利用主成分分析法研究余干地震台接收函数

对模型合成的理论接收函数进行主成分分析,研究在倾斜界面和各向异性影响下主成分形态变化规律,分析倾斜界面倾角和各向异性强度对接收函数R分量主成分贡献率的影响。对江西余干地震台的接收函数R分量主成分进行分析,结果发现:Ps震相的平均走时为3.4 s;台站下方介质的各向异性和倾斜界面同时存在,各向异性快轴大致呈NE向,倾斜界面倾向约170°。     

利用接收函数计算地壳各向异性的可靠性分析及倾斜界面的影响*

使用接收函数研究壳幔速度间断面和速度结构已是常用的技术,但介质各向异性或倾斜的莫霍(Moho)界面,都会造成接收函数波形的复杂性。本文利用远震P波接收函数计算台站下方的地壳各向异性,通过信噪比测试和谐波分析两种方法来验证各向异性结果的可靠性。通过甘肃地震台网的两个台站记录,讨论各向异性和倾斜界面对接收函数的影响,结果显示,台站BYT(白银)下方具有各向异性,而台站WYT(渭源)下方由于可能存在倾斜界面,得到的各向异性结果则有待进一步分析。为了更好地认识倾斜界面对各向异性计算结果的影响,采用合成理论地震图,计算接收函数,然后利用合成接收函数进行各向异性分析。结果表明,计算得到的快波方向不会受到倾斜界面的影响,但是时间延迟会受到影响。     

利用接收函数计算地壳各向异性的可靠性分析及倾斜界面的影响

使用接收函数研究壳幔速度间断面和速度结构已是常用的技术,但介质各向异性或倾斜的莫霍(Moho)界面,都会造成接收函数波形的复杂性。本文利用远震P波接收函数计算台站下方的地壳各向异性,通过信噪比测试和谐波分析两种方法来验证各向异性结果的可靠性。通过甘肃地震台网的两个台站记录,讨论各向异性和倾斜界面对接收函数的影响,结果显示,台站BYT(白银)下方具有各向异性,而台站WYT(渭源)下方由于可能存在倾斜界面,得到的各向异性结果则有待进一步分析。为了更好地认识倾斜界面对各向异性计算结果的影响,采用合成理论地震图,计算接收函数,然后利用合成接收函数进行各向异性分析。结果表明,计算得到的快波方向不会受到倾斜界面的影响,但是时间延迟会受到影响。     

横向非均匀介质远震体波接收函数的波场特征

系统研究了台站下方存在倾斜界面时,远震体波接收函数的波场特征及多方位接收函数对台站下方介质横向非均匀特征的反映能力．我们利用合成三维横向非均匀介质接收函数的Maslov方法,具体模拟了台站下方存在倾斜界面时的接收函数响应．结果表明,当台站下方存在倾向一致的倾斜界面时,远震体波接收函数的径向分量和切向分量分别随震源方位角的变化呈现对称和反对称的规律性变化．利用不同震源方位角接收函数径向分量和切向分量的变化规律,可以估计台站下方界面的倾向和倾角．当台站下方各界面的倾向不同时,随方位角的变化,接收函数只能直观给出界面的整体倾向．实际观测数据的分析结果表明,对于利用单个台站接收函数研究台站下方介质的横向非均匀特征来说,简单倾斜界面可以看作较好的一级近似．      

用接收函数Ps转换波研究地壳各向异性--以哀牢山-红河断裂带为例

倾斜界面与各向异性介质均可使接收函数的切向分量产生明显的能量.通过对不同模型的理论接收函数的研究,可以发现倾斜界面产生的接收函数切向分量与各向异性介质产生的接收函数切向分量具有显著的差异,主要表现在到时差与周期性上.利用各向异性和倾斜界面造成的切向分量不同的周期性,可以通过加权叠加的方法突出各向异性或倾斜界面的影响,并可对接收函数径向、切向分量进行波形互相关计算,获取各向异性分裂参数.通过对布设于红河断裂附近的4个三分量宽频带流动台站的接收函数莫霍面Ps震相的研究,获得红河断裂附近的地壳各向异性快波方向为132°,快慢波时间延迟为024s.地壳各向异性快波方向与红河断裂带构造走向一致,与上地幔各向异性的快波方向相差近90°,表明红河断裂地区地壳与上地幔构造可能存在解耦现象.     

倾斜界面和各向异性地层对H-κ搜索结果的影响

本文使用控制变量法,通过理论合成接收函数,研究了倾斜界面的倾角大小、埋藏深度和各向异性地层的各向异性大小、地层厚度、快轴的倾斜角度五个地层参数对不同方位角接收函数的H(地壳厚度)-κ(波速比)搜索结果的影响.研究表明,倾斜界面使下倾方向的H估计值偏小,κ估计值偏大,且偏离程度和倾斜角度成正比关系,而对上倾方向的H、κ估计值影响不大.水平轴各向异性地层(HTI介质)使所有方位角的H估计值偏大,但不同方位角的H估计值变化不大,与快轴夹角较小方位角的κ估计值严重偏小,而且这种偏离程度与各向异性大小和各向异性地层厚度成正比.倾斜轴的各向异性地层使不同方位角的H估计值可能偏大或偏小,而κ估计值随方位角的变化规律和水平轴各向异性地层基本一致.     

华北太行山区地壳各向异性的接收函数证据

采用具有任意方向对称轴的横向各向同性介质系统,探讨了各向异性介质中接收函数表现出的横波分裂、能量偏离等特征,并系统剖析了各向异性介质对称轴方位角、倾角以及各向异性层位分布对接收函数方位变化花样的影响.太行山隆起地区是研究华北克拉通构造运动以及动力学过程的重要场所.我们以该地区JJJX台为例,介绍了利用远场接收函数研究台站下方地壳各向异性特征的方法.反演结果表明,该台站下方存在明显的来源于中、上地壳的各向异性,浅层2.4 km以内表现出强度约为10%的裂隙成因的慢轴型各向异性,裂隙面沿NNE方向展布,与该地区断层走向一致;中地壳表现出强度约为8%的晶体成因的快轴型各向异性,太行山新生代的隆起是形成晶体优势排列方向的一种可能的动力机制.     

利用接收函数方位变化研究太行山区地壳各向异性

探讨了利用接收函数方位变化研究各向异性复杂地区速度结构的可能性. 详细介绍了具有任意对称轴方向的横向各向同性系统中介质响应的计算过程,并将利用接收函数方位变化研究地壳各向异性的方法应用于华北太行山地区. 结果表明,研究台站下方地壳具有明显的各向异性特征,其中地表盖层表现为8％——15％的慢轴型各向异性;深部地壳各向异性略小,表现为3％——5％的快轴型各向异性特征. 不同台站获得的各向异性对称轴的方向及深度分布不具有明显的一致性. 区域构造环境的变化可能是导致地壳各向异性存在的原因.      

基于接收函数主成分分析法的地壳结构研究

远震接收函数方法是研究地壳结构的常用方法之一.在单个地震台站的接收函数分析中,既可以利用不同接收函数Ps转换震相以及地表多次反射震相的平均特征获得台站下方一维平均地壳结构信息,也可以基于Ps转换震相随背方位角的变化特征提取地壳结构的变化信息(如倾斜界面或各向异性).然而,由于噪声干扰,后一方面的研究往往存在困难.针对这一问题,文章引入信号处理中的主成分分析法,提出了基于单个地震台站接收函数数据矩阵的主成分分析方法.利用不同主成分互不相关且反映原始数据不同特征的性质,通过提取单个台站接收函数数据矩阵的不同主成分并分别进行重构,获得台站下方的地壳结构信息.理论模拟结果表明,径向接收函数的第一主成分包含数据主体信息,反映台站下方一维平均地壳结构特征;而其第二主成分以及切向接收函数第一主成分则反映台站下方地壳结构的变化特征.文章重点针对壳内存在倾斜界面结构的情况,进行了接收函数主成分提取和重构的理论模拟研究;并在此基础上,基于布设在四川盆地中部一宽频带流动地震台站s233的远震波形记录,开展了接收函数主成分分析的实际结构应用研究.文章研究结果显示,台站s233下方可能存在两个近平行的壳内倾斜界面.与前人测井、电法及人工源地震剖面结果对比表明,浅部倾斜界面可能代表了四川盆地前寒武纪结晶基底顶界面,深部界面可能指示上、下地壳的分界面,即康拉德界面.文章通过理论模拟和实际应用研究,验证了接收函数主成分分析方法在研究地壳结构中的有效性.     

加入多次波的长时窗接收函数主成分分析及其在张八岭构造带地壳分析中的应用

接收函数主成分分析方法可以有效地提取单台接收函数中蕴含的台站下方地壳结构和速度各向异性信息,本文在原有理论基础上将该方法应用于加入了多次波的长时窗接收函数.通过位于郯庐断裂带张八岭构造带的滁州台和嘉山台的数据进行分析验证,并估计了该地区地下结构和速度各向异性信息.测试结果表明：相较于仅对Ps转换波的接收函数主成分分析研究,扩大时窗范围、加入多次波后,利用第二主成分重构的径向接收函数中信息更加丰富,且更有利于对构造特征和速度各向异性进行约束.研究同时发现,重构的接收函数在多次波的时窗内的稳定性更强.实际数据结果显示：张八岭构造带东缘滁州台下方地壳底部具有倾向指北、向下倾斜不超过20°的构造特征,壳内具有快轴方向近似平行于郯庐断裂带走向且不大于7%的速度各向异性.而嘉山台下的地壳横向结构变化幅度不大,具有较弱的速度各向异性特征,但沉积层底界面表现为近北东走向,向东南下倾的构造特征.这种差异的地壳结构特征也指示出该构造带在演化过程中具有较高的非均一性.     

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。     

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.     

基于小波变换方法的包头台形变分析

采用小波变换方法相继对包头台洞体应变和水管倾斜进行处理,研究形变数据固体潮、同震响应和周期性特征等。采用db4作为母小波对包头台形变进行5阶小波分解．分解后的细节部分能清晰地显示出包括1／3日波、半日波、日波和半月波等在内的固体潮汐波。对于2008年以来全球发生的M≥8．0级地震．包头台水管倾斜NS分量均有显著的同震响应现象发生．且在小波分解后的不同阶曲线中同震响应后续波形表现各异．另外在部分地震之前能观测到异常变化。采用Moflet小波作为母小波对包头台水管倾斜NS分量进行小波变换分析．获得的小波变换系数分布图能清晰地显示出倾斜数据中存在的包括半日潮和日潮在内的周期特征及其随时间变化情况。     

山东地区上地幔各向异性研究

通过分析山东地区数字地震台网37个宽频带地震台站的远震SKS波形资料,使用最小能量法和旋转相关法求得每一个台站的SKS快波偏振方向和快、慢波时间延迟,获得了山东地区上地幔各向异性图像.该研究区的各向异性快波方向基本呈WNW-ESE方向,快、慢波时间延迟为0.73-1.71 s.研究表明,山东地区上地幔存在明显的各向异性...     

2013年芦山MS7.0地震序列S波分裂特征

本文测定了2013年4月20日芦山M_S7.0地震震源区及其附近台站的S波分裂参数,包括快波偏振方向和慢波延迟时间,最终得到了40个台站的S波分裂结果．结果显示:在地震主破裂区内观测到的快波优势取向为NE向,与余震分布的长轴方向一致;位于双石—大川断裂以西台站的快波偏振优势方向为NW向,与区域最大主压应力轴方向一致;位于荥经断裂附近台站的快波偏振优势方向为NW向,与该断裂走向一致．快波偏振优势方向随时间的变化结果显示:主震前位于地震破裂区附近的TQU和BAX台站的快波偏振优势方向均呈NE向;主震后TQU台站的快波偏振优势方向为近EW向,而BAX台站的快波偏振优势方向则不突出,反映出芦山地震主震前快波偏振方向受控于龙门山断裂带,而主震后受构造应力场的作用更加明显．此外,各台站的慢波延迟时间为1.25—5.40ms/km,在余震覆盖密集区域,台站的慢波延迟时间均大于3.0ms/km,反映出震源区的各向异性程度较强．芦山主震后,各台站的延迟时间随时间变化持续减小,反映出震源区地壳应力随余震活动逐渐减小．      

S-wave splitting from records of local micro-earthquakes in West Bohemia/Vogtland: An indicator of complex crustal anisotropy

Most S-wave particle motions of local micro-earthquakes in the West Bohemia/Vogtland region display S-wave splitting. The split S waves are usually well defined, being separated in time and polarized in roughly perpendicular directions in the horizontal projection. In most cases, the polarization of the fast S wave is aligned NW-SE (referred to as “normal splitting”), which is close to the direction of the maximum horizontal compression in the region. However, for some ray directions, the polarization of the fast S wave is aligned NE-SW (referred to as “reverse splitting”). The pattern of normal/reverse splitting on a focal sphere is station-dependent, indicating the presence of inhomogeneities in anisotropy. For some stations, the normal/reverse splitting pattern is asymmetric with respect to the vertical axis, indicating the symmetry axes of anisotropy are probably inclined. The presence of inclined anisotropy is confirmed by observations of directionally dependent delay times between split S waves. A complex and station-dependent anisotropy pattern is probably the result of a complicated anisotropic crust characterized by diverse geological structures. The spatial variation of anisotropy probably reflects the presence of a variety of different types of anisotropic rocks in the region.     

华北上地幔各向异性研究

对华北地震科学台阵的200个宽频带和甚宽带地震台站所记录的远震SKS(SKKS)波形资料作偏振分析,采用最小切向能量的网格搜索法和叠加分析方法求得每一个台站的SKS(SKKS)快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,并结合已发表的固定台站的结果,获得了华北上地幔各向异性图像.从得到结果看,华北东部各向异性快波方向基本为NWW-SEE方向,而西部的快波方向转到NW-SE或NNW-SSE.快、慢波时间延迟范围是0.50~1.47 s,华北西部的平均快、慢波时间延迟小于华北东部.在华北东部,快波方向与绝对板块运动(APM)方向基本一致,预示了NWW向的软流圈地幔流是引起该区域上地幔各向异性的主要原因,它使得上地幔橄榄岩等晶体的晶格优势取向沿地幔物质流动方向,从而导致了NWW趋向的快波方向.然而,在稳定的西部,快波方向既不与绝对板块运动方向一致,也不与构造走向一致,这种弱各向异性很可能是遗留在古老克拉通的厚的岩石圈内的"化石"各向异性.     

西北太平洋俯冲带大地幔楔及地幔过渡带各向异性证据和特征

地震层析成像研究清晰给出了地球深部俯冲板片的大尺度形态,但与俯冲过程相关的地幔流动特征仍不明确.在俯冲地幔楔系统中,前人观测到了与海沟平行和垂直的快波偏振方向.本文研究了西北太平洋俯冲板片在地幔过渡带中停滞形成的"大地幔楔"中的各向异性特征.对具有长期稳定观测数据的MDJ台站SKS震相和区域深源地震的直达S波震相进行了...