地震波各向异性的研究进展

地壳和上地幔矿物的优势取向的改变是产生地震波速各向异性的主要原因。本文重点概述了在高温高压实验方面地震波各向异性的研究进展,总结了它的研究成果,并讨论了产生地震波各向异性的主要原因,阐述了地震波各向异性在地球动力学中的意义。     

各向异性介质中地震波速度分析的研究现状

速度分析是地震数据处理和解释中的重要环的，基于各向同性假设的传统速度分析技术已取得了很大成功，但当应用广泛存在各向异性效应的实际资料时会带来误差以及其它附加效应，进而导致错误的解释。本文介绍了传统速度分析方法的局限性及近些年来各向异性介质中的速度分析了研究成果和存在的问题。     

斐济一汤加地幔过渡带的地震波各向异性

论述了一个不常见的、明显的过渡带(TZ)各向异性的实例，证据来自于许多比垂直偏振剪切波(SV)早到3S的水平偏振剪切波(SH)。各向异性区与远离活动俯冲带及已知的纵、横波速度横向非均匀体边界的深震相关。我们把这一各向异性区解释为与岩石层残骸中的巨大岩石异常体有关的强组构，这个巨大的岩石异常体悬浮并滞留于过渡带中。冷板块的快速俯冲非常适合于这种组构的形成，因此板块穿透到下地幔并不能普遍发生。     

大陆岩石圈流变与地震波速各向异性

岩石的流变决定了地球各时空尺度的变形,是理解大陆岩石圈构造演化的关键.岩石流变学的研究主要通过高温高压流变学实验和天然变形岩石的多尺度观测来实现,目前已经积累了大量的数据.本文总结了岩石圈不同深度主要造岩矿物,包括橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、角闪石、斜长石、石英和云母的流变机制、组构类型以及地震学性质;介绍了岩石圈地幔橄榄岩、榴辉岩、基性麻粒岩、斜长角闪岩和长英质岩石的高温高压实验和天然变形观测进展,包括流变学强度和行为、地震波速和各向异性等;以青藏高原为例,讨论了岩石流变学研究在解译地震波速各向异性的定量化约束作用.将矿物变形组构与地震波各向异性相结合,有望在岩石圈流变学机制和结构的研究中取得重要突破.     

各向异性介质中地震波前面的偏微分方程

从含２１个弹性参数的各向异性介质中关于位移分量ｕｘ、ｕｙ与ｕｚ的偏微分波动方程组出发,通过假定平面波位移函数解,导出准Ｐ波、准ＳＶ波与准ＳＨ波的波前面偏微分控制方程,进而对各类特殊各向异性介质（横向各向同性介质、椭圆及立方体各向异性介质）中地震波前面偏微分方程进行了讨论．以上结果为研究各向异性介质中地震波传播规律以及进行正、反演研究奠定了理论基础．     

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.     

各向异性介质中地震波前面的偏微分方程

从含２１个弹性参数的各向异性介质中关于位移分量ｕ_ｘ、ｕ_ｙ与ｕ_ｚ的偏微分波动方程组出发，通过假定平面波位移函数解，导出准Ｐ波、准ＳＶ波与准ＳＨ波的波前面偏微分控制方程，进而对各类特殊各向异性介质（横向各向同性介质、椭圆及立方体各向异性介质）中地震波前面偏微分方程进行了讨论．以上结果为研究各向异性介质中地震波传播规律以及进行正、反演研究奠定了理论基础．     

地震各向异性研究进展

简要介绍了各向异性介质中地震波传播理论的最新研究进展，总结了地震各向异性在地球动力学，地震灾害监测以及资源探查等方面的应用研究新进展。目前，主要通过数值模拟和物理模拟来研究地球内部典型各向异性介质中波的传播规律；利用横波分裂，Pn波的方位变化，面波成像方法研究地球内部的结构和物质交换，应力场的变化以及地震的孕育和发生过程。在资源探查中，地震各向异性理论主要用于解决测线不闭合，中长排列动校，时深转换以及裂缝分布等问题。     

地震各向异性研究进展

综述了自６０年代以来地震各向异性研究的进展,内容包括岩石弹性常数的实验室测量、岩石形变和地震各向异性起源、自由振荡的理论研究、面波和体波的理论和观测研究。后提出了目前需要解决的问题和该领域的发展趋势。     

弹性介质各向异性研究沿革、现状与问题

各向异性介质中地震波的传播研究是当今地震学研究领域中的前沿课题之一,同时也是地震学中难题之一.由于地下岩石的各向异性主要表现在:地震波速度随传播方向发生变化;不同类型体波间相互耦合;横渡发生分裂:面波速度频散依赖于传播方向等.薄互层与裂隙定向分布等产生视各向异性,放在石油地震勘探、地震预测和岩石层物理与动力学研究中有极大潜力和应用前景,并受到广泛重视.为此,本文较为详尽地讨论了弹性介质中地震波各向异性研究的沿革,简述了国内外现今取得的主要研究成果以及目前尚存在的和有待解决的一些主要问题.最后对我国在各向异性介质中地震波动、检测和应用等研究提出了一些看法.     

含裂隙双相各向异性介质中的地震波传播

基于各向异性介质和含裂隙双相介质中的地震波传播理论,导出了具有四阶对称轴的含裂隙双相各向异性介质的本构关系与波传播的运动方程．指出在含裂隙双相各向异性介质中可能传播６种类型的准纵横波,即快纵波ＱＰ１,慢纵波ＱＰ２,两个分裂的快横波ＱＳＶ１,ＱＳＨ１和两个分裂的慢横波ＱＳＶ２,ＱＳＨ２．并以平面波传播为例作了进一步分析     

应力诱导各向异性介质中地震波的传播

主要讨论了应力变化如何影响各向异性介质中波速度的问题。推导了一般各向异性介质在初始应力下的Christoffel方程,得到介质中3种波的相速度和初始应力的关系表达式;通过实验数据验证了单轴应力能够诱导各向异性,当施加单轴应力时,速度在沿应力的方向增加最大,在垂直应力的方向增加最小,实验结果与理论推导一致;用Christoffel方程的数值解模拟在3种对称情况下的弹性各向异性介质中初始应力对波速度的影响。数值结果表明:初始应力对各向异性介质中波传播速度的影响,随着各向异性强度的增加而增大,而且速度越慢,影响越大。     

内核地震波速各向异性的成因

地球内核是轴对称各向异性的,其对称轴与地球的极轴之间有１１°左右的夹角,本 文根据地球内核相对于外部地球有差异转动这一观测结果,利用晶体生长理论,对内核地震波 速度各向异性的成因进行了探讨．当从熔融状态结晶时,晶体的生长速度与晶体和熔融态之 间相对运动的线速度成正比涸此当固态内核在液态外核中生长时,沿赤道方向的生长速度比 两极方向快．在万有引力场的作用下内核始终保持近似球形,生长速度较快的赤道附近的物 质会向两极区域流动,形成轴对称的流变场。这一轴对称的流变场伴随着轴对称的应力场,使 得构成地球内核的ｈｃｐ型铁晶体的ｃ轴沿着内核自转轴的方向排列,导致观测到的地球内核地 震波速度各向异性。作为推论,内核相对于外部地球可能同时存在着进动和章动。     

内核地震波速各向异性的成因

地球内核是轴对称各向异性的,其对称轴与地球的极轴之间有１１°左右的夹角,本 文根据地球内核相对于外部地球有差异转动这一观测结果,利用晶体生长理论,对内核地震波 速度各向异性的成因进行了探讨．当从熔融状态结晶时,晶体的生长速度与晶体和熔融态之 间相对运动的线速度成正比涸此当固态内核在液态外核中生长时,沿赤道方向的生长速度比 两极方向快．在万有引力场的作用下内核始终保持近似球形,生长速度较快的赤道附近的物 质会向两极区域流动,形成轴对称的流变场。这一轴对称的流变场伴随着轴对称的应力场,使 得构成地球内核的ｈｃｐ型铁晶体的ｃ轴沿着内核自转轴的方向排列,导致观测到的地球内核地 震波速度各向异性。作为推论,内核相对于外部地球可能同时存在着进动和章动。     

水饱和裂纹对地壳岩样中地震波速及各向异性的影响

选择４种地壳岩石样品,经干燥或水饱和处理后在不同围压条件下测量了在其中传播的纵、横波的速度及其各向异性．在大气压条件下低孔隙度(＜１％岩样中,水饱和样品中的纵波速度明显地比干燥样品中的高,但横波速度的差别不大．因为在低孔隙度岩样中纵波速度对孔隙流体的反应比横波速度敏感,可以用泊松比的变化来反映随着围压的增加晶粒间流体对弹性波传播特性的影响．根据实验数据,按Ｏ’Ｃｏｎｎｅｌｌ模型分别计算了干燥和水饱和岩样中的裂纹密度,与通过实测体应变曲线得到的裂纹孔隙度十分吻合．利用横波的速度和偏振特性可以推断岩样中定向排列微裂纹的空间取向情况．研究表明,同时测量在岩样中传播的纵、横波的速度,通过Ｖｐ／Ｖｓ比值可以给出有关颗粒边界流体的证据,也可以估计岩样中的裂纹密度．     

各向异性与S波分裂及其在地震预报中的含意

近十年来世界在地震各向异性与S波分裂研究领域取得的长足进展,特别是英国科学家将S波分裂理论与观测实验技术逐步引向地震预报研究的努力,说明S波分裂作为体波在各向异性介质中传播的最显著特征,可望提供地震波穿过岩石内部结构最可靠的信息,而震前应力变化最直接的效应将会改变裂纹的几何图象。S波分裂研究是伴随通讯革命在地球物理学领域内发展起来的前沿学科,其形成的高技术反过来又可能产生重大经济效益,特别对石油、地热、煤炭、工程等部门更是如此。通过对国内外大量有关文献的分析、比较和筛选,对无序的情报信息作了有序的浓缩加工,本文将看重概述地震各向异性与S波分裂研究领域的发展历史、S波分裂机理及近期研究成果、S波分裂在地震预报研究中的应用、以及各向异性与S波分裂研究的前景,并给予相应评述。     

水饱和裂纹对地壳岩样中地震波速及各向异性的影响

选择４种地壳岩石样品,经干燥或水饱和处理后在不同围压条件下测量了在其中传播的纵、横波的速度及其各向异性．在大气压条件下低孔隙度(＜１％岩样中,水饱和样品中的纵波速度明显地比干燥样品中的高,但横波速度的差别不大．因为在低孔隙度岩样中纵波速度对孔隙流体的反应比横波速度敏感,可以用泊松比的变化来反映随着围压的增加晶粒间流体对弹性波传播特性的影响．根据实验数据,按Ｏ’Ｃｏｎｎｅｌｌ模型分别计算了干燥和水饱和岩样中的裂纹密度,与通过实测体应变曲线得到的裂纹孔隙度十分吻合．利用横波的速度和偏振特性可以推断岩样中定向排列微裂纹的空间取向情况．研究表明,同时测量在岩样中传播的纵、横波的速度,通过Ｖｐ／Ｖｓ比值可以给出有关颗粒边界流体的证据,也可以估计岩样中的裂纹密度．     

关于天然设计地震波的研究

本文讨论了天然设计地震波的调整问题.通过给出的工程计算实例,研究了产生天然设计地震波所采用技术的可行性和合理性.文中对塔吉克斯坦共和国杜尚别市鸟巢大厦结构隔震设计所需要的天然设计地震波进行了较为详细的研究,提供的结果可满足设计需求.同时文中还对天然设计地震波调整技术存在的问题进行了初步的讨论.