剪切波分裂的复量分析:实例研究

把复分量分析方法应用于4组剪切波数据:美国克恩县Lost Hills地区四分量单偏移距VSP;巴黎盆地单一震源、二分量多偏移距VSP;Lost Hills地区四分量反射测线二澳大利亚的G~an Creek煤矿煤层内的跨孔测量.在所有上述实例中,分裂的快剪切波(或槽波)的偏振可由地震波特性的色标记录剖面估算.特别是在测线内和测线外震源复分量色标剖面上和源无关的一致性偏振允许可以求得剪切波的偏振涌,而无需旋转仪器和震源的轴.我们的结论是:复分量分析方法有助于由地震剖面识别和估计剪切波的分裂,帮助进行地层解释,并可简化各向异性介质中多分量反射资料的处理过程.     

鄂尔多斯块体北缘与西缘地区地壳各向异性特征

本研究使用内蒙古自治区数字测震台网2010年1月至2017年10月区域小地震的波形记录资料,采用SAM方法,进行了地壳剪切波分裂的分析,得到鄂尔多斯块体北缘与西缘地区地壳介质地震各向异性的初步研究结果.根据15个台站161个有效地震记录的分析,鄂尔多斯块体北缘与西缘地区的快剪切波平均偏振方向为NE44.4°±38.4°,慢剪切波平均时间延迟为1.7±1.6ms·km~(-1).研究区域的快剪切波偏振显示出两个优势方向,一个是NE方向,另一个是近NS方向.区内的逆冲凸起与走滑正倾断层构造对剪切波分裂产生了直接的影响,造成了剪切波分裂参数的复杂分布,反映了剪切波分裂参数受到区域应力和构造共同作用的影响.鄂尔多斯块体北缘的快波偏振特征有NE和近NS两个优势偏振方向,其东区与西区的快剪切波偏振表现出明显不同的特征.东区的第一快剪切波优势偏振方向为NE,第二快剪切波优势偏振方向为近NS;西区的第一快剪切波优势偏振方向为近EW,第二快剪切波优势偏振方向为近NS.鄂尔多斯块体北缘的区域背景主压应力方向可能总体上为近NS方向,但空间分布有差异,东区NE方向的优势偏振与西区近EW方向的优势偏振更可能反映了断裂与构造的影响.鄂尔多斯块体西缘的快剪切波偏振特征显示出非常清楚的NE向的优势偏振方向,近NS向的优势偏振方向则不太明显,反映出该地区复杂构造对各向异性分布的影响.慢波时间延迟呈现出西低东高的特点,时间延迟的高值出现在鄂尔多斯块体北缘的东部,时间延迟的这种西低东高的各向异性强度变化,可能反映了区域构造活动西强东弱的特性.     

由剪切波VSPs分析方位各向异性

用四分量剪切波资料(两个正交的水平分量剪切振源和两个正交的水平分量接受器)来分析剪切波各向异性的主方向是可行的。为此要提出几个不同判据,大致可归类为:一是主分量和正交分量振幅的分析,二是两个主剪切波分量的相关性分析。这两类判据的各种方法用两组VSP资料进行了对比,关于这些实际资料,人们认识到了每种方法的优缺点.本文还强调了影响分析方法的主剪切波分量中使人感兴趣的特性. 文中还探索了确定各向异性程度的补充方法.这包括主剪切波分量的全波形反演和反射波场的振幅分析.一个包含直达波和反射波场的全波形反演方法和仅使用两个剪切波分量间走时差方法相比,前者将给出更明确的结果.     

沉积盆地方位各向异性和EDA各向异性的有效作用范围

同时具有一垂直于层理面的对称轴的层理诱发或岩性诱发的方位各向同性和具有一水平对称轴的裂隙诱发的张性扩容(EDA)各向异性被认为是沉积盆地的共性,因而能普遍地观测到剪切波分裂现象。具有圆柱形对称正交轴的两个各向异性的这种横向各向同性的组合导致正交对称,这有两个主要作用:(1)快速分裂剪切波的偏振方向可能不再平行于裂缝或裂隙组的走向,甚至是近垂直传播;(2)这样的正交对称系,必然有许多方向(称之为剪切波点状奇异性),即剪切波显示出扰动或异常特性,或许仍然在近垂直方向.除非能正确地识别构造的不规则性或间断性的效应,否则它们将被错误地解释.相比之下,这种特性的三维几何形态识别,对岩体各向异性的可能组合施加了比较严格的约束.为了解这些现象的几何形态,本文提出剪切波分裂特性的三维模型,它已经对裂隙和层理诱发的各向异性的组合作用范围进行了计算.     

松潘-甘孜地块东部、川滇地块北部与四川盆地西部的地壳剪切波分裂

松潘-甘孜地块东部、川滇地块及四川盆地西部属青藏高原东部,是中国大陆内部强烈地震发生的主要地区之一.本研究利用四川区域数字地震台网2000年1月至2010年4月的地震波形资料,使用剪切波分裂系统分析方法(SAM),获得了研究区内44个台站的快剪切波偏振方向和慢剪切波的时间延迟.剪切波分裂参数的空间分布特征显示,由于受到区域主压应力场以及局部地质结构的影响,快剪切波的偏振方向表现出复杂的特征.龙门山断裂带北东段和西南段的快剪切波偏振方向分别显示北东和北西的优势方向,川滇菱形地块西北部和东南部的快剪切波偏振方向分别显示近东西和北北西的优势方向.青川断裂北侧和南侧地震的快剪切波偏振方向分别为近南北向和近东西向,北侧地震的慢剪切波的时间延迟大于该断裂南侧地震的慢剪切波时间延迟.研究表明,复杂的地质结构以及活动断裂的几何形态会造成剪切波分裂参数的区域化的分布特征.     

山东及邻区地壳介质剪切波分裂研究

采用山东地震台网记录到的近场源地震波形数据,基于剪切波分裂研究,获得山东地区多个台站的剪切波分裂参数。研究结果表明,快剪切波偏振优势方向反映了该地区构造应力空间分布特征,CHD台和LIS台显示出两个优势偏振方向,揭示山东地区地壳介质各向异性受到区域背景应力及局部断裂构造的双重制约。     

基于地壳介质各向异性分析山东地区构造应力特征

利用山东地震台网记录到的近场源地震波形数据,基于剪切波分裂研究,获得山东地区多个台站的剪切波分裂参数。研究结果表明,快剪切波偏振优势方向反映了该地区构造应力空间分布特征,CHD台和LIS台显示出2个优势偏振方向,揭示山东地区地壳介质各向异性受到区域背景应力及局部断裂构造的双重制约。     

南极长城站地壳和上地幔各向异性分析

利用我国第24次和第25次南极科学考察队于2008年2月—2010年3月南极长城站记录到的地震事件数据进行剪切波分裂研究. 选取近震事件对Sg波进行剪切波分裂计算,结果表明快波偏振方向有两个,分别为北东向和近南北向; 慢波延迟时间的范围为1.45—5.17 ms/km,平均值为3.54 ms/km.同时选取长城站记录到的远震数据SKS波震相进行剪切波分裂计算,得出上地幔快波偏振方向优势取向为北东向, 慢波延迟时间平均值为1.60 s. 剪切波分裂结果显示长城站地区地壳和上地幔具有明显的各向异性, 并显示长城站地区地壳与上地幔快波偏振方向几乎平行,表明壳幔变形的一致关系.另外,地壳和上地幔各向异性的快波偏振方向不仅与长城站附近的海沟方向平行,同时也与绝对板块的运动方向平行.该结果进一步说明了绝对板块的运动是构成上地幔各向异性的主要原因.      

基于二维三分量伪谱法模拟数据的EDA介质中横波分裂研究

为了检测定向裂隙介质中横波分裂的方位属性特征,分析地震属性随裂隙密度和方位变化,采用人工吸收边界和反周期扩展边界,用伪谱法获得不同裂隙密度和不同方位地质模型三分量地面记录;应用时频分析和剪切波偏振分析研究由于裂隙方位和密度引起的横波分裂.结果显示,裂隙密度和方位决定着横波分裂的时差和偏振.快慢横波的延迟时间随裂隙密度增大而增加,不同方位相同裂隙密度的横波分裂时差有微小的变化.在45°方位检测时间延迟时间最大.通过时频分析,可以看到不同方位的瞬时主频有显著的变化,在横波分裂处瞬时主频有明显变化.因此,瞬时主频和快横波的偏振以及延迟时间可以作为裂隙方位和密度的指示.     

SKS波对地壳裂隙各向异性的响应——理论地震图研究

穿透含裂隙、裂缝地壳8s视周期的SV波的理论地震图研究表明,当地壳平均裂隙密度高于0.01即横波各向异性高于1%时,非对称面内不同方位的SKS波均发生分裂;地震图中直接的记录显示是切向T分量上出现SKS波的振动,其振幅随地壳平均裂隙密度的增大而增强,甚至能与径向R分量上的振幅相当.局限于上地壳的强裂缝各向异性同样能引起SKS分裂.长周期SKS波分裂对地壳内裂隙、裂缝的分布缺乏分辨率.直立平行排列裂隙、裂缝使得SKS分裂T分量记录特征具有方位对称性,这来自于HTI介质中快、慢波偏振和到时差随方位变化的对称性;而倾斜裂隙、裂缝使得该方位对称性丧失.对实际观测SKS分裂的偏振解释需要考虑地壳裂隙各向异性,特别是断裂附近的强裂缝各向异性.     

辽宁1999年Ms5.9岫岩地震的剪切波分裂特征

利用辽宁遥测数字地震台网营口台的地震波形资料,采用高原等剪切波分裂SAM分析方法,对1999年11月29日辽宁省岫岩Ms5.9(ML5.3)地震前后的地震序列进行了剪切波分裂分析.通过对营口台的资料分析表明,快剪切波优势偏振方向为ENE-WSW向,与该地区主压应力方向一致,也与华北区域构造应力场方向一致;平均慢剪切波时间延迟在岫岩地震前显示增加,可能反映了震前的应力积累过程.营口台的快剪切波优势偏振方向还与小地震活动空间分布走向一致,与活动断层走向相关.快剪切波偏振的月平均变化直方图也显示,地震前两个月快剪切波偏振方向似乎也有变化,但这个现象还需要更多资料的证实.     

用剪切波分裂研究台湾北部地壳各向异性

研究主要使用台湾北部13个地震台站记录到的1991年7月～2002年12月的波形数据,采用剪切波分裂SAM分析方法,对台湾北部地区的剪切波分裂特征进行了研究.发现位于宜兰盆地内的台站的快剪切波优势偏振方向为近E-W方向,而位于山脉(西部麓山带、雪山山脉和中央山脉)的台站的快剪切波优势偏振方向为NNE向或NE方向.位于海...     

台湾集集地震震源区地壳各向异性初探

利用剪切波分裂可以研究地壳介质的地震各向异性特征.研究表明,复杂地质构造会造成剪切波偏振方向的不同.剪切波分裂特性对地壳应力场的微小变化所引起的地壳岩石裂隙图像的变化非常敏感,由于快剪切波偏振方向反映了地震台站下方地壳的主压应力的方向,因而可以用来研究地壳应力场特征.     

永登5.8级地震前后剪切波分裂特征

应用１９９０年至１９９５年ＣＤＳＮ台网兰州数字台的记录和中法合作建立的朗索数字台的记录,研究了１９９５年７月２２日甘肃永登５．８级地震前后剪切波分裂的特征,利用最大特征值法,波形识别算子法和最大似然法定量确定了剪切波分裂的快慢波时间延迟及快波偏振方向,结果表明,在永登地震前大约１年的时间内剪切波分裂延迟增大,快剪切波偏振方向也从ＮＥ向转为ＮＷ向,地震后剪切除波分裂时间延迟和偏振方向很快恢复,其时间     

扩容诱发偏振异常的观测和地震预报

地震预报计划的许多研究工作集中在期望未来震源区的岩石上能显示出扩容现象:即在高应力水平下裂隙的扩展.在裂隙介质中地震波传播理论的最近发展证明,在裂隙充满整个构造的情况下,地震波传播通过断裂构造时,剪切波将发生分裂.剪切波的这种分裂现象在地震图中引起了偏振异常.同时指出,通过分析这些异常可以识别和监测由震前应力诱发的扩容.在此,我们还介绍一些支持这种假设的新观测.     

辽宁1999年MS5.9岫岩地震的剪切波分裂特征s

利用辽宁遥测数字地震台网营口台的地震波形资料,采用高原等剪切波分裂SAM分析方法,对1999年11月29日辽宁省岫岩MS5.9（ML5.3）地震前后的地震序列进行了剪切波分裂分析. 通过对营口台的资料分析表明,快剪切波优势偏振方向为ENE-WSW向,与该地区主压应力方向一致,也与华北区域构造应力场方向一致;平均慢剪切波时间延迟在岫岩地震前显示增加,可能反映了震前的应力积累过程. 营口台的快剪切波优势偏振方向还与小地震活动空间分布走向一致,与活动断层走向相关. 快剪切波偏振的月平均变化直方图也显示,地震前两个月快剪切波偏振方向似乎也有变化,但这个现象还需要更多资料的证实.      

剪切波在双层方位各向异性介质传播中分裂参数的变化特性

以质元运动方程和应力应变关系为基础建立了各向异性介质的波动方程．从数学上对体波在各向异性介质中的传播进行了严格的数学推导,给出了各向异性介质中三种体波波速与介质弹性常数及波传播方向的数学关系．由此对剪切波在单层和双层弱方位各向异性介质中的分裂行为进行了系统讨论,给出了合成分裂参数、每一层分裂参数与入射剪切波偏振方向的数学表达式．假定每一层分裂参数之后,得到了合成分裂参数随入射方位角变化的合成地震图．研究表明,剪切波在双层各向异性介质中传播时产生的两对分裂剪切波可用一合成分裂因子来描述．由合成分裂因子确定的分裂参数随入射剪切波偏振方向的变化呈现出π／2的变化周期．其结果可用于双层各向异性介质反演研究,对进一步解释板块运移、地幔对流规模、深源地震成因、浅部地震构造及深部力源问题等有参考意义．     

龙门山断裂带域上地壳各向异性及其变化

龙门山断裂带上发生了2008年汶川8.0级和2013年芦山7.0级地震,为了研究芦山地震前后该区域地壳各向异性的空间分布和变化,以及较大地震对快剪切波偏振方向造成的影响,本文运用剪切波分裂系统分析方法,结合固定地震台网（2010-01—2017-10）和川西流动地震台阵（2006-10—2009-07）的小震波形数据,得到了龙门山断裂带及邻近地区上地壳各向异性参数.结果表明,慢剪切波时间延迟主要分布在0.65~7.39 ms·km^-1之间,横向上具有不均匀性,地壳20 km以上的介质对各向异性的贡献较大.快剪切波优势偏振方向主要为NW或NWW和NE向,具有明显的分区特性.位于龙门山断裂带附近台站的快剪切波偏振方向自北向南由NWW转变为NW、NE向,在南段又变为NWW、NE向,指示了龙门山断裂带的分段特性是其构造属性.根据得到的有效事件数据,本文使用的49个台站中有19个台站的各向异性参数与反方位角、深度、震级和路径长度等显示出一定的相关性.研究区内的芦山地震及其他较大地震可能影响了局部快剪切波偏振方向.研究表明,更多的有效事件数据将有益于定量分析局部构造应力场和断裂属性的变化情况,从而有益于断裂带地震学特性及地震预测研究.     

华夏地块东南部地壳地震各向异性特征初步研究

本研究采用SAM剪切波分裂分析方法,使用福建区域数字地震台网记录到的（1999年01月～2003年12月）的波形资料,挑选符合剪切波窗口条件的记录,得到华夏地块东南部地区23°N～29°N,116°E～120°E）10个台站的剪切波分裂参数. 研究结果表明,该区域快剪切波平均偏振方向为NW109.4°±42.6°,慢剪切波平均时间延迟为2.5±1.5(ms/km),快剪切波平均偏振方向对应该区的水平主压应力方向. 闽东台站NW方向的快剪切波偏振优势方向揭示了NW向的水平主压应力和NW走向断裂的构造意义. 两个闽西台站NE方向的快剪切波偏振优势方向与区域水平主压应力方向不一致,与NE走向的断裂一致,体现了局部构造和局部应力场的复杂性. 本研究证实,位于活动断裂上的台站的快剪切波偏振方向的优势方向与断裂走向一致,位于海边或岛上的台站的快剪切波偏振方向较为离散,主要是受到不规则表面地形和断裂交汇的影响. 慢剪切波延迟时间的空间分布特征,显示沿海地区慢剪切波延迟时间变化较大,而内陆地区则较为平缓.     

乌海地区剪切波分裂研究

根据乌海地区构造环境,采用SAM方法研究乌海地区地壳各向异性特征,使用乌海地震台2014年1月至2020年6月数字地震波形进行分析。根据65个有效地震记录,得到乌海地区剪切波分裂参数,其中快剪切波平均优势偏振方向为NE63.1°±46.4°,慢剪切波平均时间延迟为（1.13±0.66）ms/km。乌海地震台快剪切波偏振显示出4个优势偏振方向,分别为NE、EW、NNE、NNW向。将得到的各向异性结果与研究区应力场和地质构造进行分析,认为研究区周边复杂的剪切波分裂变化是主压应力场、原地主压应力、断裂带分布共同作用的结果。