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。     

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.     

S波分裂研究与地震前兆探索

本文概述了国际上S波分裂和介质各向异性研究现状与进展,简要介绍了S波分裂观测研究的主要原理和方法,及其应用于地震预测、地应力测量以及地球物理勘探的前景。文中还结合我国地震工作的实际和特点,提出了开展S波分裂研究与探索地震前兆的建议。     

腾冲地震台数字地震记录S波分裂研究

对2000～2010年腾冲地震台数字地震资料进行S波分裂研究,得到了腾冲地区不同时间段内的应力优势方向和S波延迟时间.结果表明,其快波偏振方向主要集中在NE30°～55°,这与该区的主应力场方向基本一致.横波分裂延迟时间能为地震预报和区域应力场研究提供有用的信息.     

S波分裂在地震预报中应用的讨论

本文综述S波分裂研究的现状、基本原理与方法及其在地震预报中的应用。在此基础上,提出了可能的研究方向和存在的问题。主要是提出了一种按射线路径方位扫描的方法。     

中国陆区S波分裂与上地幔地震各向异性

本文利用中国大陆区共8个台站所观测到地震事件的S波数据，采用相关分析的手段以及对观测数据重建的技术，进行了S波分裂参数—快慢波延迟时间与快波偏振方向的计算，并分析了S波分裂参数与中国陆区上地幔物质运动的相互关系．研究结果表明：兰州台下的S波分裂时差最小，北京台下的最大．中国东部地区上地幔运动方向以西北向为主，西部地区以北偏西为优势．     

大同—阳高Ms5.8级地震前S波分裂异常变化

本文利用北京白家疃台数字地震记录资料探讨了1989年10月19日大同一阳高Ms5.8级地震S波分裂异常变化,所用方法为极化矢量转向法,即偏振分析法。初步结果表明,这次地震前(约从1988年9月开始)曾出现过S波分裂异常。震前快S波偏振优势取向为北东向,符合华北地区主压应力方向为北东向和北北东向的特征。由此得到,在北京与大同之间,地壳中直立平行排列裂隙取向亦为这一方向。本文结果说明,利用近震(200km左右)数字化记录可发现较大地震前S波分裂异常现象,增大了把S波分裂法应用于地震预报的可行性。最后,对比了近震与S波窗口内S波偏振的不同特征。     

中国陆区S波分型与上地幔地震各向异性

本文利用中国大陆区共8个台站所观测到地震事件的S波数据，采用相关分析的手段以 观测数据重建的技术，进行了S波分裂参数－快慢波延迟时间与快波偏振方向的计算，并分析了S波分裂参数与中国陆区上地幔物质运动的相互关系，研究了结果表明，兰州台下的S波分裂时差最小，北京台下的最大，中国东部地区上地幔运动方向以西北向为主，西部地区以北偏西为优势。     

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。      

波速异常的进一步研究和问题讨论(二)——S波分裂的某些研究

本文利用两种方法研究了华北地区某些中强震前S波分裂值随时间的变化。对唐山地区发生的几次地震,用常规统计分析法直接从天津蓟县、静海、武清等台地面和井下记录的地震图上测量出S波分裂值。用极化矢量转向法和利用白家疃地震台的数字地震记录资料,研究了大同6.1级地震前一年该地区小震的S波分裂值随时间的变化。结果表明,华北地区一些中强地震前可以观测到S波分裂现象,因而S波分裂可作为一种反映震前波速异常的测震学前兆。     

荣昌台S波分裂研究

采用SAM方法对重庆市荣昌台2000～2006年（缺2001年资料）的数字地震资料进行S波分裂的计算分析,并讨论了其与该区构造的关系。计算结果表明,S波快波偏振方向主要集中分布在NW向40°～45°、75°～85°。认为S波快波优势分布方向为NW向,与荣昌地区所受区域应力场方向大致一致,与该区的主要基底断裂走向接近垂直,反映了该区应力场的大致轮廓,为地震预报提供信息。     

陈天长副研究员应邀来疆介绍、讲授S波分裂研究

应新疆维吾尔自治区地震局分析预报室S波分裂研究课题组的邀请,四川省地震局二室主任、副研究员陈天长9月8日来疆,介绍讲授了S波分裂研究。 陈天长副研究员曾在英国著名导师克兰平指导下开展了S波分裂的研究,回国后大力推进S波分裂的研究工作。他在四川石棉地区成功地运用现代计算技术分析到多次较明显的S波分裂,并进行了成因的探索。 陈天长副研究员来疆后,还同课题研究组同志一道,对新疆乌鲁木齐“CDSN”数字台资料进行了初步分析、处理,就实际计算技术应用软件向课题研究组人员作了较详细的介绍、讲解。这一学术交流活动极大的促进了新疆S波分裂研究的进展。     

利用地壳测深资料研究剪切波分裂与偏振异常

利用地壳测深三分向记录,研究了 S 波基底结构和 S 波分裂与偏振异常,进一步讨论了利用 S 波分裂与偏振特征研究地壳介质地震各向异性,区域构造应力场作用方向和潜在震源物理标志的技术途径.通过对长江三峡坝区及外围深地震测深资料的典型 S 波记录分析研究,进一步证明了 S波分裂与偏振异常是研究地壳介质地震各向异性、区域构造应力场作用方向的可靠依据.同时也表明了地壳测深资料具有震源位置确定,能可靠追踪 S 波射线路径等优点,对识别异常体和适当扩大 S 波有效观测窗口是十分有利的.      

基于横波分裂的青藏高原多圈层各向异性研究进展

有关青藏高原横波分裂的各向异性研究已经开展了近30年,在理论方法和实际应用方面取得了重要进展,并获取了大量的横波分裂测量结果,为认识青藏高原壳幔各向异性变形特征和动力学机制提供了重要的依据.本文首先介绍了地震各向异性的来源与应用,随后回顾了横波分裂分析方法的发展,简述了各种横波分裂方法的原理,最后通过总结近30年来青藏高原上地壳、整个地壳和上地幔横波分裂各向异性研究成果,系统分析了青藏高原壳幔各向异性变形特征.基于各横波分裂结果的对比分析来看,XKS波分裂测量结果最为稳定,近震直达S波分裂测量结果次之,而Pms波分裂测量结果相对离散,往往相同区域内不同的研究结果差异较大,主要原因可能是相比XKS波和近震直达S波,Pms波的信噪比较低,次要原因可能是各研究在方法和处理分析等方面的差异.     

云南禄劝地震余震分裂S波的变化<

从1985年云南禄劝MS6.1地震后桂泉台三分向数字记录中分析出了S波分裂．100余个余震的S波分裂参数随时间的变化分为局部应力时段和区域应力时段．在局部应力时段，似乎是两个交叉约50～60的直立平行裂隙系对S波传播施加影响，局部应力略强于区域应力．随着余震活动逐渐趋于平静，局部应力减弱或消失，恢复到区域应力状态．分裂快速S波偏振方向及其时段变化，与震源机制独立测出的震源主压应力轴方位变化完全相同，说明S波分裂是应力场所控制的EDA裂隙各向异性的效应．分裂慢速S波的延迟时间，除了在两个时段的差异外，还发现在两个时段内强余震前后变化的例子，震前在数小时之内上升，震后在数日之间下降．      

2000年云南姚安Ms6.5地震余震序列S波分裂研究

本文利用云南姚安MS6 5地震后在震中附近架设的 3个三分向数字记录台站的地震资料 ,对该区S波分裂进行研究。结果表明 :① 2 36条处于横波窗内的记录S波分裂现象明显 ;②延迟时间大部份在 3 5～ 10 5ms km范围 ,平均值为 7 0ms km ;③快波偏振方向大部份在N140°E～N16 4°E范围 ,平均值为N15 2 4°E ;④快波的优势偏振方向与主震的发震断裂 (马尾菁断裂 )和余震的发震破裂方向不一致 ,而与该区的主压应力方向比较符合 ;⑤姚安地震余震序列的S波分裂是应力场控制的EDA裂隙各向异性的结果。     

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.     

安庆4.8级地震的余震S波分裂研究

利用安徽数字地震台网安庆台记录的地震波形资料,运行Matlap S波分裂程序,对2011年1月19日安徽安庆4.8级地震的余震序列开展S波分裂研究。结果表明,快S波偏振方向有两个优势取向,分别为N73°E和N94°E,初步判断为区域应力场导致的EDA裂隙系各向异性结果。其中快S波N73°E偏振方向与区域应力场的主压应力方向N74°E基本相同,而快S波N94°E偏振方向稍有偏差,可能是由于4.8级主震产生的应力扰动引起的。慢S波延迟时间在0.82～10.92范围内变化,平均为2.84,主震后,延迟时间明显下降,可能反映了震后应力的释放过程,而几次较大余震前则处于上升高值状态,可能反映了较大余震前的应力积累过程。     

永胜6.0级地震的余震S波分裂研究

利用云南永胜 6 0级地震的余震资料对该区S波分裂进行了研究。结果表明 ,快速横波偏振方向有两个优势取向 :N2 0°W和N6 0°W ,前者与区域主压应力方向一致 ,后者则为永胜地震主破裂方向。可以认为 ,永胜地震的S波分裂是应力作用的EDA裂隙与发震破裂隙共同作用的结果。延迟时间在 2～ 2 0ms km范围内变化 ,整个时段的平均值为 7 0ms km。与以前许多学者的研究结果比较 ,本文的结果与之在量级上是比较相符的     

基于接收函数直达P波振幅研究地壳浅层S波速度结构新方法及在青藏高原东北缘的应用

文章提出了一种基于接收函数直达P波振幅的频率依赖性特征研究地壳浅层S波速度结构的新方法.该方法基于高频近似假设下直达P波理论振幅公式,拟合单个台站不同频率下观测的直达P波振幅-射线参数分布,提取各个频率下的S波速度;通过近似的频率-深度转换,将不同频率观测的S波速度投射至地下不同深度处,得到单个台站S波速度随深度的变化曲线.相较于传统的反演方法,该方法不需要任何先验模型,且其横向分辨率和垂向分辨率仅分别取决于台站间距和数据频率.将新方法应用于从青藏高原东北缘至四川盆地中部的一条近线性宽频带流动地震台阵的远震资料,提取了该地区地壳浅层S波速度结构信息,并进一步分析了地壳浅层波速结构特征与区域地质构造小尺度横向变化的关系.基于观测结果,对比分析了稳定克拉通与活动构造带沉积盆地特点差异、探讨了浅表地质与深部构造过程的关系.