地壳剪切波分裂研究及地震定位误差对剪切波分裂分析的影响

地壳介质的各向异性主要是由大量充满液体的微裂隙的定向排列引起的, 剪切波穿过这种含有微裂隙的介质时会产生分裂。 剪切波分裂参数与地壳介质的物理性质有关, 与区域应力场有关。 在地壳剪切波分裂研究中, 地震的定位误差对剪切波分裂参数有影响。 本文简单介绍了几种影响定位精度的因素; 并对定位误差特别是深度方向的误差所引起的时间延迟变化进行了讨论, 比较了不同大小的深度误差对归一化后的时间延迟的影响, 定量分析结果显示, 深度定位误差对慢剪切波时间延迟影响很大。 剪切波分裂分析方法有多种, 本文还对不同的剪切波分裂分析方法做了简介。     

地壳介质剪切波分裂研究的部分进展

剪切波穿过各向异性介质传播时会发生分裂现象,而在地壳中产生各向异性的主要因素是大量充满液体的定向排列的微裂隙。通过剪切波分裂参数可以研究地壳介质的特性、地壳应力状态及应力场的变化,并可用于地震预测。利用地壳介质各向异性特征研究断层性质也是一个新的动向。     

河南小浪底水库库区地震剪切波分裂研究

采用河南小浪底水库数字地震台网2009—2016年的地震观测资料,结合双差重定位结果,利用剪切波分裂系统分析方法,获得了小浪底水库库区8个数字地震台站的剪切波分裂参数.研究表明,小浪底库区地震主要分布在库区中段的石井河断层附近,呈团状散布;该区域的剪切波快波平均偏振方向为100.4°±45.0°,慢波平均时间延迟为(2...     

辽宁区域地震台网的地壳剪切波分裂研究

主要利用辽宁区域地震台网8个台站记录到的1999年6月至2004年12月的波形数据,采用剪切波分裂SAM分析方法,对辽宁地区的剪切波分裂特征进行了研究。发现大部分台站的快剪切波优势偏振方向为NEE(近EW)向,与原地主压应力方向一致,也与华北北部的区域构造应力场方向一致。然而,辽宁中部的SJ台站和东部的KD台站的快剪切波优势偏振方向分别为近NS向和NW向,与其他台站的结果有差异,可能是受到复杂的局部构造的控制和影响,这2个台站的结果还需要更多资料的证实。根据GPS、地震和地球物理等其它资料,对该地区断层的区域分布、主压应力以及剪切波分裂参数的空间分布特征进行了讨论     

中国地震科学台阵两期观测资料近场记录揭示的南北地震带地壳剪切波分裂特征

利用中国地震科学台阵第一期（2011-01—2014-06）及部分中国地震科学台阵第二期（2013-02—2015-12）的流动地震台阵记录到的小震波形资料,运用剪切波分裂系统分析（SAM）方法,分析南北地震带的地壳各向异性,对剪切波分裂参数所反映的区域应力环境及构造特征,以及区域内主压应力方向与断裂分布的关系展开讨论.研究结果表明,南北地震带快剪切波偏振方向自北向南由NE向逐渐转变为NNW向,与南北地震带区域主压应力的方向变化具有一致性.区域内分布的大量NE及WNW或NW向断裂构造同样对快波偏振方向有比较大的影响,位于走滑断裂附近的台站,其快波方向与断裂走向大致平行,部分位于走滑断裂附近的台站其快波方向几乎垂直于断裂走向,而与构造应力场方向一致性较好.个别台站表现出复杂快波优势方向特征,反映出研究区内构造环境的复杂性.慢波时间延迟结果显示,南北地震带南段的平均时间延迟高于北段,反映了受印度板块和欧亚板块的碰撞挤压作用,南段地壳介质各向异性程度更大,构造变形更加剧烈.对比南北地震带上地幔各向异性特征,推测在川滇菱形块体内部可能存在复杂的壳幔耦合现象,地壳剪切波分裂除了反映区域应力特征,还可以揭示出区域构造信息.

     

利用中国地震科学台阵研究青藏高原东南缘地壳各向异性:第一期观测资料的剪切波分裂特征

中国地震科学台阵第一期(2011-2013年)布设在南北地震带南段,本研究利用中国地震科学台阵布设在云南及相邻地区的部分流动台站记录到的2011年6月至2013年3月的数字地震波形资料,开展地壳各向异性分析.本文使用剪切波分裂系统分析方法(SAM方法),获得了研究区内67个台站的剪切波分裂参数.研究结果表明,受到云南及周边地区复杂的构造、应力环境和纵横交错的断裂分布的影响,该地区快剪切波偏振方向(PAZ)整体上显示出NNE向和NE向的优势取向,但在空间分布上比较复杂,虽然大部分台站的PAZ与构造应力场方向一致,但部分断裂附近台站的PAZ受到断裂的影响.结果显示,本研究区内不同区域的PAZ有一定差异性.本研究划分了5个子区,西部3个不同区域的PAZ从北到南分别为NNW向、近N-S向和NE向,有顺时针旋转的趋势,而东部的2个区域PAZ分别为NEE向和NNW向.研究证实,青藏东南缘地区的地壳各向异性空间分布虽然非常复杂,但大体上与区域内的主压应力的方向和断裂分布相关.     

山东及邻区地壳介质剪切波分裂研究

采用山东地震台网记录到的近场源地震波形数据,基于剪切波分裂研究,获得山东地区多个台站的剪切波分裂参数。研究结果表明,快剪切波偏振优势方向反映了该地区构造应力空间分布特征,CHD台和LIS台显示出两个优势偏振方向,揭示山东地区地壳介质各向异性受到区域背景应力及局部断裂构造的双重制约。     

四川威远地区近震剪切波分裂特征

基于布设在四川威远地区的流动地震台站2019年11月至2020年5月记录的近震波形数据,利用剪切波分裂分析方法获得了研究区内23个地震台站的剪切波分裂参数。结果显示:威远地区地震台站快波偏振方向多数为北西向,与区域主压应力方向一致;有个别台站可能由于受到局部构造环境的影响,快波偏振方向为北东向。而在地壳速度变化明显的威远背斜附近,有6个台站结果显示为两个快波偏振优势方向,表明该地区快波偏振方向是区域应力场和局部构造环境共同作用的结果,威远地区慢波延迟时间均值为4.43 ms/km,威远背斜南侧区域的慢波延迟时间值普遍大于其北部区域,表明在威远地区南部区域的各向异性强度强于北部区域。     

剪切波分裂揭示的华北克拉通中部造山带上地壳地震各向异性

利用布设在华北克拉通中部造山带的流动地震台网和区域固定地震台网的近场地震波形资料,获得55个台站、符合剪切波分裂分析的共计534条有效记录,得到每个台站下方的剪切波分裂参数(快剪切波偏振方向和慢剪切波时间延迟),展现了研究区上地壳各向异性分布特征.结果显示,华北克拉通中部造山带区域优势快波方向大致呈NE向,与华北区域背景主压应力方向近EW向有所差别,揭示出研究区内山西地堑与太行山隆起等形成的盆山构造对地壳结构的影响.台站优势快波方向主要平行于主压应力方向,或与断裂/构造走向一致,表明断裂与局部地质构造对各向异性的影响以及断裂构造与应力场的相互影响.山西地堑优势快波方向呈NE向,其中大同盆地离散性较大.山西地堑北端与张-渤地震带交汇区北侧优势快波方向呈WNW向,南侧呈NE向且离散较大.太行山隆起与华北盆地交汇区的优势快波方向同为NE向,第二优势快波方向近EW向,体现了华北地区的各向异性特征.山西地堑的时间延迟从南到北逐渐减少但变化不大,分区平均值最大相差0.2 ms·km^-1.太行山隆起与华北盆地交汇区的时间延迟和山西地堑北端与张-渤地震带交汇区北侧相对较小,表明该...     

四川紫坪铺水库库区地震剪切波分裂研究

本研究利用四川紫坪铺水库数字地震台网2004年8月17日~2008年5月11日的地震观测波形资料,使用剪切波分裂SAM系统分析方法,获得了四川紫坪铺水库库区8个数字地震台站的快剪切波偏振结果.结果表明,紫坪铺库区台站的快剪切波偏振优势方向主要为NE或NW方向;台站的快剪切波偏振优势方向与区域主压应力方向或活动断裂走向一致;快剪切波偏振方向变化可能与汶川大地震前区域应力场的增加和龙门山断裂带微破裂增加有关,慢剪切波时间延迟的变化与四川紫坪铺水库水位升降变化相关.     

天山构造带及邻区地壳各向异性

天山构造带位于中国大陆西北部,是典型的岩石圈陆内缩短造山带.本文利用新疆区域数字地震台网2009年1月至2014年12月的近场小地震波形资料,采用剪切波分裂分析对天山构造带及邻区的地壳各向异性特征进行研究,获得了研究区域内39个台站的快剪切波偏振方向和慢剪切波时间延迟.剪切波分裂参数的空间特征显示,研究区上地壳各向异性具有分区性,各向异性特征与局部构造、地壳介质变形和应力分布有关.天山构造带的快剪切波偏振呈现出两个优势方向的特点,第一优势方向大致平行于台站附近断裂和天山构造带的走向,与断裂构造和应力的综合影响有关,另一个优势方向反映了主压应力的直接作用.北天山山前断裂带东段的断裂弯折部位和南天山局部地区的剪切波分裂参数与东、西两侧不同,与准噶尔盆地、塔里木盆地的南北向挤压作用密切相关.快剪切波偏振优势方向的剧烈变化揭示,在准噶尔盆地和塔里木盆地双向挤压隆起的过程中,天山构造带产生了强烈的局部不均匀变形.塔里木盆地西侧快剪切波偏振具有两个优势方向,一个为NNE方向,与帕米尔高原受到印度-欧亚板块碰撞产生的北向挤压作用有关,另一个为NW方向,指出了塔里木盆地区域主压应力方向.准噶尔盆地北部也存在NE和NW两个快波偏振优势方向,主要与断裂的影响有关.天山构造带区域内的慢剪切波时间延迟总体上低于塔里木盆地西侧和准噶尔盆地北部,同时慢剪切波时间延迟的结果也进一步证实了天山构造带的局部强烈变形.

     

Crustal seismic anisotropy in Yunnan, Southwestern China

Using seismic data recorded by Yunnan Telemetry Seismic Network from January 1, 2000, to May 31, 2005, the polarization directions of fast shear waves are obtained at 15 seismic stations by SAM technique, which is a systematic analysis method on shear-wave splitting. The results show that predominant directions of polarizations of fast shear waves at most stations are mainly nearly in the N–S or NNW directions in Yunnan. The predominant polarization directions of fast shear waves at stations located on the active faults are consistent with the strike of active faults, directions of regional principal compressive strains from GPS measurement, and directions of regional principal compressive stress. A few of the stations show that polarization patterns of fast shear waves are more complicated or inconsistent with the strike of active faults and the directions of principal GPS compressive strains; these stations are always located at the junction of several faults. We conclude that the predominant polarization direction of fast shear waves indicates that the direction of the in situ maximum principal compressive stress is controlled by multiple tectonic aspects, such as the regional stress field and faults.     

首都圈西北部地区地壳介质地震各向异性特征初步研究

本研究使用首都圈数字地震台网2002年01月～2003年12月的波形记录资料,采用SAM方法,进行了剪切波分裂的分析,得到首都圈西北部地区地壳介质地震各向异性的初步结果.根据对有3条以上可靠记录的14个台站的统计分析,得到首都圈西北部地区的剪切波分裂的统计平均结果为: 快剪切波平均偏振方向为NE69.9°±44.5°,慢剪切波平均时间延迟为4.44±2.93（ms/km）.研究认为,NE69.9°±44.5°的快剪切波平均偏振方向暗示了该区域的水平主压应力方向,快剪切波偏振方向的第一优势取向揭示了NWW近E-W方向的原地水平主压应力的构造意义,凸现了NWW向的张家口—蓬莱断陷带.通过快剪切波偏振方向,本研究进一步证实,位于活动断裂上的台站的快剪切波偏振方向的优势取向与断裂走向一致,认为南口—孙河断裂和夏垫断裂是两个活动断裂,而八宝山断裂可能是个并不太活跃的活动断裂.华北盆地里的快剪切波偏振方向显示出复杂的分布特征,对应了盆地凹陷区里许多断裂互相交汇造成区域主压应力场受到局部调整的复杂图像.研究还认为慢剪切波时间延迟急剧的梯度变化可能与地壳深部的温度变化有关联.     

Shear-wave splitting in the crust: Regional compressive stress from polarizations of fast shear-waves

When propagating through anisotropic rocks in the crust, shear-waves split into faster and slower components with almost orthogonal polarizations. For nearly vertical propagation the polarization of fast shearwave (PFS) is parallel to both the strike of the cracks and the direction of maximum horizontal stress, therefore it is possible to use PFS to study stress in the crust. This study discusses several examples in which PFS is applied to deduce the compressive stress in North China, Longmenshan fault zone of east edge of Tibetan plateau and Yunnan zone of southeast edge of Tibetan plateau, also discusses temporal variations of PFS orientations of 1999 Xiuyan earthquake sequences of northeastern China. The results are consistent to those of other independent traditional stress measurements. There is a bridge between crustal PFS and the crustal principal compressive stress although there are many unclear disturbance sources. This study suggests the PFS results could be used to deduce regional and in situ principal compressive stress in the crust only if there are enough seismic stations and enough data. At least, PFS is a useful choice in the zone where there are a large number of dense seismic stations.     

玉树地区地壳介质的各向异性特征

本文利用2010年5月7日到10月18日玉树地震震源区及其周边22个地震台站记录的2010年4月14日玉树地震余震数据资料,使用剪切波分裂分析方法初步得到了每一个台站的剪切波快波偏振方向和慢波时间延迟,并分析了玉树及周边地区地壳介质各向异性特征.在该研究区域,甘孜-玉树断裂上部分台站快波偏振方向近于东西向,这一结果与该区域的水平主压应力方向一致.甘孜-玉树断裂带南段玉树周边的台站快剪切波偏振方向为南东向,与断裂带的走向一致,显示了此次地震断裂走滑性质的特征.位于杂多断裂和清水河断裂上的台站及其附近的台站,快波偏振方向与所处的断裂走向基本一致,多为南东东向.各个台站的慢波延迟时间结果分布在4.23~7.01 ms/km范围内,平均慢波延迟时间是5.68 ms/km.在甘孜-玉树断裂带和乌兰乌拉湖-玉树南断裂相交的位置慢波延时总体较高;而低值区位于打贝通-小苏莽断裂的北西端与杂多断裂之间的位置.沿玉树断裂带,慢波延迟时间的梯度值较大,本文这一结果揭示了慢波延迟时间的分布和破裂带的走向、余震的分布有很大关系.