土耳其西北部的地震及利用希腊西部观测到的面波推断的地壳结构

应用希腊西部宽频带地震台得到的几个1999年土耳其地震的记录，研究了面波（主要是勒夫波）的频散。观测到的群速度频散曲线应用一个修正的单参数变量方法反演了地壳的水平分层模型。与希腊境内过去的模型相比，频散数据要求地壳顶层具有明显低得多的速度和较薄的地壳厚度。值得注意的是，结果模型显示出上部2km和33km的地壳厚度内S波速度介于1．3－2．4km/s。     

黏弹性介质中瑞雷面波正演模拟及频散特征分析

正演模拟是瑞雷面波研究的一个主要方面,目前对于瑞雷面波的正演研究大多是基于均匀层状弹性介质条件下的瑞雷面波频散曲线方程,这只适用于层状模型,无法模拟全波场,而且不考虑实际介质的黏弹效应.本文采用交错网格高阶有限差分法对黏弹性介质中的瑞雷面波进行了高精度全波场模拟,并对频散特征进行了提取与分析.其中采用属于非线性最优化的Levenberg-Marquarat方法直接计算松弛时间来拟合常Q模型,并将应力镜像法与紧致差分格式相结合来准确实施自由表面条件,在其余边界处以非分裂的多轴卷积完全匹配层为吸收边界.然后利用相移法从地震记录中提取频散剖面并对几种典型模型的面波频散特征进行了对比分析.结果表明黏弹性对面波的频散特性有显著影响,面波勘探中有必要考虑黏弹性因素.     

接收函数、面波与重力联合约束地壳厚度与波速比

提出了一种利用接收函数、面波频散和重力数据联合约束地壳厚度、v_P/v_S和平均P波速度的改进方法,并基于两种地壳模型对改进后的方法进行了验证。结果显示,改进后的方法不仅可以提高地壳厚度和波速比的估计精度,还能更准确地估计地壳平均P波速度。在此基础上,将该方法应用于华南地区两个固定台站的地壳结构分析,相关结果也证实了该方法在确定地壳结构中的可行性。     

三维弹性波方程的修正时空优化保辛数值求解方法

正演计算是反演研究的基础,为了实现基于三维弹性波方程的全波形反演成像,发展准确、高效、低数值频散的三维正演模拟方法至关重要.为此,本文将修正保辛分部龙格-库塔格式与优化有限差分算子结合,发展了用于数值求解三维弹性波方程的修正时空优化保辛方法(MTSOS).新方法使用二级龙格-库塔格式达到了三阶时间精度,且更适用于求解非均匀介质情况下的弹性波方程,数值频散误差小于同精度保辛分部龙格-库塔(SPRK)方法的误差,提高了计算精度.波场模拟结果表明,三维MTSOS方法可以精确给出数值模拟结果,能够清晰模拟地震波传播过程中产生的各种震相、有效压制数值频散.     

华北北部不同构造单元地壳速度模型——均匀分层介质反射波走时反演的结果

从广义反演理论出发,对多层反射波的走时联合反演,可以同时获得所有的各层速度及厚度参数。其优点是在不需要把问题线性化过程的同时,统一考虑了各层反射波走时的离散对整个地壳模型的影响,又可兼顾观测数据的不同误差分布。本文将该方法进行了数值模拟并应用于华北北部的几个不同构造单元,反演得出了其反射P波速度结构,并与正演结果进行了对比。     

基于贝叶斯理论的接收函数与环境噪声联合反演

基于Bayes反演理论(Tarantola,1987,2005),在接收函数非线性复谱比反演方法基础上(刘启元等,1996),本文讨论了接收函数与地震环境噪声Rayleigh波相速度频散的联合反演.本文采用修正后的快速广义反射/透射系数方法(Pei et al., 2008,2009) 计算Rayleigh波相速度频散, 并引入地壳泊松比的全局性搜索.数值检验表明:(1)接收函数与环境噪声的联合反演能够有效地解决反演结果对初始模型依赖的问题,即使对地壳速度结构仅有非常粗略的初始估计(例如,垂向均匀模型),本文方法仍能给出模型参数的可靠估计;(2)由于环境噪声与接收函数在频带上的适配性明显优于地震面波,接收函数与环境噪声的非线性联合反演能更好地约束台站下方近地表的速度结构;对于周期范围为2~40s的环境噪声相速度频散,利用本文方法能够可靠推测台站下方0~80 km深度范围的S波速度结构, 其浅表速度结构的分辨率可达到1 km; (3)本文方法能够可靠地估计地壳泊松比,泊松比的全局性搜索有助于合理解释接收函数和环境噪声的面波频散数据.利用本文方法对川西台阵KWC05台站观测的接收函数与环境噪声的联合反演表明,该台站下方地壳厚度为44 km,上地壳具有明显的高速结构,24~42 km范围的中下地壳具有低速结构.该台站下方地壳的平均泊松比为0.262,壳内低速带的泊松比为0.27.     

煤层厚度变化时地震槽波理论频散曲线计算方法及频散特征分析

槽波地震勘探利用槽波的频散特性反演煤层的结构特征,故理论频散曲线的计算是一个重要方面.使用水平层状模型假设下的面波频散曲线计算方法能够计算煤层厚度恒定模型地震槽波频散曲线;但当煤层厚度变化时该方法不再适用.基于前人水平层状均匀介质模型的面波理论频散曲线计算方法,对于含煤三层模型,本文发展了煤层厚度变化情况下的地震槽波理论频散曲线计算方法,并使用该方法计算分析了不同厚度函数模型的频散曲线形态特征.研究表明：与稳定厚度煤层相比,煤层厚度变化使得地震槽波群速度成为与频率及传播射线在水平面投影路径相关的二元函数;射线路径上煤层厚度的变化使得频散曲线在群速度方向上压缩,群速度变化范围变小,且使处于最小值位置的埃里相群速度增大;而煤层厚度的线性变化模型频散曲线只与射线首、尾处的煤层厚度有关,与煤层厚度恒定模型相比,曲线形态不发生改变;煤层厚度呈非线性变化时,频散曲线形态上可能发生改变.     

用于弹性波方程数值模拟的有限差分系数确定方法

有限差分方法是波场数值模拟的一个重要方法,交错网格差分格式比规则网格差分格式稳定性更好,但方法本身都存在因网格化而形成的数值频散效应,这会降低波场模拟的精度与分辨率.为了缓解有限差分算子的数值频散效应,精确求解空间偏导数,本文把求解波动方程的线性化方法推广到用于求解弹性波方程交错网格有限差分系数;同时应用最大最小准则作为模拟退火(SA)优化算法求解差分系数的数值频散误差判定标准来求解有限差分系数.通过上述两种方法,分别利用均匀各向同性介质和复杂构造模型进行了数值正演模拟和数值频散分析,并与传统泰勒展开算法、最小二乘算法进行比较,验证了线性化方法和模拟退火方法都能有效压制数值频散,并比较了各个算法的特点.     

基于纵横波分离FCT弹性波正演频散压制

有限差分方法被广泛应用于地震波数值模拟和传播.传统有限差分法采用Taylor级数展开实现空间偏导数的差分,但该方法会因为网格离散化而产生数值频散,降低地震波模拟的精度.优化差分系数正演方法能在一定程度上压制部分频散,然而纵、横波速度取值差异较大,在弹性波有限差分正演模拟中,在满足纵波最大速度确定的稳定性条件下,浅层低速横波波场往往会产生明显的频散现象.为了削弱弹性波场正演数值频散,提高数值模拟精度,本文首先采用优化差分网格系数降低数值频散,然后再采用通量校正传输(Flux-Correction Transport, FCT)法来进一步压制弹性波场有限差分数值频散.常规的FCT法是对弹性波场直接进行频散压制,但由于弹性波场中纵、横波速度差异明显,横波波场频散明显强于纵波,为了压制横波波场的数值频散,往往需要选取较大的频散压制参数,但这会使频散较弱的纵波产生假象.因此本文提出基于纵横波分离FCT弹性波正演频散压制方法,对分离之后的纵横波场分别选择合适的频散压制参数进行通量校正,可以有效压制数值频散,削弱纵波FCT产生的假象.通过理论分析和数值算例发现,本文方法能有效削弱弹性波场有限差分数值...     

横向非均匀介质多道瑞雷波频散曲线正演

作为近地表横波速度结构成像的主要手段之一,面波多道分析法的正问题研究对现场观测系统设计及后续反演计算具有重要意义.目前面波频散曲线的正演主要分为两类:一是对水平层状介质中面波的本征值问题进行求解,该类方法计算效率高但较难考虑地下介质在横向上的不均匀性;二是基于波动方程的全波场模拟,该类方法在理论上可考虑任意复杂的地质模型但计算成本相对较高.本文基于振幅归一化加权的聚束分析,提出了一种适用于横向非均匀介质模型的多道瑞雷波频散曲线正演方法.首先,基于聚束分析的计算公式推导得到了经振幅归一化加权后输出功率谱中相速度与局部相速度之间的关系,然后通过黄金分割极值搜索算法计算得到了多道瑞雷波数据的理论频散曲线.数值分析结果表明,该算法能够快速地实现横向非均匀介质中多道瑞雷波频散曲线的正演计算,所求取的频散曲线与采用二维弹性波时间域有限差分模拟分析得到的结果误差较小,这在一定程度上说明了该计算方法的可靠性,从而可为面波多道分析法中的观测系统快速优化设计以及横向非均匀介质中频散曲线的反演解释提供理论支撑.     

Crustal thickness variations in the Zagros continental collision zone (Iran) from joint inversion of receiver functions and surface wave dispersion

Variations in crustal thickness in the Zagros determined by joint inversion of P wave receiver functions (RFs) and Rayleigh wave group and phase velocity dispersion. The time domain iterative deconvolution procedure was employed to compute RFs from teleseismic recordings at seven broadband stations of INSN network. Rayleigh wave phase velocity dispersion curves were estimated employing two-station method. Fundamental mode Rayleigh wave group velocities for each station is taken from a regional scale surface wave tomographic imaging. The main variations in crustal thickness that we observe are between stations located in the Zagros fold and thrust belt with those located in the Sanandaj–Sirjan zone (SSZ) and Urumieh–Dokhtar magmatic assemblage (UDMA). Our results indicate that the average crustal thickness beneath the Zagros Mountain Range varies from ～46 km in Western and Central Zagros beneath SHGR and GHIR up to ～50 km beneath BNDS located in easternmost of the Zagros. Toward NE, we observe an increase in Moho depth where it reaches ～58 km beneath SNGE located in the SSZ. Average crustal thickness also varies beneath the UDMA from ～50 km in western parts below ASAO to ～58 in central parts below NASN. The observed variation along the SSZ and UDMA may be associated to ongoing slab steepening or break off in the NW Zagros, comparing under thrusting of the Arabian plate beneath Central Zagros. The results show that in Central Iran, the crustal thickness decrease again to ～47 km below KRBR. There is not a significant crustal thickness difference along the Zagros fold and thrust belt. We found the same crystalline crust of ～34 km thick beneath the different parts of the Zagros fold and thrust belt. The similarity of crustal structure suggests that the crust of the Zagros fold and thrust belt was uniform before subsidence and deposition of the sediments. Our results confirm that the shortening of the western and eastern parts of the Zagros basement is small and has only started recently.     

基于邻域算法的瑞利面波垂直-水平振幅比及频散曲线联合反演及应用

瑞利面波垂直-水平振幅比(或ZH振幅比)是一个随频率变化的函数,对于台站下方浅层地壳结构非常敏感,且具有和频散资料不同的深度敏感核,是传统频散反演方法的一个很好的补充,从而可以将基阶瑞利面波的ZH振幅比和面波频散数据联合起来更好地反演获得观测台站下方的速度结构.本文提出了基于邻域算法的面波频散曲线与ZH振幅比联合反演方法,我们进行了基于理论模型的模拟测试,证明了联合反演是一种更为可靠的反演方法,且能更好地约束浅层地壳结构.相比于频散曲线单独反演,联合反演不仅可以精确反演获得地壳的Vs结构,对分层地壳的Vp/Vs也能很好地约束.然后我们将联合反演算法应用于实际测量数据,获得了中国西南昆明台(KMI)下方更为准确的地壳横波速度结构及Vp/Vs模型.     

Stepwise joint inversion of surface wave dispersion,Rayleigh wave ZH ratio,and receiver function data for 1D crustal shear wave velocity structure

Accurate determination of seismic velocity of the crust is important for understanding regional tectonics and crustal evolution of the Earth. We propose a stepwise joint linearized inversion method using surface wave dispersion, Rayleigh wave ZH ratio (i.e., ellipticity), and receiver function data to better resolve 1D crustal shear wave velocity (v _S) structure. Surface wave dispersion and Rayleigh wave ZH ratio data are more sensitive to absolute variations of shear wave speed at depths, but their sensitivity kernels to shear wave speeds are different and complimentary. However, receiver function data are more sensitive to sharp velocity contrast (e.g., due to the existence of crustal interfaces) and v _P/v _S ratios. The stepwise inversion method takes advantages of the complementary sensitivities of each dataset to better constrain the v _S model in the crust. We firstly invert surface wave dispersion and ZH ratio data to obtain a 1D smooth absolute v _S model and then incorporate receiver function data in the joint inversion to obtain a finer v _S model with better constraints on interface structures. Through synthetic tests, Monte Carlo error analyses, and application to real data, we demonstrate that the proposed joint inversion method can resolve robust crustal v _S structures and with little initial model dependency.     

中国北部及其邻区地壳上地幔三维速度结构

本文利用中周期和长周期瑞利面波资料分别反演得到中国北部及其邻区的三维Ｓ波带度结构。结果表明，地壳中横向非均匀性非常明显，许多地区显示出构造活动的特征；上地幔速度结构的横向变化相对减小。研究区的地壳厚度从东向西逐渐增大，地壳平均速度分布的格局与地壳厚度分布大体一致。地壳厚度与地壳平均速度的空变带处与布格重力异常梯级带基本一致。从数据上看，地壳厚度远比地壳平均速度与布格重力异常的一致性程度高，因此可以     

郯庐断裂带中南段及邻区基于背景噪声的瑞利波群速度层析成像

本文收集了郯庐断裂带中南段及邻区省属和市县地震台网共261个宽频带地震台站2015年1月至2016年12月间的垂直向连续波形资料,利用长时间序列背景噪声互相关法提取台站对之间的经验格林函数,采用时频分析法提取瑞利面波混合路径频散曲线.通过质量控制和严格筛选后得到了15627条路径上的群速度频散曲线,重新构建了郯庐断裂带中南段及邻区瑞利波5～50s、分辨率为0.75°×0.75°的群速度分布图像.分析研究了6个周期的群速度分布图像和3条不同方向的纵向周期剖面,这些图像揭示了郯庐断裂带中南段及邻区地壳上地幔速度结构具有横向分块和纵向成层的非均匀性特征.结果表明,短周期(6s、10s)的群速度分布与地表地质和构造特征密切相关.拥有较厚沉积层的苏北盆地、合肥盆地及河淮盆地等显示为低速,而基岩广泛出露的鲁西隆起、大别—苏鲁造山带、扬子克拉通及华南褶皱系则呈现出大面积的高速异常.随着周期的递增(15s、20s),群速度分布受地表地质构造的影响逐渐弱化.受地壳厚度和莫霍面附近的速度差异影响,大别和苏鲁地区在较长周期(25s、30s)群速度图上表现出相对较低的速度,这可能与这些地方Moho面埋藏较深有...     

大别-苏鲁及其邻近地区基于背景噪声的瑞雷波和勒夫波相速度层析成像

采用与作者2014年发表的“大别-苏鲁及其邻近地区基于背景噪声的勒夫波群速度成像”文章相同的资料,用频时分析提取5 000余条瑞雷波和4 000余条勒夫波相速度频散曲线,反演得到了8—32 s的瑞雷波和勒夫波相速度分布图像．结果显示,瑞雷波与勒夫波相速度分布具有很好的一致性．8 s的相速度分布与地表构造特征相吻合,造山带与隆起区均表现为高速,盆地因其规模不同而显示不同程度的低速．随着周期的增大,大别 苏鲁的高速带由强变弱,但始终存在．16—24 s的高速可能主要受到中地壳高速的控制,而32 s的高速则可能与上地幔顶部的高速有关．比较大别造山带与苏鲁造山带的平均频散曲线,发现大别造山带和苏鲁造山带的勒夫波频散曲线均高于AK135模型计算的理论频散曲线,而瑞雷波则没有这一现象. 这可能意味着两个地区有比较强烈的径向各向异性．      

长江中下游成矿带及邻区地壳剪切波速度结构和径向各向异性

收集了安徽、江西、浙江、江苏、湖北和河南6个省的区域地震台网138个宽频地震台站以及中国地质大学(北京)在长江中下游成矿带布设的19个流动宽频地震台站的三分量背景噪声数据,利用背景噪声面波层析成像方法,获得了长江中下游成矿带及其邻区地壳三维剪切波速度结构和径向各向异性特征.首先获得了5~38s周期的瑞利波和勒夫波相速度,结果显示短周期(16s)的瑞利波和勒夫波相速度与研究区内的主要地质构造单元具有良好的相关性,但在中长周期(20~30s)瑞利波相速度显示大别造山带东部为明显低速特征,而勒夫波相速度并未表现出异常特征.研究区域地壳三维有效剪切波速度和径向各向异性结果显示:苏北盆地和江汉盆地上地壳都表现为低速和正径向各向异性特征,华北克拉通东南部也表现为正径向各向异性,这可能与盆地浅部沉积层的水平层理结构相关.大别造山带中地壳显示为弱的正径向各向异性,同时其东部下地壳显示为低剪切波速度和强的正径向各向特征,可能是由于其在造山后发生了中下地壳的流变变形,引起各向异性矿物近水平排列所导致的.长江中下游成矿带内的鄂东南和安庆—贵池矿集区中地壳弱的负径向各向异性可能是由于深部岩浆向上渗透时所产生的有限应力导致结晶各向异性矿物的垂直排列所引起的.整个长江中下游成矿带下地壳都表现出正径向各向异性特征,可能是由于在伸展拉张的构造作用力下,下地壳矿物的晶格优势水平排列所引起的.     

中国东部海域地壳-上地幔瑞利波速度结构研究

为了进一步了解中国东部沿海及相邻海域的地壳－上地幔结构特征,对该区域的构造演化历史、地震活动及深部构造等方面研究提供一些基础资料,利用３１个数字地震台记录的高质量瑞利波资料,采用一种新的混合路径频散的网格反演方法（Ｏｃｃａｍ方法）,对中国东部海域瑞利波群速度横向不均匀分布进行了初步研究．根据反演得到的１０-１５０ｓ共３６个中心周期的群速度分布特征,以及几个典型地点的剪切波速度结构的深度变化,对研究区域内各构造单元的划分以及它们在速度结构和上地幔低速层埋深等方面的特征进行了讨论。     

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。     

Shear Wave Velocity Structure of the Sinai Peninsula from Rayleigh Wave Analysis

The lithospheric structure of the Sinai Peninsula is shown by means of nine shear velocity profiles for depths ranging from zero to 50 km, determined from the Rayleigh wave analysis. The traces of 30 earthquakes, which occurred from 1992 to 1999 in and around the study area, have been used to obtain Rayleigh wave dispersion. These earthquakes were registered by a broadband station located in Egypt (KEG station). The dispersion curves were obtained for periods between 3 and 40 s, by digital filtering with a combination of MFT and TVF filtering techniques. After that, all seismic events were grouped in source zones to obtain a dispersion curve for each source-station path. These dispersion curves were inverted according to generalized inversion theory, to obtain shear wave velocity models for each source-station path, which is the main goal of this study. The shear velocity structure obtained for the Sinai Peninsula is shown through the shear velocity distributions with depth. These results agree well with the geology and other geophysical results, previously obtained from seismic and gravity data. The obtained velocity models suggest the existence of lateral and vertical heterogeneity. The shear velocity increases generally with depth for all paths analyzed in the study area. Nevertheless, in some paths a small low velocity channel in the upper or lower crust occurs. Along these profiles, it is found that the crustal structure of the Sinai Peninsula consists of three principal layers: upper crust with a sedimentary layer and lower crust. The upper crust has a sedimentary cover of 2 km thick with an average S-velocity of 2.53 km/s. This upper crust has a variable thickness ranging from 12 to 18 km, with S-wave velocity ranging from 3.24 to 3.69 km/s. The Moho discontinuity is located at a depth of 30 km, which is reflected by a sharp increase in the S-velocity values that jump from 3.70–4.12 to 4.33–4.61 km/s.