面波反演苏北—南黄海盆地地壳三维S波速度结构

区域地壳速度结构对于地震定位和地球动力学特征认识十分重要,一直是地震反演研究的主要内容。利用收集到的基于背景噪声面波成像方法的瑞利面波相速度数据,我们对苏北—南黄海地区地下三维S波速度结构开展了深度反演,进而探讨苏北—南黄海盆地地质结构与地震构造的关系。面波层析成像结果表明区域速度结构模型与地质特征基本一致,速度结构清晰刻画出了苏北—南黄海沉积盆地的主要沉积构造范围和基底起伏。反演结果还揭示了南黄海盆地中地壳内存在一显著的低速层,与历史强震集中分布区高度一致,表明浅源强震活动与壳内的低速层密切相关。     

基于FCM聚类约束的直流电阻率法与地震走时成像法二维联合反演

通过引入模糊均值聚类(FCM)模型约束函数对电阻率与速度进行约束,开展二维直流电阻率法与地震初至波走时成像法联合反演研究.在地下浅层结构勘探中,通常低电阻率的地质体具有低速特征,较高电阻率的地质体表现为较高的地震波速度.直流电阻率法因为低电阻率区域吸引电流而对其敏感,地震走时成像法因为射线集中在高波速区而对高速体敏感,因此,两者联合成像能够大幅度提高反演效果.合成数据反演表明,直流电阻率法和地震初至波走时联合反演对于两类地质体的分辨能力均有提升,能够优势互补.尤其是引入FCM模型约束进行联合反演,根据已知物性进行监督学习,进一步提高了反演质量,改善了成像模型的分辨率.     

起伏地形下的高精度反射波走时层析成像方法

全球造山带及中国大陆中西部普遍具有强烈起伏的地形条件.复杂地形条件下的地壳结构成像问题像一面旗帜引领了当前矿产资源勘探和地球动力学研究的一个重要方向.深地震测深记录中反射波的有效探测深度可达全地壳乃至上地幔顶部,而初至波通常仅能探测上地壳浅部.为克服和弥补初至波探测深度的不足,本文基于前人对复杂地形条件下初至波成像的已有研究成果,采用数学变换手段将笛卡尔坐标系的不规则模型映射到曲线坐标系的规则模型,并将快速扫描方法与分区多步技术相结合,发展了反射波走时计算和射线追踪的方法.进而利用反射波走时反演,实现起伏地形下高精度的速度结构成像,从而为起伏地形下利用反射波数据高精度重建全地壳速度结构提供了一种全新方案.数值算例从正演计算精度、反演中初始模型依赖性、反演精度、纵横向分辨率以及抗噪性等方面验证了算法的正确性和可靠性.     

安徽贵池矿集区深部精细结构——来自综合地球物理探测结果的认识

安徽贵池矿集区是长江中下游成矿带中重要的铜多金属矿集区,随着浅表找矿难度的加大,急需了解矿集区深部结构为深部找矿提供深部找矿提供指示.为揭示贵池矿集区深部地壳结构格架、控岩、控矿构造和岩浆系统的空间结构,深化对成矿作用的认识,在该区实施了两条长度各约60km垂直于构造走向的反射地震和MT探测剖面,通过对MT数据有针对性的去噪和反演,获得了研究区10km以浅的地电结构;通过对反射数据的层析反演静校正、叠前保幅多域去噪、精细速度分析和叠前时间偏移等处理,获取了该地区地壳结构的地震成像剖面.结合区域地质构造背景和针对性处理的区域重磁数据,对两条综合探测剖面的反演处理结果进行了分析与解释,研究发现了本区地层的构造反射特征、地壳结构特征和Moho特征,厘定了盖层与基底之间的区域滑脱面、中下地壳滑脱面和Moho面的深度和形态.发现了地壳上冲和俯冲的反射特征,可能是华夏块体与扬子块体晋宁期发生板内碰撞的痕迹.高坦断裂是一个深达地壳级的断裂,其南北两侧具有不同的重磁特征、电性结构特征和地震反射特征,该断裂可能是深部流体上涌的通道,岩浆和地幔热液沿断裂上涌并沿地层和裂隙侵入中上地壳,形成岩基或岩体,或与围岩发生强烈矿化作用形成贵池矿集区多金属矿床.     

地震体波走时层析成像方法研究综述

地球介质参数是地震深部探测的重要目标,蕴含了丰富的地球结构和演化信息.全波形反演技术由于计算量大的原因,目前阶段在实际壳幔结构成像应用中还存在较大的难度.基于P波和S波到时的体波成像仍然是壳幔精细速度结构成像的重要途径.本文主要介绍了三种具有代表性的地震体波走时层析成像方法,即基于高频近似射线理论的成像方法、基于程函方程数值解的初至波成像方法及有限频成像方法.基于射线理论的成像方法计算量小,计算效率高,长期以来是体波成像的主要方法之一;基于程函方程数值解的成像方法,在初至波走时成像方面有优势,但是要求网格节点较密,计算量大;有限频成像方法基于波动方程理论,比射线理论包含更丰富的介质信息,但是由于计算量大,目前在实现过程中引入简化的假设,成像效果还有较大的提升空间.     

基于交叉梯度交替结构约束的二维地震走时与全通道直流电阻率联合反演

在利用不同的地球物理勘探方法对地下复杂介质成像时,因观测系统的非完备性及数据本身对某些岩石物性的不敏感性,单独成像的结果存在较大的不确定性和不一致性.对于地震体波走时成像与直流电阻率成像,均面临着成像阴影区问题.对于地震走时成像,地震射线对低速区域覆盖较差形成阴影区,造成低速区域分辨率降低.对于电阻率成像,电场线在高阻区域分布较少,造成高阻区域分辨率较低.为了提高地下介质成像的精度,Gallado和Meju(2003)提出了基于交叉梯度结构约束的联合地球物理成像方法.在要求不同的物性模型拟合各自对应的数据同时,模型之间的结构要求一致,即交叉梯度趋于零.为了更有效地实现基于交叉梯度的结构约束,我们提出了一种新的交替结构约束的联合反演流程,即交替反演不同的数据而且在反演一种数据时要求对应的模型与另一个模型结构一致.新的算法能够更容易地把单独的反演系统耦合在一起,而且也更容易建立结构约束和数据拟合之间的平衡.基于新的联合反演流程,我们测试了基于交叉梯度结构约束的二维跨孔地震走时和直流电阻率联合成像.合成数据测试表明,我们提出的交替结构约束流程能够很好地实现基于交叉梯度结构约束的联合成像.与单独成像结果相比,地震走时和全通道电阻率联合成像更可靠地确定了速度和电阻率异常.     

马鞍山-铜陵-安庆长江沿线上地壳速度结构成像

利用安徽人工震源地下结构探测科学实验开展的三维高分辨探测数据,以及初至波走时成像技术,获得了沿长江一线上地壳速度结构成像结果。结果显示,沿长江从马鞍山至安庆,上地壳速度结构存在明显横向差异,沉积盖层厚度和浅表速度在该区呈现明显的隆升和坳陷相间的构造特征,显示了该区域中生代以来经历的隆升和伴随着岩浆活动的伸展作用。     

马鞍山-铜陵-安庆长江沿线上地壳速度结构成像

利用安徽人工震源地下结构探测科学实验的三维高分辨探测数据,以及初至波走时成像技术,获得了沿长江一线上地壳速度结构的成像结果。结果显示,沿长江马鞍山-安庆,上地壳速度结构存在明显横向差异,沉积盖层厚度和浅表速度在该区呈现明显的隆升和坳陷相间的构造特征,显示了该区域中生代以来经历的隆升和伴随着岩浆活动的伸展作用。     

利用深地震反射大、中炮数据研究地壳深部结构—以六盘山深反射数据为例

为获得全地壳的有效反射信息,深地震反射数据采集常增加大药量的大炮和中炮来提高地球深部反射信息的信噪比;但深地震反射数据处理中用同一套流程和参数无差别的对待大、中、小炮数据,只考虑到大、中、小炮数据共性,忽视了不同激发药量数据间的差异,没深入挖掘和充分利用大炮、中炮数据特性,进而使一些在大、中炮原始数据上有较高信噪比的深部反射信息在常规剖面上却不能很好的体现,甚至不能成像.本文根据大、中炮的特征进行处理对地壳深部结构成像,弥补常规处理中存在的一些不足.并针对大、中炮数据联合处理中的静校正、资料净化、速度求取、AVO加权叠加等技术进行阐述.通过对大、中炮处理剖面与常规剖面对比分析发现,小炮适合中上地壳成像.大炮和中炮深部信噪比较高,有利于中下地壳和上地幔成像,在深地震反射资料处理中须区分对待.     

壳内流体演化及地震成因(三)

根据对地壳和上地幔电性结构的研究，提出了地下岩体势能-动能转换地震成因学说．此学说不仅认为地下岩体间弹性应变能的积累对地震的孕育非常重要，而且认为地壳岩体重力势能和深部流体演化对一些地震的孕育和发生起了关键作用．本文根据前两篇文章(徐常芳，1996a，b)提出的依据，建立了拉张盆地地壳电性结构及流体演化模型，并据此对历史和现今大量地震过程中出现的异常和地壳排气现象进行了解释．      

四川芦山MS7.0地震震源区及其周边区域P波三维速度结构研究

利用四川数字地震台网和流动地震台站在芦山M_S7.0地震震后(2013年4月20日—6月23日)记录到的2026次区域地震事件的28188条P波到时资料,采用地震层析成像方法反演得到了芦山地震震源区及其周边区域中上地壳P波三维速度结构. 结果表明,浅部地壳的P波速度异常分布特征与地表地质构造、 地形和岩性密切相关,即成都断陷盆地表现出与第四纪沉积有关的低速异常区;犍为、 乐山一带的川中微升区和川青块体龙门山以西的邻近地带均表现为与构造抬升有关的高速异常;宝兴、 康定附近分布的基性火山岩及火山碎屑岩均呈局部高速异常分布. 芦山地震震源位于高低速异常分界线附近且偏向高速体一侧,其下方存在明显的低速异常分布,可能与流体的存在有关. 流体的作用导致中上地壳内部发震层的弱化,使孕震断层易于破裂,可能对芦山地震起到了触发作用. 芦山地震与汶川地震两次地震的余震密集区相距50 km,这50 km地震空区震源体的深度范围附近目前正处于高速异常区内,加之龙门山断裂带西南段又具有比较典型的断错地貌发育,使得该段地震空区(大邑—邛崃活动断裂破裂空段)现在所处的深浅部构造环境变得复杂,其潜在的地震危险性仍值得进一步关注.      

基于背景噪声的川滇地区勒夫波层析成像

本文选取了川滇地区98个固定台站记录到的三分量地震背景噪声数据,采用互相关方法提取了勒夫波互相关函数,并利用自适应时频分析方法获取了勒夫波群速度频散曲线,经反演得到周期为8—30 s的勒夫波群速度分布图像.层析成像结果显示:短周期的勒夫波群速度分布图像呈明显的横向不均匀性,且与地表地质和构造特征基本一致,其中四川盆地呈不均匀的低速异常,盆地内成都平原地区的群速度相对低于盆地中部的丘陵地区,速度分界线为遂宁与峨眉山之间的连线,四川盆地内的群速度变化反映出沉积层厚度的变化情况;攀枝花地区呈高速异常,可能与古地幔活动有关,幔源物质以侵入岩和底侵岩浆的形式停留在地壳的不同深度,从而形成高速异常的特征.本文结果为了解川滇地区的构造运动提供了地震学线索,并为下一步研究地壳径向各向异性奠定了基础.      

巧家地震和鲁甸地震震源区周边P波速度结构

本文利用2010年1月至2020年6月巧家地震和鲁甸地震震源区周围发生地震事件的走时观测资料,应用双差层析成像方法获得了2014年MS6.5鲁甸地震和2020年5月18日巧家MS5.0地震周边区域中上地壳的P波速度结构.成像结果显示:整个研究区域的速度结构存在很强的非均匀性:在鲁甸地震震源区附近,浅部存在速度高达6.4...     

四川盆地东西陆块中下地壳结构存在差异

四川盆地是中上扬子克拉通的主要组成部分.作为我国三大稳定克拉通之一,扬子克拉通经历了自太古代以来的长期演化,直到新元古代晚期与华夏板块发生碰撞拼合前,一直被认为是一个稳定的统一陆块.基底包括了新太古宙-新元古代岩层,其上广泛被新元古代晚期至显生宙地层覆盖,仅有~2.9—2.95Ga基底岩石零星出露于四川盆地的西缘、西南缘和三峡地区,使得对于沉积盖层之下的中下地壳的性质和分布规模的认识十分有限.重力异常则能够宏观揭示区域结构特征.本文通过刨除沉积盖层和莫霍面起伏引起的重力异常而获得了中下地壳的重力异常,反映了四川盆地东西陆块中下地壳存在结构差异,结合深地震反射资料、航磁异常和地球化学资料,证实了该分界线位于重庆—华蓥一线,故而推测中上扬子克拉通在太古宙-古元古代可能存在东西两个陆核.     

鄂尔多斯及周边区域噪声层析成像研究

基于中国地震科学探测台阵在鄂尔多斯及周边地区布设的461个地震台为期2年的地震观测资料,采用背景噪声层析成像方法,研究获得了鄂尔多斯及周边地区5—46 s周期、分辨率高达0.3°×0.3°的瑞雷面波相速度分布图像.与基于程函方程的地震面波成像结果对比看出,噪声层析成像在较短周期具有明显的优势(5—16 s),可以获得更...     

南北地震带地壳结构多参数成像及强震触发机制研究

通过反演由大量的纵、横波地震数据组成的综合数据集,获得了南北地震带地壳的多参数三维精细结构,探讨和分析了南北地震带的高地震活动性和强震频发的原因.成像结果表明,尽管1976年松潘一平武地震(M7.2)与2008年汶川地震(M8.0)以及2013年芦山地震(M7.0)均发生在高速、低泊松比异常区域,并且在其震源的下方均有一低速、高泊松比异常区域.我们认为,上述三个地震的触发与流体侵入导致的地壳形变之间有密切的联系.1955年炉霍地震(M7.4)和1973年康定地震(M7.1)均发生在鲜水河断裂带上,其震源中心区域表现为低速、高泊松比异常,可以解释为下地壳中的流体沿断层面上涌.在震源区的周边区域兼有高速、高泊松比异常,低速、高泊松比异常以及高速、低泊松比异常,可能分别与含流体的岩石、沿断裂带发育的变质岩以及坚硬的克拉通块体对应.流体的侵入不仅能够改变断层面上的应力情况,还能降低岩石骨架的岩石力学强度,进而触发地震.1970年云南通海大地震(M7.1)发生在哀牢山一红河断裂带附近的曲江断裂上,其震源处于高速度、低泊松比异常与低速度、高泊松比异常之间的边界区域,被认为是流体挤压后的应变能积累,最终导致脆性破裂,以至于发生地震.根据本次研究获得的多参数结构图像,结合前人的研究成果,我们认为南北地震带地壳强烈形变与流体侵入是造成该区域地震活动性较高及强震频发的两个主要因素.     

河南及邻区瑞利波群速度噪声层析成像

本文选取河南及邻区39个宽频带和甚宽频带地震台站记录的2014年1月～2015年12月垂直分量的连续波形资料,通过波形互相关和叠加运算得到台站间的经验格林函数,并用时频分析方法提取了498条瑞利波群速度频散曲线,进而采用噪声层析成像方法反演获得了河南及邻区8～25s的瑞利波群速度分布图像。结果表明,8s周期的群速度分布与地表构造特征密切相关,平原地区表现为低速异常,而基岩出露的山区呈现为高速异常;14s、20s周期的群速度在山区表现的高速异常与8s相似,说明中上地壳与地壳浅部结构有一定的相关性和继承性;8～20s周期的群速度在华北平原地区存在低速异常范围随周期增加而减小的现象。华北平原地区在下地壳表现出的低速异常,可能与大陆地壳减薄有关。大致以太行-武陵重力梯度带为界,下地壳表现出的西部低速、东部至研究区中部高速异常差异,体现了地壳东薄西厚的结构特征。     

九江-瑞昌矿集区的3D结构及对区域找矿的启示

本文分析了九瑞地区重、磁场的分布特征.运用最新的方法技术对已有的重磁资料重新进行处理:采用重磁多尺度边缘检测方法,对九瑞矿集区区域重力和航磁数据进行了边缘检测,并根据检测结果重新厘定了断裂系统的展布位置.在整理、分析九瑞地区地质、地层物性资料的基础上,对实测的1∶5万重磁数据进行较细致的准三维反演.同时将重磁三维物性反演应用到岩浆岩空间结构研究中,获得了矿集区地层结构及岩浆岩三维空间形态特征.根据反演所得磁化率强弱,分析了岩体的基性程度,为寻找与火山岩、侵入岩体有关的金属矿产提供了指示信息.最终建立的模型给出了地下地层的分布特征、控矿构造的展布规律、与成矿相关岩体的三维形态以及已知矿点的空间分布特征,为在九瑞矿集区的深部寻找隐伏矿体提供了新的信息.     

晋冀豫交界地区地壳三维速度结构与地震分布特征

利用区域双差层析成像方法,基于2008年10月—2018年6月近震资料,对晋冀豫交界地区记录到的地震事件进行震源位置与P波、S波三维速度结构的联合反演。重新定位后,地震空间位置得到明显改善,浅部的速度结构与地形及沉积层厚度对应较好,研究区内控制性断裂和地震多分布在太行山隆起区的高、低速变化梯级带上。对比分析研究区内不同构造单元及同一构造单元不同深度的P、S波速度异常特征及其与中小地震和历史强震的分布关系,结合研究区内历史强震和现今中、小震分析发震构造及深部孕震环境,为该区未来强震危险区判定提供科学依据。