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。     

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.      

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。     

水库气枪震源产生的S波及其分裂

人工气枪震源在陆地水库可以有效激发S波,S波能量较强,与ML1.6天然地震相当。气枪可用于S波分裂研究,对布置在燕山隆起带的流动地震台的气枪信号进行了S波分裂参数分析,结果表明,快剪切波偏振优势方向为NWW和NNE向,偏振方向和断裂的性质密切相关。气枪是高度可重复性人工震源,利用气枪定点激发和定点接收有可能精确获取S波分裂参数随时间的变化规律,为地震预测探索实践提供可靠的物理途径     

豫鲁冀交界区S波分裂变化特征

选取豫鲁冀交界区17个数字化测震台站S波记录,对该区地震进行限定筛选,并对台站记录的地震波形进行严格仔细的参数测量与提取,分析地震波传播过程中S波分裂变化及与地震的关系,提取中等地震前S波分裂所表现的地球物理异常特征。     

南加州洛杉矶盆地北部S波分裂的观测结果

发生在洛杉矶盆地下面,深度为5—18 km 结晶基岩处的地震,在三分向地震图上,观测到了20—120 ms 的 S 波的分裂。发生在5 km 厚沉积层底部上述基岩中的浅震 S 波分裂现象不明显,而较深的地震 S 波分裂现象则随深度逐渐明显,快 S 波的偏振方向为南北方向,与地震和接收点之间射线的方位角无关。我们认为,S 波分裂主要发生在结晶基岩处,并且是由沿南北方向排列的地壳垂直微裂隙所引起的。假定微裂隙的这种排列又是由于地下应力状态造成的;由洛杉矶盆地北部下面 S 波分裂资料所得到的最大主应力方向为 N—S 向±15°,这与地质填图和断层面解的结果是一致的。射线追踪模拟表明,观测到的 S 波分裂,可通过含沿 N—S方向排列的垂直裂隙(裂隙密度约为0.04)的各向异性基岩解释,且其上覆盖着弱各向异性沉积岩层(裂隙密度小于0.02)。过去的4年中,在洛杉矶盆地发生了三次较大的地震,它们是1989年蒙特贝洛 M 4.6和 M4.4双震,1990年阿普兰 M5.5地震和谢拉马德 M5.8地震,他们距洛杉矶北部的 SCS 台站的震中距分别为10,55和40 km。在 SCS 台于阿普兰和谢拉马德地震前后,我们没有观测到 S 波分裂的明显变化。但是,在蒙特贝洛地震后,我们发现 S 波分裂的变化相当快;主震后分裂的 S波的分开时间从70 ms 迅速降至不到20 ms,然后,逐渐恢复到平均水平。S 波分裂时间的快速下降可能是一种时间变化,或者是蒙特贝洛地震位置的变化结果,因为蒙特贝洛地震近似地确定在预期的奇异线地点附近。     

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．     

乌鲁木齐及附近地区剪切波分裂特征研究

利用S波分裂的方法，分析了2003年2月14日新疆石河子5．4级地震前后多台所记录的小地震的S波分裂特征，发现震源附近地区的S波分裂特征对中强震仍有一定的前兆意义．震中附近的3个地震台记录的S波偏振方向在5．4级地震前出现由原来与区域应力场一致的NE向转为NW向震后又转回NE向。5．4级地震前各台记录的慢波延迟时间总体表现出由小变大的特征．     

温州珊溪水库地震S波分裂研究

通过对温州珊溪水库地震序列开展了近一年的近场源剪切波分裂参数研究,在进行精确定位并确保所用资料满足剪切波窗要求的基础上,采用互相关系数法,借助遗传算法与人工判读相结合,测量了地震序列的快剪切波偏振方向和快慢剪切波的时间延迟.结果表明,地震序列的S波分裂现象明显,台站记录到的地震快剪切波平均偏振方向与区域最大水平主压应力方向基本一致;温州珊溪水库地区快剪切波平均偏振方向在近N-S向;S波分裂快剪切波偏振方向所表现出的离散和空间差异性,认为可能是由于局部构造影响;目前库区应力场稳定,应力调整已经结束,未来发生强余震的可能性较小.     

洱源地震台数字地震记录S波分裂研究

利用2008年1月—2013年5月洱源地震台数字地震资料进行S波分裂研究,得到洱源地区应力优势方向和S波延迟时间,结果表明,洱源地区快剪切波偏振优势方向为NE160°,与活动断裂走向一致,与GPS主压应力方向一致,与该区主压应力场方向基本一致。在洱源地震台300 km范围内发生M≥4.5地震前,快剪切波偏振方向发生明显偏转。部分地震前,延迟时间增加;部分地震发生前短时间内,延迟时间有减小现象,符合震前应力长时间积累和短时间应力释放的特征。可见,S波分裂参数可以反映区域应力场的动态变化信息,为应力场研究与地震预测提供有用信息。     

S波分裂在皖北地震中的研究应用

利用S波分裂方法的基本理论及计算方法,重点研究了皖北地区具有代表性的利辛张村附近周边地区25 km内,自1999年蒙城地震台数字化测震仪器正式记录以来至2010年9月,ML2.0及以上地方震的单台地震波形,利用有关S波分裂方法进行处理,得到该地区不同时段的S波的偏振方向及延迟时间,为皖北地区地震活动性研究及应力活动状态...     

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。      

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.     

2011年安庆4.8级地震序列S波分裂研究

采用互相关系数法, 计算了2011年安庆M_S4.8地震的余震S波分裂参数。 结果表明, 余震序列的S波分裂现象明显, 快S波平均偏振方向在近NNW向, 与区域最大水平主压应力方向基本一致。 通过分析延迟时间随时间的变化趋势, 可以看出M_S4.8地震后有明显的应力释放现象。 在几次较大余震前, 观测到延迟时间呈现增加的特征, 并且其中一次余震在发生之前的短时间内还出现延迟时间减小的现象, 这一现象符合震前应力长时间积累和短时间应力释放的结论, 时间延迟在强震前会出现下降具有重要的地震短临预测意义。 研究认为 S 波分裂参数可以反映区域应力场的动态变化信息, 可以为安徽南部地区应力场研究与地震预测提供有用的信息。     

2006年3月31日吉林乾安M5．0余震序列S波分裂研究

2006年03月31日20时23分,松原市乾安县与前郭县交界处的查干花乡附近（44°36′N,124°03′E）发生5．0级地震,是吉林省近40年来最大一次地震。利用流动台记录到的地震波形资料对乾安地震余震序列进行s波分裂研究。结果表明,S波快波偏振方向的优势取向为NNE,与乾安地震主震的最大主压应力方向偏差较大,与该区区域应力场方向不一致,表明这次地震与区域的构造变化和应力场调整有关。s波分裂时间延时大小受多种因素影响,与S波传播时经过的介质性质关系密切,慢波延迟时间在0．02～0．38S之间变化。     

2013年8月德钦—得荣M_S 5.9地震序列S波分裂

2013年8月28日、31日云南德钦、四川得荣交界地区分别发生M_S 5.2、M_S 5.9地震,采用纵横比与偏振分析相结合的方法,测定此次地震序列S波分裂参数,即快波偏振方向和慢波延迟时间。BZL流动地震台得到272对S波分裂参数,等面积玫瑰图显示快波优势方向为NWW向,与台站附近断层走向和地震序列分布长轴方向一致;在M_S 5.9地震发生后,快波偏振方向出现紊乱现象;观测到在M_S 5.9地震发生的前一天慢波延迟时间迅速下降,表明较大地震发生前地壳应力突然释放。     

乌什6.3级地震前、后S波分裂特征初步研究

利用SAM方法对2005年2月15日新疆乌什6.3级地震前、后S波分裂特征进行了初步研究。结果表明,乌什6.3级地震前1年半左右,慢S波时间延迟出现表征区域应力增加并持续上升的变化,而快S波偏振方向出现表征应力场转向的异常变化。     

唐山地区剪切波分裂研究

本文利用唐山地区的数字化地震资料,研究了唐山地区的剪切波分裂现象。通过对唐山强地面运动台网中七个台的三分向数字化记录资料的研究发现,1982—1984年发生的大部分地震都有较明显的S波分裂现象。七个台站的初至分裂S波的极化方向都在近东西方向,这与该地区的主压应力场方向相一致。各台慢S波延时的平均值在0.005—0.008s/km之间,由此可以粗略地估计得到各个台站的裂纹密度为:0.019(TS01,TS02,TS15),0.015(TS03,TS07,TS18)和0.024(T19)。