用地震层析成像方法研究北京西北地区的活动断裂 2003年大姚6.2和6.1级地震前三维波速结构的演化

用首都圈地震台网和中 德合作延庆数字地震台阵2001年10月——2005年12月获得良好记录的197次地震到时，运用地震震源位置和三维地壳速度结构联合反演程序对这些地震实行精确定位. 震源位置分布表明，北京西北地区存在两条主要的地震活动断裂带. 一条从清河、温泉一带向北西方向伸展， 到怀来县以北的黄土窑一带； 另一条是自南口、昌平一带向北东东向伸展的活动断裂带.      

Seismic tomography beneath the orogenic belts and adjacent basins of northwestern China

Three-dimensional velocity images of the crust and upper mantle beneath orogenic belts and adjacent basins of the northwestern continent of China are reconstructed by seismic tomography, based on arrival data of P wave recorded in seismic networks in Xinjiang, Qinghai, Gansu of China and Kyrgyzstan. The velocity images of upper crust demonstrate the tectonic framework on the ground surface. High velocities are observed beneath orogenic belts, and low velocities are observed in the basins and depressions that are obviously related to unconsolidated sediments. The velocity image in mid-crust maintains the above features, and in addition low velocities appear in some earthquake regions and a low velocity boundary separates the western Tianshan Mts. from eastern Tianshan Mts. The orogenic belts and the northern Tibetan plateau have a Moho depth over 50 km, whereas the depths of the Moho in basins and depressions are smaller than 50 km. The velocity images of upper mantle clearly reveal the colliding relationship and location of deep boundaries of the continental blocks in northwestern China, indicating a weakness of the upper mantle structure of orogenic belts. The top depth of upper mantle asthenosphere varies from place to place. It seems shallower under the northern Tibetan plateau, Altay and Qilian Mts., and deeper under the Tarim and Tianshan regions. Hot mantle probably rose to the bottom of some orogenic belts along tectonic boundaries when continental blocks collided to each other. Therefore their dynamic features are closely correlated to the formation and evolution of orogenic belts in northwestern China.     

北京平原西北部地壳浅部结构和隐伏活动断裂——由地震反射剖面揭示

已有地质和地球物理研究结果表明,北京平原区存在有多条第四纪隐伏活动断裂和隐伏盆地.为了研究该区的地壳浅部结构、断裂的空间展布、断裂活动性以及深浅构造关系,2006年,在北京平原的西北部地区完成了1条60次覆盖的中深层地震反射剖面和跨断裂的浅层地震反射剖面.结果表明,沿剖面结晶基底埋深约为3～6 km在结晶基底以上,地震反射剖面揭示了一套连续性较好的强反射震相,应是新生代、中生代和古生代的沉积岩系;在结晶基底之下,为一系列横向连续性较差、能量较弱的短小反射事件,可能代表了变质程度较高的结晶变质岩系或不成层的其他岩体.中深层和浅层地震剖面揭示的断裂具有上下一致的对应关系和明显的第四纪活动,对本区地堑-地垒状盆岭构造和新生代地层厚度具有重要的控制作用.本项研究不仅可进一步提高对北京地区新构造活动的认识,而且研究中所采用的方法技术对其他地区的深浅构造探测研究也有借鉴意义     

Correction to the crustal thickness of the northwestern China using the data of seis-mic tomography

Introduction The gravity anomaly is an indicator of the density distribution of the underground material. Therefore the gravity anomalies have been important data used for studying the deep crustal struc-ture for a long time. Many people have made detailed researches on the regional crustal structure inverted by Bouguer anomalies. In particular some empirical formulae and practical algorithms about the crustal thickness were brought forward, and a series of results were obtained (MENG, 1996)…     

滇西北地区活动构造温泉水汞背景值观测研究

采用流动采样、定点观测分析方法,对滇西北地区部分典型活动断裂带上天然出露的温泉,进行水汞背景值(本底值)调查和观测研究,得出各点位温泉中水汞的正常变化范围、空间分布特征,以及与活动构造的关系,用于滇西北地区地震短临跟踪加密观测,以及强震现场周围的前兆异常监视工作。     

北京市测震台网数字地震台站台基背景噪声分析

基于北京市测震台网连续三分量地震计波形数据,计算28个测震台站台基噪声,利用Welch方法计算噪声功率谱密度（PSD）,进而计算地震台台基1-20 Hz地动噪声均方根值（RMS）和观测动态范围。结果表明,依照《地震台站观测环境技术要求》,北京市测震台网中有11个Ⅰ类台、9个Ⅱ类台、6个Ⅲ类台、2个Ⅳ类台。通过分析北京市测震台网数字地震台背景噪声水平,为测震台网的规划建设提供数据支持。     

龙门山断裂带精细速度结构的双差层析成像研究

利用川西流动地震台阵、汶川地震震后应急台网记录到的P波到时资料,对2008年5月至2008年10月期间发生的汶川地震余震序列应用双差层析成像方法进行了地震震源和三维P波速度结构的联合反演.结果显示,联合反演获得的地震重定位结果与基于一维地壳参考模型的双差定位方法结果相近;研究区15 km以上速度结构与地表断裂分布密切相关,20 km以下深度呈现北东向和北西向交错结构.汶川地震破裂带南段龙门山断裂带之间上地壳呈现高速异常,速度结构的非均匀变化是控制余震分布和主震破裂传播的主要因素;联合反演结果给出了小鱼洞—理县方向存在隐伏断裂的速度结构证据,同时发现,破裂带北东段可能沿新发断裂扩展;结果确认了汶川地震起始段的高角度逆冲断裂特征,也确认了前山断裂和中央断裂在约20 km深度合并到脆韧转换带的特征.     

地震层析成像中存在的主要问题及应对策略

详细讨论了地震层析成像中存在的主要问题，包括数据投影角度不全、数据不均匀覆盖、反射层析中界面深度和速度的耦合、参考模型引起的非线性误差问题、边界作用、数据的不确定性和模型参数不同分量的不确定性不同。分析了问题的产生原因和应对策略，并给出了在层析反演过程中应该注意的一些控制措施。     

青藏高原东北缘上地幔多尺度层析成像

利用布设在青藏高原东北缘地区的甘肃宽频带地震台阵记录到的远震P波走时数据,采用小波域参数化和基于L1范数的稀疏约束反演算法的多尺度层析成像方法,得到了该地区400 km深度范围内上地幔的P波速度结构.本文采用的多尺度层析成像方法可以自适应数据非均匀采样的情况,有效降低谱泄漏效应和反问题的多解性,明显提高解的分辨率和可靠性.层析成像结果表明青藏高原东北缘上地幔整体上显示为低速特征,扬子地块上地幔则显示为高速特征,两者之间上地幔存在清晰的块体边界带,该边界带位于东经104°-105°之间并且随深度的增加逐渐东移.该特征暗示了青藏高原上地幔物质向东扩张的机制,但在西秦岭上地幔顶部不存在物质运移的通道.青藏高原东北缘内部也具有明显的分区特征,松潘-甘孜地块上地幔P波速度整体呈低速特征,而柴达木地块的上地幔顶部具有相对高速特征,而在上地幔200 km以下这两个地块间的差别逐渐减小.1654年天水地震和1879年武都地震都发生在扬子地块与青藏高原的碰撞交汇区,其震中下方上地幔显示为高低速转换结构.

     

京西北地区地震重定位分析

利用双差地震定位方法,针对京西北地区(39.5°—41.5°N,113.5°—116.5°E)2008—2016年记录的地震进行重新定位,最终得到1819次地震精定位结果。分析表明:地震密集区域多集中分布在NE和NW向断裂交汇区域,成条带的地震走向更加清晰,成簇性地震分布更加收敛,体现了断裂对震中分布具有较强的控制作用;震源深度优势分布主要集中在4—14 km范围,表明京西北地区地震主要发生在的中上地壳;震源深度剖面显示,在不同的地震密集区,孕震深度有一定差别,揭示了断裂的深部展布特征,反映了一些地区深部发震构造的复杂性。     

浅谈反射地震走时层析中的正则化

反射地震走时层析本质上是一个病态问题,而正则化是改善问题病态程度的有效手段.反射地震走时层析最终可归结为线性方程组的求解,本文讨论了在线性方程组求解过程中正则化的作用和方式.正则化的作用有:(1)用超定分量约束欠定分量和零空间分量;(2)用先验信息约束欠定分量和零空间分量;(3)对射线的不均匀覆盖进行阻尼;(4)对数据的不准确性进行阻尼.正则化的加入方式有:(1)加法型(将正则化矩阵补在层析矩阵后面,包括导数型正则化和零阶正则化,一阶导数型正则化对应最平坦解,二阶导数型正则化对应最光滑解,零阶正则化对应紧约束解);(2)乘法型(将正则化矩阵与层析矩阵相乘,主要包括阻尼型正则化).并利用简单的模型对正则化的效果进行了试验,发现经各种正则化约束后,与未加任何正则化约束得到的速度模型比较,尽管恢复的异常体的幅度不如后者大,但得到的速度剖面要平滑得多,更利于后续的射线追踪正演和层析反演.     

新构造运动背景下天津中部地区活动断裂浅层地震勘探及新认识

天津地处渤海湾盆地北西西向北京—蓬莱断裂带与北东向唐山—河间—磁县新生断裂带交汇部位,盆地内沉积盖层(N_1-2-Q)覆盖较厚,新构造运动频繁,为了进一步揭示活动断裂浅部特征,本文利用浅层地震勘探方法查明了天津中部地区部分断裂(杨柳青断裂、杨村断裂)新构造运动背景下的表现形式及展布特征.结果表明,杨柳青断裂(F_P3、F_P6)在新构造运动时期仍继续活动,形成截切主断裂而反向复活的继续活动断裂(F_P4、F_P5),且为第四纪活动断裂;杨村断裂(F_P2)于新构造运动时期在主断裂上直接复活,为第四纪活动断裂;同时识别出多条发育于新近系明化镇-第四系(N_1-2-Q)沉积盖层中的新生断裂(F_P1,F_P7～F_P10).新构造运动背景下天津中部地区活动断裂发育,既有继承性活动的继续活动断裂,也有具盖层断裂特征的新生断裂.     

人工爆破检验区域地震台网地震定位精度

利用广东地震台网记录的2015年6月珠江口海陆联合地震构造探测项目人工爆破资料,采用MSDP地震分析软件提供的3种常用地震定位方法,对6次人工爆破事件进行分析,将定位结果与已知爆破位置进行对比,验证地震定位精度。结果表明,当地震定位数据满足台网分布方位均匀度ΔU≤0.35、次空隙角(S_(gap))≤160°时,广东地区地震震中定位精度优于3 km。     

Realistic Modeling of Seismic Wave Ground Motion in Beijing City

— Algorithms for the calculation of synthetic seismograms in laterally heterogeneous anelastic media have been applied to model the ground motion in Beijing City. The synthetic signals are compared with the few available seismic recordings (1998, Zhangbei earthquake) and with the distribution of observed macroseismic intensity (1976, Tangshan earthquake). The synthetic three-component seismograms have been computed for the Xiji area and Beijing City. The numerical results show that the thick Tertiary and Quaternary sediments are responsible for the severe amplification of the seismic ground motion. Such a result is well correlated with the abnormally high macroseismic intensity zone in the Xiji area associated with the 1976 Tangshan earthquake as well as with the ground motion recorded in Beijing city in the wake of the 1998 Zhangbei earthquake.     

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.     

模拟退火算法在地震定位中的应用

阐述了模拟退火算法及其在地震定位中的原理,以震相观测到时与理论到时之差(到时残差)为目标函数,利用模拟退火算法求解目标函数的最小值以获得地震的震源参数。在模拟退火算法的地震定位中根据震相的可靠程度对不同震相设置了相应的定位权重;对震相的走时误差设置了3组不同的值,以分析走时误差对定位结果的影响,对随机生成的1000个模拟地震进行模拟退火算法再定位。结果表明,走时误差越小,定位结果越准确。最后,通过地震震例进一步验证了模拟退火算法在地震定位中的可用性。     

应用三分量浅层地震反射方法探测隐伏活动断裂

多波多分量地震勘探方法在油气田勘探开发中日益受到重视,但在工程和活动断裂探测中过去还没有开展多波多分量地震勘探的先例.本文简要介绍了在北京黄庄—高丽营断裂上开展的三分量浅层地震反射试验数据采集和资料处理方法,以及取得的初步结果.试验结果表明,采用纵波震源或横波震源激发、三分量接收的浅层地震勘探方法,可获得较高信噪比的浅层地震纵波、横波和转换波剖面,特别是水平分量采集的横波和转换波可提供很有意义的地下结构和构造信息.综合利用纵波、横波和转换波剖面特征进行的地质分层和断层解释结果取得了与跨断层的钻孔联合地质剖面结果较好的一致性.     

川西地区台阵环境噪声瑞利波相速度层析成像

2006年中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室在川西地区(26°N~32°N,100°E~105°E)布设了由297台宽频带数字地震仪组成的流动观测台阵.利用该密集台阵29°N以北156个台站2007年1~12月份的地震环境噪声记录和互相关技术,我们得到了所有台站对的面波经验格林函数和瑞利波相速度频散曲线,并进一步反演得到了观测台阵下方2~35 s周期的瑞利波相速度分布图像．本文结果表明,观测台阵覆盖的川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地的地壳速度结构存在显著差异,具体表现为：(1)短周期（2~8 s）相速度分布与地表构造特征相吻合,作为川滇地块、松潘-甘孜地块和四川盆地之间的边界断裂,龙门山断裂带和鲜水河断裂带对上述三个地块上地壳的速度结构具有明显的控制作用,四川盆地前陆低速特征表明相应区域存在较厚的（约10 km）沉积盖层;(2)中周期（12~18 s）相速度分布表明,川滇地块和松潘-甘孜地块中上地壳速度结构存在明显的不均匀横向变化,并形成了尺度不同且高、低速相间的分块结构,而四川盆地中地壳整体上已经表现出相对高速;(3)长周期（25~35 s）相速度分布表明,松潘-甘孜地块,特别是川滇地块中下地壳表现为广泛的明显低速异常,意味着它们的中下地壳相对软弱,而四川盆地的中下地壳呈现整体性的相对高速,意味着四川盆地具有相对坚硬的中下地壳,并且以汶川地震的震中为界,龙门山断裂带的地壳结构显示了北段为高速异常,南段为低速异常的分段特征．     

应用三分量浅层地震反射方法探测隐伏活动断裂

多波多分量地震勘探方法在油气田勘探开发中日益受到重视,但在工程和活动断裂探测中过去还没有开展多波多分量地震勘探的先例.本文简要介绍了在北京黄庄—高丽营断裂上开展的三分量浅层地震反射试验数据采集和资料处理方法,以及取得的初步结果.试验结果表明,采用纵波震源或横波震源激发、三分量接收的浅层地震勘探方法,可获得较高信噪比的浅层地震纵波、横波和转换波剖面,特别是水平分量采集的横波和转换波可提供很有意义的地下结构和构造信息.综合利用纵波、横波和转换波剖面特征进行的地质分层和断层解释结果取得了与跨断层的钻孔联合地质剖面结果较好的一致性.