各向异性与S波分裂及其在地震预报中的含意

近十年来世界在地震各向异性与S波分裂研究领域取得的长足进展,特别是英国科学家将S波分裂理论与观测实验技术逐步引向地震预报研究的努力,说明S波分裂作为体波在各向异性介质中传播的最显著特征,可望提供地震波穿过岩石内部结构最可靠的信息,而震前应力变化最直接的效应将会改变裂纹的几何图象。S波分裂研究是伴随通讯革命在地球物理学领域内发展起来的前沿学科,其形成的高技术反过来又可能产生重大经济效益,特别对石油、地热、煤炭、工程等部门更是如此。通过对国内外大量有关文献的分析、比较和筛选,对无序的情报信息作了有序的浓缩加工,本文将看重概述地震各向异性与S波分裂研究领域的发展历史、S波分裂机理及近期研究成果、S波分裂在地震预报研究中的应用、以及各向异性与S波分裂研究的前景,并给予相应评述。     

青海地区S波分裂研究

本文利用国家地震台网及中国地震局“十五”期间在青海布设的30个宽频带地震台站记录到的远震波形数据,分别采用最小能量法和旋转相关法对SKS、SKKS和PKS波震相进行了偏振分析,计算了台站下方介质的各向异性分裂参数：快波的偏振方向（φ）和慢波延迟时间（δt）.本文研究结果表明,研究区多数台站下方的地震各向异性参数都表现出随方位角变化而变化的特征,可以用双层各向异性模型来解释.其中上层各向异性的快波偏振方向位于N65°E～N95°E之间,可能与中下地壳物质的流动有关;而下层各向异性的快波偏振方向位于N105°E～N135°E之间,可能为祁连块体NEE向的推移及导致的岩石圈缩短有关.此外,我们还发现,与周边的台站下方各向异性分裂参数相比,昆仑断裂附近两个台站GOM和DAW的各向异性特征急剧变化,其快波方向都与该断层近乎平行,这很可能暗示昆仑断裂已经切穿整个岩石圈;阿尔金断裂附近两个台站（LEH和HTG）无效分裂事件的方位分布与阿尔金断裂走向缺乏相关性,我们推测研究区内阿尔金断裂可能为地壳尺度的断裂.     

宁河地震前后S波分裂变化

本研究利用宁河周围４个地震台的ＤＤ－１型短周期三分向记录图,对１９７６年１１月１５日宁河Ｍｓ６．９地震前后５个月内,距主震１０￣１５ｋｍ范围的８８个前震及余震进行Ｓ波分裂分析,根据Ｓ波分裂的时间延迟Δｔ变化发现,宁河主震前Ｓ波分裂的相位移动显著增高,且高值出现在主震震中附近并随主震距离增大而减小;异常始于主震前２５天左右,震源区异常时间更早些,异常值为４０￣８０ｍｓ,震后恢复到正常水平１０￣３５ｍ     

中国陆区S波分裂与上地幔地震各向异性

本文利用中国大陆区共8个台站所观测到地震事件的S波数据，采用相关分析的手段以及对观测数据重建的技术，进行了S波分裂参数—快慢波延迟时间与快波偏振方向的计算，并分析了S波分裂参数与中国陆区上地幔物质运动的相互关系．研究结果表明：兰州台下的S波分裂时差最小，北京台下的最大．中国东部地区上地幔运动方向以西北向为主，西部地区以北偏西为优势．     

天祝-古浪地震剪切波分裂及电性各向异性变化特征

采用与永登地震相同的方法,研究了1996年6月1日天祝-古浪5.4级地震前后地壳介质剪切波分裂、电性各向异性随时间的变化特征.结果表明临震前电性主轴、快S偏振方向都是从北偏西方向转为北偏东,而该次地震的P轴为北偏东50°,三者总体上是一致的.由于该次地震与松山电磁台同处一个断层构造上,因此视电阻率变化在各频段均较强,但ρyx比ρxy变化大,这一点与永登地震不同.另外,由于收集的小震资料较少,快慢S波时间延迟的分析结果没能反映出应力强度的积累,另一个原因可能是该次地震孕育与永登地震后应力调整纠缠在一起的结果(两者距离120多公里).     

临界窗口外S波分裂的初步研究

本文在详细讨论了自由界面对入射Ｓ波的影响的基础上，首次提出一种对临界窗口之外的Ｓ波分裂资料的处理方法。首先对径向和竖向记录资料进行振幅和相位矫正，进而利用最大特征值和波形识别算子法（刘希强，１９９２）对资料进行分析。利用本文提出的方法对天水爆破资料进行了分析，结果表明，爆破资料显示了比较明显的Ｓ波震相，且产生了明显的Ｓ波分裂。     

繁峙—太仆寺旗剖面S波资料解释及深部构造特征与地震相关性分析

通过对繁峙－怀安－太仆寺旗三分向深地震测深宽角反射／折射剖面的Ｓ波资料进行处理、结合Ｐ波处理结果，给出了地壳上地幔的Ｓ波速度ＶＳ及介质物性参数泊松比σ的二维结构；综合地质及其它的地球物理资料，参照国内外岩石物理参数的实验结果，对地壳深部结构，构造及岩性进行了解释和推测。     

新疆地区S波分裂研究h

利用国家地震台网及中国地震局ldquo;十五rdquo;期间在新疆地区布设的宽频地震台站记录到的远震波形数据,采用最小能量法和旋转相关法分别对SKS、 SKKS震相进行了偏振分析,计算了台站下方介质各向异性的分裂参数:快波的偏振方向（phi;）和慢波延迟时间（delta;t）．研究结果表明,塔里木盆地北缘、天山造山带和阿尔泰造山带大多数台站的快波偏振方向与台站下方构造走向方向接近,其快慢波分裂延迟介于0.8——1.8 s之间. 这与印度 欧亚碰撞导致的岩石圈缩短有关．相比而言,塔里木盆地和准噶尔盆地内部的各向异性强度明显要弱,表明其自前寒武形成以来并没有经历强烈的变形作用．阿尔金断裂带附近台站下方各向异性快波方向与断裂带的走向具有很强的相关性,表明该断裂已经切穿整个岩石圈．      

中国陆区S波分型与上地幔地震各向异性

本文利用中国大陆区共8个台站所观测到地震事件的S波数据，采用相关分析的手段以 观测数据重建的技术，进行了S波分裂参数－快慢波延迟时间与快波偏振方向的计算，并分析了S波分裂参数与中国陆区上地幔物质运动的相互关系，研究了结果表明，兰州台下的S波分裂时差最小，北京台下的最大，中国东部地区上地幔运动方向以西北向为主，西部地区以北偏西为优势。     

青藏高原东南缘地震各向异性及其深部构造意义

青藏东南缘是青藏高原物质东流的通道,为了更全面了解复杂的岩石圈结构和强烈的变形特征,本文介绍了青藏东南缘岩石圈各向异性的形态,综合其他研究者得到的该区域壳幔各向异性结果,增加了部分新的资料,更新了青藏东南缘岩石圈方位各向异性图像,探讨了区域深部构造意义.

基于近场小震、远震和背景噪声资料计算结果,青藏东南缘地震各向异性展现出独特的区域空间分布和垂向层次性分布形态,展现了3个主要特征.（1）青藏东南缘上地壳各向异性与地表变形测量结果相符,快剪切波偏振方向（即快波方向）呈现与地表运动特征一致的发散性,与主压应力方向一致,但受到地质构造的影响.（2）青藏东南缘下地壳方位各向异性展现了更好的方向一致性,但方位各向异性程度相对较弱,在红河断裂带西北端部和小江断裂带下方有两个下地壳低速区,其方位各向异性程度与上地壳相当.（3）青藏东南缘岩石圈方位各向异性,呈现南、北分区特征,南北分界线大致在26°20'N,快波方向在北部近似为NS方向,在南部近似为EW方向.

本文推测：（1）在26°20'N北侧的上地幔有较厚的高速体,高速体南侧边缘呈现出近EW走向的直立墙形构造,其南侧软弱的上地幔物质在EW方向上流动,导致了岩石圈方位各向异性特征在空间发生突然的变化,快波方向由北部的NS变为南部的EW方向;（2）小江断裂带是现今的华南地块的地壳西边界,但岩石圈尺度的方位各向异性展现出的趋势性表明,华南地块的上地幔物质越过了小江断裂带到达其西侧,揭示了华南地块与青藏地块接触碰撞造成的岩石圈物质变形和上地幔软流圈物质运移的深部图像.地震各向异性能揭示区域深部构造与介质变形的信息,不同观测资料的综合分析有助于获得更清晰的各向异性三维图像.

     

闾阳-康平-梨树深地震测深剖面野外资料数字化的设计与实现

通过分析闾阳－康平－梨树深地震测深剖面的观测设计、观测结果以及仪器系统特点，根据项目研究目的及要求，对该剖面的模拟记录进行了数字化设计与实现，以满足用新方法对资料的进一步处理运算，并为资料的交流和永久保存打下了良好基础。     

玛沁-靖边剖面S波资料研究与探讨

对玛沁——靖边剖面深地震测深S波资料处理解释,获得本区S波二维地壳速度结构和波速比结构．结果表明,该区S波二维速度结构和波速比结构,沿剖面存在着明显的差异．剖面西段和海原地区下方呈现S波速度偏低,而波速比偏高的结构特征;剖面中段和东段的S波速度和波速比正常．根据S波速度结构和波速比结构的横向变化特征,讨论了两大异常区岩性的变化．推测海原大地震孕育发生不仅与构造活动有关,而且与该区的岩石性质有关．     

玛沁-兰州-靖边地震测深剖面地壳速度结构的初步研究

为研究青藏高原块体和鄂尔多斯地块间的相互作用和构造变形的深部驱动机制,布设了1000km长的玛沁-兰州-靖边综合地球物理探测剖面.本文只介绍由人工地震观测资料所得到的初步结果.地壳分层性明显,以C界面为界,总体上可分为上、下地壳两大部分,每个部分又包含一些次一级的界面;横向变化的总趋势是从东北至西南地壳逐渐变厚,地壳厚度的变化主要由下地壳厚度的变化所引起;地壳平均速度,总的变化趋势是自东北向西南逐渐降低,其中在泽库以西和海原地区的速度值明显偏低;在泽库以西存在多个壳内低速层,在海原附近存在一个低速层;壳内反射界面,沿测线由东北至西南逐步增多;从地震反射波形来看,在海原地区Pc波非常强,且延续时间长;另外,在海原地区和泽库以西地区Pm波的复杂性系数很大,远远大于其他地段的值.以上结果表明,泽库以西地区和海原地区地壳-上地幔存在着明显结构异常,反映了巴颜喀拉地块和柴达木地块、祁连地块和鄂尔多斯地块间的相互作用     

华南连县─博罗─港口地带地壳结构及速度分布的爆炸地震探测结果

在华南连县-博罗-港口地区200多个观测点上取得700多道地震记录,并绘制成6张地震记录剖面图．经过分析处理,识别出下列波组：来自地壳浅层的P波组,地壳中各界面的反射组有：P_1,P_2,P_3和P_4,莫霍面的反射波组P_m,以及上地幔顶部的折射波组P_n．经分析解释得出初步结果：①通过P震相的处理,构制了测线下方浅层地壳结构和速度分布图,它与测线穿过的断裂构造带有较好的相关性。②该地区莫霍面的反射波组P_m清晰,求得地壳平均速度为6．25km／s左右．在清远至连县之间,地壳厚度为32-34km．博罗、惠东一带地壳厚度为30km,惠东至港口之间为29．5km,说明该地区莫霍面起伏不大．地壳厚度由北向南和由西向东有逐步变薄的趋势。③观测距离较长的地震剖面图上清晰地记录到上地幔顶部的P_n民震相,该震相从140km处开始以初动出现,能量强,可追踪到200km,求得的P_n速度分别为：港口-惠东-博罗一带为8.05km／s,博罗-从化-清远一带为8．06km／s,由西向南的大湾-清远-从化-博罗一带为8．13km／s,考虑到莫霍面的起伏因素,该区P_n速度值以取8.06km／s为宜。④得到该区地壳5层结构和速度分布模型,并结合该测区的地质、地震、地热和矿产分布等资料进行了初步讨论．     

玛沁-兰州-靖边地震测深剖面地壳速度结构的初步研究

为研究青藏高原块体和鄂尔多斯地块间的相互作用和构造变形的深部驱动机制,布设了1000km长的玛沁-兰州-靖边综合地球物理探测剖面.本文只介绍由人工地震观测资料所得到的初步结果.地壳分层性明显,以C界面为界,总体上可分为上、下地壳两大部分,每个部分又包含一些次一级的界面;横向变化的总趋势是从东北至西南地壳逐渐变厚,地壳厚度的变化主要由下地壳厚度的变化所引起;地壳平均速度,总的变化趋势是自东北向西南逐渐降低,其中在泽库以西和海原地区的速度值明显偏低;在泽库以西存在多个壳内低速层,在海原附近存在一个低速层;壳内反射界面,沿测线由东北至西南逐步增多;从地震反射波形来看,在海原地区Pc波非常强,且延续时间长;另外,在海原地区和泽库以西地区Pm波的复杂性系数很大,远远大于其他地段的值.以上结果表明,泽库以西地区和海原地区地壳-上地幔存在着明显结构异常,反映了巴颜喀拉地块和柴达木地块、祁连地块和鄂尔多斯地块间的相互作用     

多条人工地震测深剖面资料联合反演首都圈三维地壳结构

为了对多条二维剖面资料进行统一分析和解释,本文考虑了各剖面交点处的约束条件,通过建立统一的偏导矩阵,将各剖面资料联立求解.利用该方法对中国地震局地球物理勘探中心在首都圈内6条人工地震宽角反射/折射剖面资料进行了重新处理和解释,得到该地区的地壳三维速度结构和构造特征.在此基础上,结合其他地球物理研究成果,确定了壳内存在的4处低速层（体）的空间范围及断裂的走向.     

新疆伽师强震群区的横波分裂与应力场特征

利用在新疆伽师地区布设的流动台阵记录到的地方震波形数据,研究了伽师强震群附近各台站横波分裂现象,给出了相应的快波偏振方向的平面场分布. 发现在台阵的塔里木盆地一侧,波偏振方向为近SN向,与塔里木盆地的区域主压应力方向一致,但在塔里木盆地北部边缘的褶皱变形带内,快波偏振方向变为近EW向,特别是在柯坪断裂附近,快波偏振方向与阿图什地震的震源断层方向基本一致. 由于快波偏振方向平行于主压应力方向,给出的快波偏振方向反映了相应的主压应力场特征. 结果表明,伽师强震群的成因很可能是塔里木盆地北缘横向非均匀变形造成的局部张性剪切应变能的释放.