利用Ground\|Truth资料和Messy GA方法反演渤海湾盆地及其邻区地壳P波速度模型

收集了1978～2003年位于渤海湾盆地及其邻近地区（大体位于东经112°～122°，北纬34°～44°之间）所记录到的的总计10534个地震或人工爆破事件的Pn、Pg以及P波到时数据，运用GT5准则，从中挑选出相对精确和可信度较高，且具有代表性的的10个地震事件，使用Messy GA算法，分别反演了这10个地震事件所对应的一维地壳P波速度模型.反演的局部地壳模型与已知结果对应较好，基本反映了震中区的地壳速度结构特征.该方法原理简单，计算方便，可用于确定局部和区域的地壳速度模型.     

山东地区地震波一维速度模型研究

根据山东地区及其邻区2007—2011年间45次地震事件中的919条P波到时资料,利用Kissling方法得到了山东地区的一维速度结构,并对该地区的震中和P波一维地壳速度结构进行联合反演,重新定位后的地震走时残差均方根得到了一定程度的降低,在精度和深度方面都有了一定的提高。     

时间域多尺度全波形反演中关于拟牛顿法的研究（英文）

时间域多尺度全波形反演通过利用地震数据中的不同频率成分进行顺序反演,减小了非线性反演中局部极值问题的影响。拟牛顿法不需要直接求解Hessian逆矩阵,能够降低反演所需的计算量和存储量。二者结合可以提升反演精度与效率。但时间域多尺度全波形反演中的拟牛顿方法仍然无法完全解决反演算法陷入局部极小的问题。本文通过模型数据试验分析得到拟牛顿Davidon-Fletcher-Powell(DFP)和Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno(BFGS)法易陷入局部极小的原因为：由于地震波传播过程中振幅会随几何扩散而减小,导致速度模型的梯度集中在浅部,深部的速度得不到修正,使反演陷入局部极小。针对这一问题,本文引入虚源预条件来去除几何扩散的影响,让深部和浅部的模型速度同时得到充分修正,使反演能够更稳定地向全局最小收敛。在使用虚源预条件后,拟牛顿法容易陷入局部极小的问题虽然得到了改善,但仍存在迭代一定次数后搜索方向不正确,目标函数不再下降等问题。因此,本文进一步对基于虚源预条件拟牛顿法的时间域多尺度全波形反演进行了流程上的改进,通过加入近似Hessian逆矩阵的重置这一环节,保证...     

环渤海地区的地震层析成像与地壳上地幔结构

利用环渤海地区的天然地震P波到时资料,采用纬度和经度方向分别为05°×06°的网格划分,反演了该地区地壳上地幔的三维P波速度结构.初步结果表明,环渤海地区地壳上地幔的速度结构具有明显的横向不均匀性：京津唐地区地壳中上部的速度异常反映了浅表层的地质构造特征,造山带和隆起区对应于高速异常,坳陷区和沉积盆地对应于低速异常;地壳下部出现大规模的低速异常与华北地区广泛存在的高导层相对应,估计与壳内的滑脱层和局部熔融、岩浆活动有关;莫霍面附近的速度异常反映了地壳厚度的变化及壳幔边界附近热状态的差异;上地幔顶部大范围的低速异常可能是上地幔软流层热物质大规模上涌所致.     

福建-台湾地区一维地壳速度结构的初始模型

文中收集整理了利用人工地震测深、 天然地震到时以及布格重力异常、 地震地质资料反演福建-台湾地区地壳结构的不同结果。 对这些不同的初始模型进行了分析和比较, 给出了该区域的综合一维平均地壳速度结构模型, 为进一步开展该区域二维或三维地壳精细结构反演提供一个合适的一维初始地壳模型。     

基于多震相联合反演江苏地区一维速度模型研究

利用地震走时数据,采用联合反演方法获取了江苏地区的一维P波速度模型。与仅采用初至波走时的传统天然地震走时获取方法相比,该方法充分利用了大量存在的续至波参与反演,能有效改进中下地壳的反演能力。针对地震震相目录中常存在震相标识错误的问题,采用的自动判别筛选震相方法能最大限度提高数据走时的精度,可以对不同震相进行有效区分。与其他常用一维速度模型相比,本文反演的模型对Pg、Pn震相走时拟合效果最佳,残差最小。当所用走时数据拥有较高定位精度时,该反演方法能为研究区三维速度结构成像和地震定位提供较可靠的一维速度模型。     

河北省南部及邻区地壳P波速度结构三维反演

1980—2012年河北省及邻区测震台网地震记录,使用了河北省南部及邻区（34.0°—38.0°N,112.0°—118.0°E）63个固定地震台站和4 540个地震事件,得到27 709条P波到时数据,采用速度结构与地震位置联合反演的方法,获得研究区内地壳P波三维速度结构,重新确定中小地震震源位置。速度结构揭示：研究区域内地壳的P波速度结构存在明显的横向不均匀性,在10—25 km深度上横向不均匀性更加显著;大地震基本发生在速度异常体或高低速交界区域。地震重新定位结果显示：地震P波走时均方根残差（RMS）从1.68 s降到0.82 s;地震呈明显条带状分布,震源深度与地质构造年代具有一定负相关性。     

门源地区地壳三维体波速度结构及地震重定位研究

本文使用甘肃、青海数字地震台网及中国地震科学探测台阵记录到的门源地区地震的P波和S波到时资料,应用双差层析成像方法联合反演了该地区的地壳三维速度结构和震源位置参数.结合地质构造背景,研究了门源M_S6.4地震孕育发生的深部介质环境及该地区速度结构与地震活动性之间的关系.结果表明：反演之后地震的走时残差均方根显著降低,重定位后的地震在垂直方向上呈现出与断层位置有关的条带状分布.门源地区地壳速度结构存在明显的不均匀性,浅层P波和S波速度结构与地表地质构造及地形特征密切相关.研究区内地震活动性与地壳速度结构具有很强的对应关系,地震主要分布在高速异常区域及其边缘.门源M_S6.4地震震中附近的P波和S波速度结构表现出明显的高速异常,且在震源区下方存在P波低速层,这种特殊的构造条件可能是导致此次地震发生的重要原因.     

沧州地区地壳上地幔的远震P波三维速度结构成像

利用架设在沧州地区的20台流动地震台站于2006年12月至2010年7月间记录的271个远震事件,读取的2308个P波到时数据,采用地震层析成像方法反演得到沧州及其邻区(38.0°N～39.0°N,116.5°E～117.5°E)的地壳上地幔P波三维速度结构。层析成像结果表明,沧东断裂两侧的地壳介质的速度分布表现出明显的横向差异,浅层速度分布同地表地质结构分布相一致。沧东断裂西北侧沧县隆起的地壳速度较高,表明其基底抬升;断裂带东南边的黄骅拗陷速度较低,说明基底埋藏较深。本文的远震层析成像研究结果和前人使用重力、电磁和人工地震的探测结果都表明,沧东断裂带两侧的地质构造和地球物理性质有明显的变化,这种构造差异在整个地壳中都有体现。     

基于截断牛顿法的VTI介质声波多参数全波形反演

不同类别参数间的相互耦合使多参数地震全波形反演的非线性程度显著增加,地震波速度与各向异性参数取值数量级的巨大差异也会使反演问题的性态变差.合理使用Hessian逆算子可以减弱这两类问题对反演的影响,提高多参数反演的精度,而截断牛顿法是一种可以比较准确地估计Hessian逆算子的优化方法.本文采用截断牛顿法在时间域进行了VTI介质的声波双参数同时反演的研究.不同模型的反演试验表明,在VTI介质声波双参数同时反演中,截断牛顿法比有限内存BFGS(Limited-memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno,L-BFGS)法能更准确地估计Hessian逆算子,进而较好地平衡两类不同参数的同时更新,得到了比较精确的反演结果.     

华北及周边地区上地幔P波速度结构

本文基于层析成像方法研究了华北及其邻区(30°N~43°N,100°E~130°E)的上地幔P波速度结构.该区域是我国地震活动强烈的地区之一,曾多次发生破坏性地震,地质构造十分复杂.本研究采用中国数字化地震台网1996~2002年和中国科学院地质与地球物理所（IGGCAS）流动地震台阵2001~2003年地震记录中的P波走时,挑选了6870个地震事件,其中包括1382个区域地震事件,5488个远震事件.在对实际资料反演之前,进行了分辨率测试以确定反演结果的可靠性,对反演中不同参数对结果的影响做了分析,以确定最佳的的模型和参数.根据上述分析,以水平方向1°×1°,垂直方向以5 km、15 km、30 km为间隔划分网格,并建立初始速度模型,采用伪弯曲射线追踪方法计算走时和射线路径,通过基于LSQR算法的反演重建了研究区域40 km以下、480 km以上的三维P波速度结构.成像结果显示：（A）研究区域西南部的四川盆地北部在40 km以上为明显的低速异常,40 km以下一直到360 km均为高速异常;（B）华北盆地在90 km之上高速异常比较明显,而在120 km~360 km的深度,低速异常为区域主要特征,它与渤海湾地区的低速区连接,形成地幔楔,随着深度的增加,由于太平洋俯冲板块的影响,华北盆地和渤海湾地区下的高速异常突出.     

华北北部地区地壳三维P波速度结构的双差地震层析成像

利用区域固定台站和华北科学探测台阵记录的10 461个近震事件的183 909个Pg波绝对走时和495 753个相对走时数据,采用双差地震层析成像获得华北北部(37.5°～41.5°N,111.5°～119.5°E)范围内的地壳三维P波速度结构模型。结果表明:研究区内各主要构造单元具有明显不同的速度结构特征,速度异常的走向与区域构造的走向一致,浅层速度图像很好地反映了地表地质和岩性的变化;重定位后的大部分地震集中在0～20km的深度上,主要位于低速区的内部或高速和低速区的交界部位;三河—平谷和唐山地震震源区中、下地壳的低速异常可能是流体的显示。结合前人成果和本文模型所揭示的深、浅结构,我们认为太平洋板块在中国东部之下的俯冲和滞留引起板块脱水、软流圈物质上涌等一系列过程,软流圈热物质到达上地幔顶部并沿超壳断裂上侵进入地壳,致使上地幔顶部和下地壳中的含水矿物发生脱水作用产生流体,流体继续上移造成中、上地壳发震层的弱化,从而导致大地震的发生。因此华北北部地区的强震活动,以及地壳结构的非均匀性应是与太平洋板块俯冲、滞留引起的深部过程密切相关的。     

华北地区地壳上地幔S波三维速度结构

利用华北地区大型流动地震台阵的记录资料,采用近震和远震联合成像方法,得到了水平分辨率0.5°×0.5°、深至600km的S波速度结构.研究结果表明,上地壳S波速度结构与地表地质构造基本一致,燕山—太行山山脉均呈现高速异常,延庆—怀来盆地、大同盆地表现为低速异常,华北盆地内部的拗陷和隆起分别呈现低速和高速.唐山地区中地壳、山西裂陷盆地中下地壳存在明显的低速异常,可能分别与流体和热物质作用有关,有利于形成孕育强震的地质构造环境.90km的速度结构图像依然与地表的构造特征有较大的相关性,可能说明深部结构对地表构造有一定的控制作用.燕山隆起区岩石圈的厚度可达120～150km左右,华北盆地的岩石圈厚度可能在80km左右,太行山地区的岩石圈厚度介于两者之间.山西裂陷盆地上地幔低速层较厚,反映了该区不稳定的构造环境造成了地幔热物质的上涌.华北盆地下方220～320km出现的高速异常体,可能揭示了华北盆地上地幔仍然存在拆沉后残留的难熔、高密度的古老岩石圈地幔.研究区东部地幔转换带呈低速异常,推测可能与太平洋板块俯冲至该区下方地幔转换带前缘120°E左右的俯冲板块相变脱水有关.     

华北地区地壳P波和S波速度结构的双差层析成像

基于华北地区(37°N—42°N,113.5°E—118.5°E)133个固定地震台站收集到的P波和S波震相数据,利用双差层析成像法反演了该地区地壳三维速度结构并对所用地震进行了重定位.结果显示:地震走时残差均方根的平均值由重定位前的0.265 s下降至0.008 s;重定位后的震源主要分布于6—16 km深度范围内;...     

华北地区地壳上地幔三维P波速度结构

利用华北地震科学台阵和首都圈地震台网记录的4511次近震和625次远震的P波到时数据,采用纬度和经度方向分别为0.5°×0.5°的网格划分,反演得到了华北北部地区(111°E—120°E,37°N—42°N)深至400km的地壳上地幔三维P波速度结构.层析成像结果表明,研究区的速度存在明显的横向不均匀性,随着深度增加横向不均匀性总体呈现减弱趋势.燕山隆起带在60—120km深度内存在明显的高速异常,这与较大的岩石圈厚度有关;山西裂陷盆地、华北平原下方60km深度存在明显低速异常,与软流圈的出现有关.燕山隆起带岩石圈厚度在120km以上,明显比太行山隆起的岩石圈厚度大,与稳定大陆地区的岩石圈厚度一致.太行山山前断裂已切穿莫霍面,贯入岩石圈.研究区上地幔顶部大范围的低速异常反映了软流圈上隆的特点.在华北平原及燕山隆起下方200—300km存在高速异常可能与太古代大陆板块岩石圈的残留体有关.     

上海地区地壳精细结构的综合地球物理探测研究

通过在上海地区开展深、浅地震反射、地震宽角反射/折射、高分辨地震折射和大地电磁测深等联合剖面探测, 获得了该地区近地表至Moho面的精细速度结构、电性结构和深浅构造关系.结果表明, 该地区地壳可划分为上、中、下三个组成部分.其中,上地壳厚为12～14 km,波速为57～59 km/s;中地壳厚度约为10 km,波速为59～62 km/s;下地壳厚为10～11 km, 波速为62～63 km/s,Moho面深度约为32 km.剖面浅部地质构造复杂,共解释出12条特征明显的断裂.其中,除3条断裂错断结晶基底（G界面）并向下延伸至上地壳底界面外,其他断裂均在深度3～5 km以上终止或收敛于G界面之上.此外,仅在剖面西侧基底下部约13～15 km埋深处发现一厚度在2 km左右的壳内高导层.所以,在综合各方面资料后分析认为,在剖面经过地区不存在发生大地震的深部构造条件,近地表所存在的活动断层是未来产生对该区有影响地震的震源区.     

根据接收函数反演得到的首都圈地壳上地幔三维S波速度结构

利用2002~2003年中国地震局地质研究所台阵实验室以唐山大震区为中心布设的40个流动宽频带地震台站和首都圈数字台网的33个宽频带台站的远震数据,采用接收函数非线性反演方法得到其中72个宽频带台站下方60 km深度范围内的S波速度结构.根据得到的各台站下方地壳上地幔的S波速度结构,并综合刘启元等（1997）用接收函数非线性反演方法得到的延怀盆地15个宽频带流动台站下方的地壳上地幔S波速度结构模型,给出了39°N～41°N,114°E~119.5°E区域内沿不同走向、不同深度S波速度分布.由于综合了利用首都圈数字地震台网的宽频带台站以及流动地震台阵的观测数据,本文给出了较前人同类研究空间分辨率更好的结果.结果表明: (1)研究区的速度结构,特别是怀来以东的速度结构十分复杂.在10~20 km深度范围内,研究区地壳具有高速和低速异常块体的交错结构.研究区中上地壳速度结构主要被与张渤地震带大体重合的NW向高速条带和穿越唐山大震区的NE向高速条带所控制,而其中下地壳的速度结构主要为延怀—三河—唐山地区上地幔隆起所控制.(2)研究区内存在若干壳内S波低速体,它们主要分布在唐山,三河及延怀盆地等地区.在这些地区,壳内低速体伴随着壳幔界面的隆起和上地幔顶部速度结构的横向变化.(3)地表断层分布与地壳速度结构分区有较好的相关性,表明断层对不同块体有明显的控制作用.其中,宝坻断裂,香河断裂和唐山断裂均为超壳断裂.(4)首都圈内大地震的分布与壳内低速体及上地幔顶部的速度结构有密切关系.对于唐山大地震的成因,仅考虑板块作用引起的水平应力场是不够的,有必要充分重视由于上地幔变形引起的地壳垂直变形和上地幔物质侵入造成的热效应.     

Dislocation structure of the crust-mantle boundary and low-velocity body within the crust beneath the Dabie Shan collision orogen

The Dabie Shan is located on the eastern side of the Qinling-Dabie orogenic belt, which marks a geological boundary between the Sino-Korean and Yangtze cra- ton. Since the 1980s, the discovery of coesite and mi- crodiamond in the Dabie Shan orogen motivates an extensive interest to the ultra-high pressure (UHP)metamorphism and its exhumation[1,2]. Many results about them were published, which deal with different disciplines, including tectonics, petrology and chro- nology[3?8]. Up to now,…     

利用SPAC法估算地壳S波速度结构

S波速度结构能够反映地球介质的物性差异,是地壳内低速区结构特征判别的重要依据.本文尝试利用空间自相关法(SPAC法)从地震台站微动信号的垂直分量中提取瑞利波相速度频散曲线,通过对频散曲线的反演获得地下介质的S波速度结构.以国家数字测震台网8个宽频带地震台站的实测微动数据为例,采用SPAC方法获得了首都圈地区北京附近约30 km 深度范围内的一维S波速度结构.结果表明,该区结晶基底埋深较浅约2 km;分别在5~8 km 和12~16 km 深处发育S波低速层;8 km 和 20 km 处是S波速度差异较大的速度分界面.这一结果与以往地震学及人工地震探测结果较为吻合,表明SPAC法估算地壳S波速度结构是可行、有效的.     

多震相走时和波形三维地震成像方法及在朝鲜半岛和祁连山地壳结构研究的应用

本项成果包括：提出天然地震走时反演层析成像技术,采用下列方法使得处理结果得以改善：1)利用Pg,Sg,Pm,Sm,Pn,Sn等震相增大约束条件;2)用已有精度较高的人工地震测深结果作速度约束;3)用波形反演来修改模型,把波源,介质吸收,散射等全部物理特征集中反映在记录中,把诸多物理量开发出来互为约束,以修改后的模型再作反演,使解的稳定性大大提高;4)采用最优化过程,选择遗传算法。可以进行震源定位,走时反演,波形反演;5)得到任意深度的速度分布及从地表到Moho面的速度剖面。主要应用结果：对于朝鲜半岛南部,划分为5(沿纬度)*６(沿经度)*8(沿深度)块,对于中部分288块.得到从地表到M面的8个水平切面;中部地区沿纬度13个二维剖面及其Moho面深度分布。上述方法也用于祁连山中东段地壳三维结构成像加上地震台网数字记录,反演。该区属塔里木-阿拉善地块走廊过渡带与北祁连褶皱带;从剖面可看出该地块上地壳低速层厚,下地壳有-低速层。北祁连褶皱带盆地与隆起构造之间的起伏差异,显示古浪断裂与金强河断裂之间的深部差异与界线。两地区的结果表明,这些剖面对认识大地构造、地质结构的稳定性,深部事件的性质是很有益的,对地球动力学研究也有重要意义。