前山断裂和中央断裂在约20 km深度合并到脆韧转换带的特征.     

震源区和接收区结构不同情况下体波合成地震图的矩阵-射线方法

本文进一步扩展了合成地震图的广义射线方法.由于算法中将地球模型划分成震源区、接收区和地幔区,因此可用于计算震源区与接收区速度结构不同时的体波合成地震图.新算法把广义射线理论与传播矩阵理论结合起来,并采用了分层Q值模型,从而可以自动包括指定介质层内所有多次波的混响.为简便数据准备,设计了射线编码自动生成算法. 本文算法与Kind扩展的反射率法用相同的地球模型进行了数值结果对比,结果表明,矩阵-射线方法用于计算体波地震图时,不但有足够好的精度,而且还具有速度快并适于单个震相研究的优点.在计算由10个接收点组成的地震剖面时,其计算时间仅为反射率法的7％左右.