利用双差层析成像方法反演青藏高原东南缘地壳速度结构

本文利用云南及周边区域地震台网2010—2016年记录到的近震资料,采用双差层析成像方法进行地震重定位并获得了青藏高原东南缘的三维地壳速度结构。结果显示:重定位后的震源位置精度得到明显提高,震源主要分布于20 km深度以上的中上地壳;地震分布与速度结构存在一定的相关性,大多数地震发生在中上地壳的低速异常区内以及高、低速异常区域之间;研究区上地壳速度结构存在明显的横向不均匀性,其速度异常与地表地形及地质特征密切相关;中下地壳分布着两条主要的低速带,一条沿着安宁河断裂、小江断裂分布在川滇菱形地块的东侧;另一条主要分布在川西北次级地块内,并穿过丽江断裂向南延伸,推测这两条低速带可能是青藏高原中下地壳物质向南逃逸的两条通道。      

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.     

云南小湾水库蓄水后P波速度结构的双差地震层析成像研究

联合小湾水库库区及其附近11249个地震的P波绝对到时、相对到时数据,利用双差地震层析成像方法反演得到小湾水库蓄水后2008年12月16日～2011年6月30日和2011年7月1日～2016年12月31日2个时间段内库区及其附近的地震重定位结果和三维P波速度结构。结果表明,蓄水后黑惠江段和小湾水库回水澜沧江段地震的增多与水库蓄水有关。由于水体渗透导致孔隙压变化,并随着时间的推移孔隙压变化朝着更深的部位扩散,地震震源深度也随之向深部扩散,进而导致介质变化和P波速度降低。蓄水回水至澜沧江保山段后该区域地震增多,P波速度下降,库水渗透作用为主控因素,该区域地下一定深度的地质构造有利于库水的快速渗透。初步判定2015年10月30日云南昌宁M_S5.1地震余震序列是与蓄水有关的柯街断裂上的构造地震。同时,也存在着与蓄水相关性不大的属于构造地震的活动,如云南施甸一带历来地震多发,施甸2010年6月1日M_L4.8、2012年9月11日M_S4.7地震序列均属于构造地震,与水库蓄水无关。     

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。     

三峡库区上地壳三维速度结构的双差层析成像研究

本文利用三峡水库诱发地震遥测台网22个子台在2009年初至2016年底期间记录的2093个地震事件直达P、S波到时数据,采用双差层析成像方法联合反演了三峡水库库区及近邻地区上地壳P波三维速度结构,并讨论了库水渗透对速度结构的影响和库区地震活动与速度结构的关系.研究结果表明三峡库区上地壳存在着明显的沉积盖层与结晶基底层的双层结构,两个层的深度与P波速度结构与前人的研究结果基本一致,黄陵背斜西侧当前仍然存在较明显的低速异常区.上地壳浅表层P波速度结构横向差异变化较大,0~5 km深度层P波高速区主要分布在秭归盆地及周缘,8 km深度层高速区主要分布在周家山-牛口断裂东侧至仙女山断裂中段西侧一带,8 km内的高低速区分布与11 km深度层比较存在明显差异.与三峡水库蓄水前与蓄水初期比较,当前库区上地壳沉积盖层内的P波速度结构受到蓄水渗透的影响较明显,主要表现为0~8 km深度内秭归盆地及周缘的水库近岸区存在较大范围高速区,这一现象可能与库水长期渗透改变了上地壳沉积盖层内岩层孔隙裂隙的物理性质从而使地震P波速度增加有关.三峡库区地震事件重新定位后显示,较大地震事件主要分布在P波高速区或高低速区交界地带,而低速区内通常很少发生地震.

     

鄂尔多斯及邻区地壳S波速度和各向异性结构的全波形层析成像研究

鄂尔多斯及邻区一直是研究活动地块间相互作用和物质运移的热点区域.青藏高原的扩展与鄂尔多斯地块内部及周缘的变形之间的耦合关系仍有待厘定.基于“中国地震科学台阵探测”项目的密集台阵和固定台网数据,本文利用区域地震全波形层析成像方法获得了研究区三维S波速度和径向各向异性结构,结果表明：鄂尔多斯地块存在以37°N为界的南北速度结构差异,南部的相对低速反映了较厚的地壳,与地形地貌相对应;鄂尔多斯西南缘在中、上地壳表现为负径向各向异性结构特征,S波速度扰动在中地壳呈显著的低速异常,延伸到鄂尔多斯西南部,该区域作为青藏高原扩展的前缘,速度结构特征反映了中地壳滑脱,上地壳缩短变形的地壳增厚模式;具有扩展早期构造变形特征的阿拉善地块南部呈相对低速,在上地壳表现为明显的负径向各向异性;鄂尔多斯东缘的山西断陷带存在南北速度结构差异,断陷带北部下地壳为低速异常,反映受地幔热物质改造的软弱物质堆积,断陷带中部则呈相对高速结构特征,推测其深部构造应力、应变环境比较稳定;负径向各向异性结构在南北地震带北段和山西断陷带浅部均有分布,为深入研究地震活动性与地壳速度结构的关系提供了波形成像证据．     

龙门山和安宁河断裂带周边地区的地壳三维P波速度结构

利用2008—2021年区域地震台网及部分流动地震台阵的近震走时观测资料,采用双差层析成像方法获得了龙门山断裂带和安宁河断裂带周边地区的高分辨率地壳三维P波速度结构。结果显示：四川盆地浅部呈明显的低速异常,在前陆盆地低速异常可一直延伸至约15 km深,推测与该地区接收大量来自青藏高原东缘的沉积物有关;在龙门山断裂带附近,中上地壳存在一些与断裂带平行的高速异常体,它们较好地揭示了该地区穹隆体和逆冲推覆体深浅部的分布特征,例如,位于龙门山断裂带中部的彭灌穹隆体下延深度可达15 km左右,而与之相邻的雪隆山穹隆体下延深度不超过5 km。在安宁河断裂带与大凉山断裂带之间存在震源深度超过20 km的微震活动带,其分布形态与P波高速异常的分布形态基本一致,推测高速异常体的存在可能导致地壳内部脆韧性转换带深度的增加,并且受安宁河与大凉山交会部位强烈变形的影响,该地区出现深度较大的地震活动。上述结果为认识该地区的深部地质构造和地震活动机制提供了新的依据。     

联合反演研究华北地区三维速度结构

本文利用华北地区测震台网1993~2001年所记录到的地震到时资料,对华北地区进行联合走时反演,获得了该区分辨率为0.5°×0.6°的三维速度结构图像.其结果表明:不同深度上的速度分布反映出华北地区深部构造的一些重要信息,为进一步研究该区的活动构造及地震参数计算提供了科学依据.在地壳速度结构与强地震活动的关系上,再次显示出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,说明强震的孕育与震源区周围介质的不均匀性有关.     

首都圈地区地壳P波和S波三维速度结构及其与大地震的关系

选用华北地震遥测台网和首都圈数字化地震遥测台网1993～2005年记录的2866个地震事件中的33487条P波和31822条S波的到时资料,计算得到了水平分辨率25km到50km之间的首都圈地区（38.5°N～41°N, 114°E～120°E）地壳三维P波和S波速度结构,并进一步获得泊松比分布.研究表明,首都圈地区P波和S波速度分布表现出强烈的横向不均匀性,浅层速度分布同地表地质结构分布相一致.分析得出震区强震多发生在低速体与高速体之间、低泊松比地区,且震源下部存在低速、高泊松比异常体.经过与其他地区研究结果相比较,对地震触发与流体的关系进行了探讨.流体在地震孕育及触发的过程中可能起着重要作用.     

上海及周边地区地壳精细速度结构体波双差成像

利用江浙沪区域地震台网53个台站在1983-2015年间记录的1595个中小地震事件,筛选出54248个直达P、S震相,采用双差层析成像方法,同时获得了下扬子地区三维地壳P、S波速度结构和地震精定位结果,然后对该区地震活动与速度结构分布的关系进行了研究.检测版测试显示,除边缘区域外,0.5.大小网格可以对研究区内部进行较好的分辨.速度结构分布图像结果显示研究区西部陆域和东北部海域的中下地壳存在明显的低速层.此处也是历史上多次强震活跃的地方,如1984如东近海M6.2、6.1地震,1979溧阳M6.0,1996长江口外M 6.1地震.综合分析认为,下扬子地区强震活动区域与该区中上地壳速度结构异常体分布相关,强震发生在高速区与低速区交界处.     

Double-difference tomography of P- and S-wave velocity structure beneath the western part of Java,Indonesia

West Java in the western part of the Sunda Arc has a relatively high seismicity due to subduction activity and faults. In this study, double-difference tomography was used to obtain the 3D velocity tomograms of P and S waves beneath the western part of Java. To infer the geometry of the structure beneath the study area, precise earthquake hypocenter determination was first performed before tomographic imaging. For this, earthquake waveform data were extracted from the regional Meteorological, Climatological, Geophysical Agency (BMKG) network of Indonesia from South Sumatra to Central Java. The P and S arrival times for about 1,000 events in the period April 2009 to July 2016 were selected, the key features being events of magnitude > 3, azimuthal gap < 210° and number of phases > 8. A nonlinear method using the oct-tree sampling algorithm from the NonLinLoc program was employed to determine the earthquake hypocenters. The hypocenter locations were then relocated using double-difference tomography (tomoDD). A significant reduction of travel-time (root mean square basis) and a better clustering of earthquakes were achieved which correlated well with the geological structure in West Java. Double-difference tomography was found to give a clear velocity structure, especially beneath the volcanic arc area, i.e., under Mt Anak Krakatau, Mt Salak and the mountains complex in the southern part of West Java. Low velocity anomalies for the P and S waves as well as the v_P/v_S ratio below the volcanoes indicated possible partial melting of the upper mantle which ascended from the subducted slab beneath the volcanic arc.     

Crustal velocity structures beneath North China revealed by ambient noise tomography

We collected continuous noise waveform data from January 2007 to February 2008 recorded by 190 broadband and 10 very broadband stations of the North China Seismic Array.The study region is divided into grid with interval 0.25°×0.25°,and group velocity distribution maps between 4 s and 30 s are obtained using ambient noise tomography method.The lateral resolution is estimated to be 20-50 km for most of the study area.We construct a 3-D S wave velocity model by inverting the pure path dispersion curve at each grid using a genetic algorithm with smoothing constraint.The crustal structure observed in the model includes sedimentary basins such as North China basin,Yanqing-Huailai basin and Datong basin.A well-defined low velocity zone is observed in the Beijing-Tianjin-Tangshan region in 22-30 km depth range,which may be related to the upwelling of hot mantle material.The high velocity zone near Datong,Shuozhou and Qingshuihe within the depth range of 1-23 km reveals stable characteristics of Ordos block.The Taihangshan front fault extends to 12 km depth at least.     

Tomographic imaging of P- and S-wave velocity structure beneath Costa Rica

45287 P-wave and 26813 S-wave arrival times from the data base of the Costa Rica network have been tomographically inverted to image the structure beneath Costa Rica. A regularized recursive least squares inverse method was used to produce the high resolution and minimum variance model parameter estimates. The first arrival times are calculated using a finite difference technique, which allows for flexible parameterization of the velocity model and easy inclusion of topography and source-receiver geometry. The P wave velocity structure and hypocenters are determined simultaneously, while the S wave velocity structure is determined using the relocated seismicity and an initial model derived from the P wave model assuming an average P to S wave velocity ratio of 1.78. The most prominent features in the inverted model are a low velocity structure under the volcanic chain in the center of the country, which is related to the hot material connected with the active volcanoes; and a high velocity zone in the mantle, which is related to the Cocos plate subducted under Costa Rica.     

山东地区中小地震概率预测实践

基于时间相依的地震复发间隔混合概率模型,开展山东地区中、短期尺度上的中小地震的概率预测实践,1年的检验结果显示,3、4级中小地震基本发生在此前给出的地震危险性高概率区。研究认为,该方法在日常地震会商中应用效果较好,并有望为破坏性地震的概率预测提供参考。     

基于三重震相拟合的华南地区上地幔P波与S波速度结构

利用中国数字测震台网（CDSN）记录到的台湾地区两个地震事件6°~30°震中距范围的三重震相波形资料,基于观测与理论波形拟合法,获到华南地区上地幔P波和S波的最佳波形拟合速度模型及其V_P/V_S比值.与AK135模型相比,华南地区410 km深度上方存在明显低速层：S波低速区厚度约为70 km,速度降为2%~5%;而P波低速区厚度为70~230 km,速度降为5%~6%.另外,410 km间断面整体表现为一个梯度层,厚度约为10~40 km,V_P跃增量为4.0%~5.4%,而V_S跃增量为2.6%~11.7%.研究区内,低速层的V_P和V_S异常值大小和410 km间断面速度跃变量由北向南逐步减小.结合以往的接收函数和地震层析成像结果,华南地区410 km间断面上方的低速区可能与太平洋俯冲板块脱水有关.

     

中国东北地区地壳上地幔三维S波速度结构

收集了中国东北地区159个固定地震台2011年1月至2012年6月和27个流动地震台2011年1月至2011年6月间的垂向连续记录,根据噪声成像方法得到研究区（105°E-135°E, 39°N-52°N）较短周期（8~30 s）的瑞雷波群速度和相速度频散资料,再结合该区已有的天然地震长周期瑞雷波（36~145 s）的群速度频散资料,我们反演得到了中国东北地区200 km以浅深度范围内的三维壳幔S波速度结构,并得到了该区的岩石圈厚度分布图.结果表明：研究区中、下地壳S波速度结构的横向分布,在重力梯度带两侧有很大的不同,以东地区显示为大范围的高速,以西地区则呈现为大面积的低速;松辽盆地下方岩石圈地幔表现为显著的高速,岩石圈地幔底界面深度可能在90~100 km,薄的岩石圈盖层暗示东北地区的岩石圈可能发生了减薄;郯庐大断裂下方呈现出大范围的比较显著的低速特征,断裂下方上地幔顶部可能有热物质活动.     

太行山构造带壳幔结构分段性特征

分别利用纯S波波形反演和T函数法计算了太行山构造带及其邻近地区100km以上的壳幔剪切波速度结构,结果显示太行山构造带在南、中、北段的壳幔结构存在明显差异。南段邢台邯郸地区地壳中比较突出的特点是下地壳存在一个厚度近10km的低速层;中段石家庄—保定地区靠近山脉的各台地壳结构相对比较稳定,越向盆地区发展,结构愈加复杂化;北段到达北京地区,由于该区是太行山与燕山构造带的交汇地区,中下地壳出现薄高低速转换层位,呈现不稳定状态。沿太行山构造带东缘是地震活动带-河北平原地震带,通过对比速度结构与地震空间分布,发现不同区段小震分布特点与地下低速或不稳定结构关系密切。结合该区域上地幔速度结构特征,认为太行山中段与华北地区中新生代以来的岩石圈大规模减薄运动关系密切,而南北两段当前地幔物质比较活跃,构造运动相对更为强烈。     

基于地震背景噪声的四川威远地区浅层速度结构成像研究

地震S波速度是防震减灾中场地分类、强地面震动模拟建模等的重要参数.地震背景噪声成像方法可以重建地下浅层三维结构以及探测浅层速度结构变化,为页岩气开采提供参考,有效规避地震灾害风险.本文收集了2015年11月至2016年2月间四川威远地区50个流动台站记录到的垂直分量连续波形记录,利用波形互相关提取2~6 s的基阶Rayleigh波经验格林函数,采用一维地壳结构模型拟合相速度频散曲线,获得了该区域近地表 5 km以内的三维S波速度模型.结果表明,威远地区深度2 km以内的S波速度为2.0~2.7 km·s^-1;2.0~5.0 km深度的S波速度横向分布不均匀,西北地区大于2.7 km·s^-1,东南地区在2.3~2.8 km·s^-1之间,分别与背斜构造和较厚的盆地沉积层相对应.3个剖面图均表明S波速度随着深度的增加而逐渐增大,并且在台站S29附近的页岩气田钻井底部与2016年1月7日四川威远M_L3.9地震震源位置较为接近,均处于松散的沉积盖层与较为坚硬的花岗岩基底的分界处,推测它们之间可能存在一定的联系.