日本关东—东海地区下部三维地壳结构和震中的联合确定

本文提出一种由初动到时数据确定康拉德界面和莫霍界面二维深度分布以及台站校正和震源参数的新方法。在本研究中,速度结构用双曲函数tanh来模拟,而各个界面的形状则用以未知参数为系数的切比雪夫函数级数来表达。反演时使用了Tarantola和Valette的非线性反演方法。对复杂地区计算地震射线路径和走时则利用了具有足够精度的射线追踪法。本方法使用国家灾害预防研究中心管理的地震台网中所收集到的地方震和爆炸的P波初动到时数据,以揭示日本关东-东海地区下部的地壳结构。本文所得的研究结果颇为重要,同时这些结果也表明了这种方法在研究地壳结构时的有效性。在有浅部结构资料的那些地方台站校正的分布是合理的。在东京湾和Omae角附近出现低速带。而在山区则出现高速带。康拉德界面的深度约为12—16km,横向变化较为平缓。相对来说,莫霍界面的深度横向变化较大,而且存在一个莫霍界面深度超过40km的狭小地带。除中部山区之外,本文所得到的地壳结构与前人用折射方法所得的结果相当一致。将我们的结果与Ishida和Hasemi用Aki和Lee的方法导出的第一层(0—32km)中的速度扰动相比,我们的工作对引起地壳速度异常的特征提供了技好的信息,而在Ishida和Hasemi的工作中已经不能对其作出约束了。     

用地震层析法确定三维结构和速度

为了能够从反针资杆同时得到体波速度和界面的三维结构,发展了一种用计算机处理的地震县析方法.这种介质由一些任意连续的三维弯曲界面的层组成,而这些界面把具有不同声学特性的均匀物质分隔成层.界面用一个多项式曲面表示. 恨定弹性波在其针线路径满足斯奈尔(Snen)定律的弯曲界面上传播或反针.时每个源检对的射线追综是通过解一个非线性方程组确定的.这种三维封线追综的方法在计算许多地震射钱中是有效的,其中包括转换波和多次波. 用公式来表示一种阵尼最小二乘反演方法,并且通过使观测到的走时与计算出的走时的差减到最小值来重建界面的层速度和三维结构.从综合模型的结果看出,这些解能很快收敛于真实模型. 1984年在温哥华岛曾用这种地震层析方法取得了一条可控震源的地震剖面,这条部面是岩石圈计划的一部分.通过用标称的二维地震反射刚量中的弯曲线,我们发现这种方法讨俯冲板块底面的三维成象是非常有用的.     

多震相走时联合三参数同时反演成像

采用新近研制的分区多步不规则最短路径多震相地震射线追踪正演技术,结合流行的子空间反演算法,提出了一种联合多震相走时资料进行地震三参数 （速度、反射界面和震源位置） 同时反演的方法技术.数值模拟反演实例、以及与双参数 （速度和反射界面或速度和震源位置） 同时反演的对比分析表明：三参数同时反演成像结果大体接近双参数同时反演成像的结果.另外,噪声敏感性试验表明：所提算法对到时数据中可容许的随机误差并不敏感,结果说明多震相走时的联合三参数同时反演成像方法技术不失为一种提高走时成像空间分辨率、进而降低重建模型参数失真度、行之有效的方法技术.     

昆明地震台网下方的三维速度结构

根据昆明地震台网1982-1989年记录的275个区域地震初至P波走时资料, 用震源参数与介质结构参数分离方法和三维近似射线追踪确定了台网下方的三维速度结构。昆明地震台同台站间距相对较大, 区域初至震相和Pn可能同时存在, 在网格介质模型中, Pn用近似射线追踪方法模拟为Moho界面下方的潜波。最终的三维速度结构与深地震测深和布格重力异常反演结果基本一致。滇中地区(渡口楚雄一带)在45km深度上为明显高速区, 解释为Moho界面隆起。这一地区上地壳呈低速区, 因此, Moho面的隆起被认为是均衡作用的结果。速度等值线分布表明, 上部地壳和下地壳结构复杂, 而中地壳则相对简单, 这一特征说明云南地区属于现代活动构造区域。红河断裂作为这一地区大地构造的主要分界线, 虽然在速度结构上未显示较明显的低速异常带, 但在中至下地壳的速度等值线上显示出构造分界的特征, 这表明红河断裂已穿透Moho界面。      

利用DE算法反演地壳速度模型和地震定位

利用差异演化（Differential Evolution）非线性全局优化算法,设计了一种反演地壳速度模型和进行地震定位的方法,并给出了反演结果的具体分析.利用有限差分算法计算速度模型的走时场,可以节省大量的计算量,加快计算过程.反演得到的地壳速度模型和地震的震源参数可以直接用于地震层析成像研究,还可以利用地震层析成像得到的三维速度结构对地震重新定位,从而得到较为精确的震源参数.地壳速度模型的反演方法也可以用于三维速度结构的反演.     

三维地质模型中地震波共轭梯度非线性走时反演

地震体波走时层析成像是探测地球内部速度结构的重要方法之一。基于三维块状建模以及三角形拼接的界面描述方式,结合快速高效的逐段迭代射线追踪方法,获得三维复杂地质模型中的地震射线路径与走时信息,采用共轭梯度非线性反演算法,进行地震波走时反演。实验结果表明共轭梯度反演算法在三维层状模型中具有较高的有效性。     

川滇地区中小震重新定位与速度结构的联合反演研究

通过震源与速度结构联合反演, 利用2000年4月至2006年3月云南和四川区域地震台网给出的P波初至走时资料, 确定了川滇地区的三维速度结构, 同时获得了川滇地区6642次中小地震的重新定位结果。 结果表明: ① 川滇地区地震震源平均深度随震级增大而加深的特征明显, 地震震级越大, 震源深度越深, 但震源下界不超过25 km; ② 在瑞丽-龙陵、 丽江-小金河以及龙门山等断裂带以西地区, 震源深度偏浅, 大多在15 km以上, 15 km深度以下地震稀少; ③ 川滇地区中小地震分布具有与强震相同的地壳深部介质背景, 震源大多分布于正、 负异常过渡区的速度相对较高一侧, 而其下方主要为低速异常分布。     

内蒙古中西部一维均匀地壳速度模型研究

使用内蒙古地震台网记录的内蒙古中西部59个地震,使用单纯型方法和Pn/Pg联合测定深度方法,对震中和震源深度重新测定,提取定位结果的纵波走时数据。使用理论走时公式,将已知变量和未知变量分离建立方程组,使用共轭梯度法,反演得到包含5个参数的两层均匀速度模型。使用Hyposat方法,对比新模型和现有模型的定位残差,新模型残差有所降低,震源深度控制较好。     

利用速度结构与震源参数联合反演算法研究天津及邻近地区小震重定位特征

利用2002年1月至2008年12月天津地震台网产出的初至P波走时资料,通过震源与速度结构联合反演算法,计算出天津及邻近地区三维P波速度结构的优化模型,同时获得1 738次中小地震的重新定位结果.结果表明,天津及邻近地区中小地震分布具有与强震相同的地壳深部介质背景,主要分布在高低速度过渡带;天津及邻近地区中小地震震源深度重新定位后更集中分布在10-15 km深度范围内.     

中国中西部地区地震的重新定位和三维地壳速度结构

采用中国中西部地区(21~36N， 98~112E)193个地震台在1992～1999年间记录到的9 988次地震的Pg和Sg震相走时的读数资料，用Roecker的SPHYPIT90程序，反演了该地区三维地壳P波速度结构，并用SPHREL3D90程序进行了地震的重新定位．反演结果揭示了中国中西部地区地震P波速度结构明显的横向不均匀性，这些不同深度上波速的横向变化多以该地区的活动断裂为分界线．可以看出活动断裂两侧存在明显的速度反差．通过重新定位，得到了6 459次地震的震源参数，这些精确定位的地震震中明显沿该区活动断裂呈现条带状分布，其范围和尺度清晰地表示了这一地区地震活动与活动断裂的紧密关系．其中，82％重新精确定位的事件的震源深度在20 km以内. 这一结果与笔者用双差地震定位法得到的重新定位的震源深度分布相一致．      

地震震源深度测定方法研究综述

地震震源深度是一项非常重要的震源参数,对研究地壳流变学性质、弄清孕震机理和发震构造、灾害评估具有重要意义。然而,由于台站分布不够密集、速度结构不够精确、以及震源深度本身的复杂性等因素,震源深度一直以来是不容易测量的参数。为了梳理地震震源深度测量方法,提高对地震震源深度的认识。本文中概述基于走时和基于波形方法的基本原理和应用,并以2013年4月20日芦山地震为典型震例,分析比较了不同机构和学者利用不同方法测定的震源深度结果。通过归纳总结,认识到不同震源深度测量方法的局限性以及其优缺点。     

2009年姚安地震序列定位及震源区三维P波速度结构研究

利用2009年7月9日姚安Ms6.0地震序列的到时数据,应用双差层析成像方法,对地震进行了重定位,并反演了震源区的三维速度结构.经过资料选取,共有873次余震事件参加了反演.重定位结果显示,姚安地震余震序列呈WNW向条带状分布,大部分地震的震源深度集中在3-12 km之间.从余震的深度分布随时间的变化推测,姚安Ms6....     

温州珊溪水库地震重新定位与速度结构联合反演

通过震源位置和速度结构联合反演方法,利用浙江和福建区域地震台网和珊溪水库台网给出的P波走时资料,得到了珊溪水库地区的三维速度结构,重新确定了珊溪水库地震的震源参数。结果表明:①震中总体呈现NW向分布,NW走向的双溪-焦溪垟断裂可能为珊溪水库地震序列的发震断层。②珊溪水库地震震源深度最大为9.5km,平均为5.4km,小于华南地震区10km的平均震源深度。③水库北、南两岸的地震较浅,震源深度均小于5km,水库淹没区地震较深。水库诱发地震之初的几年中震源深度有一个逐渐变大的过程,这可能是由于库水逐渐往深部下渗,从而进一步诱发了更深处的地震所致。④研究区存在一个低P波速度异常区,低速区位于水库淹没区内的多组断裂交汇部位,地震大多发生在低速异常区内。这可能与水库蓄水后库水下渗有关。     

小湾水库库区最小一维速度模型研究

从小湾水库台网2005—2008年记录的众多地震中,挑选出最少被4个台站接收到的高质量地震数780个,一共5 230条P波和4 883条S波到时资料。利用Kissling方法得到了小湾水库库区最小一维P波和S波速度模型以及台站校正值。反演后的最小一维P波速度模型走时均方根残差从0.81s减少到0.12s,数据方差从1.64s2减少到0.04s2;地震震源深度比原来增加大约1公里,震源分布更加集中;不同台站的校正值差异表征了小湾库区速度结构存在横向不均匀性。最后利用得到的最小一维速度模型和台站校正值进行重定位,结果地震的走时均方根残差明显减少,表明得到的最小一维速度模型可信度较高。     

近震震源深度测定精度的理论误差分析

震源深度是地震学中最难准确测定的参数之一,各种方法对于震源深度的估计都具相当程度的不确定性,影响着人们对震源过程的认识。各种因素对震源深度的影响是非线性的,本文从近震走时公式入手,分析了震中距、到时残差和速度模型(地壳模型)对震源深度的影响。当地震波传播速度一定时,震源深度的误差随着震中距或台站距离的增大和走时残差的增大而增大。走时残差一定时,震源深度误差随着震中距的增大和地震波速度的增大而增大。研究也表明,当速度已知,走时残差一定时,越浅的地震,定位误差可能越大。定位精度产生的水平误差随着震中距、走时误差和地震波速度的增大而增大,震源深度误差也将增大。另外,震源深度的误差会导致发震时刻的变化,随之而来的结果都会因此而改变。     

小湾水库库区最小一维速度模型研究*

从小湾水库台网2005—2008年记录的众多地震中,挑选出最少被4个台站接收到的高质量地震数780个,一共5230条P波和4883条S波到时资料。利用Kissling方法得到了小湾水库库区最小一维P波和S波速度模型以及台站校正值。反演后的最小一维P波速度模型走时均方根残差从0.81s减少到0.12s,数据方差从1.64s²减少到0.04s²;地震震源深度比原来增加大约1公里,震源分布更加集中;不同台站的校正值差异表征了小湾库区速度结构存在横向不均匀性。最后利用得到的最小一维速度模型和台站校正值进行重定位,结果地震的走时均方根残差明显减少,表明得到的最小一维速度模型可信度较高。     

联合利用走时与波形反演技术研究地壳三维速度结构(Ⅱ)——应用

使用阻尼最小二乘法进行震源参数和地壳三维速度结构的走时联合反演．所用资料为Ｓ波和Ｐ波到时差,并用人工地震资料的二维解释结果作为三维速度模型的特定约束条件．为建立初始模型,又利用天然地震构成了准二维剖面．在走时反演基础上,利用遗传算法进行了几个地震事件的波形反演尝试,并对走时反演获得的地壳速度结构模型的局部进行了修正．以３４°～４２°Ｎ,９４°～１１２°Ｅ作为研究区域,在该区域中收集了１９８６年以来大量地震的Ｓ波和Ｐ波到时差资料,７条人工地震二维速度剖面资料和２个数字化地震台的几个地震的三分向记录资料．对这些资料进行了处理,最后得出了０～２５ｋｍ深度不同截面的速度分布,并对所得结果进行了分析．     

三维复杂速度模型的交切法地震定位

地震定位是地震监测与减灾研究重要基础.基于均匀或横向均匀介质模型,利用震源轨迹确定震源位置的交切法具有稳健和效率高的优点,但定位精度较低,特别是震源深度.为提高震源定位精度,我们提出适用于三维复杂速度模型的地震定位交切法.将地壳速度模型由均匀或横向均匀介质模型扩展为三维复杂速度模型;均匀或横向均匀介质模型对应的原假设为球面或双曲面的震源轨迹通过最小走时树射线追踪技术予以确定.确定震源位置的震源轨迹以到时差作为约束条件;将震源定位于震源轨迹交汇最密集的点处,即总的到时差残差(RDT)最小的点处.定位结果的不确定性可通过RDT值较小节点的空间分布予以定性表示.考察了准确速度模型、扰动速度模型、扰动观测到时及地震在台网外等4种情况下改进方法的地震定位效果,结果表明改进的交切法可用于三维复杂速度模型的地震定位;综合利用P波与S波的到时差信息,可明显改善震源位置约束;使用多条震源轨迹进行定位,有助于减少由随机因素导致的定位误差.     

山东地区地壳速度与中强地震的关系

利用山东区域地震数字台网提供的数据,通过三维层析成像方法结合山东地质构造实际情况,对山东区域进行联合走时反演地壳速度结构,获得该区分辨率较高的三维速度结构图像。结果表明：不同深度上的速度分布反映出山东地区深部构造的某些重要信息,为进一步研究该区的活动构造及地震参数计算提供科学依据。在地壳速度结构与中强地震活动的关系上,再次显示出中强震多发生在速度结构高速单元与低速单元的过渡带附近,说明中强震的孕育与震源区周围介质的不均匀性有关。     

三维多层介质重力-地震同步联合反演

联合反演是地球物理勘探的重要解释手段,能够提高模型参数的反演精度.本文在归纳和分析重力与地震资料联合反演的研究和应用现状的基础上,利用三维多层介质模型的地震走时和重力正演公式,推导了地震走时和重力异常对界面深度的雅可比矩阵,实现了三维重力-地震同步联合反演界面成像.最后进行了数值理论模型模拟和实例计算,结果表明地震走时和重力同步联合反演很好的重建了三维多层介质界面.