利用地方震、远震走时和面波数据联合反演日本俯冲带P波和S波层析成像

通过最新收集的大量高质量的地方震和远震事件的到时数据进行联合反演,我们确定了日本俯冲带约700km深度的P波和S波速度层析成像。我们还使用远震瑞利波的振幅和相速度,确定了日本及其附近海域下方20~150s周期基阶瑞利波的二维相速度图像。研究区精细三维S波层析成像可通过地方震和远震事件的S波到时,及瑞利波相速度数据进行联合反演得到。我们的反演结果揭示:一维原始速度模型中,俯冲太平洋板块和菲律宾海板块呈现明显的高速区。在板块上方的地幔楔和太平洋板块下方的地幔中存在显著的低速异常。俯冲板块和周围地幔之间速度有明显的差异,表明温度、水含量和/或部分熔融程度有显著的横向变化。地幔楔低速异常是由板块脱水作用和地幔楔拐角流造成。在日本东北太平洋板块下方显示片状的低速区,这可能反映了地幔深部热上涌以及地幔柱软流圈的俯冲作用。我们的结果表明不同的地震数据联合反演,对于得到地壳和地幔可靠的层析成像图像是非常有效和重要的。     

利用远震P波层析成像研究巴颜喀拉地块东缘及邻区的深部结构

为了揭示巴颜喀拉地块东缘及邻区的壳幔速度结构差异,获取2017年九寨沟M_S7.0地震的深部构造背景,本文收集了2009年5月至2016年8月期间四川及邻区数字测震台网的203个地震台站所记录到的远震P波走时数据,应用有限频体波走时层析成像方法,反演得到了巴颜喀拉地块东缘及邻区50—600 km深度范围内的三维壳幔P波速度结构。反演结果表明:巴颜喀拉地块东缘及邻区的壳幔速度结构具有明显的横向不均匀性和分区特征,松潘—甘孜地槽褶皱系、西秦岭和祁连山褶皱系的整体速度异常较低,研究区东部具有克拉通性质的四川盆地西北缘和鄂尔多斯地块南缘则呈明显的高速异常。上地幔P波速度结构特征差异表明松潘—甘孜地块的抬升可能与地幔上涌有关,巴颜喀拉地块东缘九寨沟震区及周边50—250 km深度范围内的上地幔存在低速异常,在400—600 km地幔过渡带深度范围内表现为明显的高速异常特征。巴颜喀拉地块向东南方向运移受到东部高速、高强度的扬子克拉通地块对青藏高原物质东向挤出的强烈阻挡,而九寨沟震区处于松潘—甘孜地块重要的北东边界断裂交会处附近,应力容易在此集中,这些因素均可能是东昆仑断裂塔藏段与岷江断裂北段交会处附近发生九寨沟M_S7.0地震的深部动力学背景。      

由单台远震P波偏振资料反演北京台站邻域的速度结构

地震台网的一个基本目的是研究地球的结构, 鉴于核爆炸事件的监测以及地震减灾的需要, 台网中台站邻域的地下结构就成了远震位置精确测定中非常重要的课题. 利用CDSN的北京(BJI)台站的宽频带、高采样率的三分量地震记录计算远震的偏振, 试图用这些偏振资料反演北京台站邻域的速度结构, 特别是速度间断面的细节. 结果发现该台站西部地壳有一明显的低速带, 这同该地区已有的研究结果十分一致. 这使我们相信, 它不仅在实际上验证了, 在理论上利用偏振资料可以反演速度结构、特别是速度梯度变化的边界形状的可能性; 也从实践上表明了, 用单台高质量宽频带记录的偏振数据反演速度结构的可行性. 在这个意义上, 走时数据和偏振数据可以联合用来研究速度结构, 而偏振数据更适合于确定速度异常的边界. 而且, 如果联合使用偏振方法和接收函数方法, 充分利用它们的互补性, 就有可能既可得到台站邻域横向速度结构又可得到台站下方细致的垂向结构.     

2008年汶川Ms8.0级地震的深部构造环境——远震P波接收函数和布格重力异常的联合解释

对龙门山及其邻近地区20个宽频带地震台站的记录提取远震P波接收函数,并应用H-k叠加方法,求得每个台站下方的地壳厚度和波速比.以此为约束,进一步作接收函数反演,获得各个台站下方的S波速度结构.后龙门山与松潘-甘孜地块的地壳速度结构相似,而前龙门山的地壳速度结构则与四川盆地相似.由此说明,中央主断裂带是青藏高原东部与扬子地块之间主要的边界断裂.松潘甘孜地块至后龙门山中南部地区存在下地壳低速层,有利于中上地壳物质的滑脱作用.远震接收函数和布格重力异常的分析结果支持龙门山断裂带深部构造为滑脱-逆冲型的论断.在松潘-甘孜地块内可能具有双层的滑脱构造.上层滑脱发生在10~15km的深度上,该滑脱带表现为高温韧性滑脱剪切带.下层滑脱则发生在30km左右的深度上,其下方为青藏高原东部广泛存在的下地壳流.布格重力异常的分析表明,在中上地壳,四川盆地的密度较高,松潘-甘孜地块密度相对较低.龙门山断裂带位于密度较高的一侧,是松潘-甘孜地块向东南方的四川盆地逆冲的结果.在地壳下部,四川盆地为高P波速度和高密度区,表明地壳物质是坚硬的.松潘-甘孜块体是低S波速度和低密度区,表明物质比较软弱.高密度块体阻挡了青藏高原东部下地壳物质向四川盆地下方的流动.受印度板块往北运动的影响,青藏高原下地壳物质向东流动.中上地壳物质向东运动受到刚性强度较大的扬子地块的阻挡,在龙门山断裂带上产生应力集中,导致中央断裂带上应力突然释放,产生汶川Ms8.0级地震.     

2008年汶川Ms8．0级地震的深部构造环境——远震P波接收函数和布格重力异常的联合解释

对龙门山及其邻近地区20个宽频带地震台站的记录提取远震P波接收函数,并应用H-k叠加方法,求得每个台站下方的地壳厚度和波速比．以此为约束,进一步作接收函数反演,获得各个台站下方的s波速度结构．后龙门山与松潘-甘孜地块的地壳速度结构相似,而前龙门山的地壳速度结构则与四川盆地相似．由此说明,中央主断裂带是青藏高原东部与扬子地块之间主要的边界断裂．松潘甘孜地块至后龙门山中南部地区存在下地壳低速层,有利于中上地壳物质的滑脱作用．远震接收函数和布格重力异常的分析结果支持龙门山断裂带深部构造为滑脱-逆冲型的论断．在松潘-甘孜地块内可能具有双层的滑脱构造．上层滑脱发生在10—15km的深度上,该滑脱带表现为高温韧性滑脱剪切带．下层滑脱则发生在30km左右的深度上,其下方为青藏高原东部广泛存在的下地壳流．布格重力异常的分析表明,在中上地壳,四川盆地的密度较高,松潘．甘孜地块密度相对较低．龙门山断裂带位于密度较高的一侧,是松潘-甘孜地块向东南方的四川盆地逆冲的结果．在地壳下部,四川盆地为高P波速度和高密度区,表明地壳物质是坚硬的,松潘-甘孜块体是低s波速度和低密度区,表明物质比较软弱．高密度块体阻挡了青藏高原东部下地壳物质向四川盆地下方的流动．受印度板块往北运动的影响,青藏高原下地壳物质向东流动．中上地壳物质向东运动受到刚性强度较大的扬子地块的阻挡,在龙门山断裂带上产生应力集中,导致中央断裂带上应力突然释放,产生汶川Ms8．0级地震．     

由地方台网记录确定远震信号的方位角和慢度

介绍一种新的适合于地方遥测台网数据处理的方法,估算远震信号到达台站的方位角和慢度．该方法是根据信号在各台站上的到时与台站位置矢量在信号传播方向上的投影之间的相关性的原理．实际分析结果表明,应用该方法对地方台网的记录进行处理时可以准确地计算出信号的方位角和慢度,并能准确快捷地对地方台网记录的远震信号进行解释．     

印度板块岩石圈地幔向北俯冲到羌塘地体之下的远震P波层析成像证据

利用PASSCAL、INDEPTH-Ⅱ、INDEPTH-Ⅲ、HIMNT等研究计划,及中国新疆地学断面和国家973项目在青藏高原布设的流动台站记录的到时数据,以及自1990年1月到2004年2月全球地震事件的震相报告,作者对覆盖印度大陆的恒河平原和整个青藏高原的305个地震台站记录的9649个远震事件,共139021条P波初至到时资料进行了层析成像反演．结果表明：印度岩石圈地幔在不同的位置向北俯冲的形态不同,但俯冲前缘都到达羌塘地体之下．沿88°E剖面显示,厚约100 km的印度岩石圈地幔从南部的恒河平原向北一直俯冲到青藏高原之下．在主边界逆冲断裂之下100 km深度处以约22°角度开始向北俯冲,俯冲最前缘到达羌塘地体的中部地区约34°N,之后进入上地幔深处．而沿北东方向的剖面则显示,印度岩石圈地幔以近水平的角度俯冲到青藏高原之下,向北越过班公－怒江缝合带,到达33°N附近,然后以大角度近乎垂直地向下俯冲断离,并引起地幔热物质的上涌,形成羌塘地体之下大规模的低速带．     

龙门山地区的P波速度结构与汶川地震的深部构造特征

利用四川地震台网2000年1月～2008年4月的地震数据,使用地震层析成像方法反演了龙门山及其邻近地区的地壳P波速度结构,以此为依据分析了龙门山断裂带和汶川Ms8.0地震的深部构造特征.研究结果表明,龙门山的地壳速度结构和深部动力学性质与汶川Ms8.0地震的破裂起始点、震源深度以及破裂传播方向密切相关.龙门山西侧的彭灌杂岩体是地壳内部应变强度较大、易于应力长期积累的主要载体,汶川Ms8.0地震即位于彭灌杂岩体的南端,毗邻四川盆地的西部边缘,该块体与四川盆地地壳的碰撞是引发汶川Ms8.0地震的直接原因.在汶川以北,沿着龙门山断裂的高速异常有利于破裂的发生和传递,而汶川以南地壳强度相对较弱,不易产生脆性破裂而引发地震,这可能是地震破裂自汶川向东北方向延伸、汶川以南缺少地震活动的重要原因.汶川Ms8.0地震的深部动力成因与龙门山断裂两侧的构造差异有关,松潘-甘孜造山带中下地壳强度较弱,青藏高原的向东运动受到四川盆地刚性岩石层阻碍,迫使龙门山发生垂向变形,中下地壳厚度增加,莫霍面弯曲下沉,基底则褶皱抬升向山前盆地逆冲,地壳形变所产生的应力积累为汶川地震的发生提供了深部动力来源.     

深俯冲和地幔底部P波速度的非球层变化

回顾了与深俯冲和地幔底部结构有关的层析成像的一些新近结果，成像显示出了一些地震波速高于下地幔平均值的狭长结构，它们和上地幔地震板相连续，其地理分布和过去120Ma中板块敛合区出露于地表的位置相关性很强，在大约2000km深处，这些长的线性结构分裂成更小的单元，然而，在一些地区，狭窄的下降体看起来好象是延伸到了地幔底部，在这些地方它们的分散开来形成长波长结构。这样就支持了认为深俯冲和下地幔的复杂结构有关系的预测，上升体似乎没有像下降体那样更普遍地存在，而且所使用的P波数据也成像较差，这些结果证实了很多过去基于残差球谐分析的结果，也和放射性衰减从内部加热而产生的全地幔对流假说一致。尽管有全幔的对流，但对流流动似乎在上地幔过渡带以及在大约1800－2300km深处的过渡带被强烈地扰动，虽然成像未必能反映出因状态变化而引起的深部对流形态的变化，但是P波和S波数据的联合反演表明它和纵波及横波波速之比的变化是一致的，弹性模具的这种表现在其他地方也有报道，这暗示了地幔底部附近广泛存在化学非均匀性，因此地幔底部约800km的区域包含了有助波于我们理解地球构造和演化的信息，不幸的是，我们不能采集到足够多的直达P波数据，但如果使用核震相，则数据覆盖能够得到改善，我们初步的研究认为，虽然本文提出的P波模型解释了大量的已被用于研究核幔边界上部非均匀性的PKP波走时残差，但是却低做了它们的幅度，走时差和直达P波数据的联合反演可望减少波速模型中非均匀性程度的明显偏差，而且它还充分利用了走时残差的优点，而不必假定异常的位置。     

云南地区远震 P 波走时残差与地壳和上地幔构造的横向不均匀性(英文)

本文测定了云南省电信传输地震台网中14个台站的远震 P 波走时残差。所用地震共235个,分布在震中方位角-80°至190°之间,共得走时读数约1600个。台站平均残差在0.49～1.18秒间变化,台网区域的总平均残差值为0.81秒。残差随方位角的变化大,P 波通过红河断裂和剑川—丽江裂断东部地区要比通过小江断裂东部地区早到0.70秒,而通过小江断裂西部地区要比通过红河断裂和剑川—丽江断裂西部地区早到0.74秒。滇中块体的地壳和上地幔比滇东和滇西块体有更高的 P 波速度。高速块体与康滇古陆区域对应,剑川—丽江断裂是扬子准地台西端的北西边界。由此推论,以剑川—丽江断裂为界,康滇菱形块体深处南部要比北部稳定,块体作为整体的运动主要局限于地壳某一深度之上。给出了具有方位角影响的台站 P 波走时校正参数。倍角方位角项 Cos2■的相角与由震源机制导出的地壳中的主应力方向对应良好。     

基于远震P波接收函数计算巴里坤台站下方的地壳厚度和泊松比

从巴里坤地震台站记录到的连续地震波形数据(2010-01~2013-12)中截取震中距30°~95°,震级MS≥5.0共计282次远震波形数据。用时间域迭代反褶积方法提取远震P波接收函数,采用H-κ叠加搜索方法反演台站下方的地壳厚度和泊松比,结果表明:巴里坤台站下方的地壳厚度为42.6 km,泊松比值为0.31,这与前人的研究成果基本一致。     

远震接收函数确定的鄂尔多斯西部及邻区Moho面性质和构造意义

基于呈南北向线性分布且穿过鄂尔多斯地块的129个流动台站远震记录,获取了20267条远震P波接收函数.通过叠加转换点相同的接收函数,提取了可靠的P-S一次转换波和多次波到时,进而确定了南北向横跨鄂尔多斯地块剖面的地壳厚度与波速比分布.同时,利用单台速度-密度跃变（δβ-δρ）扫描叠加方法确定了Moho面速度和密度跃变.结果显示：秦岭—渭河盆地下方具有较薄地壳、低波速比（1.66~1.72）以及相对较小的密度跃变（4%~10%）,表明该区域地壳主要以长英质酸性岩石为主,引起该现象的主要原因可能是下地壳拆沉;鄂尔多斯南部地壳较厚（41.4±1.3 km）、波速比较高、速度跃变相对较小（14%~23%）,主要原因可能由青藏高原的挤压增厚导致;鄂尔多斯北部波速比较高（>1.87）、速度跃变较大（19%~29%）、密度跃变较小,推测鄂尔多斯北部下地壳发生部分熔融,较大波速比可能是部分熔融与沉积层共同导致的结果.

     

邢台地震区深部构造背景的地震转换波探测和研究

1982-1986年期间,在东汪、隆尧和百尺口邢台地区的强震震源区完成了3条近NW向地震转换波测深剖面。利用转换波数据处理新方法,实现了转换震相的相位对比追踪,得出了震源区较详细的深部构造剖面图和速度结构模型。发现强震震源区深部构造的特点为:上地壳强烈褶皱变形;中地壳急剧减薄;下地壳和上地幔局部上隆;存在一组深部超壳断裂;低速层急剧增厚,波速比增大以及上地幔波速偏低。表明研究区的下地壳和上地幔的温度可能偏高,其地震活动可能与上地幔物质的侵入作用有关。     

邢台地震区深部构造背景的地震转换波探测和研究

1982—1986年期间,在东汪、隆尧和百尺口邢台地区的强震震源区完成了3条近NW向地震转换波测深剖面。利用转换波数据处理新方法,实现了转换震相的相位对比追踪,得出了震源区较详细的深部构造剖面图和速度结构模型。发现强震震源区深部构造的特点为:上地壳强烈褶皱变形;中地壳急剧减薄;下地壳和上地幔局部上隆;存在一组深部超壳断裂;低速层急剧增厚,波速比增大以及上地幔波速偏低。表明研究区的下地壳和上地幔的温度可能偏高,其地震活动可能与上地幔物质的侵入作用有关。     

台湾地区的三维P波和S波速度结构:岛弧-大陆碰撞带的深部结构

台湾岛是欧亚大陆架和属菲律宾海板块的吕宋岛弧向北延伸形成的弧形列岛间少有的活动碰撞产物。为了更好地认识这个碰撞的演化和近代构造,我们从台湾遥测地震台网记录的50000个原始记录中挑选了1260个好的地震记录,用于决定该岛下的一维和三维P与S波速度结构。速度结构和地震再定位的结果指出,该岛在构造上分为三个不同的地带。在东部,菲律宾海板块正俯冲于欧亚板块的东部,其北西向边界由地震活动和高速度区圈定。在南部,欧亚大陆板块正俯冲于菲律宾海板块,在大约23°N的东西向边界的南端,它可由壳下地震活动性和相当低的速度区很好地圈定。消减大陆的倾角很小,在吕宋岛弧东边,距主要岛屿50 km内都是这样。在该岛23°N以北的主要部分的结构指出,中央山脉的西部25 km的深度以上有一低速度缓倾带,而在那个深度以下,至少到50 km,呈现窄而陡的倾斜。由窄地震活动带勾画出该低速区的倾向,并延伸到100 km。这个地震带处于速度的鞍部,在24°N的中部低速区呈现明显的断错。因而,欧亚大陆消减带在台湾的证据在该岛下处处存在,地幔低速区证实,但未必需要,在大陆下地壳约6—16 km的消减带至少已达50 km的深度。在23°N速度结构和地震活动性的明显变化及在24°N低速范围的水平断错表明,在通过这些纬度时,消减带特性有突然变化。这些变化可以是吕宋岛弧和消减大陆架相互作用引起,它类似于表面的相互影响。最后,消减的菲律宾海板块的速度结构指出,在70 km深度以下,地震不在板块的高速区内发生,但有可能处于板块的上缘附近。地震位置和速度结构也指出,消减板块是分段的,而且消减作用当今正在22°N的南部发生。     

由区域震及远震波形得到中国溧阳1974和1979年地震的断裂机制——在以断层为界的盆地下构造逆转的证据

中国东部1974年和1979年溧阳地震是两次中强地震,但属破坏性地震。第一次地震(M_s=5.5)于1974年4月22日发生在人口密集的地区。第二次地震(M_s=5.7)于1979年7月9日几乎在同一地区发生。两次地震震中位于两断层的交汇附近,在晚中生代到晚第三纪的沉积拉张盆地内。本文利用2°和90°之间的长周期P波、SH波及短周期远震PD波波形,确定两次地震具有逆冲分量的走滑震源机制。这一机制与较早用P波初动解得到的结果有明显不同。后者得到两次地震的走滑分量和正滑分量。本次研究的结果是,1974年地震机制是走向126°,倾角71°,滑动角33°。震源深度、地震矩和应力降分别为12km,8.4×10~(23)dyne-cm(1dyne=10~(-5)N)和41bar。1979年地震机制是走向41°,倾角64°,滑动角147°。震源深度、地震矩和应力降分别为7.5km,1.6×10~(24)dyne-cm和152bar。地震学资料与实地调查表明,1974年地震是WNW走向断层破裂所致。1979年地震的断层面很难求解。溧阳地震的逆冲断裂,在中国东部的较大地震中是很少见的。这可能表明在现代的E-W到ENE-WSW向压应力场作用下,构造盆地下方断层重新被激活,而且发生逆转。     

由地震和爆炸激发的地震P波层析成像——第一部分基本概念与理论

地震波的数字宽频带观测日益普遍,它们正在取代传统的观测,因为后者仅仅给出了地震震源产生的地震波场的部分图像.新的观测提供了远场地震波场的丰富信息,有的似乎是全部信息.然而宽带记录看上去很复杂,如果需要提取更详细的震源过程的信息和相关介质的结构的信息,就需要新的分析方法.为了识别到达观测点的地震信号的形态,我们引入谱地震图的方法.据此,传统的地震波场的显示方法不能呈现的信息细节可以被呈现出来.     

由EUROBRIDGE’97地震剖面的P波与S波速度模型和重力数据得到的岩石层上部密度—速度关系

传统的折射与广角反射地震和重力数据的联合解译是基于大量地壳岩石弹性性质实验室研究证实的地震P波速度和密度之间众所周知的相关性。与这一方法相矛盾的一个问题是富含钙长石的岩石具较高的P波速度,而不满足常规密度—VP关系。这说明基于常规密度—VP关系的联合反演不适用于横跨大的非造山带环斑-辉长-斜长岩地块的广角地震调查,因为其组成成分富含斜长石。同时使用VP和VS计算密度模型就可解决这一问题。岩石属性的实验室结果表明密度与VS相关性很强。此外,各向同性VS与密度的相关性较VP更强,且受高斜长石含量的影响更小。即便如此,利用这一已知的密度与VS或者密度与VP及VS的相关性进行地震和重力数据的联合反演仍然十分少见。其重要原因在于暴破地震学中S波波至的质量低,因而难以得到可靠的S波速度模型。本文阐述了在乌克兰地盾EUROBRIDGE’97广角反射和折射剖面所做的地震和重力数据联合反演的结果。该区缺失厚沉积体,使我们可以得到P波和S波速度模型。通过重力反演得到EUROBRIDGE’97剖面密度模型,我们利用密度和VP、VS模型的关系,将密度模型参数化。这样参数化后,经重力数据转换,可以获得密度和地震波速的关系。结果显示EUROBRIDGE’97剖面的密度与地震波速之间呈非线性和离散的关系。对相关性的分析表明,造成离散是缘于横跨该剖面的大的地质构造单元的差异。为解释这一差异,我们对比EUROBRIDGE’97剖面上3个主要地质单元中地震速度和密度的关系和来自乌克兰地盾及另一个前寒武纪地区的岩石学资料。可见与平均密度—速度关系的偏移量是岩石的特殊矿物组合的反映,包含了不同的岩石时代和地壳形成环境。论述了如何通过密度—速度图分析,来限定地壳成分,尤其是下地壳的成分和变质程度。     

地震和爆炸的P波层析成像——第二部分：由时频地震图得到的2004年苏门答腊-安达曼地震的断层破裂特征（英文）

本文分析了2004年12月26日苏门答腊-安达曼地震的宽频带地震图。目的是通过不同频率成分的子事件的发生时间了解断层的破裂过程。具体分析的是由相应宽频带地震记录得到的P波的时频地震图。分析结果说明,在S波到达前的时窗内发生了最大辐射强度的相应频率低于1 Hz的15次较大子事件,但在同样的时窗内,还发生了最大辐射强度的频...