分块三维速度模型生成及理论地震图的计算

本文提出了在计算机上实现分块三维地壳模型及利用加权最小二乘拟合生成平缓光滑的三维速度函数的方法,给出了适用于分块、块内速度连续变化的三维模型中Cauchy射线追踪的新算法,简介了基于上述方法反射线的基本理论所编制的合成三维理论地震图的程序包RSSGTD.给出的两个盆地状模型的算例表明,所使用的模型生成方法具有模拟复杂地壳结构的能力;与三维样条函数方法比较,最小二乘拟合方法能给出更加适合射线方法合成地震图计算的速度函数,并且内存小、计算速度快;所给出的Cauchy射线追踪算法能够适合块状模型中任何体波射线的追踪.     

理论地震图计算方法

近二十多年来,随着理论地震学和计算技术的发展,理论地震图的计算技术有了飞速发展.目前已能对不同的介质模型和震源计算各种体波、面波、地球自由震荡和静态位移场.它们在研究天然地震震源过程、地球内部结构、近场强地面运动、核爆作监测以及地震勘探等领域中发挥了越来越大的作用. 目前常用的理论地震图计算方法主要包括积分变换法、离散数值方法和射线方法几大类.本文对这些方法分类进行了简单介绍,并评论了各种方法的特点和各自的适用范围.     

理论地震图计算方法

近二十多年来,随着理论地震学和计算技术的发展,理论地震图的计算技术有了飞速发展.目前已能对不同的介质模型和震源计算各种体波、面波、地球自由震荡和静态位移场.它们在研究天然地震震源过程、地球内部结构、近场强地面运动、核爆作监测以及地震勘探等领域中发挥了越来越大的作用. 目前常用的理论地震图计算方法主要包括积分变换法、离散数值方法和射线方法几大类.本文对这些方法分类进行了简单介绍,并评论了各种方法的特点和各自的适用范围.     

三维复杂速度模型中地震事件震源轨迹的计算

地球内部三维速度图像的广泛建立为进行高精度的地震定位提供了良好条件.使用震源轨迹确定震源位置不仅稳健而且直观,但三维复杂速度模型中的震源轨迹难以给出解析解.为此,本文提出了一种较准确地计算三维复杂速度模型中震源轨迹的数值方法.根据震源轨迹在残差场中的特点：（1）震源轨迹位于残差正负极性彼此不同的邻点之间;（2）绝对梯度在震源轨迹的法线方向最大;（3）在法线方向上越靠近震源轨迹残差绝对值越小,对于每个模型节点分别和残差正负极性与其不同的邻点组成的点对,将其中绝对梯度最大的点对作为震源轨迹法线点对,选取法线点对中残差绝对值较小的点（即震源轨迹所在模型单元的节点）作为震源轨迹代表点;在绝对残差场中数值较小的连通区域（可能有多个）内,利用最小走时树算法依次计算出每个连通区域中地震波从绝对残差最小点至同一连通区域内震源轨迹代表点的射线路径作为震源轨迹.算例表明：本文方法适用于三维复杂速度模型,对震源轨迹的稳定性及构成段数没有限制,计算的震源轨迹精细且较完整、可用于高精度的地震定位.

     

火山地震的理论地震图计算方法

本文首先分析了不同类型火山地震的波形,提出了相应的震源模型.然后发展了计算层状介质理论地震图的部分分离变量—有限差分方法,其最重要的环节是引用了吸收边界条件,使计算工作得以简化.这种方法特别适用于火山地震的理论地震图计算.最后,本文给出了计算实例.     

混合法计算GB体波理论地震图

高斯射线束（GB）方法是一种用于计算不均匀介质中波场的高频近似方法。本文在详细讨论了几种用高斯射线束叠加计算理论地震图的方法——频谱法、褶积法和波包法之后,提出了适用范围更广泛的混合方法（褶积-波包法）,并给出了一个便于数值计算的褶积公式。混合法在计算GB理论地震图时既用褶积法又用波包法,可以得到较高的计算速度与精度。最后,就二维情况分别用褶积法、波包法和混合法进行了一些实际计算和比较。     

混合法计算GB体波理论地震图

高斯射线束（GB）方法是一种用于计算不均匀介质中波场的高频近似方法。本文在详细讨论了几种用高斯射线束叠加计算理论地震图的方法--频谱法、褶积法和波包法之后,提出了适用范围更广泛的混合方法（褶积-波包法）,并给出了一个便于数值计算的褶积公式。混合法在计算GB理论地震图时既用褶积法又用波包法,可以得到较高的计算速度与精度。最后,就二维情况分别用褶积法、波包法和混合法进行了一些实际计算和比较。     

门源地区地壳三维体波速度结构及地震重定位研究

本文使用甘肃、青海数字地震台网及中国地震科学探测台阵记录到的门源地区地震的P波和S波到时资料,应用双差层析成像方法联合反演了该地区的地壳三维速度结构和震源位置参数.结合地质构造背景,研究了门源M_S6.4地震孕育发生的深部介质环境及该地区速度结构与地震活动性之间的关系.结果表明：反演之后地震的走时残差均方根显著降低,重定位后的地震在垂直方向上呈现出与断层位置有关的条带状分布.门源地区地壳速度结构存在明显的不均匀性,浅层P波和S波速度结构与地表地质构造及地形特征密切相关.研究区内地震活动性与地壳速度结构具有很强的对应关系,地震主要分布在高速异常区域及其边缘.门源M_S6.4地震震中附近的P波和S波速度结构表现出明显的高速异常,且在震源区下方存在P波低速层,这种特殊的构造条件可能是导致此次地震发生的重要原因.

     

利用区域地震体波走时评价华北地区三维地壳速度结构模型

本研究利用国家地震台网131个地震台站2009—2016年记录的1 749次近震的初至P波和S波走时数据,与采用快速行进方法正演计算得到的华北地区4个三维地壳速度模型对应的走时数据进行对比,通过统计分析的方法,评价这4个速度模型与真实地下结构的近似程度。结果表明:4个速度模型在大范围内存在较高的一致性,在整个研究区内（111°E—119.5°E,37°N—42°N）,Shen等的模型（简称“S模型”）相对优于Fang等的模型（简称“F模型”）和Duan等的模型（简称“D模型”）,Laske等的Crust1.0模型（简称“C模型”）相对较差。我们认为该结果与上述几个模型所使用的数据及其分辨率有关。对于研究区域内的构造单元,D模型在燕山褶皱带西南部、太行山山前构造带西北部和沧县隆起区表现较好,F模型在太行山隆起区中部、沧县隆起北部、黄骅凹陷区和燕山褶皱带表现较好,S模型在西部地块、山西凹陷区、太行山山前构造带和冀中凹陷区表现较好,C模型无明显连片表现较好区域。      

地壳三维构造反演和速度层析成像

本文给出利用空间深地震测深反射资料重建地壳三维构造和速度分布的方法，适用于任意分层并且每层可由若干断块组成的地壳模型。通过采用适当的反演方法获得地壳界面的三维构造，并在此结果基础之上，进一步将剩余走时残差归因于地壳速度的不均匀性，采用东分块的反演方法，重建地壳三维速度分布，数值模拟的结果表明算法是有效的。     

震源区和接收区结构不同情况下体波合成地震图的矩阵-射线方法

本文进一步扩展了合成地震图的广义射线方法.由于算法中将地球模型划分成震源区、接收区和地幔区,因此可用于计算震源区与接收区速度结构不同时的体波合成地震图.新算法把广义射线理论与传播矩阵理论结合起来,并采用了分层Q值模型,从而可以自动包括指定介质层内所有多次波的混响.为简便数据准备,设计了射线编码自动生成算法. 本文算法与Kind扩展的反射率法用相同的地球模型进行了数值结果对比,结果表明,矩阵-射线方法用于计算体波地震图时,不但有足够好的精度,而且还具有速度快并适于单个震相研究的优点.在计算由10个接收点组成的地震剖面时,其计算时间仅为反射率法的7％左右.     

中国内蒙古高原及周边地带岩石圈三维速度结构

我国内蒙古高原和其周边地域地壳与上地幔的专门研究尚属空白，然而全区又为第四纪以来的沙漠所覆盖，地表地质构造亦不十分清晰。本文利用了一种测量面波频散信号的新技术；即适配滤波频时分析和改进的分格随机反演理论与方法从混合路径中提取了４°×４°的计１８个网络中每一个网格单元的纯路径频散，并依据频散反演出该区地表与上地幔的剪切波三维速度结构。结果表明：１．该区地壳为成层结构，Ｍｏｈｏ界面埋深平均为３７±３ｋｍ，并向东减薄，断裂分布与构造迹线在深部均有显示，并存在着一系列北北东向，近北东向和北西向的断裂，且断抵上地幔顶部。２．上地幔亦为成层结构，地幔低速层平均埋深为８５±１０ｋｍ，南部地区则较深，地幔低速层速度均偏低。３．该区地幔盖层似一＂楔板，体向北插入。４．沙漠地带与造山地带相比不论是地壳厚度，还是地幔低速层埋深，前者均比后者浅约±５ｋｍ，该区有着良好的油气前景。     

青藏高原东部及其边缘地区的地壳上地幔三维速度结构

利用在青藏高原东部及其邻近地区记录到的１万余条近震到时资料,反演该地区的地壳上地幔三维速度结构。采用网格点模型描述三维速度结构,模型维数为２２２２６,网格点间距水平向为１００ｋｍ,垂直向为２０ｋｍ,网格点之间的速度值通过线性插值给出。采用改进了的快速三维射线追踪方法,确定三维非均匀介质中的地震射线路径和理论走时。反演结果显示,青藏高原南部的上地壳中（３０ｋｍ左右的深度）存在一低速区,这和面波反演的结果一致,羌塘块体下地壳有明显的低速异常带,青藏公路沿线的垂直速度剖面显示出岩石层受挤压增厚的构造特征。     

中国西南及邻区上地幔P波三维速度结构/

利用ISC报告以及中国和NEIC基本测震台网报告中的80974条P波初至到时资料（地震数为7053，台站数为165，且地震和台站都分布在研究区内），对中国西南及邻区（北纬10～36、东经70～110）的深至400km的上地幔三维速度结构进行了研究，分辨率达22．初步结果表明:①研究区速度的横向不均匀性，虽随深度增加而减弱，但至400km深度时仍很明显；②在北纬16和24的纵剖面上，可以看到与印度板块向东和欧亚板块相碰撞挤压相对应的速度结构，以及印度板块与欧亚板块速度结构的差异．在东经90的纵剖面上，与印度板块向北俯冲到欧亚板块（青藏高原）之下相对应的速度结构也比较明显；③在90ｋｍ深度的横剖面上，由缅甸的密支那至越南的洞海的低速条带，可能与红河断裂带有关；④ 提出并使用了能够更为准确直观地描述分辨率好坏的图示方法．      

新丰江水库三维速度结构和震源参数的联合反演

本文对ACH方法做简化处理,先以一个地震为单元形成子矩阵,并将慢度扰动用一平均量来代替;在修正参数时,震源部分按常规进行,对慢度部分则利用代数重建技术将其分配到各个块体上.数值模拟结果表明,该方法能很好地反演震源位置和速度结构.运用新丰江遥测台网的数据进行研究,表明地震强活动区位于大坝附近,特别是在人字石断裂和高寨断裂的交汇处,震源集中沿罗坑—双下、葫芦凹—燕岩和黄竹蒿3条地震带,呈密集的高倾角分布,地震活动主要与北北西向构造和东西向构造有关,而与地表甚为发育的北东东向构造关系不大.速度图像中的低速区对应地表的破碎区,即地震带区域,也是该区重磁异常急剧变化的区域;而高速区内地震较少.上述特征同水的渗透作用有密切关系.     

帕米尔及邻区地壳上地幔P波三维速度结构的研究

研究了帕米尔及邻区(65°E-80°E,30°N-45°N,深度0-2km)的P波三维速度结构. 所使用的59054条初至P波到时数据取自ISC的73个台站对5402个地震的记录报告,这些地震和台站都在研究区内. 以水平面上1°×1°和不等的深度间隔(随深度在20-90km之间变化)划分网格并设置初始三维速度模型,用近似弯曲快速射线追踪方法计算走时和射线路径,用LSQR方法进行反演. 反演结果的分辨率用检验板方法进行了讨论,并引入了定量描述还原程度质量的两个参数. 初步结果表明:(1)天山山脉的km深度处,在东部和西部各有一个明显高速区,而在74°E、41°N附近的低速区可能与天山地表大断层在该处被大幅错开相关. 在75°E附近的天山山脉下,波速在40-60km深度偏高,而在60-90km深度(或更深)又偏低,反映了天山下方构造和物性的复杂性. (2)在由帕米尔构造"结"南侧往北直至天山以北的速度纵剖面上,显示了印度-欧亚板块在帕米尔构造"结"地区的强烈碰撞挤压作用:在抬高地面形成高原的同时,也把浅部速度较低的地壳岩石层介质俯冲拖曳到了深部.