云南高黎贡山典型板岩地震波各向异性研究

板岩作为一种浅变质岩在我国有着广泛的分布,对其地震波速度的研究将有助于对这类过渡性岩石的有效区分,对于浅层地壳的各向异性研究也具有重要意义.本文对采自云南丙中洛地区的板岩样品进行了地震波速度的室内实验研究,其中部分实验是在加拿大Dalhousie High Pressure Laboratory完成.实验获得了板岩在围压10~600 MPa条件下、不同构造主方向（X,Y和Z）上的地震波速度,在围压600 MPa时,X、Y、Z三个方向的P波速度分别为6.58、6.46、5.91 km/s,平均速度为6.30 km/s,S波平均速度约为3.62 km/s,VP/VS=1.74;并初步分析了板岩地震波速度、横波分裂及其波速各向异性随着围压的变化规律,发现所测量的板岩在较低围压（150 MPa时）微裂隙基本闭合,黑云母、阳起石等片状矿物的定向排列成为其地震波各向异性的主导诱因,此时（围压为600 MPa）VP、VS的各向异性分别稳定在13%、16%左右.本研究所获取的基础实验数据及所探讨的板岩地震波性质将为确定地壳上部显微裂隙的优选定向、浅层地壳的各向异性分析、地球物理模型条件约束等提供基础.     

宽频带海底地震仪的地震重定位对马尼拉俯冲板片形态的约束

将宽频带OBS用于海底天然地震长期观测,在国内尚处于实验阶段.2015年在马尼拉俯冲带北段开展了为期6个月的宽频带海底天然地震观测试验.根据回收的1台海底地震仪（OBS04）与国际地震台网的718台陆地地震台站,共记录到7562个P波走时和5002个S波走时数据,利用Hyposat地震定位方法,对马尼拉俯冲带北部（119°E—123°E,19°N—22°N）在2015年8月至2016年2月期间的264个地震进行了重定位.地震重定位的结果及定位误差分析表明,在海域布设的OBS04台站让地震观测的空间分布更为合理,提高了地震定位精度;重定位后的震中分布更为集中,与地质构造吻合良好;浅部的地震活动较为活跃,分布密集,与浅部断层发育有关;重定位后的4条震源深度投影剖面,从不同角度较好地约束了俯冲板片上边界的板片形态,板片倾角在浅部0~30 km区间约为10°~22°,随着深度的增加,俯冲板片逐渐变陡,在深度120~180 km处倾角约为41°~58°.该项研究为马尼拉俯冲带北段的板片形态提供了重要约束,而且为今后长期天然地震观测提供了重要而宝贵的经验与借鉴.

     

全球主要俯冲带处板块运动与地震各向异性及应力场的相关性讨论

在全球板块的很多地方,包括俯冲带、大洋中脊、甚至大陆板块的内部等,地震各向异性都与板块绝对运动图像存在一定的相关性,或者与板内应力场的优势取向一致。本文统计分析了全球9个包含主要俯冲带的板块边界内板块运动与地震各向异性及应力场的相关性,结果表明,板块的绝对或相对运动控制着板块边界的地震各向异性和应力场特征,尤其是板块的相对运动,在板块边界带处的影响十分明显;从计算结果还可以看出,板块的相对运动方向与地震各向异性及应力场的相关性要好于板块绝对运动。在包含俯冲带的板块边界处,由于俯冲机理的复杂性和控制因素的多样性,使得俯冲带处两者的相关性较为复杂,不同深度来源的各向异性表现出不同特征,且应力状态受多种因素的控制。     

东北日本地震波速度、VP/VS和各向异性结构:对俯冲带水迁移过程的探讨

本文利用区域地震初至波到时数据,通过地震层析成像研究获得了东北日本俯冲带上地幔（深至约150 km）的P波速度（V_P）、S波速度（V_S）、V_P/V_S和P波各向异性结构.结果表明,低速及高V_P/V_S比异常体主要分布在火山下方的下地壳和地幔楔中,其与低频地震的分布吻合,该区域与俯冲板块脱水所释放的流体及其导致的部分熔融密切相关;俯冲的太平洋板块内可能由于脱水脆化导致的双层地震带区域则没有表现出整体的高V_P/V_S值,其可能与俯冲板块内部含水矿物含量有关;俯冲板块内双重地震带区域及上覆地幔楔薄层主要表现为与海沟平行的方位各向异性和正的径向各向异性,其可能是由于含水矿物的脱水使橄榄石晶格结构发生了从A型到B型的变化所引起的.我们研究表明,结合地震波速度和各向异性结构能够加深对俯冲带内水运移过程的认识.

     

基于背景噪声互相关技术的雅浦俯冲带海底地震仪时间校正

由于电磁波无法在水中传播,导致海底地震仪(OBS)与全球定位系统(GPS)无法进行实时对钟,因此会产生一定的时钟漂移.而受船时、海况等影响,被动源OBS在回收后往往电量亏损,致使设备回收时并没有完成对钟,无法直接利用对钟前后的时钟漂移量进行线性校正.本文选取中国科学院海洋研究所2016—2017年间在雅浦俯冲带进行的长周期被动源OBS实验所获得的数据,利用背景噪声互相关方法对OBS进行了时间校正.结果发现,各OBS在经过一年左右时间的布放后,时钟漂移量在1～3 s之间,且基本呈线性趋势,将该结果平均分配到每天从而完成线性校正.另外,探讨了时钟的非线性漂移、误差源、参考台站的选取等因素对时钟准确度的影响,为OBS的数据处理进行了有益的探索.     

俯冲带主要含水矿物弹性波性质研究现状及展望

俯冲带中的含水矿物对物质循环和水迁移等有着极其重要的作用,同时也是俯冲带中的地震波速异常的主要原因．本文总结了近20年来,国内外对俯冲带三种主要含水硅酸盐矿物（蛇纹石、绿泥石和角闪石）弹性波速研究取得的重要成果：含水矿物普遍具有低波速、高各向异性的特点;压力增加波速增加,但波速各向异性降低．富含水矿物的岩石,波速各向异性随着含水矿物含量的增加而增大,同时受到含水矿物晶格择优取向（LPO）类型以及岩体中裂隙的影响．含水矿物LPO引起的地震波速各向异性特征与俯冲的角度有关,在低角度的俯冲带中会引起垂直于海沟方向的快速传播,而在高角度的俯冲带中引起平行于海沟方向的快速传播．文章最后针对目前俯冲带中含水矿物弹性波速研究中存在的问题,提出了未来需要在三个方面加强研究．     

日本俯冲带地震发生过程的数值模拟研究

了解地震发生的动力学机制是研究地震发震原因的关键,而数值模拟的方法是高速、有效的手段.2011年3月11日日本东北部宫城县发生9.0级大地震,文中以该次大地震所在的日本俯冲带为研究对象,通过使用黏弹性有限元数值模拟,并引用接触对,建立了研究区二维数值模型,模拟俯冲带与上覆板片之间的滑动、黏滞到再滑动的过程,亦即断层失稳发生地震的过程.模拟结果显示,随着太平洋板块不断俯冲,在俯冲带上自发出现了断层闭锁、解锁到再闭锁的黏滑过程,且这种过程呈现一定的准周期性,大事件主要集中分布在20~30 km的深度范围内.根据俯冲带可能在俯冲过程中角度的变化,建立了不同的模型,进行模拟对比研究,结果表明,俯冲带的几何形态,以及俯冲角度变化所在的不同深度,对模拟的结果有不同的影响.     

对日本俯冲带与IBM俯冲带俯冲特征的地球物理研究:来自重力与震源分布数据的启示

日本俯冲带与IBM俯冲带位于太平洋板块、菲律宾海板块和欧亚板块三者的交汇地带,是典型的"俯冲工厂"地区,具有重要的研究意义.本文利用震源分布资料与卫星重力数据对日本俯冲带与IBM俯冲带进行了研究.通过空间重力异常反映了俯冲带地区的区域构造形态,在此基础上基于艾利模式计算了均衡异常以反映地壳均衡特征.利用震源分布资料,分别从垂直俯冲带走向与沿俯冲带走向划定了横截剖面(cross-sections)进行了地震提取,讨论了俯冲带地区的Wadati-Benioff带形态特征,并借助于俯冲带地震等深线图直观描述了俯冲带的俯冲形态.在日本俯冲带与伊豆-小笠原俯冲带各选取了一条典型剖面进行了重力2.5D反演,研究了俯冲带地区的壳幔结构特征.研究结果表明,九州-帕劳海脊与IBM岛弧在均衡异常上存在差异,前者已逐渐趋向于地壳均衡.IBM的Wadati-Benioff带存在明显的南北差异,反映出伊豆-小笠原俯冲板片停留在了660 km转换带中,而马里亚纳俯冲板片很可能垂直穿过了这一转换带,造成这种南北差异的原因与板块相对运动、岩石圈黏性和年龄差异以及俯冲板片的重力效应等因素有关.在IBM的中部和南部存在板片撕裂现象.日本俯冲带的俯冲洋壳密度随俯冲深度变化较小,洋幔存在一定程度的蛇纹岩化,地幔楔蛇纹岩化作用不典型,海沟处有一范围较小的含水畸变带;伊豆-小笠原俯冲带俯冲洋壳密度随深度增大而明显增大,洋幔蛇纹岩化程度较日本俯冲带低,地幔楔蛇纹岩化作用强烈,板块交汇处存在明显的蛇纹岩底辟.日本俯冲带与IBM俯冲带一线自北向南板片俯冲变陡,两侧板块耦合度降低,与俯冲带两侧的板块运动速率差异有关.     

俯冲带断层粘滑运动机制数值模拟研究——以日本俯冲带为例

在新生代,西太平洋岛弧和边缘海地区已成为强烈的构造活动区。至晚第三纪以来,在西太平洋岛弧带上还发生了强烈的火山作用。在西太平洋岛弧的外侧发育着地球表面上最深的地沟带,即深海沟带。西太平洋板块向西俯冲,在日本海形成俯冲带,称为日本海俯冲带。日本俯冲带构成了西太平洋边缘俯冲带的重要组成部分。该俯冲带处于环太平洋火山地震带上,地质构造复杂,地震活动频繁,地震发生数量占全球20％。     

利用含可控裂缝人工岩样研究裂缝密度对各向异性的影响

利用新方法制作出含可控裂缝的双孔隙人工砂岩物理模型,具有与天然岩石更为接近的矿物成分、孔隙结构和胶结方式,其中裂缝密度、裂缝尺寸和裂缝张开度等裂缝参数可以控制以得到实验所需要的裂缝参数,岩样具有真实的孔隙和裂缝空间并可以在不同饱和流体状态下研究流体性质对于裂缝介质性质的影响.本次实验制作出一组具有不同裂缝密度的含裂缝人工岩样,对岩样利用SEM扫描电镜分析可以看到真实的孔隙结构和符合我们要求的裂缝参数,岩样被加工成八面棱柱以测量不同方向上弹性波传播的速度,用0.5 MHz的换能器使用透射法测量在饱和空气和饱和水条件下各个样品不同方向上的纵横波速度,并得出纵横波速度、横波分裂系数和纵横波各向异性强度受裂缝密度和饱和流体的影响.研究发现流体对于纵波速度和纵波各向异性强度的影响较强,而横波速度、横波分裂系数和横波各向异性强度受饱和流体的影响不大,但是对裂缝密度的变化更敏感.     

海底地震监测网络发展现状

近年来随着地面与空间的遥测遥感通信技术,特别是随之衍生而来的海底光纤电缆技术的发展,海洋学者可以从海底回头向上观测整个海洋世界,对深入海底做近距离和全天候监测海洋信息变为可能。近年来许多国家正在逐步策划和建设以海啸减灾为目的,以海底电缆为主轴、海底地震监测为核心内容的海底观测网络。本文分别针对美国、加拿大、欧洲、日本以及中国多种典型海底观测网的主要观测技术进行分析,提出发展中国海底地震监测网络的建议。     

Seismic receiver coupling to the seafloor

The presence of geophysical receivers on the seafloor changes the local wave field due to the receiver seafloor interaction. The resulting PP- and PS-wave distortion of the wave field is often referred to as receiver coupling to the seafloor and can make data processing challenging and sometimes impossible. This paper provides an overview of the mathematical approaches to describe receiver coupling, how to estimate receiver coupling and what the difficulties and possible solutions are. The first section shows how the mathematical approach developed from a simple model considering only the vertical receiver component to include all three receiver components and their interactions with the seafloor. In the second section, I show how receiver coupling can be measured and how it can be improved using mathematical and data-driven approaches.     

首都圈西北部地区地壳介质地震各向异性特征初步研究

本研究使用首都圈数字地震台网2002年01月～2003年12月的波形记录资料,采用SAM方法,进行了剪切波分裂的分析,得到首都圈西北部地区地壳介质地震各向异性的初步结果.根据对有3条以上可靠记录的14个台站的统计分析,得到首都圈西北部地区的剪切波分裂的统计平均结果为: 快剪切波平均偏振方向为NE69.9°±44.5°,慢剪切波平均时间延迟为4.44±2.93（ms/km）.研究认为,NE69.9°±44.5°的快剪切波平均偏振方向暗示了该区域的水平主压应力方向,快剪切波偏振方向的第一优势取向揭示了NWW近E-W方向的原地水平主压应力的构造意义,凸现了NWW向的张家口—蓬莱断陷带.通过快剪切波偏振方向,本研究进一步证实,位于活动断裂上的台站的快剪切波偏振方向的优势取向与断裂走向一致,认为南口—孙河断裂和夏垫断裂是两个活动断裂,而八宝山断裂可能是个并不太活跃的活动断裂.华北盆地里的快剪切波偏振方向显示出复杂的分布特征,对应了盆地凹陷区里许多断裂互相交汇造成区域主压应力场受到局部调整的复杂图像.研究还认为慢剪切波时间延迟急剧的梯度变化可能与地壳深部的温度变化有关联.     

剪切波分裂揭示的青藏高原上地壳地震各向异性基本特征

青藏高原整体隆升,构造运动与介质变形强烈,然而由于地震观测数据不足,青藏高原内部上地壳各向异性研究一直是一个空白.本研究使用西藏地区的地震台网（2009年5月—2017年5月）的观测资料,利用剪切波分裂研究青藏高原上地壳地震各向异性特征.由于青藏高原固定地震台站分布稀疏,可用于进行剪切波分裂研究的近场地震事件记录稀少,本研究采用地震事件的单台定位技术,对公开的地震目录里没有震源深度数据的地震事件进行震源位置约束,并引入微震模板匹配定位方法,对连续地震波形进行检索,识别出地震目录里遗漏的新的微震（小地震）事件波形.微震识别获得的新地震事件记录是地震目录里报告的地震事件记录的大约6倍,用于补充研究区的剪切波分裂数据分析.通过数据分析,对比快波偏振方向,证实微震识别获得的数据极大地增加了有效数据的数量,提高了结果的可靠性.研究结果表明,雅鲁藏布江缝合带与班公—怒江缝合带之间的拉萨地块东部地区,台站的快剪切波（快波）偏振方向主要受区域应力场影响,快波偏振方向主要是NS或NNE方向,表明了区域最大主压应力方向;但个别地震台站（当雄台）快波偏振方向受原地主压应力影响,其快波偏振方向既不平行于断裂走向也不平行于区域主压应力方向,揭示出地壳介质的局部变形导致的局部应力方向不同于青藏块体里的其他地区.研究区西部的改则、普兰和研究区北部的双湖,快波偏振方向显示与断裂等构造走向一致的特点.研究区东部的昌都和察隅,快波偏振方向除了与断裂走向（或构造线）一致,还与地表运动的方向相同,揭示了青藏块体东部的深部物质可能的运移方向.这个现象虽然还需更多的研究证实,但这个发现的重要启示是,地震各向异性结合地表变形可用于探讨地壳深部物质的运动.

     

Millennium‐scale recurrent uplift inferred from beach deposits bordering the eastern Nankai Trough,Omaezaki area,central Japan

A flight of Holocene marine terraces on the southwestern coast of Cape Omaezaki of central Japan provides evidence of recurrent millennium‐scale uplift events. We reconstructed the uplift history of these terraces by using facies analysis of drill core and geoslicer samples, environmental analysis of trace fossils, and ¹⁴C age determinations. Coastal uplift can be identified by the displacement of beach deposits such as foreshore deposits, which represent the intertidal swash zone of a wave‐dominated sandy coast. Three levels of former beach deposits facing the Nankai Trough were identified near the coast in the Omaezaki area. The highest of these, dated at about 3020–2880 BC, records a maximum of 2.2–2.7 m of emergence. The middle beach surface, of minimum age 370–190 BC, shows 1.6–2.8 m of emergence. The lowest beach surface, which is older than 1300–1370 AD, records 0.4–1.6 m of emergence. Our analysis of vertical crustal deformation data during the Holocene in this region suggests that rapid and strong uplift was restricted to the southwestern coast of the Omaezaki area and was probably caused by high‐angle thrusting on subsidiary faults branching from the underlying plate boundary megathrust.     

四川长宁页岩气开采区上地壳各向异性及其变化特征

四川长宁页岩气开采区2018年12月16日和2019年1月3日相继发生了M_L5.7和M_L5.3地震, 两次中强地震给附近建筑物带来了严重的破坏.本文收集了长宁地区2018年11月至2019年2月的地震波形数据资料, 利用剪切波分裂方法获得了研究区内14个台站的剪切波分裂参数快波偏振方向和慢波延迟时间, 分析了长宁地区地壳各向异性特征, 以及地壳应力场的变化, 初步探讨了两次M_L5.0地震孕育的应力环境.结果显示, 多数台站快波偏振方向有两个优势方向, 北东向和北西向.研究区位于四川盆地南缘盆山结合地带, 构造环境复杂, 剪切波分裂参数较为离散.北西向的快波偏振方向与区域主压应力方向、震源机制解结果一致, 北东向快波偏振方向与之正交.整个研究区域内慢波延迟时间普遍较高, 均值为6.16 ms·km^-1.慢波延迟时间最大值来源于位于两次M_L5.0地震震中之间的XIC台站.离散的剪切波分裂参数以及较高的各向异性强度, 可能与页岩气开采压裂作业有关.水力压裂施工, 页岩地层中注入高压流体, 从而改变了岩体和断层的应力状态, 引起应力环境的改变.慢波延迟时间在M_L5.3地震发生之前表现出明显增加的趋势, 表明地震发生之前地壳应力的积累.M_L5.3地震发生之后观测到慢波延迟时间的降低, 反映了震后地壳应力的突然释放.

     

综述日本地震调查研究观测网

根据1995年制定的"地震基础调查观测计划",经过10多年的整合、建设、完善,日本地震调查监测工作取得了重要进展,基本上建成了现代化的地震调查观测研究综合网络,地震观测数据实现了统一集中处理和共享。这样就增强和提高了地震监测预测预报研究能力和水平。初步实践显示出它的先进性和有效性。本文就日本地震调查观测研究网络建设的计划设计思路和设计目标、地震调查观测研究网络的特点、地震调查观测研究网络取得的重要进展,以及地震观测网络建设时的举措等做以综述简评。     

Overview of Holocene Tsunami Deposits along the Nankai,Suruga, and Sagami Troughs,Southwest Japan

Tsunami deposits provide a basis for reconstructing Holocene histories of great earthquakes and tsunamis on the Pacific Coast of southwest Japan. The deposits have been found in the past 15 years at lakes, lagoons, outcrops, and archaeological excavations. The inferred tsunami histories span 3000 years for the Nankai and Suruga Troughs and nearly 10,000 years for the Sagami Trough. The inferred histories contain recurrence intervals of variable length. The shortest of these —100–200 years for the Nankai Trough, 150–300 years for the Sagami Trough — resemble those known from written history of the past 1000–1500 years. Longer intervals inferred from the tsunami deposits probably reflect variability in rupture mode, incompleteness of geologic records, and insufficient research. The region's tsunami history could be clarified by improving the geologic distinction between tsunami and storm, dating the inferred tsunamis more accurately and precisely, and using the deposits to help quantify the source areas and sizes of the parent earthquakes.     

Seismic anisotropy in granite at the Underground Research Laboratory, Manitoba

The Shear-Wave Experiment at Atomic Energy of Canada Limited's Underground Research Laboratory was probably the first controlled-source shear-wave survey in a mine environment. Taking place in conjunction with the excavation of the Mine-by test tunnel at 420 m depth, the shear-wave experiment was designed to measure the in situ anisotropy of the rockmass and to use shear waves to observe excavation effects using the greatest variety of raypath directions of any in situ shear-wave survey to date. Inversion of the shear-wave polarizations shows that the anisotropy of the in situ rockmass is consistent with hexagonal symmetry with an approximate fabric orientation of strike 023° and dip 35°. The in situ anisotropy is probably due to microcracks with orientations governed by the in situ stress field and to mineral alignment within the weak gneissic layering. However, there is no unique interpretation as to the cause of the in situ anisotropy as the fabric orientation agrees approximately with both the orientation expected from extensive-dilatancy anisotropy and that of the gneissic layering. Eight raypaths with shear waves propagating wholly or almost wholly through granodiorite, rather than granite, do not show the expected shear-wave splitting and indicate a lower in situ anisotropy, which may be due to the finer grain size and/or the absence of gneissic layering within the granodiorite. These results suggest that shear waves may be used to determine crack and mineral orientations and for remote monitoring of a rockmass. This has potential applications in mining and waste monitoring.