利用全波形匹配方法确定水力压裂诱发地震震源机制

准确确定水力压裂诱发地震的震源机制对于描述裂缝破裂类型以及工区地应力状态十分重要.本文采用全波形匹配的方法确定诱发地震震源机制解,在拟合波形的同时对实际数据P波初动极性和纵横波振幅比也进行匹配,并在此基础上发展了一种基于邻域算法分级优化确定震源机制解的新方法.新方法的优势在于它对解具有更强的约束,并且能够解决现有方法中存在的权值系数选择问题.合成数据测试结果表明新方法能够得到可靠的震源机制解.本文将该方法应用于国内某页岩气田水力压裂诱发地震监测数据,反演结果表明诱发地震的震源类型以走滑破裂为主,表明该地区的最大水平主应力大于垂直主应力.     

sPL,一个近距离确定震源深度的震相

实际地震波形观测表明,对于大陆结构相对简单的地壳中的地震而言,有一震相出现在P 波和S波之间.一般在30~50 km附近发育得较好,其能量主要集中在径向分量,而垂向分量的振幅相对径向要小,切向分量上的振幅很弱,且波形以低频为主,通常没有P波尖锐.在利用FK方法计算合成地震图的基础上,发现该震相是由S波入射到自由地表形成水平传播的P波(文献称为surface P wave,自由地表P波)或者包括S波入射到地表后形成的多次P波或其散射震相.由于该震相是由S波和P波之间耦合而形成,本文将其定义为sPL(s coupled into P) 震相.理论波形研究表明,sPL相对直达P波的到时差对震中距离不敏感,而随着震源深度的增加几乎呈线性增加,因此可以很好的约束震源深度.本文以2005年江西九江地震为例,证实了sPL确定震源深度的可行性和可靠性.在观测到sPL震相的情况下,离震源50 km以内的一个三分量地震台站的波形就可以帮助获得可靠的震源深度,而不需要精确的震中距离.由于sPL震相出现距离较近,对于较小(三级以上)的地震也可以应用,因此在稀疏台网布局情形下sPL对于确定中小地震深度应该具有很好的应用意义.     

2013年芦山MS7.0地震序列断层结构及震源区应力场特征

使用芦山地震序列2013年4月20日至5月20日一个月的地震震相数据和M_S4.0以上地震的波形数据, 通过双差定位方法得到了3398个地震的精定位结果, 利用时间域全波形反演方法得到17个地震的矩张量解。 综合分析地震双差定位结果和芦山地震序列中强地震震源机制解, 发现芦山地震发震构造由主震断层和次级反冲断层组成, 主震断层为一走向北东、 倾向北西、 倾角约为45°的高角度逆冲断层, 次级反冲断层与主震断层走向相同, 倾向相反, 两条断层均未出露地表。 主震和余震震源机制解均为逆冲型, 几乎没有走滑分量。 震源区主压应力方位为北西向, 与发震断层走向近乎垂直。     

用地震波波形拟合方法研究中小地震的震源机制

采用网格搜索方法,利用区域地震三分量全波形资料,对中小地震震源机制的反演方法进行了研究。反演采用初动约束、分段求相关系数,以及幅值加权的混合方法计算误差函数,通过格点搜索法确定震源深度。理论模型试验表明,反演结果具有较好的稳定性和可靠性。云南地区区域数字地震台网的观测资料反演表明,该方法可以合理地拟合观测波形资料。将2001年7月9日(24.93°N,101.47°E)发生的MS 5.3地震的震源机制解与哈佛大学CMT进行了对比,结果表明,Z分量波形拟合略比CMT拟合的好,R分量和T分量的波形拟合明显好于CMT的对应分量。 我们对2001年4月5日在(25.77°N,102.30°E)发生的mb 4.8地震进行了震源机制反演。结果表明,该地震主要表现为走滑断层,震源机制解为(180°,80°,11°)。根据这两个地震震源机制推断的主应力轴,与该地区现代构造应力场特征基本一致。     

2006年文安Mw4.9级地震的有限震源波形模拟研究

2006年7月4日发生在河北文安的M_w4.9级地震,由于没有地表破裂并缺乏能够精确定位的余震序列,从而在地震发震构造的确定上存在困难.本文利用首都圈地震台网9个台站的Z分量数字波形记录,通过与有限震源模型的理论波形模拟结果比较,能够快速分辨发震断层面及破裂扩展方式,同时对震源运动学参数提供一定约束.结果显示,在文安地震震源机制解的两组共轭节面中,走向110°、倾角65°、滑动角8°的节面更有可能代表真实的发震面;破裂扩展方式为一向西扩展的单侧破裂.这一结果与本区域构造应力研究及块体相对运动方向观测结果一致.本文的工作,为中等震级地震发震构造的快速确定提出了一种简单而有效的方法.     

2006年文安Mw4．9级地震的有限震源波形模拟研究

2006年7月4日发生在河北文安的Mw 4.9级地震,由于没有地表破裂并缺乏能够精确定位的余震序列,从而在地震发震构造的确定上存在困难.本文利用首都圈地震台网9个台站的Z分量数字波形记录,通过与有限震源模型的理论波形模拟结果比较,能够快速分辨发震断层面及破裂扩展方式,同时对震源运动学参数提供一定约束.结果显示,在文安地震震源机制解的两组共轭节面中,走向110°、倾角65°、滑动角8°的节面更有可能代表真实的发震面;破裂扩展方式为一向西扩展的单侧破裂.这一结果与本区域构造应力研究及块体相对运动方向观测结果一致.本文的工作,为中等震级地震发震构造的快速确定提出了一种简单而有效的方法.     

用P波初动波形求解中小地震震源机制解

本文以首都圈数字地震台网记录的2006年文安地震为例,拓展了基于P波初动波形和区域格林函数库的中小地震震源机制格点搜索方法。通过利用P波初动及随后几个波动周期的波形信息,获取文安5.1级震源机制解。应用示例表明,采用格点搜索方法可以获得较为可靠的中小地震震源机制解,证实了利用P波初至后几个周期的波形信息自动搜索获取中小地震震源机制的可行性。     

张家口地区近年中小地震震源机制解及应力场反演

利用垂直向Pg和Sg波最大振幅比方法,计算得到张家口地区2007—2015年发生的中小地震震源机制解;通过系统聚类分析,研究震源机制分布特征与断裂活动的关系,并采用网格搜索法对张家口地区的现今地壳应力场进行反演,得到了较为精确的张家口地区的构造应力场。结果表明:主压应力轴的走向范围:211°～223°,即NE—SW向;主张应力轴的走向范围:323°～332°,即NNW—SSE向,P轴、T轴都近于水平;两组节面的走向分别为N18°E向和近EW向(N83°E),破裂以水平走滑为主。     

2008年盈江地震序列的震源参数和震源机制相关系数研究

基于云南数字地震台网记录的2008年盈江地震序列的数字波形资料,采用波谱分析方法和Brune震源模型,得到盈江地震序列的震源参数。利用两次地震事件的相同台站的震源谱参数（零频振幅）计算谱振幅相关系数,据此对地震的震源机制进行聚类分组,并收集和对比地震序列已知的震源机制解结果,发现每组内震源机制解P轴的相关性较好,且相关系数越大,P轴的方位角就越接近。将盈江地区划分为三个研究区,联合震源参数的应力降和聚类分组中每组的平均震源机制解结果研究地震序列发生过程中应力的释放水平和应力场方向变化特征。结果表明：不同阶段震源机制解类型的变化和转化特征一定程度上反映了孕震过程中区域应力场随时间的变化特征,并且地震震源机制解类型在时间段上的集中并向区域构造应力场方向转换的现象可能是发生强震的标志。震源机制解分组类型和对应类型的地震的应力降有一定依赖关系,震源机制解类型反映的应力场与区域应力场接近的地震应力降高,震源机制解类型反映的应力场与区域应力场差距较大的地震应力降普遍较低。     

濮阳小震集中区应力场跟踪分析

利用垂直向Pg和Sg波的最大振幅比法求解方法,计算濮阳小震集中区2002—2014年9月以来的45个ML≥2.0中小地震的震源机制解,结果表明,研究区地震震源类型以小水平力的推扭。进一步跟踪分析该区地震震源应力场最大主压应力轴的时序变化特征、震源机制一致性参数时空分布与地震的关系,以期寻找与该区地震有关的应力场时空变化信息。     

采用体波谱振幅相关系数方法研究地震序列的震源机制变化过程

发生在同一震源区的两个地震, 当地震之间的距离远小于地震到台站之间的距离时, 同一个台站的直达P波、 S波零频观测谱值之比与其辐射图型因子之比线性相关, 而辐射图型因子取决于震源机制解的几何特性。 利用同一震源区两次事件的相同台站的波形记录计算谱振幅相关系数, 该系数可认为是震源机制异同的归一化的数值描述; 据此对地震序列事件进行聚类分组以及计算序列事件的滑动平均相关系数时序曲线。 对2001年雅江和2003年大姚强震序列, 以及2002年漾濞和2003年洱源小震序列进行分析的研究结果表明: ① 强震序列与小震序列的滑动平均相关系数时序曲线形态存在明显差异; ② 某些强震序列的初期震源机制有从散乱到一致的过程。 分析认为, 孕震应力场的应力强度对孕震区内地震的破裂方向有明显的约束作用。     

2008年盈江地震序列的震源参数和震源机制相关系数研究

基于云南数字地震台网记录的2008年盈江地震序列的数字波形资料, 采用波谱分析方法和Brune震源模型, 得到盈江地震序列的震源参数。 利用两次地震事件的相同台站的震源谱参数(零频振幅)计算谱振幅相关系数, 据此对地震的震源机制进行聚类分组, 并收集和对比地震序列已知的震源机制解结果, 发现每组内震源机制解P轴的相关性较好, 且相关系数越大, P轴的方位角就越接近。 将盈江地区划分为三个研究区, 联合震源参数的应力降和聚类分组中每组的平均震源机制解结果研究地震序列发生过程中应力的释放水平和应力场方向变化特征。 结果表明: 不同阶段震源机制解类型的变化和转化特征一定程度上反映了孕震过程中区域应力场随时间的变化特征, 并且地震震源机制解类型在时间段上的集中并向区域构造应力场方向转换的现象可能是发生强震的标志。 震源机制解分组类型和对应类型的地震的应力降有一定依赖关系, 震源机制解类型反映的应力场与区域应力场接近的地震应力降高, 震源机制解类型反映的应力场与区域应力场差距较大的地震应力降普遍较低。     

利用地球自由振荡观测约束芦山地震的震源机制解

地球自由振荡的振幅和地震的震源机制有密切的关系．利用长周期自由振荡的观测可对地震的震源机制解进行分析和约束．芦山地震虽然是中等强度的地震,但也激发了可观测的自由振荡信号．根据芦山地震的4种不同震源机制解计算了芦山地震的自由振荡,然后与超导重力仪和宽频带地震仪观测的结果进行比对分析,结果表明可利用2．3～5mHz的球型简正模分析和约束芦山地震的震源机制解．研究发现地震的标量地震矩Mo对自由振荡振幅的影响较大,而断层走向、倾角、滑动方向角和震源深度对自由振荡的振幅影响较小．分析了不同震源机制解理论计算的地球自由振荡参数,发现由GCMT反演的地震矩与实际观测符合较好,其相应的震级能较好反映芦山地震释放的总能量,而利用远场体波反演的地震矩偏小,联合远场和近场观测数据反演可显著改善体波的震源机制解．     

2016年5月22日辽宁朝阳4.6级地震震源机制和震源深度研究

2016年5月22日17时08分,辽宁朝阳县发生M4.6地震。本文利用P波初动、TDMT、CAP等方法研究该地震的震源机制解,利用CAP、PTD、sPn-Pn等方法测定震源深度。结果表明,3种方法计算震源机制解所得结果一致,CAP、PTD、sPn-Pn等方法测定的深度结果接近。利用双差定位法对2009~2016年发生在震源区域的地震重新定位,结合模拟退火算法和高斯牛顿算法拟合得到小地震分布的走向和倾角。根据震源机制解、震源深度、小地震分布特征和震源区域的构造特征等判断,发震构造断裂走向为NEE,倾角接近垂直,主压应力方向为NNW向,震源机制为正断类型,并带有较小的左旋分量。     

濮阳小震集中区发震机理分析与讨论

综合小震精定位和震源机制解两方面的结果,对濮阳小震集中区小震丛集活动的发震机理进行了分析.双差定位结果显示,大部分地震震源位于聊考主干断裂上,与断层的产状吻合;5次ML≥3.5地震的震源机制显示,双力偶模型可以较好地解释观测波形,小震震源机制主要为走滑型,初动符号呈象限分布;在参考了油田地质构造背景资料后,对濮阳小震集中区中、小地震活动与油田采油作业之间是否存在注水诱发关系进行了讨论.     

荣昌5.2级地震序列的震源参数及震区应力状态

分析了1997年荣昌5．2级地震的震源机制。主压应力方位为NW向，震源力学作用机制呈走滑兼有较强的倾滑分量。根据成都遥测地震台网记录的波形资料，研究了荣昌震区1994～1998年36次小震机制解，统计的优势压应力方位也是NW向。同时给出了小震震源参数随时间的变化过程，其动态起伏过程稳定。在四川盆地及南缘地区，发生走滑兼有较强的倾滑分量的地震破裂的比例相对较大。这往往与震区的地腹断裂有关，也与分层滑脱的力学机制相一致。利用近场测震台测量的快S波偏振显示震区近地表浅层介质的各向异性特征。     

2013年8月香格里拉德钦—得荣M_S5.9地震序列震源机制与应力场特征

利用中国区域台网地震波形记录,采用CAP方法反演了香格里拉德钦(位于云南省)—得荣(属于四川省)2013年8月28日MS5.1、8月31日MS5.9地震及8次MS4余震的震源双力偶断层面解和震源质心深度.结合震区地质构造、余震分布、烈度分布、动力学背景等资料,分析了此次地震序列的震源机制和应力场特征.反演结果表明,此次地震序列为节面倾角倾斜的正断层型地震,发震断层为NWW向活动构造带.序列中最大地震MS5.9和次大地震MS5.1地震的破裂节面分别为走向299°、倾角53°、滑动角-73°;走向290°、倾角55°、滑动角-72°.震源区受到强烈的水平拉张力、垂直挤压力作用.MS5.9地震后续余震T、P轴方位角随时间变化强烈,表明MS5.9地震后震源区应力调整作用明显.震源区应力场反演结果显示,地震发生的构造带上最大主拉应力为NNE-SSW向,最大主压应力为NW-SE向,与GPS观测所反映的地表最大主应力分布方向基本一致,表明震源区的应力状态可能主要受到背景大尺度构造应力场的控制.此次地震序列填充了川滇地区震源机制及应力场的空间分布图像,1976年以来可靠的震源机制解资料表明香格里拉次级块体是川滇块体及周边区域显著的拉张作用区域.香格里拉次级块体和保山次级块体正断层地震的断层节面及震源应力轴分布的空间变化,与GPS观测反映的地表最大主拉应力分布较一致,其空间分布特征反映了在青藏高原物质挤出背景下,块体之间相互作用、地势差异等作用对构造活动的影响.     

P波极性资料确定的2022青海门源MS6.9地震序列震源机制及应力场

为研究2022年门源M_S6.9地震的发震构造及构造应力场特征,文章先搜集了1月8—30日M≥1.9地震事件的P波初动符号,基于P波初动极性反演震源机制解的方法,得出66个地震的震源机制解,参考水平应变花面应变对地震震源机制的划分原则进行分类,虽然震源机制分布类型较广,但走滑类震源机制超过半数,表明此次地震序列以走滑为主;然后基于得到的震源机制解,利用网格搜索法反演该区构造应力场,得到研究区内呈NEE-SWW向挤压,NNW-SSE向拉张;主震震源机制P和T轴与所处的应力区应力方向相近;最后模拟研究了主震震源机制与应力体系的关系,得到此次地震是在构造应力场作用下沿最优节面破裂的,可视其为该区域应变能积累后的一次正常释放。该研究对后续的发震机制和地球动力学分析具有参考意义。     

安徽地区应力场分区特征及中强震前震源机制的一致性研究

利用近震直达Pg波和Sg波垂直向最大振幅比方法,求出安徽及周边地区1974年以来246次ML2.0级以上地震的震源机制解。采用系统聚类方法,得到安徽不同分区不同时段的震源机制优势综合解,分析不同分区构造应力场的特点。对安徽地区中小震震源机制解中应力轴参数进行统计分析表明,其优势方向与华东地区构造应力场方向基本相同。研究安徽地区震源机制一致性参数特征发现,在中强震发生前,一致性参数均出现显著下降。     

新源、和静交界M_L6.8地震序列的应力降和震源机制研究

采用新疆区域台网记录的2012年6月30日新源、和静交界M_L6.8地震序列的数字波形资料,研究分析了余震序列应力降的变化特征及其地震序列震源机制的相关性。采用波谱分析方法和Brune震源模型,计算了新源、和静交界M_L6.8地震序列震源参数、地震序列中不同事件在相同台站的体波零频震源谱值、地震谱振幅相关系数;并对地震序列震源机制解进行聚类分组。结果表明:①在余震序列平静阶段,应力降呈平稳态势,强余震前应力降出现升高-回落变化过程;②滑动平均谱振幅相关系数在主震后发散,表明余震的震源机制解与主震的相关性降低;③震源机制解聚类分组结果显示,M_L6.8地震序列主要以走滑型地震为主,主压应力轴呈近NS向,与近NS向的构造应力场结果基本一致,一定程度上显示了地震前天山中段受NS向水平挤压应力作用明显;④震级、震源机制演化表明,强余震前震源机制解表现较好的一致性,显示了区域应力场控制作用增强,对后续强余震发生具有预测意义。