中国数字地震台网(CDSN)单台站P波偏振分析

偏振分析可以定量描述地震波的质点运动。 P波质点运动在水平方向上发生偏振, 使得传播方向会偏离台站与地震震源之间大圆弧的方向。 P波偏振分析可以用来约束地下结构以及反映地震各向异性, 提供与剪切波分裂等手段不同的证据。 本文介绍并使用主成分分析(Principle Component Analysis, PCA)的方法, 计算了单一地震台的P波偏振, 同时, 利用谐和分析, 对台站下方的各向异性进行了分析。 将P波偏振分析应用到中国数字地震台网(China Digital Seismograph Network, CDSN)的四个台站10年左右的数据, 筛选并分析了震相清晰、 信噪比高的远震三分量初至P波的质点运动, 拟合出四个台站接收到的地震事件后方位角与P波水平偏离角度之间的三角函数曲线, 计算出拉萨台、 昆明台下方上地幔各向异性的偏振方向分别为66°和57°, 大致呈现北东东方向。     

东南亚下方核幔边界D″层地震各向异性

本文利用中国国家数字地震台网(CDSN)和国际数字地震台网(FDSN)的宽频带远震资料,采用S和ScS震相剪切波差异分裂方法对东南亚下方核幔边界D″层地震各向异性进行研究.共获得了来自7个深震(400km)的24对高质量的S和ScS剪切波分裂参数,其中S震相的分裂参数与前人上地幔各向异性研究结果十分吻合,表明S震相观测结果反映了观测台站下方的上地幔各向异性.通过对上地幔各向异性校正后的波形数据进行进一步的分裂参数分析,最后得到了24个可靠的ScS剩余各向异性分裂参数.结果显示,在经度107°~112°范围内分裂参数均为空值(Null);而在该经度范围东西两侧区域,主要表现为明显分裂特征.这种分裂参数的分布指示了核幔边界D″层的各向异性特征的区域变化,我们推测这种变化可能与停滞在核幔边界的古特提斯和/或古太平洋俯冲板块相关.     

利用SKS波分裂研究上地幔各向异性及其在中国东部的应用

地震各向异性方法是研究地幔流动以及岩石圈变形最直接有效的方法之一,利用远震事件识别近乎垂直入射的SKS波震相能直接反映台站下方的上地幔各向异性。近年来,SKS波分裂由于识别方位各向异性灵敏、多解性小逐渐发展为探究大陆动力学及其演化以及地幔形变特征的有力工具。本文收集了近20年来利用SKS波分裂在中国东部地区开展的各向异性研究工作,综述了该方法在中国东部的研究进展以及存在的不足和有待解决之处;同时,还通过在长江中下游地区布设的102个高质量高密度的宽频流动台站以及中国国家数字地震区域台网262个固定台站的数据,详细分析了该地区的上地幔各向异性变形特征。     

青海地区S波分裂研究

本文利用国家地震台网及中国地震局“十五”期间在青海布设的30个宽频带地震台站记录到的远震波形数据,分别采用最小能量法和旋转相关法对SKS、SKKS和PKS波震相进行了偏振分析,计算了台站下方介质的各向异性分裂参数：快波的偏振方向（φ）和慢波延迟时间（δt）.本文研究结果表明,研究区多数台站下方的地震各向异性参数都表现出随方位角变化而变化的特征,可以用双层各向异性模型来解释.其中上层各向异性的快波偏振方向位于N65°E～N95°E之间,可能与中下地壳物质的流动有关;而下层各向异性的快波偏振方向位于N105°E～N135°E之间,可能为祁连块体NEE向的推移及导致的岩石圈缩短有关.此外,我们还发现,与周边的台站下方各向异性分裂参数相比,昆仑断裂附近两个台站GOM和DAW的各向异性特征急剧变化,其快波方向都与该断层近乎平行,这很可能暗示昆仑断裂已经切穿整个岩石圈;阿尔金断裂附近两个台站（LEH和HTG）无效分裂事件的方位分布与阿尔金断裂走向缺乏相关性,我们推测研究区内阿尔金断裂可能为地壳尺度的断裂.     

中国大陆岩石层的方位各向异性

采用理论地震图与观测地震记录直接比较的方法, 研究了中国数字地震台网宽频带记录的SKS震相的剪切波分裂现象, 确定了快速S波的振动方向和慢速S波的时间延迟。结果表明, 对于所分析的8个观测台均发现了明显的S波分裂现象, 时间延迟在0.7s与1.7s之间。这种经过地幔传播的SKS震相的S波分裂现象的主要原因是上地幔的各向异性。上地幔的各向异性可以用应变引起的上地幔中的矿物质的结晶优势排列来解释。根据时间延迟估计的各向异性层的厚度, 与由上地幔中的高导层和低速层所推断的中国大陆下岩石层的厚度大致相符。在大部分台站上, 反演得到的快速S波的振动方向与由亚板块总体形变推测的结果相一致。个别台站具有较大的差异, 说明S波分裂这一观测事实的起因是复杂的。为了进一步解释S波分裂的结果, 还需要更多高质量的观测资料, 以及关于原地介质状态的更详细的信息。      

首都圈地区远震基底PS波分裂研究

远震PS波的一个重要优势是其携带台站下方介质的各向异性信息.本文基于首都圈数字地震台网2002-2003年记录的高精度远震波形资料,从基底PS转换波入手,采用三分量PS波分裂偏振分析方法,获取各个台站下方来自基底的PS波分裂参数,包括快波偏振方向和快、慢波的时间延迟等,分析台站下方浅部地壳介质的各向异性特征.几个台站的研究结果显示,该方法保持了原始波场的信息,可以用来分析PS波分裂特征;短周期台站记录的远震来自基底的PS波具有干扰少、信噪比高的特点,存在分裂现象,各台站快慢波时差超出我们的预期值,平均在0.1~0.2 s左右.此研究可与横波分裂相对比,对于认识地壳各向异性及其内部的应力状态,分析其构造及地震活动现象有较大的意义.     

新疆地区S波分裂研究h

利用国家地震台网及中国地震局ldquo;十五rdquo;期间在新疆地区布设的宽频地震台站记录到的远震波形数据,采用最小能量法和旋转相关法分别对SKS、 SKKS震相进行了偏振分析,计算了台站下方介质各向异性的分裂参数:快波的偏振方向（phi;）和慢波延迟时间（delta;t）．研究结果表明,塔里木盆地北缘、天山造山带和阿尔泰造山带大多数台站的快波偏振方向与台站下方构造走向方向接近,其快慢波分裂延迟介于0.8——1.8 s之间. 这与印度 欧亚碰撞导致的岩石圈缩短有关．相比而言,塔里木盆地和准噶尔盆地内部的各向异性强度明显要弱,表明其自前寒武形成以来并没有经历强烈的变形作用．阿尔金断裂带附近台站下方各向异性快波方向与断裂带的走向具有很强的相关性,表明该断裂已经切穿整个岩石圈．      

云南地区SKS波分裂研究

根据云南数字地震台网和云南流动地震台网的台站,以及中国国家数字地震台网(CNDSN)腾冲台和昆明台,共计47个台站记录到的远震SKS波震相,计算了各个台站下方的各向异性,讨论并分析了各向异性层的深度、厚度、起因,进一步探讨了与青藏高原东南缘地区地球动力学有关的一些问题. 从得到的结果来看,云南北部的各向异性的快波偏振方向呈南北向,逐渐过渡到南部的近东西向,整体来看,有一旋转的趋势. 分析表明各向异性层主要分布于上地幔,时间延迟在058～188s,厚度在67～216km之间. 青藏高原存在垂直向隆升变形和东西向拉张变形外,地幔物质还向东南运移.     

贝加尔裂谷区地壳上地幔复杂的各向异性及其动力学意义

位于西伯利亚板块东南缘的贝加尔裂谷是最典型的大陆裂谷之一,其形成的动力机制与演化过程一直是地学界争论的焦点.本研究使用一种改进的横波分裂测量方法——全局最小切向能量法,对研究区宽频带固定台站ULN和TLY记录的SKS震相和接收函数PmS震相进行分裂测量,得到了裂谷地区地壳和上地幔的各向异性属性.ULN台的SKS分裂测量结果表明,台站下方存在双层各向异性结构,其中,上层的快波偏振方向为N74°E,快、慢波分裂时差为0.80 s,下层的快波偏振方向为N128°E,快、慢波分裂时差为0.80 s;PmS震相分裂测量结果表明,台站下方地壳内存在单层各向异性结构,其快波偏振方向为N77°E,与SKS分裂测量的上层各向异性的快波偏振方向相近,快、慢波分裂时差为0.26 s,这说明SKS分裂测量的上层各向异性同时包含了地壳和地幔岩石圈.对TLY台进行SKS分裂测量时发现,台站下方上地幔结构表现出横向非均匀性:当反方位角<90°时,快波偏振方向在N60°E左右,快、慢波分裂时差为1.27 s;当反方位角>90°时,快波偏振方向约为N120°E,快、慢波分裂时差为1.40 s;PmS震相分裂测量没有获得有效的结果,并且不同方位的PmS震相到时基本一致,说明TLY台下方地壳结构接近各向同性.根据分裂测量结果,结合贝加尔裂谷区的构造演化过程,得到以下结论:(1)ULN台双层各向异性的上层主要是岩石圈原始结构的反映,并且存在地壳与地幔岩石圈的一致性形变,而下层指示着现今软流圈地幔的流动;(2)由于刚性的西伯利亚克拉通的阻挡,地幔流动方向在克拉通南缘发生了偏转,在深部绕克拉通边缘流动,因此形成了TLY台下方上地幔结构的横向变化.     

中天山及邻区S波分裂研究及其动力学意义

本文利用天山及其邻区布设的37个宽频带地震台站记录到的远震波形数据,分别采用最小能量法和旋转相关法对SKS和SKKS波震相进行了偏振分析,计算出了台站下方介质的S波分裂参数：快波的偏振方向（φ）和慢波延迟时间（δt）.本文研究结果表明：中天山内部大多数台站的各向异性快波方向呈NEE-SWW向,与天山走向平行,慢波时间延迟为0.4～1.7 s,这是塔里木、哈萨克斯坦的南北双向俯冲及其导致的天山地区岩石圈地幔南北向缩短变形的直接反映.本文研究发现中天山北部部分台站下方地震各向异性快波方向与慢波延时随方位角呈现规律性的变化,可能暗示该区上地幔各向异性不能仅用单层水平各向异性这一简单模式来解释.75°E以西的天山地区台站下方S波快波方向和延时具有强烈的横向变化,可能与研究区下方存在的小规模对流有关.中天山不同地段地震台站下方各向异性明显不同,进一步证实了天山地区构造变形的复杂性.     

基于深度卷积神经网络的剪切波分裂质量检测

剪切波分裂是分析地震各向异性的一种重要手段,常规方法是利用网格搜索获取分裂参数,再通过不同方法的测量结果对比测量结果进行质量检测,这一过程会耗费大量计算时间。本文针对这一问题提出了一种利用深度卷积神经网络对剪切波分裂进行质量检测的新方法,对使用了Resnet残差结构的深度神经网络进行训练,直接对二分量剪切波波形数据的质量进行分类。整个过程为:神经网络通过卷积层提取波形特征,计算损失函数后反向传播训练模型参数,完成迭代训练后的模型对输入波形数据正向计算自动输出类型。本文利用川西台站接收到的实际数据以及随机生成的合成数据分别对该网络进行训练,均可以获得准确的分类结果。相比于通过多种剪切波分裂方法对比测量结果的质量检测方法,基于神经网络的方法可以省略网格搜索的计算过程直接判断质量类型,在运算速度上的优势明显,并可继续通过训练提高模型的精度,为提升剪切波分裂方法在数据处理过程中的操作效率提供帮助。     

基于地壳介质各向异性分析湖北及周边地区应力特征

利用湖北及周边地区数字地震台网2007年12月1日—2013年12月31日的地震观测波形资料,使用剪切波分裂SAM系统分析方法,获得了该地区18个数字地震台站的快剪切波偏振结果。结果表明,湖北地区少部分地震存在S波分裂现象,18个台站的快剪切波偏振优势方向为NE、近NS方向,并无明显的第一优势偏振方向,说明该区台站应力场可能为区域构造背景应力环境与局部断裂诱导的各向异性综合效应;复杂的局部构造会影响剪切波分裂结果,造成偏振优势方向与主要活动断裂走向不一致或与区域主压应力相差较大的现象。     

北天山上地幔各向异性研究

利用新疆地震台网记录到的远震波形数据,对北天山地震带上的15个台站记录到的58次地震进行剪切波偏振分析,采用最小能量法和旋转相关法,计算台站下方介质的各向异性分裂参数,即快慢波延迟时间和快波的偏振方向。研究结果表明,在沿准噶尔盆地西南和东南边缘,台站下方各向异性快波方向呈NWW向,与天山造山带的走向基本一致,其慢波延迟时间基本在0.7~1 s,而在南北天山交汇区附近,台站下方各向异性方向转为与天山山脉走向垂直的NE—NEE向,这种变化可能是与坚硬的塔里木块体和准噶尔及哈萨克斯坦块体双向俯冲,导致岩石圈缩短变形,产生了复杂各向异性结构。     

2000年姚安地震余震序列的剪切波分裂研究

2000年1月15日姚安MＳ6.5地震后,云南省地震局在余震区布设的流动数字台网接收到了大量余震序列的数字波形,这为研究姚安地震的性质提供了丰富的资料. 由于剪切波经过上地壳传播时的分裂现象反映了上地壳介质的各向异性,因此在对余震事件进行精确定位的基础上,文中应用互相关系数法计算了余震序列剪切波的分裂参数,并对不同台站和不同区域得到的结果进行了分析讨论. 主要得到以下结论:余震区的平均快波偏振方向受区域应力场控制,与主震最大水平主压应力方向一致;不同台站与不同区域事件的平均快波偏振方向是有差异的,与区域内的构造变化和应力场调整有关;延时大小受多种因素影响,与剪切波传播时经过介质的性质关系密切.      

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.     

首都圈东南部地区地壳介质各向异性

基于首都圈地震台网2002——2005年的区域地震波形数据,采用剪切波分裂系统分析方法（SAM）, 计算得到首都圈东南部地区(38.5deg;N——39.85deg;N,115.5deg;E——118.5deg;E)24个台站的剪切波分裂参数. 结果表明,首都圈东南部地区快剪切波平均偏振方向与区域最大主压应力方向相近,与华北地区GPS主压应变测量结果一致;但首都圈东南部盆地地区的剪切波分裂观测结果与首都圈西北部的隆起——盆地构造结合区的观测结果不同. 这说明了不同的构造对观测结果具有一定的影响. 研究还表明,台站附近的断层分布状态对观测结果影响很大,复杂的断层分布会加剧剪切波分裂测量结果的离散程度. 本研究区域南部台站与北部台站的快剪切波偏振方向存在较大差异,这可能与该区南北部的构造及应力环境存在较大差异有关.       

邢台地区地壳各向异性特征初步研究

邢台地区处于华北平原地震带中南段, 是华北地区活跃的地震活动区。 本研究根据该地区的构造环境, 采用SAM方法研究地壳各向异性特征, 通过对邢台地区台站的数字波形进行分析, 初步得到邢台地区的剪切波分裂参数, 该地区的快剪切波平均偏振方向为73.9°±40.2°, 慢剪切波平均时间延迟为(2.74±1.54) ms/km。 结果表明, 快剪切波平均偏振方向与华北区域最大主压应力场方向基本一致, 但是受到局部断裂的制约, 部分台站下方的快剪切波的偏振方向显示为NWW方向。     

日本西南部后续震相剪切波分裂分析：地壳内部线性构造的探测器

尝试用剪切波分裂分析的方法探测地壳内部的线性构造。从地震图上可以看出日本西南部地区存在一些线性构造。在该地区没有发现明显的活断层能证明这些线性构造的存在。我们用两种后续震相，即PpPms和PpSms震相对日本西南部地区的剪切波分裂进行了研究。PpPms是一种后续S波震相，它是P波在地表反射后又入射到地壳中经莫霍面反射转换成的S波。PpSms也是一种后续S波震相，它是P波在地表反射转换成S波后经莫霍面再次反射入射到台站的s波。我们用这两种震相检测了地壳中的线性构造。观测到的快波偏振方向呈现北东东—南西西、北东—南西和南北的横向变化。得到的快波偏振方向与该地区最大主应力方向不一致。最大主应力作用下产生的裂隙引起的各向异性解释不了日本西南部地区的剪切波分裂结果。北东—南西的快波偏振方向与该地区的地质线性构造方向一致。该地区的剪切波分裂有可能是地壳内的线性构造引起的。     

基于地壳介质各向异性分析青藏高原东北缘构造应力特征

青藏高原东北缘由于受到多个构造块体的共同约束,表现出复杂的地球物理特性和地质特性,本文利用甘肃数字地震台网(2001-2008年)的观测资料,采用系统分析方法(SAM),进行地壳剪切波分裂分析,获得研究区内18个台站共1005条记录的剪切波分裂参数.研究结果表明,青藏高原东北缘介质各向异性在空间上存在差异,慢剪切波延迟时间表明了地壳介质各向异性的强弱变化特征,快剪切波平均偏振方向则反映了本区区域构造应力的空间变化特征.分析认为,祁连山-河西走廊活动构造区直接受青藏地块与阿拉善地块间相互作用,与青藏地块构造应力一致;甘东南活动构造区的应力环境主要受到内部活动断裂的共同作用,具有局部构造应力的特征.     

青藏高原东北缘上地幔地震各向异性:来自SKS、PKS和SKKS震相分裂的证据

基于青藏高原东北缘甘肃区域台网41个宽频带地震台站的远震记录资料,通过PKS、SKS和SKKS震相的剪切波分裂分析,获取了台站下方介质的各向异性分裂参数,得到该地区上地幔各向异性分布图像,并结合GPS速度场和地壳剪切波各向异性分析青藏高原东北缘各向异性形成机制及壳幔各向异性特征.分析结果认为,在阿尔金断裂带西侧,各向异性快波偏振呈NWW-SEE方向,与断裂带走向有一定夹角,与塔里木盆地向柴达木盆地俯冲方向一致,说明该地区上地幔物质变形主要受古构造运动的影响,属于"化石"各向异性.在祁连山-河西走廊构造区,XKS快波偏振呈NW-SE方向,一致性较好,与区域断层走向方向相同;由区域小震的地壳剪切波分裂分析得到的地壳剪切波快波偏振在该区域呈NE-SW方向,与相对于稳定欧亚大陆GPS运动速率一致,地壳和地幔快波偏振方向的差异表明壳幔变形可能有不同的形变机制.在陇中盆地及其周缘,由于处于活跃青藏地块与稳定鄂尔多斯地块之间的过渡带,相对于其他区域具有更加复杂的构造背景,地壳快波偏振和地幔快波偏振总体上呈NWW-SEE方向,说明壳幔变形机制可能相同;但不同台站结果之间存在一定离散性,推测是由于受局部构造特征差异性造成.