中国境内天山的岩石圈速度结构——P波与S波接收函数的联合反演

通过合成地震图的计算,本文系统地分析研究了S波接收函数的运动学及动力学特征,并在接收函数非线性复谱比反演方法的基础上,进一步发展了基于贝叶斯理论的P波和S波接收函数的非线性联合反演方法. 利用本文发展的P波和S波接收函数的非线性联合反演方法和沿独库公路布设的由51个宽频带流动地震台站组成的地震台阵记录的远震体波波形数据得到了中国境内天山300 km深度范围地壳上地幔的P波和S波速度结构,得到了中国境内天山的岩石圈结构和造山动力学模型的一些新认识.     

区域尺度地震体波和面波走时联合成像：进展与展望

如何利用观测到的地震图上尽可能多的信息来约束地下结构以及地震震源本身一直是地震学研究的前沿课题.近年来,随着计算机计算能力的提高,使用基于全波形反演的方法已被用于不同尺度结构成像中,并取得了良好的效果.但如何减小全波形反演对计算资源的巨大需求以及其反演的高度非线性仍是目前急需解决的问题.此外,对于区域以及全球尺度成像,全波形反演的波形的拟合仅限于相对较低的频率.目前,基于波形层析成像在区域尺度最高能拟合的频率大约为0.5 Hz,在全球尺度能拟合的频率更低,所以获得的波速模型的分辨率还有一定的改进空间.地震学体波和面波联合反演是另一种可以综合利用更多信息的成像方法.该种方法主要利用高频体波的走时信息以及面波的频散信息来约束地下结构.由于只需要求解高频近似下的波动方程,其效率较全波形反演有较大提高.相比于体波和面波数据单独反演,联合反演能利用体波和面波对地下结构约束的互补性来获得能同时拟合不同数据的波速结构模型.此外,体波和面波数据联合反演能获得更为准确的泊松比模型,因此可以更好地约束岩性、孔隙度、熔融程度等.鉴于目前海量的基于机器学习获得的不同震相的走时数据以及越来越多的密集流动地震观测...     

利用SV分量接收函数反演地壳横波速度结构

详细讨论了远震体波SV分量接收函数的特点及其在反演地壳S波速度结构中的优势．与径向接收函数类似，SV分量接收函数可通过对远震体波的SV分量直接反褶积P分量获得．研究分析表明:与径向接收函数相比，SV分量接收函数的振幅随震中距的变化更加稳定，波形简单且突出了对结构最敏感的PS转换波信息．理论数值实验显示:在反演地壳S波速度结构时，SV分量接收函数比径向接收函数具有更好的收敛性．作为实例，利用SV分量接收函数反演方法反演了海拉尔台下的S波速度结构．      

接收函数反演地壳S波速度结构的有效约束方法

本文通过对径向接收函数和垂直向接收函数进行低通滤波,获取了S波视速度随低通滤波参数的变化曲线,然后利用经验关系将它转换成了台站下方的S波速度结构,并以此作为接收函数反演的初始模型.理论数值实验表明:由于初始模型的S波速度值提供了有效的约束,即使Moho面深度并不准确,但反演迭代过程还是快速地向真解逼近.另外,通过给观测波形加入10%的噪声,在保持S波速度不变的情况下,分别对波速比进行5%的正负扰动(即泊松比分别扰动为0.23和0.27),反演结果仍然快速向真解收敛.对保山台记录的远震接收函数反演结果表明:用本文方法反演所得结果与测深结果较为一致.这充分说明只要S波速度值(而非泊松比)能够提供有效的约束,接收函数的反演过程对P波速度的选取并不敏感.     

华北克拉通东北部的远震S波走时层析成像研究

华北克拉通是近年来我国地学界研究的热点之一.本文利用布设在华北东北部地区的华北地震科学台阵所记录的远震波形资料,用波形互相关方法拾取了9105条S波走时残差数据,进而用体波走时层析成像方法反演获得了研究区从地表至600 km深度的S波速度结构.所获得的S波层析成像结果表明,华北克拉通中部块体的山西断陷带低速异常一直从地面延伸至上地幔约300 km深处,推测该低速异常体可能与中、新生代的大同火山群的形成与活动有关.研究发现华北东部存在一高速异常体由东部渤中凹陷的地壳一直向西延伸至太行山山前断裂下方地幔转换带410 km附近,推测该高速异常体可能为太平洋板片向西俯冲在华北克拉通东部块体下方地幔过渡带内的滞留.研究结果显示华北克拉通东部的华北盆地表现为高低速相间分布,表明该地区下方的岩石圈发生了破坏,而位于华北克拉通北缘的燕山造山带显示为高速异常,表明燕山造山带下方的岩石圈没有明显的破坏迹象.     

基于交叉梯度约束的地震初至纵波与瑞雷面波联合反演

本文提出了一种初至纵波(P波)与瑞雷面波的交叉梯度联合反演策略.通过对初至P波进行全波形反演可以获得近地表P波速度结构;通过对仅含瑞雷面波信息的地震数据转换到频率-波数域进行加窗振幅波形反演(Windowed-Amplitude Waveform Inversion,w-AWI)可获得近地表横波(S波)速度结构.在二者反演的目标函数中均加入P波速度和S波速度的交叉梯度作为正则化约束项,使得在反演过程中P波速度和S波速度相互制约,相互约束,从而实现对地震初至P波与瑞雷面波的联合反演.数值模拟结果表明交叉梯度联合反演可以提高S波速度反演分辨率,而P波速度反演结果并没有得到提高.实际资料的反演结果表明,交叉梯度联合反演能够获得更加可信的近地表速度结构.     

沉积层结构被动源探测方法及其在典型盆地的应用

准确的沉积层结构,对盆地地区油气资源调查与勘探、地震动场地效应评估和壳幔深部结构成像等研究均具有重要意义.近二十年来,随着地震观测技术的进步和大量流动台阵数据的积累,利用被动源资料探测沉积层结构的地震学方法研究取得了长足的发展.本文对这些主要方法进行了归纳总结,阐述了基本原理及相关进展.其中,基于远震体波数据的研究方法主要有：接收函数和转换函数、波场反延拓的H-β方法、以及P波质点运动分析等.基于近场体波资料约束沉积层结构通常采用的是高频波形拟合方法.此外,还简要介绍了谱比法、背景噪声面波成像和Rayleigh波Z/H幅度比,以及多种方法的联合反演.最后,对我国东部典型盆地地区,如松辽盆地和华北盆地下方沉积层结构已取得的研究进展进行了总结.     

接收函数方法的研究综述

从远震体波波形数据中提取的P波接收函数和S波接收函数已经成为研究台站下方地壳上地幔速度间断面的最有效的方法之一.P波接收函数已经被广泛应用于获取地壳内部S波速度结构、地壳厚度及物质成分组成、地幔过渡带的厚度变化以及岩石圈地幔的间断面等,而S波接收函数是P波接收函数的一个很好的补充,因为在Moho和地幔过渡带之间的深度范围内,Sp转换波比来自浅部间断面的多次波到达早,而在P波接收函数中,相同深度范围的间断面的Ps转换波往往被来自浅部间断面的多次波干扰或者淹没,因此S波接收函数是目前获取岩石圈地幔深度范围内速度间断面结构(如Moho和LAB)的比较有效的方法,比面波观测具有更高的分辨率.本文详细阐述了P波接收函数和S波接收函数的方法原理以及在地壳上地幔速度间断面的研究中所采用的研究思路.     

宽频带远震体波波形反演方法与青藏高原岩石圈速度结构研究

本文系统地研究了宽频带远震体波波形反演的理论与方法 ,发展了较频率域除法运算稳定、精度高、分辨好的 ,从远震 P波波形中提取接收函数的时间域反褶积方法 ;并利用青藏高原中美合作研究计划获得的准确可靠的PASSCAL宽频带数字化远震波形数据 ,得到了可信的台站接收函数 ,反演了青藏高原的岩石圈速度结构 ,获得了对深部构造的新认识 ,为揭示青藏高原的动力学演化过程、建立大陆动力学理论提供了可靠的地球物理证据。主要工作简述如下 :(1 )系统回顾了用天然地震研究地壳上地幔构造的两种主要方法 :即体波走时反演方法和体波波形模拟方…     

用接收函数方法研究上海地震台阵下地壳结构

利用上海地震台阵16个台站记录的远震资料,采用接收函数线性反演方法,对台阵下的地壳速度结构进行研究,获得了研究区域内地壳厚度和地壳速度的分布特征。研究结果表明,研究区域Moho面深度约为33±2 km,Moho面深度基本不变,地幔顶部S波速度约4.4 km/s,地壳内没有发现明显的低速层。     

Source side seismic tomography(3STomo):A novelmethod to image the subsurface structure beneath seismically active region

We propose a novel seismic tomography method,Source Side Seismic Tomography(3STomo),which is designed particularly to image the subsurface structure beneath seismically active regions.Unlike the teleseismic tomography,in which the data are relative traveltime residuals between closely spaced stations for each teleseismic event,3STomo uses relative traveltime shifts between earthquakes within the study region for each distant station.Given the relatively evener distribution of global seismic stations,this method has unique advantages for imaging the structure beneath regions that have numerous earthquakes but lack of dense seismic stations,for example,some subduction zones and spreading ridges in the ocean.In addition,3STomo has potentially better vertical resolution at shallow depths than the traditional teleseismic tomography.The effect of the inaccurate source parameters on its resolution can be minimized by using depth phases and the technique of joint source and structure inversion.Numerical experiments and application to Luzon Island,Philippines show that 3STomo can be a valuable tool to investigate the subsurface structure beneath some areas where the traditional method cannot be applied to,or at least it can be used as a complementary component of conventional teleseismic tomography to obtain better back-azimuth coverage and achieve higher resolution at shallow depths in the inversion.     

Tomographic imaging of P wave velocity structure beneath the region around Beijing

The three-dimension crustal and upper mantle structures in the region around Beijing were studied by seismic tomography. We used the P wave arrival times from local and teleseismic events. These events were recorded by 250 stations of the North China Seismic Array and 108 stations of the Beijing Telemetry Seismic Network. 118 869 P wave arrivals from 10 285 local events and 12 189 P wave arrivals from 107 teleseismic events were used in the inversion. We obtained the 3-D P wave velocity structure of the cru...     

A review of the influencing factors on teleseismic traveltime tomography

Teleseismic traveltime tomography is an important tool for investigating the crust and mantle structure of the Earth. The imaging quality of teleseismic traveltime tomography is affected by many factors, such as mantle heterogeneities, source uncertainties and random noise. Many previous studies have investigated these factors separately. An integral study of these factors is absent. To provide some guidelines for teleseismic traveltime tomography, we discussed four main influencing factors:the ...     

Study on fine structure of crust-mantle transition zone in Yanqing-Hailai basin based on CDP and DSS data

ＳｔｕｄｙｏｎｆｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｒｕｓｔｍａｎｔｌｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｚｏｎｅｉｎＹａｎｑｉｎｇＨａｉｌａｉｂａｓｉｎｂａｓｅｄｏｎＣＤＰａｎｄＤＳＳｄａｔａＪＩＮＣＨＥＮＧ１）（成瑾）ＱＩＮＧＨＥＬＩ２）（李清河）１）Ｉｎ...     

Upper Mantle Imaging with Array Recordings of Converted and Scattered Teleseismic Waves

This paper provides a review of array-based imaging techniques that use converted and scattered teleseismic waves. It addresses various aspects of the imaging process, from the preprocessing of the data to the application of the imaging algorithms. The reviewed techniques form a continuum with respect to the level of complexity adopted in the treatment of the scattering problem. On one end of the spectrum, images may be produced by simple stacking of normalized P-to-S conversion records (i.e., receiver functions), which are binned according to station or common conversion points (CCP) and mapped to depth. Finer resolution can be achieved through the stacking of singly scattered wavefields along diffraction hyperbolae to recover relative scattering intensity/potential at individual points through a 2-D or 3-D model space. Moving to higher levels of complexity, we find methods that involve inversion/backprojection of scattered teleseismic wavefield to recover estimates of localized material property perturbations with respect to an a priori background model.     

利用联合反演技术进行反射地震的波速成象

本文介绍了根据反射地震数据进行波速成象的一种方法,其基础为多种反演技术的综合。由于要求的波速图象C（x,z）具有间断性,除利用走时数据T（x,t）外,在地层比较水平的情况下,还利用了均方根速度V（x,t）和统计子波W（t）的数据来成象。计算机层析成象过程分为三步:首先重做速度分析,取得与初次反射走时一致的均方根速度数据;然后用反射走时与均方根速度联合反演对应分析道的层速度和界面深度;最后由联合反演结果和反射面走时求波速图象函数的数字化版。文中还给出了波速成象方法在我国西北某沉积盆地上的应用及验证结果。     

三维复杂地壳结构非线性走时反演

中国大陆中西部乃至全球造山带普遍具有复杂地壳结构.随着矿产资源勘探和深部探测研究的深入,探测造山带及盆山耦合区下方地壳精细结构正逐渐成为当前面临的巨大挑战.人工源深地震测深方法正越来越清晰地揭示出不同构造域地壳速度结构的基本特征,然而传统的层状结构模型参数化方法难以准确描述复杂地质模型,通常情况下多忽略速度结构的精细间断面且采用层边界平滑处理,难以满足地壳精细结构成像的发展要求.针对上述困难,本文采用最近发展的块状结构建模方案构建三维复杂地壳模型,基于逐段迭代射线追踪正演走时计算方法,推导了走时对三角形界面深度以及网格速度的偏导数,开展了非线性共轭梯度走时反演方法研究.发展了利用直达波和反射波等多震相走时数据对界面深度和网格速度的多参数联合反演方法,并引人不同种类震相数据的权系数和不同类型参数偏导数归一化的方法.数值算例表明,基于块状结构的非线性共轭梯度走时反演方法适用于复杂地壳结构模型,在利用人工源走时数据反演复杂地壳精细结构领域具有良好的应用前景.     

Imaging Offsets in the Moho: Synthetic Tests using Gaussian Beams with Teleseismic Waves

We carry out a sequence of numerical tests to understand conditions under which rapid changes in crustal thickness can be reliably imaged by teleseismic body waves. Using the finite-difference method over a 2-D grid, we compute synthetic seismograms resulting from a planar P-wavefield incident below the grid. We then image the Moho using a migration scheme based on the Gaussian beam representation of the wavefield. The use of Gaussian beams for the downward propagation of the wavefield is particularly advantageous in certain geologically critical cases such as overthrusting of continental lithosphere, resulting in the juxtaposition of high-velocity mantle material over crustal rocks. In contrast to ray-based methods, Gaussian beam migration requires no special treatment to handle such heterogeneities. Our results suggest that with adequate station spacing and signal-to-noise ratios, offsets of the Moho, on the order of 10 km in height, can be reliably imaged beneath thickened crust at depths of about 50 km. Furthermore, even sharp corners and edges are faithfully imaged when precise values of seismic wave speeds are available. Our tests also demonstrate that flexibility in choices of different types of seismic phases is important, because any single phase has trade-offs in issues such as spatial resolution, array aperture, and amplitude of signals.